SnS-第5章抽样、调制与解调(2)

信号与系统——多媒体教学课件(第5章Part2)2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课2第5章抽样、调制与解调5.0引言5.1抽样定理5.2内插公式5.3模拟调制5.4模拟信号的解调5.5频分复用和时分复用2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课3§5.3模拟调制调制的概念在各种工程系统中起着重要的作用，尤其在通信系统中调制是核心。本节着重分析调制信号的频谱。调制的实质就是把各种信号的频谱进行搬移，使它们互不重叠地占据不同的频率范围，即将信号分别托附于不同频率的载波上。2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课4§5.3.1调制的分类调制：由携带信息且需要传送的调制信号g(t)(有时又称为基带信号)去控制不含信息的高频载波信号c(t)的某一个或某几个参数，使这些参数按照信号g(t)的规律而变化，从而形成具有高频频谱的窄带信号s(t)，s(t)称为已调制信号。简单地说，调制就是通过某种方式将低频信号的频谱搬移到高频信号的频谱上去。2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课5§5.3.1调制的分类根据调制信号g(t)的不同，可以将调制分为：模拟调制和数字调制模拟调制是指调制信号g(t)为模拟信号的一种调制方式，数字调制是指调制信号g(t)为数字信号的一种调制方式。模拟调制也可以称为连续时间信号的调制，按照调制器类型的不同模拟调制可以分为幅度调制、频率调制和相位调制三种类型。2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课6§5.3.1调制的分类模拟调制的三种类型幅度调制：调制信号g(t)改变载波信号c(t)的幅度参数。例如常规的调幅(AM)、抑制载波调幅(SC-AM)及脉冲调幅(PAM)。频率调制：调制信号g(t)改变载波信号c(t)的频率参数。例如调频(FM)。相位调制：调制信号g(t)改变载波信号c(t)的相位参数。例如调相(PM)。2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课7§5.3.1调制的分类模拟信号的幅度调制是通信系统中一种常用的调制方式，第一类幅度调制是载波信号是正弦波的幅度调制，按照调制后的信号频谱是否包含载波信号分为含载波信号的调幅(常规的AM调幅)、抑制载波的调幅(SC-AM)、单边带调制(SSB)、残留边带调制(VSB)等，另一类重要的幅度调制是脉冲幅度调制(PAM)，其载波信号一般为周期矩形脉冲。2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课8§5.3.2正弦振幅调制正弦振幅调制通常有两种形式取初相位qc=0，正弦载波信号的频谱为g(t)c(t)s(t))()(cctjetcq)cos()(ccttcqωc称为载波频率)()()(ccjC)()(21)()(*)(21)(ccccjGjGjGjS调制后的输出信号s(t)频谱为2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课9§5.3.2正弦振幅调制【例5-2】求三角脉冲调幅信号的傅里叶变换，其中ω0τ2π。解：三角脉冲信号的傅里叶变换(例3-6))cos(2221)(0ttututEtf4)(4)(4)()(*4221)(0202002SaSaESaEjF224ESa2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课10§5.3.2正弦振幅调制抑制载波的幅度调制(SC-AM)含载波的幅度调制(AM)2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课111OG(j)m-m§5.3.2正弦振幅调制抑制载波的幅度调制(SC-AM)不含直流分量的调制信号g(t)的频谱及被调制后的谱OC(j)c-c0.5OS(j)c-cc+mc-m-c+m-c-m下边带，上边带2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课12§5.3.2正弦振幅调制含载波的幅度调制(AM)也称为常规调幅、AM调幅数学表达)cos()()cos()(cc0ttftAtsmax0)(tfA)()(21)()()(0ccccjFjFAjSg(t)=A0+f(t)2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课13tOf(t)tOsAM(t)A0A0+f(t)tOA0tO)cos(tc1OF(j)m-m0.5OSAM(j)c-cc+mc-m-c+m-c-m0A0A§5.3.2正弦振幅调制含载波的幅度调制(AM)图形表达2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课14§5.3.3脉冲幅度调制(PAM)载波信号是周期矩形脉冲的幅度调制称为脉冲幅度调制(PulseAmplitudeModulation,PAM)数学表达ntjnenSaTEtc02)(00nnnSaETjC00022)(nnnnGnTEnGnETnnETGCGtctgtsS)(j2Sa)()j(2Sa1)(2Sa2)j(21)j(*)j(21)()(FT)(FT)j(0000000002019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课15§5.3.3脉冲幅度调制(PAM)PAM的图形表达tOg(t)......OG(j)m-mtOc(t)......T0A030-20......OC(j)-40tOs(t)......030-20......OS(j)-40mT02019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课16§5.4模拟信号的解调调制信号g(t)经幅度调制产生的已调信号通过信道传输后，在接收端可以得到已调信号s(t)，从已调信号中恢复调制信号g(t)的过程称为解调。解调的方法:同步解调非同步解调2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课17§5.4.1同步解调同步解调也称为相干解调本地载波信号cos(ct)，要求与调制端的载波信号同步，即同频同相H(j)是幅度为2，截止频率为m低通滤波器g(t)s(t)s0(t)H(j)ttcccos)(2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课18§5.4.1同步解调理想滤波器理想低通滤波器是物理不可实现的，但有关理想滤波器的研究并不因其无法实现而失去价值，实际滤波器的分析与设计往往需要理想滤波器的理论指导。2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课19§5.4.1同步解调【例5-6】设一个物理可实现的低通滤波器如图5-17所示，元件参数满足求该滤波器的H(j)，并画出其幅度谱和相位谱求该滤波器的冲激响应h(t)CLRv2(t)LRCv1(t)图5-17物理可实现的低通滤波器2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课20)(1)()(1)()()()()(jICjjVdiCtvjILjjVtidtdLtvCCFTtCCLLFTLL221111/()11/1/VjRjCHjVjLCjLRjLRjCLCc1()21()()1jccHjHjeωωjωω§5.4.1同步解调【例5-6】(续)2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课212211)(ccωωωωjH()arctan/[1]ccωωφωωO|H(j)|c-c1Oc-c/2()-§5.4.1同步解调【例5-6】(续)2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课22§5.4.1同步解调【例5-6】(续)222322332)(cccωjωωωjH)(23sin32)(2tutωeπthctωch(t)tOcc3...2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课23§5.4.1同步解调【例5-8】一个理想低通滤波器H(j)的幅频和相频特性如图5-15所示，利用SC-AM调制来获得一个如图5-19的理想带通滤波器，并求出理想带通滤波器的冲激响应hd(t)。O1|Hd(j)|00-c-0-c-0+c0+cd()O0-t0(-0)-0-t0(+0)图5-19理想带通滤波器的特性O1|H(j)|c-c()Oc-c0t图5-15理想低通滤波器的特性2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课24)cos()(2)cos(2)()(000tttSatththccd§5.4.1同步解调【例5-8】(续)解：o图5-19理想带通滤波器的频谱是把图5-15理想低通滤波器的频谱中心搬移到0处，只是幅度与原来的一样。o因此理想带通滤波器的冲激响应hd(t)可以理解为理想低通滤波器的冲激响应h(t)与2cos0t相乘所得的信号，即理想带通滤波器的冲激响应hd(t)是一个以等效低通滤波器的冲激响应为包络的正弦调幅信号2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课25§5.4.1同步解调正弦振幅调制的同步解调抑制载波幅度调制(SC-AM)的同步解调含载波的幅度调制(AM)的同步解调2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课26§5.4.1同步解调正弦振幅调制的同步解调数学公式表达s(t)cos(ct)s0(t)H(j)M2-My(t)O01()()()2()()()()1222(2)()()(2)44111(2)()(2)424ccccccccccccccSjSjSjGjGjGjGjGjGjGjGjGjGjGj)(212cos)(21)(0tgttgtsc2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课27§5.4.1同步解调正弦振幅调制的同步解调图形表达1G(j)m-mO1c-cC(j)O0.5c-cS(j)c-mc+m-c-m-c+mOcS0(j)0.5c-mc+mm-m-c-c-m-c+mOH(j)M2-MO1Y(j)m-mOmM2c-mc≥m2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课28§5.4.1同步解调抑制载波幅度调制(SC-AM)的同步解调时域分析02()()()()()()1cos(2)()()()211()()cos(2)22ccststctgtctcttgtctgtgtgtt2019年8月20日星期二信号与系统第5章第2次课29§5.4.1同步解调抑制载波幅度调制(SC-AM)的同步解调图形表达0.5OS(j)c-cc+mc-m-c+m-c-mOC(j)c-c0.5OS0(j)2c2c+m2c-m-m-2c-2c+m-2c-mmH(j)M2-M