通信原理_教学课件_4.ppt

第三章模拟调制系统 年 月 日 2 3 1线性调制 幅度调制 原理3 2线性调制系统的抗噪声性能3 3非线性调制 角度调制 原理3 4各种模拟调制系统比较3 5模拟调制系统的应用 第三章模拟调制系统 3 3 2线性调制系统的抗噪声性能 任何实际通信系统都避免不了噪声的影响 本节主要分析加性高斯噪声背景下各种系统的抗噪声性能 通信系统的抗噪声性能一般用解调器的抗噪声性能来衡量 4 3 2线性调制系统的抗噪声性能 解调器分析模型 3 2 1分析模型 5 n t 平稳高斯噪声 经窄带滤波器后成ni t 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 1分析模型 6 定义 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 1分析模型 7 1 DSB相干解调分析模型 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 2DSB调制系统的性能 8 2 输入信噪比计算 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 2DSB调制系统的性能 9 3 输出信噪比计算 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 2DSB调制系统的性能 线性系统 可分别计算输出信号功率和噪声功率 10 3 输出信噪比计算 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 2DSB调制系统的性能 11 原因分析 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 2DSB调制系统的性能 4 调制制度增益计算 相干解调过程消除了输入噪声的正交分量 12 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 3SSB调制系统的性能 1 输入信噪比计算 SSB相干解调模型与DSB的完全相同 仅参数有异 线性系统 可分别计算输出信号功率和噪声功率 13 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 3SSB调制系统的性能 1 输入信噪比计算 SSB相干解调模型与DSB的完全相同 仅参数有异 14 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 3SSB调制系统的性能 2 输出信噪比计算 SSB相干解调模型与DSB的完全相同 仅参数有异 15 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 3SSB调制系统的性能 16 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 3SSB调制系统的性能 SSB与DSB孰优孰劣 SSB DSB 注意 SSB仅用了DSB一半的带宽 结论 就信噪比的改善而言 DSB优于SSB 17 3 2线性调制系统的抗噪声性能 3 2 4AM调制系统的性能 1 AM相干解调性能 AM既可用包络检波法解调 也可以相干解调 留作习题 5 12 18 分析模型 2 AM包络检波性能 3 2 4AM调制系统的性能 3 2线性调制系统的抗噪声性能 19 输入信噪比计算 2 AM包络检波性能 3 2 4AM调制系统的性能 3 2线性调制系统的抗噪声性能 20 GAM计算 2 AM包络检波性能 3 2 4AM调制系统的性能 3 2线性调制系统的抗噪声性能 首先研究解调器输入端包络 看包络中的信号与噪声 21 2 AM包络检波性能 3 2 4AM调制系统的性能 GAM计算 说明信号 噪声可区分 3 2线性调制系统的抗噪声性能 与相干解调时相同 22 结论 AM包络检波时信噪比不能无限降低 存在一个门限 低于此门限 性能将急剧下降 门限效应 2 AM包络检波性能 3 2 4AM调制系统的性能 3 2线性调制系统的抗噪声性能 GAM计算 AM相干解调不存在门限效应 此时输出中全为噪声 载波恢复质量 23 3 1线性调制 幅度调制 原理3 2线性调制系统的抗噪声性能3 3非线性调制 角度调制 原理3 4各种模拟调制系统比较3 5模拟调制系统的应用 第三章模拟调制系统 24 3 3非线性调制 角度调制 原理 利用载波的频率或相位承载信息 统称为角度调制 角度调制属非线性调制 优点 抗噪声性能好缺点 频带占用宽 25 3 3 1基本概念 1 一般表达式 3 3非线性调制 角度调制 原理 26 3 3非线性调制 角度调制 原理 Kp 调相灵敏度 量纲 相位调制 PM 频率调制 FM Kf 调频灵敏度 量纲 rad s V rad V 27 3 3非线性调制 角度调制 原理 二者区别 PM 相位偏移随调制信号线性变化 FM 相位偏移随调制信号的积分呈线性变化 28 3 3非线性调制 角度调制 原理 单音信号的角度调制 29 PM信号和FM信号波形 3 3非线性调制 角度调制 原理 30 以上针对角频率为 m的单频信号 对于截止角频率为 m的一般调制信号m t 分析过程相同 3 3非线性调制 角度调制 原理 3 3 1基本概念 1 一般表达式 31 两者之间可以互相转换 3 3非线性调制 角度调制 原理 a 直接调频 b 间接调频 c 直接调相 d 间接调相 3 3 1基本概念 2 FM与PM的关系 32 若FM信号的最大瞬时相位偏移满足下式 3 3 2窄带调频 NBFM 3 3非线性调制 角度调制 原理 称为窄带调频 NBFM 否则 称为宽带调频 或一般调频 FM 33 3 3 2窄带调频 NBFM 3 3非线性调制 角度调制 原理 1 NBFM信号表达式 34 3 3非线性调制 角度调制 原理 其频域表示为 对比AM调制信号频谱 二者很相似 3 3 2窄带调频 NBFM 35 2 NBFM信号分析 3 3 2窄带调频 NBFM 3 3非线性调制 角度调制 原理 36 3 3 2窄带调频 NBFM 3 3非线性调制 角度调制 原理 频谱图对比 37 3 3非线性调制 角度调制 原理 信号矢量图对比 3 3 2窄带调频 NBFM NBFM优点 带宽较窄 抗干扰性能明显优于AM 比较AM与NBFM信号的幅度变化 38 3 3 3宽带调频 WBFM 1 WBFM信号表达式 3 3非线性调制 角度调制 原理 上式中 39 3 3非线性调制 角度调制 原理 3 3 3宽带调频 WBFM 1 WBFM信号表达式 40 3 3 3宽带调频 WBFM 1 WBFM信号表达式 3 3非线性调制 角度调制 原理 可得 41 3 3 3宽带调频 WBFM 3 3非线性调制 角度调制 原理 贝塞尔函数的基本性质 上式即为单音信号宽带调频时的信号表达式 1 WBFM信号表达式 42 3 3 3宽带调频 WBFM 3 3非线性调制 角度调制 原理 单频调制信号时FM频谱分析 频域表示式 43 3 3 3宽带调频 WBFM 2 FM信号的带宽 3 3非线性调制 角度调制 原理 44 3 3 3宽带调频 WBFM 卡森公式 2 FM信号的带宽 3 3非线性调制 角度调制 原理 对于一般调频信号 卡森公式仍然成立 45 所以FM的信号平均功率等于载波的平均功率 3 3 3宽带调频 WBFM 3 FM信号的功率分配 3 3非线性调制 角度调制 原理 46 3 3 4调频信号的产生与解调 1 调频信号的产生 3 3非线性调制 角度调制 原理 a 直接调频法 缺点 频率稳定度不高 优点 频偏可做得较大 简单 振荡 调制合一 47 3 3 4调频信号的产生与解调 3 3非线性调制 角度调制 原理 解决办法 锁相环 PLL 调制器 1 调频信号的产生 48 3 3 4调频信号的产生与解调 3 3非线性调制 角度调制 原理 b 间接调频法 Armstrong法 1 调频信号的产生 49 3 3非线性调制 角度调制 原理 Armstrong法分三个步骤 对m t 积分 利用相位调制实现窄带调频 利用非线性倍频方法实现宽带调频 50 3 3非线性调制 角度调制 原理 Armstrong法实现宽带调频框图 两级 51 3 3非线性调制 角度调制 原理 例 设调制信号是 的单频余弦信号 信号的载频是 最大频偏 混频器参考频率 9 选择倍频次数 求 信号的调频指数 求 调频发射信号的载频 最大频偏和调频指数 调频发射信号的载频 解 NBFM的调频指数 52 3 3 4调频信号的产生与解调 FM信号解调的关键 频率检波 鉴频器 2 调频信号的解调 3 3非线性调制 角度调制 原理 Kd 鉴频器灵敏度 量纲 V rad s 53 3 3非线性调制 角度调制 原理 一般方法 54 3 3非线性调制 角度调制 原理 上式中 BPF 滤除带外噪声限幅器 消除调频波的幅度起伏微分电路 实现FM到AM的转换 缺点 线性鉴频区域不够宽 鉴频器可用升余弦频率特性的谐振回路实现 55 3 3非线性调制 角度调制 原理 解决办法 采用平衡鉴频器 以上方法为非相干解调 56 3 3非线性调制 角度调制 原理 对NBFM可用相干解调 3 3 4调频信号的产生与解调 57 调频系统的最大优点是抗噪声性能极佳 3 3非线性调制 角度调制 原理 3 3 5调频系统的抗噪声性能简介 1 大信噪比时的解调增益 FM与AM性能比较 58 3 3 5调频系统的抗噪声性能简介 代价 增大了带宽 3 3非线性调制 角度调制 原理 1 大信噪比时的解调增益 用带宽换取信噪比的改善 但并非无止境 第一代蜂窝电话采用的是调频体制 59 模拟蜂窝系统一览表 60 2 小信噪比时的门限效应 3 3非线性调制 角度调制 原理 3 3 5调频系统的抗噪声性能简介 61 2 小信噪比时的门限效应 3 3非线性调制 角度调制 原理 3 3 5调频系统的抗噪声性能简介 降低门限效应的方法 锁相环解调器 负反馈解调器 预加重 去加重等 NBFM采用相干调制解调时不存在门限效应 62 3 1线性调制 幅度调制 原理3 2线性调制系统的抗噪声性能3 3非线性调制 角度调制 原理3 4各种模拟调制系统比较3 5模拟调制系统的应用 第三章模拟调制系统 63 3 4各种模拟调制系统的比较 64 3 4各种模拟调制系统的比较 抗噪声性能 65 3 4各种模拟调制系统的比较 频带利用率SSB的带宽最窄 其频带利用率最高FM占用的带宽随调频指数mf的增大而增大 其频带利用率最低FM以牺牲有效性换取可靠性 应用AM 中波和短波调幅广播SSB 短波电台 频分复用设备VSB调制 广播电视系统FM 长距离高质量的通信系统 66 3 1线性调制 幅度调制 原理3 2线性调制系统的抗噪声性能3 3非线性调制 角度调制 原理3 4各种模拟调制系统比较3 5模拟调制系统的应用 第三章模拟调制系统 67 3 5 1AM无线电广播 3 5模拟调制系统的应用 模拟调制系统在广播 电视 群路传输 卫星通信等领域有着广泛应用商业无线电广播频率分配 535 1605KHz 中波 基带信号带宽5KHz 信道间隔10KHzAM收音机数以十亿计 采用超外差接收机 68 3 5模拟调制系统的应用 中频fIF 455KHz IF放大器带宽10KHz 3 5 1AM无线电广播 69 多路复用 利用一条传输媒质同时传输多路信号的技术频分复用 按频率来划分信道的复用方式 FDM Frequency DivisionMultiplexer 3 5 2频分复用载波电话 3 5模拟调制系统的应用 70 载波电话系统 3 5 2频分复用载波电话 3 5模拟调制系统的应用 采用SSB调制频分复用 模拟通信时代用于电话网中继传输 语音带宽300 3400KHz 信道间隔4KHz 71 3 5模拟调制系统的应用 3 5 2频分复用载波电话 72 利用调频技术传输高质量音乐信号 15KHz 分配频段88 108MHz 3 5 3调频立体声广播 3 5模拟调制系统的应用 对于单声道普通调频广播 最高调制频率15KHz 最大频偏取为75KHz 则FM带宽为 对于立体声调频广播 带宽同样为180KHz 73 首先将立体声多路信号频分复用 3 5 3调频立体声广播 3 5模拟调制系统的应用 问 为何要对L R信号作DSB SC调制 上述复用信号作为基带信号 进行窄带FM 带宽仍为180KHz 74 3 5模拟调制系统的应用 3 5 3调频立体声广播 地面调频广播系统频段划分 75 90 1MHz 湖南经济频道 91 8MHz 湖南交通频道 76 90 1MHz 湖南经济频道 77 电视图像信号频带宽 低频分量丰富 需采用VSB调制技术 并插入强载波 使信号可采用色彩检波方法解调 从而大大简化电视接收机 3 5 4电视广播 3 5模拟调制系统的应用 78 3 5 4电视广播 1 黑白电视广播 3 5模拟调制系统的应用 总带宽8MHz 其中复用的伴音信号采用FM调制 fm 15KHzf 25KHzB 80KHz 79 VSB滤波特性在接收机的中频放大器中形成 3 5模拟调制系统的应用 3 5 4电视广播 1 黑白电视广播 80 3 5 4电视广播 2 彩色广播电视彩色电视信号由R G B三色构成 可等效变换成Y 亮度 R