幅调制的原理解析PPT学习教案

1、会计学1幅调制的原理解析幅调制的原理解析2调制信号指来自信源的基带信号（低频） 载波未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波（高频）调制用调制信号去控制载波信号的某个参数，使参数随调制信号的变化而变化,把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。已调信号载波受调制后称为已调信号,调制信号和载波的合成信号(高频）解调（检波）调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。 基本概念5.0 基本概念 第1页/共87页3提高无线通信时的天线辐射效率。把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以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，还可实现

2、传输带宽与信噪比之间的互换。 调制的目的5.0 基本概念 第2页/共87页4)(tm)(tS调制器)(tc 调制模型调制信号载波已调信号5.0 基本概念 第3页/共87页5连续波调制脉冲调制模拟连续波调制（简称模拟调制）数字连续波调制（简称数字调制）数字脉冲调制模拟脉冲调制角度调制幅度调制AMDSB-SCSSBVSBFMPM 调制的分类 正弦波的瞬时角频率或相位随输入信号的变化而变化,包括频率调制、相位调制幅度调制：正弦波的幅度随输入信号的变化而变化,包括调幅、双边带、单边带和残留边带;5.0 基本概念 第4页/共87页6线性调制非线性调制0( )cos( )( )c tAmttm t幅度调制

3、频率调制相位调制5.0 基本概念 第5页/共87页7振幅调制 tAtmts00cos)()(5.0 基本概念 第6页/共87页8频率调制 ttmts)(cos)(05.0 基本概念 第7页/共87页9相位调制 )(cos)(0tmtts5.0 基本概念 第8页/共87页10AMPMFM5.0 基本概念 第9页/共87页115.0 基本概念 5.1 幅度调制的原理 5.3 非线性调制的原理5.5 各种模拟系统的比较 5.6 频分复用（FDM） 5.2 线性调制系统的抗噪性能5.4 调频系统的抗噪性能第五章 模拟调制系统 第10页/共87页120( )coscc tAt( )( )coscs tA

4、m tt调幅定义：载波的振幅随调制信号的变化而变化适当选择带通滤波器的特性，便可以得到各种幅度调制信号。5.1 幅度调制（线性调制）的原理第11页/共87页13 2( )()()mccASMM 已调信号的频谱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，幅度调制又称为线性调制。 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。M()0(a) 输入信号频谱密度Sm()c-c0(b) 输出信号频谱密度5.1 幅度调制（线性调制）的原理第12页/共87页1400( )( )coscos( )cosAMcccstAm ttAtm tt2 信号表达

5、式 m(t) 调制信号，均值为0； A0 常数，表示叠加的直流分量。)(tSmtc cos0( )Am t( )m t0A1 调制器模型 5.1.1 AM信号：普通调幅波第13页/共87页15tc cost)(tSmt3 信号波形0( )Am tt0A包络)(tmt由波形可以看出，当满足条件 |m(t)|max A0时，其包络与调制信号波形相同，因此用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。过调幅 5.1.1 AM信号：普通调幅波第14页/共87页16过调幅失真用其他的解调方法，如同步检波。 ( )AMStt0t0tcosc0( )Am tt00A( )m tt0包络包络检波将发生失真 5.1.1

6、 AM信号：普通调幅波第15页/共87页17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）4 解调方法 非相干解调：包络检波法 5.1.1 AM信号：普通调幅波第16页/共87页184 解调方法 相干解调：同步检波法00( )( )cos( )coscos1( )1 cos22pAMccccststtAm tttAm tt01( )( )2ds tAm t0( )( )cosAMcstAm tt严格同步的本地载波 5.1.1 AM信号：普通调幅波sAM(t)sp(t)sd(t)第17页/共87页195 频谱：若m(t)为

7、确知信号，则AM信号的频谱为00( )()cos()()2()cccm tMtAA 因为0()(cos( ) cosAMccSFAtFm tt0( )( )( ) cosmAMcStStAm tt且 若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须用功率谱描述。 5.1.1 AM信号：普通调幅波01()()()()2ccccAMM 第18页/共87页200c c )(M Hf0cHfc cHf AMS0cHfcHfc 上边带下边带2HfAM 频谱示意图SAM(t) 的频谱是 m(t) 的频谱在频域内的线性搬移称之为线性调制下边带上边带载频分量载频分量 5.1.1 AM信号：普通调幅波第19页/

8、共87页212AMHBf 22222002cos( )cos( )coscccAtmttA m tt ( )0m t 若，220( )22AMcSAmtPPP则载波功率边带功率 5.1.1 AM信号：普通调幅波2220( )( ) cosAMAMcPstAm tt 第20页/共87页22 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 5.1.1 AM信号：普通调幅波第21页/共87页23222( )/mmtA 22222200

9、2mAMmmtAAAAmt AM信号的功率利用率很低。应用：中短波段AM广播。 5.1.1 AM信号：普通调幅波0mAMAA 调幅指数:222AMAMAM 第22页/共87页24 222222002mAMmmtAAAAmt 22125AMAM SAMAMPP cAMSPPP (1)40 ()AMAMPKW 5.1.1 AM信号：普通调幅波 【例5.1】 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。00 707.mAMAA 第23页/共87页25ttmtStScDSBm cos)()()( 双边带调制原理:在AM信号中，载波分量并

10、不携带信息，信息完全由边带传送。如果在AM调制模型中将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式抑制载波双边带调制，简称双边带调制(DSB) 1 信号表达式:无直流分量A05.1.2 双边带调制（DSB）2 频谱：无载频分量)()(21)(ccDSBMMS 3 信号带宽2D S BHBf第24页/共87页26ttmtStScDSBm cos)()()( DSB 信号表达式波形：DSB 频谱结构)t (mtA0)t (Smt0 )()()(ccDSBMM21S 频谱图：t0tcoscfH)(M0cHf c cHf )(DSBScHfcHfc 0c c 02Hf下边带上边带包络5.1.2 双边带调

11、制（DSB）第25页/共87页274 解调方法 相干解调：同步检波法5.1.2 双边带调制（DSB）第26页/共87页28sDSB(t)sp(t)sd(t)( )( )cos( )coscos1( )1cos 22pDSBccccstSttm tttm tt1( )( )2ds tm t( )( )cosDSBcstm tt严格同步的本地载波5.1.2 双边带调制（DSB）第27页/共87页29乘积调制器-90o移相器乘积调制器)cos(tc )sin(tc 消息信号f1(t)消息信号f2(t)复合信号s(t)乘积调制器低通滤波器-90o移相器乘积调制器低通滤波器cos()ctsin()ct1

12、1( )2f t21( )2ft复合信号s(t)(a)发射机(b)接收机12( )( )cos( )sinccs tf ttf tt【例5.2】P128页习题5-65.1.2 双边带调制（DSB）第28页/共87页30解：相加器输出波形为：12( )( )cos( )sinccf tf ttf tt接收端采用的是相干解调，所以可确定:12( )cos( )sinccc ttc tt对上支路有：120112( )( )cos( )sin)cos111( )( )cos2( )sin2222ccccf tf ttf tttf tf ttf tt经低通滤波后为：1/2f1(t)对下支路有：12122

13、( )( )cos( )sin)sin111( )sin2( )( )cos2222cccccf tf ttf tttf ttf tf tt经低通滤波后为：1/2f2(t)5.1.2 双边带调制（DSB）第29页/共87页314 调制效率 DSB信号的总功率只包括边带功率，不含有载波功率，所以DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。5 优点 功率利用率较高（与AM相比）,节省了载波功率6 缺点 不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。但频带与AM信号同，是调制信号带宽的2倍。7 应用 FM立体声中的差信号调制，彩色TV系统中的色差信号调制，以及正交调制等。5.1.2 双边带调制

14、（DSB）第30页/共87页325.1.3 SSB信号：单边带信号 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。第31页/共87页331,0,()()USBccHH ( )( )SSBDSBSSH SSB信号的频谱单边带滤波器的传输函数若具有如下理想低通特性，则可滤除上边带。若具有如下理想高通特性，则可滤除下边带。1,0,()()LSBccHH 5.1.3 SSB信号：单边带信号第32页/共87页345.1.3 SSB信号：单边带信号第33页/共87页

15、35上边带频谱图上边带要求下边带要求)(H cc01)(Hcc01下边带频谱图第34页/共87页36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，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带，允许的过渡带为最低频率2倍。 例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为300Hz，则上下边带之间的频率间隔为600Hz，即允许过渡带为600Hz。5.1.3 SSB信号：单边带信号第35页/共87页37 滤波器实现的难易与过渡带相对于载频的归一化值有关，过渡带的归一化值越小，分割上、下边带的滤波器就越容易实现。 载频归一化值：调制信号的最低频率的2倍（过渡带）与载频之比。 在600Hz过渡带和不太高的载频情

16、况下，滤波器不难实现；但当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能实现单边带调制。 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。5.1.3 SSB信号：单边带信号第36页/共87页38 【例5.3】某单边带调制信号要求载频为10MHz,调制信号频带为3003400Hz，讨论其调制实现方式。 （1）若采用一级调制方案，由于调制信号的最低频率为300Hz，因为过渡带相对于载频的归一化值为610-5，单边带滤波器无法实现。 （2）若采用两级调制方案，第一次调制的载频为1

17、00KHz，经单边带滤波后再作第二次调制和滤波。5.1.3 SSB信号：单边带信号第37页/共87页39允许过渡带为600Hz允许过渡带为200.6 kHzfc1-300fc2-100.3fc1+300fc2+100.3第38页/共87页40 对于滤波器HSSB1()的过渡带相对于载频fc1的归一化值为610-3，对于滤波器HSSB2()的过渡带相对于载频fc2的归一化值为2.00610-2。这样子就容易实现了 当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。因为直流成分低频分量必须用过渡带为0的理想滤波器才能将上下边带分割开来，这是不可能的。5.1.3 SSB信号：单边带信号第39页/共8

18、7页41若 ，则有：)()( Ftf2、希尔伯特变换111( )( )*( )f tf tfdtt时域表达式111( )( )*()( )f tf tfdtt 表明其希氏变换的频谱等于该信号频谱的负频域全部频率成分相移/2，而正频域全部频率成分相移-/2 。( )( )sgnFFj 1,0sgn1,0 5.1.3 SSB信号：单边带信号第40页/共87页42f(t)cosctsinctsinct-cosctm(t)cosct m(t)sinct m(t)sinct -m(t)cosct( )ft常用希尔伯特变换5.1.3 SSB信号：单边带信号第41页/共87页43引入：希氏滤波器,其传递函数

19、为2()20()|() |0jjjejHHeejjSgn 物理意义：m(t)通过传递函数为-jsgn的滤波器即可得到其希尔伯特变换-jsgn 是希尔伯特滤波器传递函数 表明：希尔伯特滤波器实质上是一个宽带相移网络，对m(t)中的任意频率分量相移/2 ，即可得到其希尔伯特变换。5.1.3 SSB信号：单边带信号第42页/共87页443、相移法和SSB信号的时域表示 原理：利用相移网络，使DSB信号的上下边带的相位符号相反，比便在合成过程中消除一个边带SSB信号的时域表示式设单频调制信号： 载波：DSB信号的时域表示式为( )cosmmm tAt 11( )coscoscos()cos()22DS

20、BmmcmcmmcmStAttAtAt ttcc cos)( w M (w) w M (w) w M (w) 5.1.3 SSB信号：单边带信号第43页/共87页451( )cos()2USBmcmstAt 11coscossinsin22mmcmmcAttAtt 1( )cos()2LSBmcmstAt 11coscosinssin22mmccmmAtttAt 两式仅正负号不同两式仅正负号不同11( )coscossini22s nSSBmcmmmcsttAAttt5.1.3 SSB信号：单边带信号第44页/共87页4611( )coscoscossin22SSBmmcmmcstAttAtt

21、 把上式推广到一般情况,调制信号为任意信号时SSB信号的时域表示，则得到 11( )( )cos( )sin22SSBccstm ttm tt 的希尔伯特变换是)()(tmtm式中的Amsinmt是Amcosmt的希尔伯特变换5.1.3 SSB信号：单边带信号第45页/共87页475.1.3 SSB信号：单边带信号相移法H变换-/2第46页/共87页48 若M()是m(t)的傅里叶变换，则 物理意义：m(t)通过传递函数为-jsgn的滤波器即可得到其希尔伯特变换 ( )()m tM的的傅傅里里叶叶变变换换为为sgn)()(jMM1,0sgn1,0 5.1.3 SSB信号：单边带信号1( ) (

22、)() ()()44SSBccccjSMMMM 第47页/共87页49从频域观点来看：5.1.3 SSB信号：单边带信号第48页/共87页505.1.3 SSB信号：单边带信号相移法H变换-/2第49页/共87页515.1.3 SSB信号：单边带信号第50页/共87页52ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21)( ( )( )cos11( )cos( )sincos22111( )( )cos2( )sin2444pSSBccccccstSttm ttm tttm tm ttm tt1( )( )4ds tm t5.1.3 SSB信号：单边带信号sSSB(t)sp(t)sd(

23、t)第51页/共87页53信号带宽12SSBDSBHBBf5.1.3 SSB信号：单边带信号第52页/共87页545.1.3 SSB信号：单边带信号第53页/共87页555.1.4 残留边带（VSB）调制方法可行？残留多少？怎样残留？第54页/共87页56 原理：残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现中的困难。 在这种调制方式中，不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留一小部分，5.1.4 残留边带（VSB）调制第55页/共87页57sVSB(t)1( )( )( )()()( )2VSBDSB

24、ccSSHMMH2、残留边带信号的频谱5.1.4 残留边带（VSB）调制第56页/共87页58讨论满足要求的)(H 思路：(1)H()不仅需易实现，且需保证接收端完整不失真地还原信号。 (2)H()与接收方法有关。3、同步解调 VSB信号解调器方框图5.1.4 残留边带（VSB）调制sVSB(t)sp(t)sd(t)第57页/共87页59 VSB2( )cospcststt ( )VSBVSBstScccosct ()()pVSBcVSBcSSS5.1.4 残留边带（VSB）调制sVSB(t)sp(t)sd(t)第58页/共87页60 ( )VSBDSBSSH1()()( )2ccMMH 1(

25、2)( )()2pccSMMH1( )(2)()2ccMMH1( )( )()()2dccSMHH5.1.4 残留边带（VSB）调制第59页/共87页61 12( )( )()()dccSMHH ()()ccHHH 常常数数，5.1.4 残留边带（VSB）调制第60页/共87页62DSB信号频谱)(H 低低HH0)(cH H() 在载频c 处具有互补对称的截止特性，且相对陡峭。 VSB 同步解调还原信号 c ( )DSBS0)(cH )(Hrcc0c2 c2 0 c c VSB 信号5.1.4 残留边带（VSB）调制第61页/共87页635.1.4 残留边带（VSB）调制第62页/共87页64

26、【讨论】 （1）VSB方式既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题。 （2）VSB信号的带宽介于SSB和DSB之间，即fHBVSB2fH；调制效率为100%； （3）VSB比SSB所需求的带宽仅有很小的增加，但却换来了电路实现的简化； （4）VSB在商业电视广播中的电视信号传输中得到了广泛的应用，这是因为电视图像信号的低频分量丰富，且占用06MHz的频带范围，所以不便采用SSB和DSB方式。5.1.4 残留边带（VSB）调制第63页/共87页65【例5.4】: P128 5-4 解: 设调幅波为A0+m(t)cosct，其中A0|m(t)|,由于残留边带滤波器在fc处

27、具有互补对称特性，从图中可知载频fc=10kHz，则载波为cos20000t，所以有：14000sin26000sin19900sin20100sin2/20000cos20000cos6000sin100sin20000cos20000cos)()(000ttttAtAtttAtAttmAtSAM )14000()14000()26000()26000()19900()19900()20100()20100(2)20000()20000()(0 AjASAM5.1.4 残留边带（VSB）调制第64页/共87页66设残留边带信号为SVSB(t)，且SVSB(t) SVSB()则SVSB()=

28、SAM()H() 由图有:5.1.4 残留边带（VSB）调制0( )0.5 (20000 )0.5 (20000 )0.55 (20100 )0.55 (20100 )0.45 (19900 )20.45 (19900 )(26000 )(26000 )VSBSAj A 0)(,75 . 0)(,101)(,1345. 05 . 995. 9)(,95. 955. 05 . 905.10)(,05.10 HkHzfHkHzfHkHzfHkHzfHkHzf时时时时时时时时时时第65页/共87页670( )cos200002 0.55sin201000.45sin19900sin260002VSB

29、ASttAttt5.1.4 残留边带（VSB）调制第66页/共87页681M()A0HccA0SAM()02101M()HccSAM()02101M()HccSAM()02101M()H-ccSAM()0210AM调制DSB调制SSB调制VSB调制功耗大、带宽宽、解调简单（调幅广播）功耗小带宽宽功耗小、带宽窄，频率整体搬移困难（单边带电台）功耗小、带宽较窄、低频好（电视）第67页/共87页69( )( )cos( )mcstm tth t)()(21)( HMMSccm 5.1.5 线性调制的一般模型)(tSmtc cos)( H( )m t第68页/共87页70单边带调制： H()具有理想高

30、通特性，则保留上边带 若H()有理想低通特性，则保留下边带。1,( )( )0,cUSBcHH1,( )( )0,cLSBcHH双边带调制：H()=1；残留边带调制：()()ccHHH常数，5.1.5 线性调制的一般模型第69页/共87页71低通)(tSmtc cos)( H( )m t0AAM 信号DSB 信号00A VSB 信号00A SSB 信号cHfc cHf 0)( H1带通cHfc cHf 0)( H 线性调制的一般模型第70页/共87页72)(cos)()(thttmtscm ( ) ( )*( )cos ( )*( )sin( )cos( ) inmIcQcI

31、cQcstm th ttm thtts ttst st( )( )( )IIs th tm t( )( )cosIch th tt( )( )( )QQsthtm t( )( )sinQchth tt同相分量正交分量( )( )cos( )sin1()()()()22IcQcIcIcQcQcSF s ttF sttjSSSS5.1.5 线性调制的一般模型-( )( )cos* ( )( )()cos()( )cos()( - )cos( )sin()( - )sin( )cos() *( ) cos( )sin() *( ) sin= = = mccccccccccstm tth thm tt

32、dhm tdthm tdth ttm tth ttm ttwttwtttw tttwtw tttwwwww-轾轾犏犏+犏犏犏犏臌臌+蝌( )cos( )sin =IcQcs ttsttww+第71页/共87页735.1.5 线性调制的一般模型第72页/共87页740( )( )( )1( )0( )0IIQQs tAm tHHst1 当即( )可以得到常规调幅边带信号0( )( )cosAMcstAm tt01( ) ()()()()2AMccccSAMM ( )1( )( )( )0( )0IIQQHs tm tHst当即(2)可以得到双边带信号ttmtscm cos)()( 1( )()(

33、)2DSBccSMM5.1.5 线性调制的一般模型第73页/共87页75可以得到单边带信号1122( )( )cos( )sinmccstm ttm tt11()( )( )2211()()( )( )22IIQhQHstm tHHstm t当即(3)1( )()()()()44SSBccccjSMMMM希尔伯特滤波器5.1.5 线性调制的一般模型第74页/共87页76输出为残留边带信号11( )( )cos( )sin22mccstm ttm tt11( )( )( )22111( )( )( )( )( )( )222IIQQQQHs tm tHHstm thtm t当(4)即1( )()()()()44VSBccccjSMMMM 为调制信号m(t)通过正交滤波器传递函数为 后的输出，取“+”号为下边带，取“-”号为上边带信号的波形。)(tm( )QH正交滤波器 不论哪种线性调制，其已调信号的同相分量幅度SI(t)均正比于调制信号，所以可以无失真地恢复SI(t)。5.1.