第三章--模拟调制系统学习教案

1、会计学1第三章第三章-模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统第一页，共72页。二、调制二、调制(tiozh)(tiozh)的分类的分类1 1、根据调制、根据调制(tiozh)(tiozh)信号的分类信号的分类 模拟调制模拟调制(tiozh)(tiozh) 数字调制数字调制(tiozh)(tiozh)2 2、根据、根据(gnj)(gnj)载波分类载波分类 连续波调制：高频载波是正弦波连续波调制：高频载波是正弦波 脉冲波调制：载波是脉冲序列脉冲波调制：载波是脉冲序列第1页/共71页第二页，共72页。4 4、根据调制前后信号、根据调制前后信号(xnho)(xnho)的频谱结构关系分类的频谱结构关系分

2、类 线性调制线性调制 非线性调制非线性调制 3 3、根据调制器的功能分类、根据调制器的功能分类 幅度幅度(fd)(fd)调制调制 频率调制频率调制 相位调制相位调制第2页/共71页第三页，共72页。第3页/共71页第四页，共72页。载波(zib)： )cos()(0tAtcc幅度(fd)角频率初相位(xingwi)调制信号f(t)调制后：)(cos)()(0tttAtsc瞬时幅度载波的相位偏移A(t)随f(t)作线性变换，称线性调制或幅度调制线性调制或幅度调制；(t)或(t)的导数随f(t)作线性变换，称非线性非线性调制或角度调制；调制或角度调制；第4页/共71页第五页，共72页。一、抑制一、

3、抑制(yzh)(yzh)载波双边带调幅（载波双边带调幅（DSB-DSB-SCSC）1 1、时域表达式及频谱图、时域表达式及频谱图ttftscDSBcos)()()(21)(21)(ccDSBFFS第5页/共71页第六页，共72页。f(t)t调制信号时域波形图s(t)t输出信号时域波形图时域波形图 1F()B01/2 0SDSB()2B频谱图)()(21cos)(cccFFttfc(t)t载波信号时域波形图c()0-0第6页/共71页第七页，共72页。3 3、平均功率及效率、平均功率及效率(xio l)(xio l)(2tsPDSBDSBfDSBPtfP 2)(21ffDSBfDSBPPPP2

4、2、带宽、带宽(di kun)(di kun)BDSB=2B第7页/共71页第八页，共72页。线性调制：在时域内已调信号 随着调制信号的变化而变化；频域内：频谱的平行(pngxng)搬移。第8页/共71页第九页，共72页。ttftscDSBcos)()(f(t)sDSB(t)cosct双边带调幅调制模型4 4、抑制、抑制(yzh)(yzh)载波的双边带信号的调制与解调载波的双边带信号的调制与解调第9页/共71页第十页，共72页。F()10SDSB()1/2cc双边(shungbin)带调制F()1/2cc2c2c低通滤波器双边(shungbin)带信号的解调LPFsDSB(t)cosctsd(

5、t)相干(xinggn)解调第10页/共71页第十一页，共72页。练习题练习题：0),400cos()(),100cos()(cttcttf若调制信号(xnho)f(t)，载波信号(xnho)为c(t)，若采用抑制载波的双边带调制，画出调制信号(xnho)、载波信号、已调信号(xnho)的时域波形图和频谱图。第11页/共71页第十二页，共72页。0),400cos()(),100cos()(cttcttff(t)t01t01c(t)sDSB（t)t01C()F()00SDSB()0100100400400300 500 500 300 1/21第12页/共71页第十三页，共72页。第13页/共

6、71页第十四页，共72页。二、常规双边带调制二、常规双边带调制(tiozh)(tiozh)系统系统1、常规双边带调制（AM）信号(xnho)的时域表达式及波形调制(tiozh)信号f(t),其平均值为0，即f(t)=0;载波的初相位为0，振幅为1调制后表达式：)cos()()(0ccAMttfAts0),400cos()(),100cos()(cttcttf若调制信号为余弦波信号，载波频率为调制信号频率的4倍，其振幅均为1，其表达式为：第14页/共71页第十五页，共72页。A0=2A+f(t)t0132t012sAM（t）3正常正常(zhngchng)调幅调幅| )(|0tfA f(t)t01

7、t01c(t)第15页/共71页第十六页，共72页。A0+f(t)A0=1t012t012sAM（t）A0=0sAM（t)t01f(t)t01满调幅(dio f)过调幅(dio f)| )(|0tfA | )(|0tfA 第16页/共71页第十七页，共72页。调幅(dio f)指数ttfmAttfAAtstfAtAtfcmacmmAMmmmmcos)2cos(1 cos)2cos()()2cos()cos()(AAmma/2 2、频谱特性、频谱特性(txng)(txng)ttftAttfAtscccAMcos)(coscos)()(第17页/共71页第十八页，共72页。)()(Ftf)()(c

8、oscccAtA)()(21cos)(cccFFttfF()10BSAM()1/20AA-cc2B第18页/共71页第十九页，共72页。4 4、功率、功率(gngl)(gngl)分配分配)(2tsPAMAMfcAMPPtfAP 2)(222调制(tiozh)效率fcfAMfAMPPPPP载波(zib)功率边带功率3 3、带宽、带宽BAM=2B第19页/共71页第二十页，共72页。tAtctAtfcmmcos)(,cos)(0若例：例：则，经则，经AMAM调制后的调制后的AMAM信号功率为多少信号功率为多少(dusho)(dusho)？其调制效率为多少其调制效率为多少(dusho)(dusho)

9、？最大调制效率可达多少？最大调制效率可达多少(dusho)(dusho)？4 4、应用、应用(yngyng)(yngyng)调幅广播调幅广播(gungb)(gungb)（AMAM）常规调幅方式，收音机常规调幅方式，收音机波段：中波波段：中波535KHz1605KHz,535KHz1605KHz,自由空间，自由空间， 地区性广播地区性广播 短波短波3.9MHz18MHz3.9MHz18MHz，电离层反射，电离层反射， 距离数千公里距离数千公里第20页/共71页第二十一页，共72页。ttftAttfAtscccAMcos)(coscos)()(00f(t)sAM(t)cosctA0常规调幅调制模型

10、F()10常规调幅(dio f)调制SAM()1/2ccA0A0t012sAM（t）35 5、常规调幅的调制、常规调幅的调制(tiozh)(tiozh)与解调与解调第21页/共71页第二十二页，共72页。常规(chnggu)调幅信号的解调t012sd（t）3ACRR1CsAM（t）sd（t）非相干(xinggn)解调包络检波F()10SAM()1/2ccA0A0第22页/共71页第二十三页，共72页。频谱图SHSB() C- C C- CHLSB() C- CB1/2 C- CSLSB()B1/2HHSB() C- CSDSB()2B1/2上边带调制(tiozh)下边带调制(tiozh)第23

11、页/共71页第二十四页，共72页。四、残留边带调制四、残留边带调制(tiozh)(tiozh)（VSBVSB）频谱图 C- CSDSB()2B1/2HVSB()SVSB() C- CB1/2 C- CB1/2HVSB()SVSB()残留(cnli)上边带残留(cnli)下边带第24页/共71页第二十五页，共72页。练习题1.已知：调制信号(xnho)f(t)=cos 0t；载波信号(xnho)c(t)=cos4 0t;请画出调制信号(xnho)、载波信号(xnho)及AM、DSB 、HSB 、LSB调制时的频谱图(AM时直流电平为A0) 0- 0F( )w0-w0F(w)4w0-4w0w 0-

12、 0SDSB( )4 0-4 0w5 03 0-3 0-5 0ww0-w0SAM(w)4w0-4w0w5W03W0-3W0-5W0第25页/共71页第二十六页，共72页。练习题ww0-w0SUSB(w)4w0-4w0w5W0-5W0ww0-w0SLSB(w)4w0-4w0w3W0-3W0第26页/共71页第二十七页，共72页。)(10cos)100cos2()(6Vttts第27页/共71页第二十八页，共72页。)(cos)()(ttAts瞬时相角瞬时幅度一、调频一、调频(dio pn)信号与调相信号信号与调相信号)(cos)(0ttAtsc常量第28页/共71页第二十九页，共72页。)(co

13、s)(0tfKtAtsPMcPM)()(tfKtPM相移常数1 1、相位、相位(xingwi)(xingwi)调制（调制（ PM:Phase Modulation PM:Phase Modulation ）2 2、频率、频率(pnl)(pnl)调制调制(FM:Frequency Modulation)(FM:Frequency Modulation)(cos)(0dttfKtAtsFMcFM)()()(tfKdttdtFM频偏常数(chngsh)（表征调频器的灵敏度）载波频率(常数)第29页/共71页第三十页，共72页。AMFM各种( zhn)调制时的时域波形图时域波形图f(t)f(t)f(t

14、)第30页/共71页第三十一页，共72页。结论(jiln)： 1、FM信号(xnho)是一个等幅波，它的幅度与调制信号(xnho)无关； 2、FM信号(xnho)的频率与调制信号(xnho)电压有比例关系第31页/共71页第三十二页，共72页。二、频率二、频率(pnl)调制调制FM（p59）1、窄带调频、窄带调频(dio pn)和宽带调频和宽带调频(dio pn)的定义的定义(P59)5.0(6|)(|max或dttfKFM由调频所引起(ynq)的最大瞬时相位偏移远小于30 o时，就称为窄带调频（NBFM:narrow band frequency modulation）不满足窄带条件的调频称

15、为宽带调频（WBFM:Wide Band frequency modulation）(3-3-9)第32页/共71页第三十三页，共72页。2、窄带(zhi di)调频的带宽（P60） m0F() m c0 c m c + m- c- c m- c + mSNBFM( ) c0 c m c + m- c- c m- c + mSAM()mNBFMfB2第33页/共71页第三十四页，共72页。3 3、宽带调频、宽带调频(dio pn)(dio pn)的带宽的带宽(P61)(P61) c+ m c c m FM=0.5 c+3 m c c 3 m FM=2 c c+10 m c-10 mFM=8ma

16、x22 )1 (2fffBmmFMFM卡森公式(gngsh)（3-3-14） c+9 m c-9 m18 m6 m第34页/共71页第三十五页，共72页。max22 )1 (2fffBmmFMFM1FM1FMmFMfB2窄带(zhi di)调频max22 )1 (2fffBmmFMFM宽带(kun di)调频第35页/共71页第三十六页，共72页。4 4、调频、调频(dio pn)(dio pn)信号的功率信号的功率coscos coscos)(ttAdttAKtAtsmFMcmmFMcFM 已调信号的总功率已调信号的总功率(gngl)未调载波的功率未调载波的功率(gngl) A2/2 总功率

17、总功率(gngl)与调制过程及调频指数无关与调制过程及调频指数无关cfFMPPP 第36页/共71页第三十七页，共72页。5 5、调频信号、调频信号(xnho)(xnho)的应用的应用1、调频(dio pn)广播（WBFM）2、超短波电台(dinti)（NBFM）第37页/共71页第三十八页，共72页。（一）、调频信号(xnho)的产生1、直接(zhji)调频法FMf(t)sFM(t)VCCf0变容管f(t)sFM(t)电压/电流f(t)sFM(t)载波发生器6 6、调频、调频(dio pn)(dio pn)信号调制与解调信号调制与解调2、间接调频法p32积分器调相器f(t)sFM(t)dtt

18、f)(第38页/共71页第三十九页，共72页。（二）、调频(dio pn)信号的解调非相干解调调频(dio pn)信号有相干解调和非相干解调两种方式相干解调窄带调频(dio pn)信号非相干解调窄带和宽带调频(dio pn)信号)(cos)(dttfKtAtsFMCFM)()(tfKtsFMo)(sin)()(dttfKttfKAtsFMCFMCd第39页/共71页第四十页，共72页。fc斜率(xil)为Kd输入(shr)频率输出(shch)电压限幅器及带通微分器包络检波低 通滤波器sd(t)鉴频器鉴频器特性及组成第40页/共71页第四十一页，共72页。3.2，3.4 模拟调制(tiozh)系

19、统的抗噪声性能一、线性调制(tiozh)系统的调制(tiozh)与解调ttftscDSBcos)()(ttftAttfAtscccAMcos)(coscos)()(00f(t)sAM(t)cosctA0常规调幅调制模型f(t)sDSB(t)cosct双边带调幅调制模型第41页/共71页第四十二页，共72页。讲解(jingji)内容1、相干(xinggn)解调的分析模型？2、抗噪声(zoshng)性能通过什么质量指标描述？其意义是什么？3、AM、DSB、SSB抗噪声性能的比较？（用指标G、带宽、解调方式说明）4、不同调制方式之间如何比较其抗噪声性能？我们的问题？第42页/共71页第四十三页，共7

20、2页。单边带调制的实现(shxin)采用滤波法二、线性调制相干解调的抗噪声(zoshng)性能线性调制相干(xinggn)解调的抗噪声性能分析模型带 通滤波器低 通滤波器s(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)cd(t)=cosct高斯白噪声窄带高斯白噪声1、抗噪声性能分析模型（p52）我们的目标；在给定s (t)及n (t)的情况下，1、确定各种解调器的输入及输出信噪比；2、对各种调制系统的抗噪声性能作出评价第43页/共71页第四十四页，共72页。nsppns10log102 2、信噪比（、信噪比（SNR:singal noise ratioSNR:singal noise

21、ratio）p52p52信号(xnho)功率噪声(zoshng)功率3 3、信噪比增益（、信噪比增益（G:GainG:Gain）衡量系统抗噪声性能的重要参数衡量系统抗噪声性能的重要参数iiOONSNSG 表征信号通过系统传输后信噪比的改善情况，G越大抗噪声性能越好第44页/共71页第四十五页，共72页。回顾：能量谱密度(md)和功率谱密度(md)TFTTP2)(|)(|lim2)()(FE第45页/共71页第四十六页，共72页。n0/2高斯白噪声双边功率谱密度Pn() 噪声(zoshng)功率谱密度窄带高斯白噪声（AM、DSB）n0/2 0- 0Pn()2B B窄带高斯白噪声（USB）n0/2

22、 0- 0Pn()B窄带高斯白噪声（LSB）n0/2 0- 0Pn()注意；我们遇到的绝大多数噪声都是高斯白噪声。我们在分析问题时都将噪声作为(zuwi)高斯白噪声处理！n0高斯白噪声单边功率谱密度Pn()第46页/共71页第四十七页，共72页。 1w|F(w)|2B调制信号功率谱图功率(gngl)谱图信号(xnho)功率谱图注意这里(zhl)哦！表示的是功率谱密度面积表示功率第47页/共71页第四十八页，共72页。功率(gngl)谱图 01/4 0|SDSB()|22B 01/4 0|Sam()|22B 01/4 0|SLSB()|2B 01/4 0|SUSB()|2B调制(tiozh)后信

23、号功率谱第48页/共71页第四十九页，共72页。叠加噪声的调制信号(xnho)（输入信号(xnho)）功率谱图 1|F()|2Bn0/2功率(gngl)谱图输入(shr)信噪比第49页/共71页第五十页，共72页。功率(gngl)谱图 叠加噪声的输出信号(xnho)功率谱 01/4 0|SDSB()|22B 01/4 0|SAM()|22B 01/4 0|SLSB()|2B 01/4 0|SUSB()|2B信噪比第50页/共71页第五十一页，共72页。4、结论：SDB解调器的信噪比改善了一倍，原因是相干解调把噪声中的正交分量抑制掉了，从而使噪声功率减半的缘故SSB中信号和噪声有相同的表示形式(

24、xngsh)，所以在相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制调，故信噪比没有改善，即G=1AM在大信噪比时G1第51页/共71页第五十二页，共72页。总结(zngji)调制方式带宽SNRiSNRoG典型解调方式DSB2B2相干解调SSBB1相干解调VSB略大于BAM2B包络检波B：基带信号(xnho)带宽Bntf02)(Bntf022)(Bntf02)(Bntf024)(Bntf024)(BntfA02202/)(1)()(22202tfAtff(t)为单频正弦(zhngxin)信号时2/3第52页/共71页第五十三页，共72页。例：若某一通信(tng xn)系统输入信号为f(t),经下列

25、调制后求：（1）合成信号g(t)的频谱表达式，并画出其频谱图（2）写出已调波s(t)频域表达式，并画出其频谱图f(t)s(t)cosctg(t)cosmt)(21)(21)(mmFFGF()m-m0)(21)(2121)(21)(2121)(21)(21)(cmcmcmcmccFFFFGGS解:第53页/共71页第五十四页，共72页。G()m-m0-2m2m1/2S()m-m0-cc1/21/4c 2mc -2mc 2m第54页/共71页第五十五页，共72页。作业(zuy)1、page66 ,二大题1，4，5第55页/共71页第五十六页，共72页。fc斜率为Kd输入频率输出电压限幅器及带通微分

26、器包络检波低 通滤波器sd(t)鉴频器鉴频器特性及组成三、非线性调制系统(xtng)的抗噪声性能P62第56页/共71页第五十七页，共72页。带 通滤波器低 通滤波器sFM(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)高斯白噪声限幅鉴频解调器宽带调频系统抗噪声性能分析模型FMFMFMG33 1时有近似式：当AMFMFMBB29292)1 (32FMFMFMG第57页/共71页第五十八页，共72页。模拟调制性能(xngnng)比较调制方式带宽G典型应用DSB2B2较少应用SSBB1短波无线电广播话音频分多路VSB略大于B商用电视广播AM2B中短波无线电广播FM2(1+FM)fm超短波电台

27、(窄带FM)调频立体声广播（宽带FM）B：基带信号(xnho)带宽)()(22202tfAtf)1 (32FMFM第58页/共71页第五十九页，共72页。作业(zuy)总结模拟调制的知识，用图表形式(xngsh)画出。内容包括调制类型 调制方式带宽信噪比增益 解调方式应用第59页/共71页第六十页，共72页。本章主要(zhyo)内容线性与非线性调制就是(jish)调制前后信号频谱之间是否存在线性关系。即频谱是否是线性搬移来确定。AM、DSB调制的时域波形(b xn)如何？AM、DSB调制的频谱特性如何？AM解调采用包络检波方法，DSB解调采用相干解调。在输入信号功率相同的情况下，线性调制中抗噪

28、声性能DSB与SSB同DSB优于AM调制。线性调制系统频带利用率较高，但抗干扰能力较差；非线性调制系统频带利用率较差，但抗干扰能力较好。第60页/共71页第六十一页，共72页。小结(xioji) 1、通常按照调制前、后信号频谱之间是否存在线性关系来将模拟调制分为线性调制和非线性调制两大类。线性调制常规(chnggu)双边带调制AM、抑制载波的双边带调制DSB、 单边带调制SSB和残留边带调制VSB；非线性调制频率调制和相位调制。2、优缺点：线性调制系统频带利用率较高，但抗干扰能力较差；非线性系统则正好与此相反。 第61页/共71页第六十二页，共72页。3、从抗噪声能力的角度出发： 调频系统性能

29、最好，单边带系统和抑制载波的双边带系统次之，常规双边带调制信号由于绝大部分功率都分配在载波功率上，其抗声性能最差。 调频系统的调频指数越大，其抗噪声性能越好，但传输信号所需的带宽也越宽，常用于高质量要求(yoqi)的远距离通信系统如微波接力、卫星通信系统以及调频广播系统中。第62页/共71页第六十三页，共72页。3.5 频分复用(f yn)（FDM） 所谓所谓(suwi)(suwi)多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。为了在接收端能够将不同路的信号区分开来，必须使不同路的信号具有不同的特征。最常用的多路复用方式是频分复用（为了在接收端能够将不同路的信号区分开来，必须使不同路的信号具有不同的特征。最常用的多路复用方式是频分复用（FDMFDM）、时分复用（）、时分复用（TDMTDM）和码分复用（）和码分复用（CDMCDM）。）。按频段区分信号的方法叫频分复用；按时隙区分信号的方法叫时分复用；按相互正交的码字区分信号的方法叫码分复用。传统的模拟通信中都采用频分复用；随着数字通信的发展，时分复用和码分复用通信系统的应用越来越广泛。按频段区分信号的方法叫频分复用；按时隙区分信号的方法叫时分复用；按相互正交的码字区分信号的方法叫码分复用。传统的模拟通信中都采用频分复用；随着数字通信的发