计算机通信-第3章 模拟调制

1、第第3章章 模拟调制模拟调制第第3章章 模拟调制模拟调制123幅度调制幅度调制频分复用频分复用非线性调制非线性调制(角度调制角度调制) 1、为了信号与信道匹配。为了信号与信道匹配。调制把基带信号频谱搬移到一定的频调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以适应信道的要求。带范围以适应信道的要求。 2、为了多路复用。为了多路复用。调制可将多个信息信号（它们的频谱分量处调制可将多个信息信号（它们的频谱分量处于同一频带范围内）搬到不同频率或不同时间的各个载波信于同一频带范围内）搬到不同频率或不同时间的各个载波信号上，从而能够实现多路和多址信息传输，提高频谱效率。号上，从而能够实现多路和多址信息传输，提高

2、频谱效率。 3、为了有效地辐射电磁波。为了有效地辐射电磁波。调制可增加传输距离。调制可增加传输距离。 话音话音300Hz3400Hz，波长，波长1069*104m 4、为了实现频率分配。为了实现频率分配。使通信、广播、电视等不同业务互不干使通信、广播、电视等不同业务互不干扰。扰。 5、为了提高抗干扰能力和保密能力。为了提高抗干扰能力和保密能力。 特别是用于现代通信的扩频调制、空时编码、特别是用于现代通信的扩频调制、空时编码、OFDM等广义等广义调制技术。调制技术。 调制的作用调制信号调制信号（信息信号）（信息信号）调制器调制器已调信号已调信号（传输信号）（传输信号）载波信号载波信号c(t) (

3、单音正弦波单音正弦波)连续变化的模拟量连续变化的模拟量模拟调制模拟调制离散的数字量离散的数字量(二进制数字脉冲二进制数字脉冲)数字调制数字调制(单频正弦波单频正弦波)连续波形连续波形连续波调制连续波调制脉冲波形脉冲波形脉冲调制脉冲调制(矩形周期脉冲矩形周期脉冲)调制的一般框图调制的分类载波信号不同：载波信号不同：调制信号不同：调制信号不同：模拟调制：调制信号是连续变化的模拟信号模拟调制：调制信号是连续变化的模拟信号数字调制：调制信号是离散的数字信号数字调制：调制信号是离散的数字信号连续波调制：载波信号是连续波形连续波调制：载波信号是连续波形脉冲调制：载波信号是脉冲波形脉冲调制：载波信号是脉冲波

4、形被调制载波参数不同：被调制载波参数不同：幅度调制：载波幅度随调制信号变化幅度调制：载波幅度随调制信号变化频率调制：载波频率随调制信号变化频率调制：载波频率随调制信号变化相位调制：载波相位随调制信号变化相位调制：载波相位随调制信号变化频谱的变化：频谱的变化：已调信号与输入信号频谱之已调信号与输入信号频谱之间间呈线性搬移呈线性搬移已调信号与输入信号频谱之间已调信号与输入信号频谱之间呈非线性搬移呈非线性搬移线性调制：线性调制：非线性调制：非线性调制：调制的分类（续）sm (f )线性调制非线性调制m (f )sm (f )频谱之间呈线性搬移关系：AM、ASK频谱之间没有线性对应关系：FM、PM、F

5、SK 用调制信号用调制信号 去控制载波去控制载波 的振幅，使载波振的振幅，使载波振幅随的幅随的 变化而变化。幅度调制的一般模型如下：变化而变化。幅度调制的一般模型如下： 3.1 幅度调制( )c t( )cs t( )H f( )s t( )cs t( )s t( )s t( )c t( )cos2( )( )cos2cccc tf ts ts tf t( )( )()-( )( )()-( )( )()-( )()-( )H fs tAMH fs tDSBH fs tSSBH ffcVSBH f根据特性及所包含的频谱成份，幅度调制分为：完全调幅为全通网络，有直流成分；抑制载波双边带为全通网络

6、，无直流成分；单边带是截止频率为 的高通或低通滤波器；残留边带为特定互补特性滤波器。幅度调制的分类3.1.1 完全调幅(AM)000maxmax()-( )( )( )( )( )( )( )AMH fs ts tsstsstsstst完全调幅为全通网络，有直流成分；式中 为直流成分，为交变分量，并且要求：式中为交变分量绝对值的最大值。1、AM信号的波形和时间函数表示式 1）波形2 2）时间函数）时间函数00( )( )cos2cos2( )cos2AMcccstsstf tsf tstf t s (t) max s0将会出现过调幅现象而产生包络失真将会出现过调幅现象而产生包络失真, ,不能用

7、包络不能用包络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用相干解调检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用相干解调 当满足条件当满足条件 s (t) max s0时，时，AM信号的包络与调制信号成正比，信号的包络与调制信号成正比，可以用包络检波法很容易恢复出原始的调制信号可以用包络检波法很容易恢复出原始的调制信号maxminmaxmin( )( )( )( )s ts tms ts t3）调制指数S(t)maxOts sAMAM( (t t) )S(t)min满调幅满调幅, , =1，此时，此时m=m0 m欠调幅欠调幅，一般一般 小于小于1过调幅过调幅， 大于大于1 ，s(t)min为负值为负

8、值mm2、 AM信号的频谱及带宽1 1）单音信号）单音信号2）任意低通信号22AMbHBBf调制信号带宽是基带信号带宽的两倍：调制信号带宽是基带信号带宽的两倍：3、AM信号的功率和传输效率1）调制信号功率：22202222200 ( )( ) coscos( )cos2( )cosAMAMccccPstSs ttStsttS s tt( )0st 220( )22AMcSSstPPP所以所以载波功率载波功率边带功率边带功率有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的有用功率（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。比例称为调制效率。2220( )/2/2( )/2S

9、AMAMPstPSstAM调制方式调制效率低！调制方式调制效率低！“满调幅满调幅”时，如果时，如果s(t)为矩形波形，则最大可得到为矩形波形，则最大可得到 AM =50%，而，而s(t)为正弦波时可得到为正弦波时可得到 AM =33.3%。 一般情况下，调制指数都小于一般情况下，调制指数都小于1 1，调制效率很低，即，调制效率很低，即载波分量占据大部分信号功率，有信息的两个边带占载波分量占据大部分信号功率，有信息的两个边带占有的功率较小。有的功率较小。 2）调制效率：AM信号解调常用包络解调n 优点：可以采用包络检波法解调，不需本地同步载波优点：可以采用包络检波法解调，不需本地同步载波信号，接

10、收机成本很低。信号，接收机成本很低。n 缺点：缺点：AMAM信号的调制效率比较低信号的调制效率比较低AM调制的优缺点问题：能否去掉不带信息的载波，问题：能否去掉不带信息的载波，提高调制效率？提高调制效率？抑制载波双边带调制抑制载波双边带调制3.1.2. 抑制载波双边带调制(DSB)调制- ( )( )DSBH fs t为全通网络，无直流成分；1 1、DSBDSB信号的波形和时间函数表示式信号的波形和时间函数表示式 DSBDSB信号时间函数信号时间函数 ( )( ) ( )( )2DSBcsts t c tst cosf t( )st( )DSBst( )c t DSB信号的波形2. DSB信号

11、的频谱、带宽和功率1( )()()2DSBCCSfSffSff3、DSB信号解调为同步解调2( )( )cos 2( )cos 211( )cos( )242DSBcccs tstf tstfststtf t1( )( )1(2)(221 ( )( )42ccos tstF s tSfSffSff对上式进行频谱变换式中第二项将被低通滤除低 通( )DSBst( )s t( )os t( )c tDSB信号解调信号的频谱图DSB信号优缺点DSBDSB信号节省了载波功率，调制效率为信号节省了载波功率，调制效率为100100频带宽度仍是调制信号带宽的两倍频带宽度仍是调制信号带宽的两倍上、下两个边带是

12、完全对称的上、下两个边带是完全对称的问题：能否只传输其中一个边带，问题：能否只传输其中一个边带，节省带宽？节省带宽？单边带调制单边带调制1( )()()2DSBCCSfSffSff 双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱的所有频谱信息，因此可以的所有频谱信息，因此可以只传输其中一个边带只传输其中一个边带。既节省发送。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。功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。3.1.3 单边带(SSB)调制 单边带滤波器( )st( )s t( )SSBst( )c tSSB信号

13、的频域表示式1,( )( )0,cUSBcHH1,( )( )0,cLSBcHH滤除下边带滤除下边带:滤除上边带滤除上边带: 1( )()()2SSBccSSSH s+(w)/2s-(w)/2s+(w-wc)/4s-(w+wc)/4s+(w+wc)/4s-(w-wc)/4低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器 1( )()()2SSBccSSSH以下边带为例 1sgn()sgn()2ccH其中，其中，1()sgn()()sgn()4ccccSS1()()4ccSS 1( )cos2cs tt1( )sin2cs ttSSB信号的时域表示11( )( ) cos( )sin22SSBccsts

14、ttstt上边带上边带下边带下边带单频单边带调制波形2. SSB信号的频谱及带宽单边带信号的带宽：单边带信号的带宽：单边带信号的功率：单边带信号的功率：SSBbbBBf1124SSBDSBsPPP单边带信号的带宽及功率 (1) (1) 滤波法滤波法滤波法框图如前所述，当调制信号具有丰富的低滤波法框图如前所述，当调制信号具有丰富的低频成份时，要求单边带滤波器具有较陡峭的高通或低通特性。频成份时，要求单边带滤波器具有较陡峭的高通或低通特性。 (2) (2) 移相法移相法移相法中宽带移相器的制作较为困难。移相法中宽带移相器的制作较为困难。4. SSB信号的产生与解调单边带信号解调是同步解调211(

15、)( )( )cos2( )sin 2cos22211( )cos 2( )sin 2cos222111( )( )cos4( )sin 44441( )( )4SSBccccccccostc tstf tstf tf tstf tstf tf tststf tstf ts tst式中后两项将被低通滤波器滤除，因此低通低通滤波器滤波器( )SSBst( )c t( )os tSSB调制小结 SSB信号信号DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为它的一样，不能采用简单的包络检波，因为它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以需采用相干解调。包络不能直接反映调制信号的变化，所以需采用相干解调。1/2

16、SSBSSBHSSBDSBBfPP工程实现困难？工程实现困难？3.1.4 残留边带(VSB)调制 滤波法产生单边带信号，需要频率响应陡峭的高、低通滤波器，滤波法产生单边带信号，需要频率响应陡峭的高、低通滤波器，特别对低频成份丰富的调制信号，更难实现。若用具有互补特特别对低频成份丰富的调制信号，更难实现。若用具有互补特性的渐变滤波器代替，这就是残留边带调制，记为性的渐变滤波器代替，这就是残留边带调制，记为VSBVSB。1.1.残留边带的频谱残留边带的频谱 残留边带滤波器的特性H()在c处必须具有互补对称（奇对称）特性, 相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。()()ccHHH

17、常数，残留边带滤波器特性的两种形式残留残留“部分上边带部分上边带”残留残留“部分下边带部分下边带” 2. 残留边带信号时间函数表示式 11( )( )cos2( )sin222( )( )2VSBccsts tf ts tf ts ts t式中是既经移相 ，同时幅度又受到残留滤波器衰减的信号。残留边带信号解调频谱图残留边带信号解调频谱图211( )( )( )cos2( )sin2cos22211( )cos 2( )sin2cos222111( )( )cos4( )sin44441( )( )4VSBccccccccostc ts tf ts tf tf ts tf ts tf tf ts

18、 ts tf ts tf ts ts t式中后两项将被低通滤波器滤除，因此4. 残留边带信号的解调例3-1已知调幅信号的表达式为已知调幅信号的表达式为SAM(t)=1.25cos2(104)t+4cos2(1.1104)t+1.25 cos2(1.2104)t试求：试求：1)载频为多少？载频为多少？ 2)调幅指数为多少？调幅指数为多少？ 3)调制频率为多少？调制频率为多少？1)载频为：载频为：2)调幅指数为调幅指数为: 3)调制频率为：调制频率为：34( )42.5cos(210 ) cos(21.1 10 )AMsttt解：解：6.5 1.50.6256.5 1.5AM421.1 10 ra

19、d/s3210 rad/sAM： 优点：接收设备简单；优点：接收设备简单； 缺点：频带利用率低，功率利用率低，抗干扰能力差；缺点：频带利用率低，功率利用率低，抗干扰能力差； DSB： 优点：功率利用率高；优点：功率利用率高； 缺点：接收要求同步解调，设备较复杂缺点：接收要求同步解调，设备较复杂； 各种线性调制方式小结SSB： 优点：功率利用率和频带利用率都较高优点：功率利用率和频带利用率都较高 ； 缺点：发送和接收设备都复杂缺点：发送和接收设备都复杂 ； VSB： 优点：综合了优点：综合了SSB和和DSB的优点的优点 ； 缺点：带宽性能不是最优的缺点：带宽性能不是最优的 ； 发送端把需用传送的

20、各路信号，采用调制将频率般移到发送端把需用传送的各路信号，采用调制将频率般移到信道带内不同的频率，并且使各路信号频谱互不重叠；在接信道带内不同的频率，并且使各路信号频谱互不重叠；在接收端用不同频率的带通滤波器分别取出各路信号。这就是频收端用不同频率的带通滤波器分别取出各路信号。这就是频分复用。分复用。3.2 频分复用 用调制信号去控制载波的用调制信号去控制载波的频率或相位频率或相位称为称为非线性调制，由于频率或相位的变化都引起载非线性调制，由于频率或相位的变化都引起载波相角的改变，因此也称为波相角的改变，因此也称为角度调制角度调制。3.3非线性调制(角度调制) cosccS tAtt角调制后角调制后瞬时相位瞬时相位瞬时相位偏移瞬时相位偏移瞬时频率瞬时频率瞬时频率偏移瞬时频率偏移 ( )cttt( ) t cdtdttdtdt