第五章 模拟调制系统.ppt

1 第五章模拟调制系统 5 1调制的基本概念5 2模拟幅度调制 线性调制 5 3模拟角度调制 非线性调制 5 4各种模拟调制系统的比较5 5频分复用 FDM 5 6复合调制及多级调制概念 5 1调制的基本概念 调制 使基带信号 调制信号 控制载波的某个 或几个 参数 使这一 或几个 参数按照基带信号的变化规律而变化的过程 调制后所得的信号为已调信号或频带信号 调制的目的 将信号变为易于信道传送的方式无线传输拨号上网有效地利用频带实现FDM多路传输提高通信系统抗干扰能力 调制的类型 根据调制信号的形式模拟调制数字调制根据载波的不同以正弦波作为载波的连续载波调制以脉冲串作为载波的脉冲调制根据调制器频谱搬移特性的不同线性调制非线性调制 5 2模拟幅度调制 AM调制模型及其时域 频域表达式DSB调制模型及其时域 频域表达式SSB调制模型及其时域 频域表达式滤波法相移法VSB调制模型抗噪声性能分析一般模型DSB相干解调器抗噪声性能分析SSB相干解调器抗噪声性能分析AM包络检波器抗噪声性能分析 常规幅度调制 AM 模型 AM信号波形及频谱 m t f t t 基带信号 A0 单音信号AM调制 基带信号调幅指数 AM 1 AM 1 AM 1 双边带 DSB SC DSB 调制模型 DSB信号波形及频谱 滤波法生成单边带 SSB 信号 hSSB t HSSB m t c t cos ct sSSB t 下边带滤波器 c c 0 HLSB 滤波法生成下边带信号频谱图 上边带滤波器 滤波法生成上边带信号频谱图 希尔波特 Hilbert 变换 希尔波特滤波器 希尔波特滤波器冲激响应及传递函数 F T 例5 1 求信号的希尔波特变换 希尔波特滤波器输出信号波形 例5 2 求信号的傅立叶变换 频谱特性 例5 3 求信号的希尔波特变换 希尔波特滤波器输出信号波形 相移法生成LSB信号 相移法生成USB信号 相移法生成SSB信号模型 Hh AM DSB SSB信号几点讨论 信号带宽BAM 2fm WAM 2 mBDSB 2fm WDSB 2 mBSSB fm WSSB mAM DSB调制后带宽为基带信号的2倍SSB调制后带宽等于基带信号带宽 功率分配 调制效率AM调制 单音调制时 DSB调制SSB调制 残留边带 VSB 调制模型 VSB是介于SSB和DSB之间的一个折中方案 它既克服了双边带已调信号占用频带宽的缺点 又解决了单边带信号实现上的难题 在这种调制中 一个边带绝大部分顺利通过 而另一个边带残留一小部分 如下图 d 所示 DSB SSB和VSB信号的频谱 由图 a 可以看出 VSB信号的产生与DSB SSB的产生框图相似 都是由基带信号和载波信号相乘后得到的双边带信号 所不同的是后面接的滤波器 不同的滤波器得到不同的调制方式 为了在接收端不失真地恢复原基带信号 要求残留边带滤波器传输特性必须满足下述条件上式中 是基带信号的最高截止角频率 该式的物理含义是 残留边带滤波器的传输函数在载频附近必须具有互补对称性 下图示出的是满足该条件的典型实例 上边带残留的下边带滤波器传输函数如图 a 所示 下边带残留的上边带滤波器的传递函数如图 b 所示 a 上边带残留的下边带滤波器特性 b 下边带残留的上边带滤波器特性 解调器抗噪声性能分析模型 解调器 sm t n t BPF sm t ni t mo t no t 解调器输入信噪比解调器输出信噪比调制制度增益 DSB相干解调系统抗噪声性能 LPF cos ct sDSB t n t BPF sDSB t ni t mo t no t 相干解调器 解调器输入信噪比 相干解调 LPF cos ct sDSB t ni t mo t no t sp t np t DSB信号相干解调频谱图 c c 0 SDSB 2 c 2 c 0 Sp 输出信噪比调制增益 SSB相干解调系统抗噪声性能 LPF cos ct sSSB t n t BPF sSSB t ni t mo t no t 相干解调器 解调器输入信噪比 sp t np t 相干解调 USB信号相干解调频谱图 c c 0 SUSB 2 c 2 c 0 Sp 输出信噪比调制增益 AM包络检波的抗噪声性能 整流 sAM t n t BPF sAM t ni t mo t no t 包络检波器 解调器输入信噪比 LPF 大信噪比情况 输出信噪比 调制增益 单音调制且临界调制时 小信噪比情况 门限效应 5 10 某线性调制系统的输出信噪比为20dB 输出噪声功率为10 9W 由发射机输出端到解调器输入端之间总的传输损耗为100dB 试求1 DSB SC时的发射机输出功率2 SSB SC时的发射机输出功率 接收机 解答 So N0 20dB 100 So 10 7W损耗K ST Si 1010 100dB 1 G 2 Si Ni So 2N0 50Ni 4N0 Si 200N0 2 10 7WST K Si 1010 2 10 7W 2000W2 G 1 Si Ni So N0 100Ni 4N0 Si 400N0 4 10 7WST 1010 4 10 7W 4000W 例5 8若对某一信号用DSB进行传输 设加至接收机的调制信号m t 的功率谱密度为试求 1 接收机的输入信号功率 2 接收机的输出信号功率 3 若叠加于DSB信号的白噪声具有双边功率谱密度为n0 2 那么 输出信噪功率比为多少 输入信号功率 0 fm fm f nm 2 输出信号功率输出信噪比 例5 11若对某一信号用SSB进行传输 忽略信道的影响 设加至接收机的调制信号m t 的功率谱密度为试求 1 接收机的输入信号功率 2 接收机的输出信号功率 3 若叠加于SSB信号的白噪声具有双边功率谱密度为n0 2 那么 输出信噪功率比为多少 输入信号功率 0 fm fm f nm 2 输出信号功率输出信噪比 例 DSB调制和SSB调制中 若基带信号均为3kHz限带低频信号 载频为1MHz 接收信号功率为1mW AWGN双边功率谱密度为10 3 W Hz 接收信号经过带通滤波后 进行相干解调 比较解调器输入信噪比比较解调器输出信噪比 比较解调器输入信噪比 比较解调器输出信噪比 第五章习题 第一部分 P 1285 35 55 75 95 13 5 3模拟角调制 非线性调制 角度调制的基本概念调相信号表达式调频信号表达式单音调制窄带调频宽带调频调频信号解调器抗噪声性能 角度调制信号表达式 瞬时相位瞬时角频率瞬时相位偏移瞬时角频率偏移 相位调制 PM 信号 瞬时相位瞬时角频率瞬时相位偏移瞬时角频率偏移调相系数Kp 单位 rad V 瞬时相位瞬时角频率瞬时相位偏移瞬时角频率偏移调频系数Kf 单位 rad s V 频率调制 FM 信号 单音调相信号 调制信号已调信号 其中 为调相指数 瞬时相位瞬时相偏最大瞬时相偏瞬时角频率瞬时角频偏最大瞬时角频偏 单音调频信号 其中 为调频指数 调制信号已调信号 瞬时角频率瞬时角频偏最大瞬时角频偏瞬时相位瞬时相偏最大瞬时相偏 PM与FM之间的关系 在PM中 角度随调制信号线性变化 而在FM中 角度随调制信号的积分线性变化 若将先积分而后使它对载波进行PM即得FM 而若将先微分而后使它对载波进行FM即得PM 所以PM与FM波的产生方法有两种 直接法和间接法 直接调相和间接调相 直接调频和间接调频 调频信号的分类 窄带调频 NBFM 宽带调频 WBFM NBFM信号的时域表达式NBFM信号的频谱 窄带频率调制 NBFM 信号 AM及NBFM信号频谱比较 NBFM信号的调制模型 2 Acos ct 积分器 m t Kf m t dt SNBFM t 宽带频率调制 WBFM 单音调制 其中 贝塞尔 Bessel 函数性质 1 贝塞尔 Bessel 函数性质 2 1 2 3 4 5 6 Jn 单音WBFM信号的时域表达式 单音WBFM信号的频域表达式 调频波的频谱 单音WBFM信号的频带宽度 或 卡森公式 任意带限WBFM信号的频带宽度 频率偏移率 其中 卡森公式 单音WBFM信号的功率分配 调频信号解调器抗噪声性能 抗噪声分析模型输入信噪比 LPF sm t n t BPF sm t ni t 非相干解调器 限幅器 鉴频器 输出信噪比 大信噪比条件下 单音调制 调制制度增益 大信噪比条件下 单音调制 AM调制解调器与FM调制解调器抗噪声性能比较 单音信号调制 结论 在大信噪比情况下 FM系统抗噪声性能将比调幅系统优越 且其优越程度随传输带宽的增加而提高 5 4各种模拟调制系统的比较 基带信号为单音信号 DSB SSB AM FM mf 6 FM mf 3 模拟调制系统的有效性从优至劣排列为SSB VSB AM DSB FM可靠性从