第三讲-模拟调制技术(第1节)

1上一章小结一、主要内容通信的相关概念：数字信号、模拟信号、模拟通信系统、数字通信系统及其优缺点；通信系统的组成与分类；信道与信道模型：注意电磁波的几种传播方式；信息及其度量：定义和计算方法。通信系统的主要性能指标2思考题：1）影响通信系统性能的关键因素有哪些？3第2章模拟调制技术(2.1)4本章要求了解调制的目的、定义和分类；掌握调幅、抑制载波双边带调制、单边带调制、残留边带调制等线性调制的时域和频域表示、调制和解调原理；熟悉调频和调相的基本概念；理解单频调制时，宽带调频信号的时域和频域表示、调频指数和频偏的定义和物理意义，调频信号带宽的计算——卡森公式；了解调频信号的产生和解调方法。5第2章模拟调制技术引言2.1模拟线性调制技术2.3模拟角度调制技术2.5频分复用原理2.6模拟调制技术的应用主要内容6引言调制的定义：调制就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的过程。狭义的调制就是指载波调制。载波调制是用调制信号（原始信号）控制载波的某个（或几个）参数的过程。什么是调制？7引言)(tm)(tS调制器)(tc调制模型调制信号载波已调信号8引言调制的目的：将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调信号（频带信号）；实现信道的多路复用，提高信道利用率；扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力；为什么要对信号进行调制处理？9傅立叶变换复习1()()2jwtftFjwedw11221212()()()()()()()()ftFjwftFjwftftFjwFjw傅立叶变换()()jwtFjwftedt时域卷积定理频域卷积定理11221212()()()()1()()()()2ftFjwftFjwftftFjwFjw10傅立叶变换复习12()()1cos()[()()]cccwtwt傅立叶变换的对称特性if()(),()2()ftFjwthenFjtfw本节常用的傅立叶变换对频移特性00if()(),()(())jwtftFjwtheneftFjww11第2章模拟调制技术引言2.1模拟线性调制技术2.3模拟角度调制技术2.5频分复用原理2.6模拟调制技术的应用主要内容122.1模拟线性调制技术线性调制的一般模型0cos()cAt)(tsm)(tm)(ts)(H说明：适当选择滤波器的特性，便可以得到各种线性调制信号。132.1模拟线性调制技术线性调制信号的时域表示0()()cos()mcstAmtt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）；m(t)—基带调制信号。142.1模拟线性调制技术调制信号的频谱表示设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为已调信号的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移(精确到常数因子)。由于这种搬移是线性的，因此，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。2()()()mccASMM152.1模拟线性调制技术2.1.1调幅（AM）调制器模型时域表达式：00()[()]coscos()cosAMcccstAmttAtmttmtmstcosct0A162.1模拟线性调制技术波形图由波形图可以看出，当|m(t)|A0时，其包络与调制信号波形相同。当|m(t)|A0时，出现“过调幅”现象。假设Am表示调制信号的幅度，定义：)(0tmA0tA0)(tm0t)(tsAM0tA0-A00ttccos载波调幅指数=Am/A01700.020.040.060.080.1-4-202400.020.040.060.080.1-4-202400.020.040.060.080.1-4-202400.020.040.060.080.1-4-202400.020.040.060.080.1-4-202400.020.040.060.080.1-4-202400.020.040.060.080.1-4-202400.020.040.060.080.1-4-2024调幅指数=1/2调幅指数=1调幅指数=10/300.020.040.060.080.1-4-202400.020.040.060.080.1-4-202400.020.040.060.080.1-4-202400.020.040.060.080.1-202182.1模拟线性调制技术解调原理包络检波低通滤波隔直（1）包络检波（二极管单向导通性）（2）低通滤波（除去高频成分）（3）隔断直流（恢复基带波形）利用包络和信号的相似性192.1模拟线性调制技术正常调幅的解调波形过调幅的解调失真202.1模拟线性调制技术012()[()()][()()]AMccccSAMM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频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号频谱为00()[()]coscos()cosAMcccstAmttAtmtt212.1模拟线性调制技术AM信号的特性带宽：它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：功率：当m(t)为确知信号时，2AMHBf222022222002()[()]coscos()cos()cosAMAMccccPstAmttAtmttAmtt222.1模拟线性调制技术若则0)(tm22022()AMcSAmtPPP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232.1模拟线性调制技术当m(t)=Amcosmt时，当|m(t)|max=A0时，调制效率最高max＝1/322050)%(AMmtA222()/mmtA222222002mAMmmtAAAAmt2220SAMAMmtPPAmt2/3的功率都浪费在并不携带信息的载波上！242.1模拟线性调制技术例已知一AM广播电台输出功率为50KW，采用单频余弦信号进行调制，调幅指数为0.707，计算调制效率和载波功率。222222002mAMmmtAAAAmt22125AMAMSAMAMPPcAMSPPP(1)40()AMAMPKW252.1模拟线性调制技术2.1.2抑制载波双边带调制（DSB-SC）时域表示式：无直流分量A0频谱：无载频分量()()cosDSBcstmtt1()[()()]2DSBccSMM262.1模拟线性调制技术调制效率：100％；优点：节省了载波功率缺点：不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。载波反相点HHMDSBScc0tm(t)t载波DSBstt272.1模拟线性调制技术DSB信号的相干解调原理cos()ct0()stLPF)(ts()DSBstBPF（1）带通滤波（BandPassFilter）滤除带外噪声（2）乘上同频同相的本地载波（3）通过低通滤波器（LowPassFilter）1212()cos()coscos()(cos)DSBccccsttmtttmtt012()()stmt282.1模拟线性调制技术原理：因为DSB上、下边带都包含了M()的所有频谱成分，因此传一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。2.1.3单边带调制（SSB）292.1模拟线性调制技术滤波法原理——用边带滤波器，滤除不要的边带:mtDSBstct载波HSSBst()()SSBDSBSSHSSB信号的频谱302.1模拟线性调制技术若具有如下理想低通特性：则可滤除上边带。1,0,()()LSBccHHH()为单边带滤波器的传输函数，若它具有如下理想高通特性：1,0,()()USBccHH则可滤除下边带。312.1模拟线性调制技术上边带频谱图:DSBScc0USBHUSBScc0cc0322.1模拟线性调制技术滤波法的技术难点滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性；当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。工程实践中，可以采用多级（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。332.1模拟线性调制技术03003400Hzf/()Mf0kHzf/59.76060.3边带间隔（过渡带宽）600Hz1()DSBSf160cfKHz0kHzf/60.363.41()USBSf0kHzf/2cf3.602cf3602.fc边带间隔（过渡带宽）120.6kHz2()DSBSf212.06cfMHz342.1模拟线性调制技术相移法和SSB信号的时域表示SSB信号的时域表示式设单频调制信号则DSB信号的时域表示式为()cosmmmtAt()coscos11cos()cos()22DSBmmcmcmmcmstAttAtAt352.1模拟线性调制技术若保留上边带，则有若保留下边带，则有1()cos()2USBmCmstAt11coscossinsin22mmcmmcAttAtt1()cos()2LSBmCmstAt11coscossinsin22mmcmmcAttAtt两式仅正负号不同两式仅正负号不同362.1模拟线性调制技术将两式合并：希尔伯特变换：上式中Amsinmt可以看作是Amcosmt相移-/2的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记为“^”，则有1122()coscossinsinSSBmmcmmcstAttAttˆcossinmmmmAtAt11()coscoscossin22SSBmmcmmcstAttAtt372.1模拟线性调制技术11()ˆ()[()]()mmtHmtmtdtt11ˆ()()cos()sin22SSBccstmttmtt将上式推广到一般的情况，则有：ˆ()mt表示m(t)的希尔伯特变换：38希尔伯特变换01000,()[/()]sgn(),,jwHwFtjwwjw2.1模拟线性调制技术希尔伯特变换器是理想的90度移相器。w()Hw1w()w22希尔伯特滤波器的幅频与相频特性：1()htt()mt()mtHilberttransform392.1模拟线性调制技术移相法SSB调制器方框图优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。缺点：宽带相移网络难用硬件实现。)(21tm)(tsSSB×2/×)(hH)(ˆ21tmttmccos)(211ˆ()sin2cmtttccostcsin相移法11ˆ()()cos()sin22SSBccstmttmtt402.1模拟线性调制技术SSB信号的解调SSB信号的解调和DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调。cos()ct0()stLPF)(ts()SSBstBPF412.