第4讲 模拟调制技术

1、2022年4月14日星期四 Principles of Digital Communication中南大学信息科学与工程学院中南大学信息科学与工程学院School of Information Science and EngineeringCentral South University主讲：李敏主讲：李敏联系方式：联系方式： 2022年4月14日星期四一、基本概念一、基本概念频谱特征是从频谱特征是从0 0或接近或接近0 0的频率到某一截止频率的频率到某一截止频率f fm m的信号，又称的信号，又称低通型信号低通型信号。如语音信号等。如语音信号等。 调制之后的信号，基带信号对载波进行调制后产调

2、制之后的信号，基带信号对载波进行调制后产生的信号。生的信号。 由于基带信号具有频率很低的频谱分量，出于抗干由于基带信号具有频率很低的频谱分量，出于抗干扰、提高传输率、适应信道传输特性等方面考虑，一扰、提高传输率、适应信道传输特性等方面考虑，一般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，变换后的信号就是频带信号在信道中传输的信号，变换后的信号就是频带信号 基带信号所占用的频率范围叫基本频带（这个频基带信号所占用的频率范围叫基本频带（这个频带从直流起可高到数百千赫，甚至若干兆赫），简称带从直流起可高到数百千赫，甚至若干兆赫），简称

3、基带（基带（base bandbase band）2022年4月14日星期四其他相关概念其他相关概念v信号频带：信号频带：信号的每秒钟变化的次数叫信号的每秒钟变化的次数叫频率频率用赫兹用赫兹（Hz）作单位，信号的频率有高有低，低频到高频的）作单位，信号的频率有高有低，低频到高频的范围叫信号频带。范围叫信号频带。v信号带宽：信号带宽：信号自身所占最高频率与最低频率之差，用信号自身所占最高频率与最低频率之差，用B来表示，单位来表示，单位Hz。v信道频带：信道频带：信道允许传送的信号的最高频率与最低频率信道允许传送的信号的最高频率与最低频率之间的频率范围。之间的频率范围。如微波的工作频率范围为如微波

4、的工作频率范围为300MHz300MHz300GHz300GHz，电话双绞线的工作频率范围在，电话双绞线的工作频率范围在0 0到数百千到数百千HzHz。v信道带宽：信道带宽：信道能传送的信号的最高频率与最低频率之信道能传送的信号的最高频率与最低频率之差，用差，用B B来表示，单位来表示，单位HzHz 只有只有信号的频带在信道的频带允许范围信号的频带在信道的频带允许范围内，才能够在信道中传输。内，才能够在信道中传输。 大部分需传送的信号都位于较低的频带大部分需传送的信号都位于较低的频带上，而传输信道（如电缆、光缆等）的适用上，而传输信道（如电缆、光缆等）的适用传输频率，一般都位于高频范围。因此，

5、需传输频率，一般都位于高频范围。因此，需调制调制解决二者的不匹配。解决二者的不匹配。其他相关概念其他相关概念一、基本概念一、基本概念 把信号频谱搬移到较高频率范围以适应信道频率把信号频谱搬移到较高频率范围以适应信道频率传输特性的过程。传输特性的过程。 作为基准信号的正弦信号或脉冲串或数字信号。作为基准信号的正弦信号或脉冲串或数字信号。按基带信号的变化规律改变载波某些参数的过程。按基带信号的变化规律改变载波某些参数的过程。 又称连续调制，调制信号的取值是连续的。又称连续调制，调制信号的取值是连续的。 调制信号的取值是离散的，如调制信号的取值是离散的，如PCMPCM脉冲编码调制。脉冲编码调制。 已

6、调信号的频谱是调制信号的水平搬移及线性变换。已调信号的频谱是调制信号的水平搬移及线性变换。 已调信号的频谱将产生频谱的非线性变换，会有新的频率已调信号的频谱将产生频谱的非线性变换，会有新的频率分量产生。分量产生。1 1、信道传输频率特征的需要。信道传输频率特征的需要。2 2、实现信道复用。、实现信道复用。3 3、改善系统的抗噪声性能，或通过调制来提高、改善系统的抗噪声性能，或通过调制来提高系统频带利用率。采用不同的调制技术对系统系统频带利用率。采用不同的调制技术对系统性能将产生很大的影响。性能将产生很大的影响。调制模型调制模型载波信号的三要素：载波信号的三要素： 振幅、频率、相位振幅、频率、相

7、位调调制制技技术术模拟调制模拟调制(连续调制连续调制)数字调制数字调制线性调制线性调制(幅度调制幅度调制)非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)DSB：抑止载波双边带调幅抑止载波双边带调幅AM：常规双边带调幅：常规双边带调幅SSB：单边带调制：单边带调制VSB：残留边带调制：残留边带调制FM：频率调制：频率调制PM：相位调制：相位调制PCM：脉冲编码调制：脉冲编码调制数字载波调制数字载波调制(键键控系统控系统)2ASK、2PSK等等多进制键控系统多进制键控系统改进型数字调制改进型数字调制一、一、AM（振幅调制）（振幅调制） 又称为又称为。和抑制载波的双。和抑制载波的双边带调制边带调制DSB/

8、SC一起为幅度调制中最一起为幅度调制中最基本的调制技术。基本的调制技术。 两者的区别是两者的区别是AMAM中的调制信号必须中的调制信号必须包含一定的直流分量包含一定的直流分量。 设设载波信号载波信号为：为： 则当基带信号通过调制后，得到则当基带信号通过调制后，得到AM信号为：信号为： tc costtStScAM cos)()( )()(21)()()(0ccccAMFFAS 1、调制原理、调制原理 设设AM的的基带信号基带信号：max00)()()(tfAtfAtS 且且频域表示频域表示：2022年4月14日星期四2022年4月14日星期四2 2 分为分为（包络检波法）和（包络检波法）和（同

9、（同步检波法）。步检波法）。特点：解调电路简单特点：解调电路简单 应用：无线电短波广播应用：无线电短波广播BPFBPFLEDLEDLPFLPF)(tSAM)(tSBPF:BPF: 带通滤波器，带通滤波器，在保证信号能顺利通过的前提下，最大在保证信号能顺利通过的前提下，最大限度限制噪声的进入限度限制噪声的进入。LPFLPF：低通滤波器低通滤波器，滤除检波后信号中的高频成分；，滤除检波后信号中的高频成分；LEDLED：半波或全波整流器半波或全波整流器； ：准确性不太理想，信号影响较大；准确性不太理想，信号影响较大；在相同误码率情况下，信噪比较相干在相同误码率情况下，信噪比较相干解调要高解调要高1d

10、B；抗噪声性能稍差于相干解调；抗噪声性能稍差于相干解调； ：需提供与已调信号中载波分量同频同相的本地：需提供与已调信号中载波分量同频同相的本地 载波信号，即需载波同步技术；载波信号，即需载波同步技术；ttStScAMcos)()(则：则： ttStttStScccP 2cos1)(21coscos)()( 通过通过LPFLPF（低通滤波），将高频成分滤去：（低通滤波），将高频成分滤去：)(2)(tSktScd K Kc c：LPFLPF的电压传输参数。的电压传输参数。则可得到无失真信号。则可得到无失真信号。 ：实现困难；实现困难；技术要求高，设备复杂；技术要求高，设备复杂； 二、DSB（双边带

11、调制） 又称为又称为DSB/SCDSB/SC。 该调制信号中该调制信号中，即频谱中，即频谱中无离散谱。无离散谱。 不能采用包络检波法不能采用包络检波法二、DSB（双边带调制）DSBDuble side band DSBDSB调制信号（时域表示）为：调制信号（时域表示）为： 频域表示为：频域表示为：ttftScDSB cos)()( )()(21)(ccDSBFFS 是在双边带基础上，把其中是在双边带基础上，把其中 |w|wc （上边带上边带USB） 或或 |w|wc（下边带下边带LSB）的部分进行调制。的部分进行调制。SSBSingle side band 三、SSB（单边带调制）数字通信原理

12、vVSBVestigial Side Bandv产生单边带信号需要理想滤波器，这在实际产生单边带信号需要理想滤波器，这在实际电路中难以实现。电路中难以实现。v残留边带残留边带 (VSB) (VSB)滤波器容易设计，同时又能滤波器容易设计，同时又能使上下边带频谱巧妙地互补，解调后得到完使上下边带频谱巧妙地互补，解调后得到完整信号。整信号。v残留边带残留边带信号：保留了下边带频谱的大部分信号：保留了下边带频谱的大部分( (仅仅是靠近仅仅是靠近fcfc附近的频谱有一定衰减附近的频谱有一定衰减) )，同，同时还保留了上边带信号的一小部分。时还保留了上边带信号的一小部分。四、VSB（残留边带调制）数字通

13、信原理一、模拟调制系统接收框图考察解调系统的制度增益：考察解调系统的制度增益：iiooNSNSG 二、双边带调制DSB 为为噪噪声声单单边边功功率率谱谱密密度度00222)()(21cos)()(nBntnNtfttftSSDSBicDSBii 经过相干解调器后：经过相干解调器后： ttnttntnttnttftttfttScsccccicccci 2sin*)(2cos*)()(21cos*)(2cos)(21coscos)(cos)( 经过滤波器后：经过滤波器后：相相位位随随机机过过程程；包包络络随随机机过过程程；其其中中：:)(:)()(sin)()()(cos)()()(21)()(2

14、1)(ttattatnttatntntntftSsccoo 所以：所以：241)(4121)(22iiooDSBioiooNSNSGNtnNStSSc同理：同理： )()(232;1222tfAtfGGAMSSB（最大的制度增益，（最大的制度增益，临界状态）临界状态）（通式）（通式）v制度增益制度增益v门限效应门限效应v性能比较性能比较 当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后，值后，检波器检波器的输出信噪比出现急剧恶化的一种现的输出信噪比出现急剧恶化的一种现象。开始出现门限效应的输入象。开始出现门限效应的输入信噪比信噪比称为门限值。称为门限值。

15、 这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。用引起的。 在小信噪比情况下在小信噪比情况下, ,调制信号调制信号无法与噪声分开，无法与噪声分开，而且有用信号淹没在噪声之中，此时检波器输出信而且有用信号淹没在噪声之中，此时检波器输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，也就是出现了门限效应。恶化，也就是出现了门限效应。 带宽、调制增益、设备复杂性等带宽、调制增益、设备复杂性等 P82 P82页页 公式公式4-804-80， 4-81, 4-82, 4-83 4-81, 4-82, 4-83 P

16、83 P83页页 表表4-14-1 四、多路复用技术四、多路复用技术- -频分多路复用频分多路复用(1)(1)：若干路信息在同一信道中传送的技术，要保证各路信号：若干路信息在同一信道中传送的技术，要保证各路信号的独立性；的独立性；(2)(2)：在发送端将信号综合在一起的过程；：在发送端将信号综合在一起的过程； 接收端把它们分开的过程叫接收端把它们分开的过程叫；(3)(3)：在频域使各路信号分别占据不同频段的方法，用：在频域使各路信号分别占据不同频段的方法，用于模拟信号通信，如于模拟信号通信，如SPADESPADE卫星通信系统；卫星通信系统； (4)(4)：使各路信号分别占据不同时段传送的方法；

17、：使各路信号分别占据不同时段传送的方法；(5)(5)：用于话音插空传输技术中，目的是如何能：用于话音插空传输技术中，目的是如何能更充分利用中继线或干线上的传输能力；更充分利用中继线或干线上的传输能力；(6)(6)：采用不同的传输媒介，将信号在传输空间上分隔：采用不同的传输媒介，将信号在传输空间上分隔，如多路信号在同一网络系统中的选址通信；，如多路信号在同一网络系统中的选址通信；(7)(7)：根据波长划分信号，即光波波段的频分复用，分：根据波长划分信号，即光波波段的频分复用，分为密集波分复用为密集波分复用DWDMDWDM和光频分复用和光频分复用OFDMOFDM； 低通 调制器 带通 输入 CH1

18、 fc1 低通 调制器 带通 CH2 fc2 低通 调制器 带通 CHn fcn 信 道 带通 解调器 低通 带通 解调器 低通 带通 解调器 低通 输出 CH1 CH2 CHn 发送端 接收端 频分多路复用原理方框图 fc1 fc2 fc3 为了防止各路信号间的相互干扰，各路信号所占为了防止各路信号间的相互干扰，各路信号所占频段之间还需留有一定的频段之间还需留有一定的“保护频段保护频段”。 FDM最典型的例子是在一条物理线路上传送多路最典型的例子是在一条物理线路上传送多路话音信号的多路载波电话系统话音信号的多路载波电话系统 考虑到大容量载波电话在传输中合群、分群的方考虑到大容量载波电话在传输中合群、分群的方便，现已形成了一套标准的等级便，现已形成了一套标准的等级多路载波电路分群等级 分分群群等等级级 容容量量（路路数数） 带带宽宽（K KH Hz z） 基基本本频频带带（K KH Hz z） 基基群群 1 12 2 4 48 8 6 60 0- -1 10 08 8 超超群群 6 60 0= =5 51 12 2 2 24 40 0 3 31 12 2- -5 55