05西南大学-通信原理-第五章-模拟调制系统

西南大学电子信息工程学院电路通信教研室含弘光大继往开来通信原理主讲教师：高渤[e-mail]含弘光大继往开来SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤2通信原理【第五章：模拟调制系统】学习内容幅度调制（线性调制）的原理12345第五章模拟调制系统非线性（角度调制）的原理调频系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能各种模拟调制系统的比较6频分复用和调频立体声SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤3通信原理【第五章：模拟调制系统】学习目标学习要点1、调制的定义、功能和分类；2、线性调制的原理（表示式、频谱、带宽、产生与解调）；3、线性调制系统的抗噪声性能，门限效应；4、调频（FM）、调相（PM）的基本概念；5、调频信号频带宽度的计算——卡森公式；6、调频信号的生产与解调方法；7、预加重和去加重的概念；8、FM、DSB、SSB、VSB、AM的性能比较；9、频分复用、复合调制和多级调制的概念。SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤4通信原理【第五章：模拟调制系统】学习目标重点1、概念：AM、DSB、VSB和PM、FM的基本概念、特点和应用；产生与解调方法（会画原理框图）；AM、DSB波形和频谱（会画）；VSB边带滤波特性；可靠性比较，有效性比较；门限的概念；多级调制、复合调制和FDM的概念。2、计算：AM、DSB、SSB、PM、FM的表达式；功率和带宽的计算；AM、DSB、SSB、FM抗噪声性能分析和G的计算与比较；单音调频的调频指数、相偏及频偏；卡森公式。SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤5通信原理【第五章：模拟调制系统】学习目标难点1、调制信号、载波和已调信号。2、抗噪性能分析。3、相干解调是否存在门限效应。SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤6通信原理【第五章：模拟调制系统】学习内容幅度调制（线性调制）的原理12345第五章模拟调制系统非线性（角度调制）的原理调频系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能各种模拟调制系统的比较6频分复用和调频立体声SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤7通信原理【第五章：模拟调制系统】引言一、基本概念1、调制：把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。1）广义调制：分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。2）狭义调制：仅指带通调制，在无线通信和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。2、调制信号：指来自信源的基带信号。3、载波调制：用调制信号去控制载波的参数的过程。4、载波：未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。第一节幅度调制（线性调制）的原理SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤8通信原理【第五章：模拟调制系统】5、已调信号：载波受调制后称为已调信号。6、解调（检波）：调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。第一节幅度调制（线性调制）的原理二、调制的目的1、把基带信号转换成适合在信道中传输的已调信号。2、把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。3、改善系统的抗噪声性能，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤9通信原理【第五章：模拟调制系统】三、调制方式1、模拟调制常见的模拟调制：1）幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带调制。2）角度调制：频率调制、相位调制。2、数字调制常见的数字调制：ASK、FSK、PSK、DPSK调制等。第一节幅度调制（线性调制）的原理SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤10通信原理【第五章：模拟调制系统】引言——什么是线性调制？1、表示式：设正弦载波为0()coscctAt()()cosmcstAmtt第一节幅度调制（线性调制）的原理式中，A—载波幅度；c—载波角频率；0—载波初始相位（以后假定0＝0）。则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）可表示为：式中，m（t）—基带调制信号（调制信号）。可见，在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地变化。SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤11通信原理【第五章：模拟调制系统】2、频谱设调制信号m（t）频谱为M（），则已调信号的频谱为()())2mccASMM第一节幅度调制（线性调制）的原理可见，在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制。注意，这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤12通信原理【第五章：模拟调制系统】一、调幅（AM）1、AM调制器模型00()[()]coscos()cosAMcccstAmttAtmttmtmstcosct0A第一节幅度调制（线性调制）的原理2、时域表达式式中，m（t）——调制信号，均值为0；A0——常数，表示叠加的直流分量。SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤13通信原理【第五章：模拟调制系统】波形图ttttmt0Amt载波AMstHHMAMScc0第一节幅度调制（线性调制）的原理当满足条件：|m（t）|A0时，其包络与调制信号波形相同，因此用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。否则，出现“过调幅”现象。这时用包络检波将发生失真。但是，可以采用其他的解调方法，如同步检波。SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤14通信原理【第五章：模拟调制系统】3、频谱若m（t）为确知信号，则AM信号的频谱为01()[()()][()()]2AMccccSAMM第一节幅度调制（线性调制）的原理若m（t）为随机信号，则AM信号的频域必须用功率谱描述。可见，AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成，并且上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。频谱如下图所示。SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤15通信原理【第五章：模拟调制系统】ttttmt0Amt载波AMstHHMAMScc0载频分量载频分量上边带上边带下边带下边带第一节幅度调制（线性调制）的原理频谱图SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤16通信原理【第五章：模拟调制系统】1）带宽AM信号是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽fH的两倍：。4、AM信号的特性HAMfB222202222200()[()]cos[cos()cos2()cosAMAMccccPstAmttAtmttAmtt0)(tmScAMPPtmAP2)(22202/)(2tmPs第一节幅度调制（线性调制）的原理2）功率：当m（t）为确知信号时SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤17通信原理【第五章：模拟调制系统】当m（t）=Amcosmt时，代入上式，则得到5、调制效率AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，载波分量并不携带信息。有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例称为调制效率：2220SAMAMmtPPAmt22()/2mmtA222222002mAMmmtAAAAmt第一节幅度调制（线性调制）的原理当|m（t）|max=A0时（100％调制），调制效率最高，此时max＝1/3SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤18通信原理【第五章：模拟调制系统】二、双边带调制（DSB）1、DSB调制器模型ttmtscDSBcos)()()]()([21)(ccDSBMMS第一节幅度调制（线性调制）的原理×)(tmtWccos)(tsDSB2、时域表达式:无直流分量。3、频谱表示式:无载频分量。SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤19通信原理【第五章：模拟调制系统】第一节幅度调制（线性调制）的原理DSBsttttHHMDSBScc0时域波形图和频谱图SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤20通信原理【第五章：模拟调制系统】第一节幅度调制（线性调制）的原理4、DSB调制效率：100％。优点：节省了载波功率。缺点：不能用包络检波，需用相干检波，较复杂。5、DSB特点：1）有上下两边带（频带利用率低）；2）无载波分量；3）符号变化时，载波相位倒相；4）幅度由控制；5）若带宽为B，则带宽为2B。)(tm)(tSDSB)(tm)(tm)(tSDSBSouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤21通信原理【第五章：模拟调制系统】三、单边带调制（SSB）1、问题的提出：DSB信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可（既节省发送功率，还可节省一半传输频带）这种方式称为单边带调制。通常，产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。第一节幅度调制（线性调制）的原理2、滤波法原理方框图：用边带滤波器，滤除不要的边带。mtDSBstct载波HSSBstH（）为单边带滤波器的传输函数SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤22通信原理【第五章：模拟调制系统】若H（）具有如下理想高通特性：1,()()0,cUSBcHH1,()()0,cLSBcHH第一节幅度调制（线性调制）的原理，则可滤除下边带。若H（）具有如下理想低通特性：，则可滤除上边带。3、SSB信号的频谱()()SSBDSBSSHSouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤23通信原理【第五章：模拟调制系统】SSB信号的频谱（取上边带）DSBScc0USBHcc0USBScc0第一节幅度调制（线性调制）的原理SouthwesternUniversity西南大学电子信息工程学院电路与通信教研室高渤24通信原理【第五章：模拟调制系统】＊滤波法技术难点：滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性。例如：若经过滤波后的话音信号的最低频率为300Hz，则上下边带之间的频率间隔为600Hz，即允许过渡带为600Hz。在600Hz过渡带和不太高的载频情况下，滤波器不难实现；但当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能实现单边带调制。通常采用多级（一般采用两级）DSB调制及边带滤波的方法，即先在较低的载频上进行DSB调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求的载频上进行第二次调制。当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就