西南交大通信考研辅导班课件2.ppt

现代通信原理 第4章模拟调制系统 本章知识点 4 1引言调制的概念调制的分类调制的作用4 2幅度调制 线性调制 幅度调制基本原理线性调制系统性能分析4 3角度调制 非线性调制 基本概念调频信号表达式调相信号表达式单音调制调频信号的产生与解调方法4 5频分复用FDM4 6复合调制与多级调制 4 1引言 调制的基本概念 调制 按调制 基带 信号的变化规律去改变高频载波某一 些 参数 把基带信号搬移到给定信道通带 处在较高频段 内的过程 调制的分类 调制信号可以是模拟信号 数字信号载波可以是连续波 脉冲 模拟连续波调制 分类线性幅度调制 载波的幅度随基带调制信号成比例变化 从频谱上来看 已调信号的频谱是基带信号频谱的平移 如调幅AM 双边带DSB 单边带SSB和残留边带VSB 定义 调制信号为模拟信号 载波为连续波 常为正弦波 的一种调制类型 非线性角度调制 载波的频率或相位随基带调制信号成比例变化 已调信号的频谱不再保持原来基带调制信号频谱的结构 而产生新的频谱分量 如调频FM和调相PM 调制的作用 学习中关注的几个方面基本概念 包括已调信号数学表达式 波形图 频谱以及相互之间的关系 信号产生 调制 的方法 方框图与原理 信号接收 解调 的方法 方框图与原理 信号的带宽调制系统的抗噪声性能 信噪比的计算 4 2幅度调制 线性调制 4 2 1幅度调制基本原理载波 调制信号 已调信号 0 0 图4 1线性调制器的原理模型 线性调制信号的一般产生方法 1AM调制 时域表达式基带信号m t 中含有直流分量 mo附加的直流分量 m t 没有直流分量 属于调制信号的交流分量 若调制信号有直流分量 可以把其直流分量归到mo中 m t m t t 基带信号 常规调幅 AM 信号 m0 0 AM信号波形 AM信号频谱 M W LSB 下边带USB 上边带 AM信号频谱调制前后信号的频谱的形状没有变化 仅仅是信号频谱的位置发生了变化 线性调制AM信号的频谱由位于 fc处的冲击函数和分布在 fc处两边的边带频谱组成 调制前的基带信号的带宽为fm Hz 调制后AM信号的带宽为B 2fm Hz 一般把频率的绝对值大于载波频率的信号频谱称为上边带 USB 把频率的绝对值小于载波频率的信号频谱称为下边带 LSB 例 单音信号AM调制调制信号已调信号 调幅指数 AM 1 AM 1 AM 1 过调幅失真 AM信号平均功率信号在1 电阻上消耗的平均功率 它等于信号的均方值 AM信号的调制效率把边带功率与信号的总功率的比值称为调制效率 单音调制的调制效率 AMbandallocationbyFCC 2双边带调制 DSB 时域表达式基带信号中没有直流分量DSB信号波形 m t DSB信号的频谱 DSB信号的频谱是由分布在 fc处两边的边带频谱组成 与AM信号的频谱的区别是在 fc处无冲击 DSB信号带宽为B 2fm Hz DSB信号平均功率DSB信号的调制效率 3单边带调制 SSB 用滤波发产生SSB信号 滤波法 滤波器生成上边带信号频谱图 滤波器生成下边带信号频谱图 希尔波特 Hilbert 变换 1 t 1 t F T 希尔波特滤波器 希尔伯特滤波器幅频 相频特性 Hilbert滤波器实质上是一个宽带相移网络 例4 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4 2 求信号的傅立叶变换 频谱特性 例4 3 求信号的希尔波特变换 希尔波特滤波器输出信号波形 Hilbert变换的性质 性质1性质2性质3 若f t 的频带限于 则有性质4 若f t 的傅立叶变换为F 则H f t 的傅立叶变换为 单边带信号表达式 LSB信号表达式 USB信号表达式 SSB信号平均功率和频带宽度平均功率频带宽度 AM信号相干解调频谱图 4 2 2线性调制系统的抗噪声性能 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 窄带高斯白噪声数学表达式 LPF cos ct sm t n t BPF sm t ni t mo t no t 相干解调器 1DSB相干解调系统抗噪声性能 窄带高斯白噪声的双边功率谱密度 解调器输入信噪比 相干解调 LPF cos ct sm t ni t mo t no t sp t np t 输出信噪比调制增益 解调器输入信噪比 相干解调 输出信噪比调制增益 3AM包络检波的抗噪声性能 整流 sm t n t BPF sm 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 调制增益 满调幅 输出信噪比 小信噪比情况 门限效应 在小信噪比情况下 包络检波器会把有用信号扰乱成噪声 这种现象称为 门限效应 同步解调不存在 门限效应 例 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 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 第四章第一部份习题 思考题 4 1 4 11 4 12习题 4 1 4 3 4 5 4 7 4 9 4 10 4 13 4 3非线性 角度 调制 角度调制 非线性调制 通过改变载波的角度 频率或相位 来完成的 即载波的幅度不变 而载波的频率或相位随着调制信号变化 角度调制是频率调制 FM 和相位调制 PM 的统称 非线性调制与线性调制调制的载波参量不同线性调制已调信号的频谱是调制信号频谱的线性搬移 而角调制已调信号的频谱不是调制信号频谱的线性搬移线性调制占据带宽窄 频率利用率高 但抗干扰能力差 角调制频带利用率低 但抗干扰能力强 瞬时相位 瞬时角频率 角度调制信号 任何一个正弦信号 如果幅度不变 而角度可变 则称为角度调制信号 角度调制信号可用下式表示 瞬时角频率与瞬时相位的关系 1角度调制信号表达式 角度调制的波形一般可以写成 瞬时相位 瞬时角频率 瞬时相位偏移 瞬时频率偏移 2相位调制 PM 信号 相位调制 载波的幅度不变 载波的瞬时相偏与调制信号成比例变化 令瞬时相偏 则 瞬时相位 瞬时角频率 瞬时相偏 瞬时频偏 最大瞬时频偏 最大瞬时相偏 3频率调制 FM 信号 频率调制 载波的幅度不变 载波的瞬时频偏与调制信号成比例变化 令瞬时频偏 则 瞬时相位 瞬时角频率 瞬时相位偏移 瞬时频率偏移 最大瞬时频偏 最大瞬时相偏 调频与调相的关系 例1 单音调频信号 调制信号 已调信号 FM 其中 为调频指数 瞬时相位 瞬时角频率 瞬时相偏 瞬时频偏 最大瞬时频偏 最大瞬时相偏 单音调频信号的频带宽度 或 卡森公式 例2 单音调相信号 调制信号 已调信号 PM 其中 为调相指数 瞬时相位 瞬时角频率 瞬时相偏 瞬时频偏 最大瞬时频偏 最大瞬时相偏 FM信号非相干解调原理 4 5频分复用 FDM 复用技术 在同一信道上同时传输多路独立信号的技术频分复用 通过调制把不同路的信号搬移到不同载频上来实现复用 这种技术称为频分复用 FDM 频分复用FDM 续 f1 fn 4 6复合调制及多级调制 复合调制 对同一载波进行两种或更多种的调制 对应的基带调制信号可以不止一个 如 对一个幅度调制波再进行一次相位调制多级调制 对同一基带调制信号实施两次或更多次的调制过程 所采用的调制方式可以相同 也可以不同 如 对同一基带信号进行多级单边带SSB调制