通信技术与系统第三章 模拟调制系统.ppt

第三章模拟调制系统 主要内容 调制的功能和分类调幅和检波角度调制和解调 调制的概念 调制是通信原理中一个十分重要的概念 调制的概念 调制 让载波的某个 或几个 参数随调制信号的变化而变化的过程或方式 调制定理是调制技术的理论基础 调制定理 若一个信号f t 与一个正弦型信号cos ct相乘 从频谱上看 相当于把f t 的频谱搬移到 c处 设f t 的傅里叶变换 也可称为频谱 为F 则有 调制定理 f t 称为调制信号或基带信号 原始信号 cos ct称为载波 通常载波频率比调制信号的最高频率要高得多 sm t 称为已调信号 调制示意图 调制功能 频谱变换将低频信号的基带频谱搬移到适当的或指定的频段 实现信道复用实现多个用户的信号共用同一个较大带宽的信道 提高抗干扰能力提高传输的有效性和可靠性 调制分类 按调制信号分类模拟调制 语音 图像信号数字调制 数字化编码符号或脉冲编码波形按载波信号分类连续波调制脉冲波调制按调制器的功能分类幅度调制 频率调制 相位调制 按调制器的传输函数分类线性调制非线性调制 常规调幅 AM 线性调制系统中最先应用的一种幅度调制频域 已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移 时域 已调波包络与调制信号波形呈线性关系 常规调幅 AM 设调制信号为f t 其频谱为F 即有f t F A f t 2 A F 设载波为c t c t cos ct c c 则已调信号sAM t A f t cos ct 常规调幅 AM 常规调幅 AM 常规调幅 AM AM频谱构成 以载波频率为中心的上边带和下边带 且将基带带宽扩展为2倍 已调波频谱由载波和上下边频构成 常规调幅 AM 调幅电路的功率分配第一项为载波功率 确保无过调失真 第二项为双边带功率 含有调制信号的功率 传送有效信息的功率 常规调幅 AM 调制效率 包含信息的双边带功率与总平均功率之比 单音频信号调制效率 抑制载波的双边带调幅 DSB 已调信号的频谱中包含上 下两个边带且没有冲激分量的调幅方法称为抑制载波的双边带调幅 调制信号与载波直接相乘后的频谱 没有载波频谱中的冲激分量 在载频两边是完全对称的调制信号的频谱 小于载频的部分叫下边带频谱 大于载频的部分叫上边带频谱 抑制载波的双边带调幅 DSB 抑制载波的双边带调幅 DSB 平衡式调制器 AM和DSB的性能比较 AM和DSB虽然都属于幅度调制的范畴 但在性能上各有千秋 在这里我们主要从两个方面来加以比较 一个是发射效率 另一个是总的使用成本 AM和DSB的性能比较 AM调制的最高调制效率为50 DSB的调制效率为100 也就是说 在同等信号功率的前提下 AM的总功率至少要大于 或等于 DSB总功率的二倍 AM和DSB的性能比较 从发送信息的角度上看 AM的成本较高 技术较复杂 但解调电路简单 因此 一般来说 在总的使用成本上AM调制要比DSB低 DSB的发射系统虽然比AM经济 但接收机却比较复杂 因此 一般多用于一些不在乎成本的专用 点对点 通信中 单边带调制 SSB 双边带调制 AM和DSB 中上下两个边带是完全对称的 即两个边带所包含的信息完全一样 双边带传输显然浪费了一个边带所占用的频段 降低了频带利用率 单边带调制 单边带调制 SSB 单边带调制就是只传送双边带信号中的一个边带 上边带或下边带 产生单边带信号最直接的方法就是从双边带信号中滤出一个边带信号即可 这种方法称为滤波法 是最简单 最常用的方法 单边带调制 SSB 单边带调制 SSB 单边带调制 SSB 若保留上边带 则HSSB 应具有高通特性若保留下边带 则应具有低通特性 单边带调制 SSB 单频正弦型信号f t Ecos t载波信号为c t Acos ct则DSB信号为 单边带调制 SSB 上边带信号为下边带信号为 单边带调制 SSB 频带利用率比DSB调制高 所需发射功率也比DSB调制小 保密性强 普通调幅接收机不能接收SSB信号 通常采用相干解调法 单边带调制 SSB 接收机需要复杂且精度高的自动频率控制系统来稳定本地载波的频率和相位 对于低通型调制信号 含有直流或低频分量的信号 用滤波法的时候 要求滤波器的过渡带非常窄 即滤波器边缘必须很陡峭 理想状态是一根垂直线 实际工程中 滤波器很难达到这样的要求 用滤波器产生的单边带信号 要么频带不完整 要么多出一部分上边带 对下边带信号而言 或下边带 对上边带信号而言 单边带调制 SSB 对于带通型调制信号而言 只要载频相对于调制信号最低频率分量的频率不要太大 滤波法就可以实现SSB调制 否则 就必须采用多级调制的方法降低每一级调制对滤波器过渡带的要求 从而完成SSB信号的产生 产生单边带信号还可采用的一种方法叫做移相法 单边带调制 SSB 残留边带调制 VSB 低通型调制信号由于上下边带的频谱靠得很近甚至连在一起 因此用滤波器很难干净彻底地从DSB中分离出单边带信号 甚至得不到单边带信号 残留边带调制 传输频带既包含一个完整的边带 上边带或下边带 又包含另一个边带的一部分 残留边带调制 VSB 残留边带调制 VSB 残留边带调制 VSB 特点 以载波 0为中心 在频谱幅度1 2处 即坐标为 0 1 2 处 使边带滤波器的过渡带呈现 互补对称滚降 特性 相当于 残留边带调制 VSB 残留边带调制 VSB 线性调制的通用模型 线性调制的通用模型 AM 没有正交项 基本信号中增加直流分量 DSB 没有正交项 SSB 正交项通过希尔伯特变换 利用希尔伯特 正交 滤波器产生 VSB 比SSB复杂 正交项通过特殊的正交滤波器产生 线性调制的通用模型 频分复用 FDM 频分复用 FrequencyDivisionMultiplex 通过对多路调制信号进行不同载频的调制 使得多路信号的频谱在同一个传输信道的频率特性中互不重叠 从而完成在一个信道中同时传输多路信号的目的 频分复用 FDM 频分复用 FDM 调幅信号的解调 解调 从已调信号中恢复调制信号的过程或方法 非相干解调 包络检测 相干解调 非相干解调 包络检测 放电时常数 需满足 载波插入法包络检波 DSB SSB和VSB不能采用简单的包络检波法进行解调 一般采用实现难度大 成本高的相干解调法 如果插入很强的载波 则上述三种调制仍然可用包络检波法进行解调 载波插入法包络检波 只要插入载波的幅值Ad足够大 sd t 就会与调制信号f t 很近似 强载波可以在发射端加入 也可以在接收端插入 显然在发射端插入对广大的信号接收者有益 因此 在广播电视中为使接收机结构简单 成本低廉 都是在发射时插入强载波 相干解调 相干解调 同步解调 利用同频同相载波对已调信号直接相乘后取低通分量 从而得到原始的调制信号的解调方法 相干载波 同频 同相的 本地载波 相干解调 相干解调器数学模型 VSB滤波器互补特性 相干解调的同步误差 不满足同频 同相的条件存在同步误差时 不仅在频率和相位上出现失真 在正交项上也会出现正交失真 线性调制系统的噪声性能分析 线性调制系统的噪声性能分析 输入信噪比 P82 输出信噪比 P82 信噪比得益 P83 SSB与DSB性能比较的结论 SSB节省一半带宽 同时介入的噪声功率也小一半 相同解调信号时 已调制信号功率 SSB比DSB大一倍 上述条件时 输出信噪比SSB比DSB大1倍 综上所述 SSB较DSB性能为佳 角度调制 调频 FM 让瞬时频率偏移随调制信号而变化 即将调制信号调制到载波的瞬时频率上调相 PM 瞬时相位偏移 t 随调制信号而变化 即将调制信号调制到载波的瞬时相位上 角度调制 单音调频单音调相 角度调制 仅仅从已调信号的波形分不出是调相信号还是调频信号 角度调制 FM与PM的关系对调制信号f t 先进行一次积分运算 然后再进行调相 则调相器的输出就变成了调频信号 若先对f t 进行微分再调频 则调频器的输出就变成了调相信号 窄带角调制和宽带角调制 根据已调信号瞬时相位偏移的大小划分窄带角调制 宽带角调制 调制指数 p KpAm和 f KfAm m 远远小于1的调制称为窄带调制 反之 称为宽带角调制 窄带角调制 窄带调频窄带调相 窄带角调制 窄带调频的频谱与AM的频谱很相似 载波分量和载频两边的边带 带宽是调制信号最高频率分量的两倍 与AM频谱的主要不同之处有两点 一是下边频的相位与上边频相反 正 负频率分量相差180 二是正 负频率分量分别乘有因式1 c 和1 c 窄带角调制 窄带角调制 窄带调相也包括载波和一对边频 两个边频均为负值 且其频谱与载波相差90o 宽带角调制 单频宽带调频的频谱包含有载波 各次边带谐波及各种交叉调制谐波 尽管宽带调频信号的频谱为无限宽 但其频谱的主要成分集中于载频附近的有限带宽内 调制信号有关参数分析 频偏FM波的频偏决定于调制信号的幅度Am 在频率不变的情况下 Am的增加就意味着 FM的增加 调制信号有关参数分析 传输带宽式中 BFM是调频信号频带宽度 fm是调制信号的频率 fmax是最大频偏 调频信号的产生 直接调频法间接调频法 调频信号的产生 直接调频法 利用压控振荡器 V