5-3-调制和解调、带通滤波系统的应用-抽样信号恢复模拟信号

1、哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系5.3调制与解调、带通滤波系统的应用调制与解调、带通滤波系统的应用抽样抽样信号恢复模拟信号信号恢复模拟信号 一、调制与解调一、调制与解调1为什么要调制（实现信号的传输）为什么要调制（实现信号的传输）天线尺寸必须大于信号波长的十分之一；天线尺寸必须大于信号波长的十分之一； 不调制各电台发出的信号频率就会相同，用户无法选择；不调制各电台发出的信号频率就会相同，用户无法选择； 通过调制，各信号被搬移到不同的频率范围，通过调制，各信号被搬移到不同的频率范围，接收机可选择接收，从而实现多路复用。接收机可选择接收，从而实现多路复用。 信源信源

2、编码编码调制调制信道信道解调解调解码解码信宿信宿信号的传输过程信号的传输过程哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系2调幅原理（抑制载波振幅调制，调幅原理（抑制载波振幅调制，AM-SC）调制调制 0( )( )cos()f tg tt调制信号调制信号相乘相乘 载波信号载波信号( )g t0cos() t0001() ( )cos() ()()2F jF g ttGG( )Gmm012( )F01哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系乘积解调（同步解调）乘积解调（同步解调） 相乘相乘低通低通0( )( )cos()f tg tt0cos() t0

3、( )g t( )g t000011( ) ( )cos()cos()( )( )cos(2)22g tg tttg tg tt00011( )( ) (2)(2)24F g tGGG 哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系0( )G02cmmc0212( )Gmm恢复条件：恢复条件：a)低通滤波器低通滤波器02mcm b)低通滤波器幅度为低通滤波器幅度为2缺点：在接受端需要本地载波信号，接收机成本高缺点：在接受端需要本地载波信号，接收机成本高 哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系( )g tA0( )cos()Ag tt0cos() t相

4、加相加相乘相乘3标准振幅调制（标准振幅调制（AM,传送载波信号）传送载波信号）( )0Ag t条件：条件：缺点：发射机需要足够附加功率，成本高缺点：发射机需要足够附加功率，成本高优点：不需要本地载波优点：不需要本地载波 解调：包络检波器（二极管、电阻、电容）解调：包络检波器（二极管、电阻、电容） 调制调制哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系4其它调制方式其它调制方式 单边带调制单边带调制SSB调频调频FM调相调相PM( )Gmm012( )F010( )( )cos()f tg tt调制信号调制信号相乘相乘 载波信号载波信号( )g t0cos() t带通滤波器带通

5、滤波器( )SSBft0000mm哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系二、带通滤波系统的应用二、带通滤波系统的应用1.调幅信号作用于带通系统调幅信号作用于带通系统稳定，稳态响应稳定，稳态响应0sin() t0cos() t( )H s000() sin()H jt000() cos()H jt哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系222( )(1)100sH ss1( )(1cos )cos100v ttt2( )vt111( )cos100cos101cos9922v tttt2222222()(1)10021 1002(100)(100

6、)jjjH jjjj 11(100)(100)1(100)12jj451( 99)2jH je例例1已知已知，求稳态响应求稳态响应解：解： ( 100)1H j，451( 101)2jH je，21212( )cos100cos(10145 )cos(9945 )2 22 2v tttt 21cos(45 )cos1002tt哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系2窗函数的应用窗函数的应用 00tt研究信号在某一时间间隔内的特性（时间窗）研究信号在某一时间间隔内的特性（时间窗） cc研究信号在某一频率间隔

7、内的特性（频率窗）研究信号在某一频率间隔内的特性（频率窗）窗函数的概念窗函数的概念 频率窗函数例子频率窗函数例子 注意：利用带通系统传输调幅波过程中，只关心包络波形是否注意：利用带通系统传输调幅波过程中，只关心包络波形是否 失真，不考虑载波相位如何变化失真，不考虑载波相位如何变化 哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系( )f t1( ) ()tfwdaa( )aHsin()cos(3)( )ttw tt( )aH例例2若信号若信号通过某线性时不变系统产生的输出信号为通过某线性时不变系统产生的输出信号为求：此系统的系统函数求：此系统的系统函数 若若，求，求描述系统功能

8、描述系统功能a( )aH改变时，改变时，规律规律哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系( )()aHaWa1 sin( )cos3tw ttt11( ) ()() (3 )(3 )2Wuu 1 (4 )(2 ) (2 )(4 )2uuuu124( )20aaHaa解：解：1( )()ath twaa， 2wBa03a理想带通滤波器，理想带通滤波器，0/2/3wBawB0改变改变 ，可调，可调和和，但，但不变不变哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系( )f t( )sf t( )( )()Tsnp tttnT相乘相乘1.从冲激抽样信号恢复连续

9、时间信号从冲激抽样信号恢复连续时间信号 抽样抽样三、从抽样信号恢复连续时间信号三、从抽样信号恢复连续时间信号( )() ()1( )()sssnssnsf tf nTtnTFFnT( )sF( )Fmmmms1sT1哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系()0sccTH j( )()csch tTSat( )( )( )()()cssscsnf tf th tTf nT SatnT( )()()scsnf tf nT SatnT( )f t()H j( )sf t 恢复恢复mcsm条件：条件：2smcm若若且且，则，则哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动

10、化测试与控制系2零阶抽样保持零阶抽样保持( ) t函数无法实现，时宽窄、幅度大的矩形脉冲也很难实现。函数无法实现，时宽窄、幅度大的矩形脉冲也很难实现。 ( )p t( )f t对对抽样，保持这一样本值到下一个抽样瞬间为止抽样，保持这一样本值到下一个抽样瞬间为止所以在通信中常采用零阶抽样保持：抽样瞬间，所以在通信中常采用零阶抽样保持：抽样瞬间，( )f t0( )sft零阶抽样保持器零阶抽样保持器p(t)哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系( )() ()sssnf tf nTtnT1( )()ssnsFFnTt( )f tt( )p tt0( )sftsT( )sf

11、 t0( )h t( )sf t0( )sft1sTWhy?哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系00( )( )( )ssftf th t200( )( )( )()2sTjssssnTFFHFnSae恢复恢复方法方法 202()()202sTjssrseTSaHj0( )sft( )f t0()rHj() () ()()sssnf nTnTu tu tTd ()()stsst Tnf nTnT d () ()(1)sssnf nTu tnTu tnT哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系10()rHj2s2s2s2s( ) 哈尔滨工业大学

12、自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系3一阶抽样保持一阶抽样保持21( )()()2sssnTFFnSa 2112()()202ssrsTSaHj ( )sf tsTsT1( )sft1 折线折线哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系 数字通信系统中常用零阶抽样保持数字通信系统中常用零阶抽样保持4总结：总结： 由抽样信号恢复连续信号的本质是由样本值重建某一函数由抽样信号恢复连续信号的本质是由样本值重建某一函数 这一过程称为内插这一过程称为内插 带限内插（用带限内插（用Sa函数实现内插）函数实现内插） 线性内插（用折线内插）线性内插（用折线内插）哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨工业大学自动化测试与控制系作业：作业：