第二章模拟通信..ppt

1、现代通信技术，机械工业出版社，北京，内容简介，第一章现代通信技术概述，第二章模拟通信，第三章模拟信号数字化，第四章数字信号基带传输，第五章数字信号频带传输，第六章信道复用与多址接入模式，第七章同步原理，第八章通信技术在移动通信系统中的应用实例，第二章模拟通信， 2.1模拟信号的传输模式2.1.1调制效果2.1.2调制的分类2.2调幅2.2.1标准调幅2.2.2双边带调制2.2.3单边带调制2.2.4残留边带调制2.2.5调幅信号的解调2.2.6调幅系统的抗噪声性能2.3频谱结构和波带宽2.3.3调频方法，第2章模拟通信， 2.3.4角度调制信号的解调2.3.5调频系统的抗噪声性能2.4各种模拟

2、调制系统的性能比较2.5无线电发射机2.5.1调幅发射机2.5.2调频发射机2.6无线电接收机2.6.1调幅接收机2.6.2单边带接收机2第2章模拟通信，1。 模拟通信系统的组成。模拟调制分析3。模拟解调分析。无线电发射机5。无线电接收器2.1模拟信号的传输模式。在模拟通信系统中，与输入信息相对应的基带信号一般不适合在无线信道中传输，但需要经过一定的变换后通过发射天线传输到无线信道。这种转换过程称为调制。调制是用基带信号改变高频信号某一参数的过程。2.1模拟信号调制高频信号的传输方式有两个基本特征：一是携带信息；其次，它适合在信道中传输。高频信号本身就像一个携带信息的工具，所以高频信号叫做载波

3、，相应的频率叫做载波频率。然后，调制的高频信号必须在接收端进行逆变换，以恢复在发送端传输的基本信号，这称为解调。可以看出，信息的传输和恢复包括两个重要的转换，即调制和解调。2.1模拟信号的传输模式，通过无线电发射机进行调制。发射机主要由载波发生器、调制器、必要的功率放大器和发射天线组成。天线、载波发生器、调制器、功率放大器、基带信号、发射机框图、模拟信号的2.1传输模式、解调由无线电接收机完成。接收机主要由接收天线、选频放大器和解调器组成。天线、选频放大器、解调器、基带信号、接收机组成框图2.1模拟信号的传输模式2.1.1调制功能1提高辐射频率容易辐射根据天线理论，通信中一般采用半波振荡器天线

4、，其天线长度为波长的1/4，因此天线可以有效辐射信号，但对于大多数基带信号，其波长非常高。2.1模拟信号的传输方式，调制过程可以将基带信号调制到较高的载波频率，因为载波频率的波长较短，所以发射天线易于实现。例如，移动电话传输语音信号，如果没有调制，天线的尺寸就很大；当移动电话语音信号被调制成几千米的高频信号时，基站天线和移动电话天线可以做得更小。移动通信基站天线、移动电话天线、2.1模拟信号传输模式、2信道复用以提高信道利用率，因为不同基带信号所占用的频带大致相同，它们会相互干扰。如果将不同的基带信号调制到不同的载频，只要这些载频之间的间隔足够大，使发射的高频调制信号所占用的频谱不重叠，待发射

5、信号之间就不会相互干扰，从而实现一个信道中多个信号的同时发射，提高信道利用率。2.1模拟信号、1信号、2信号、3信号的传输模式，mul通道原理图因此，在实际应用中，我们经常使用带宽来交换信噪比的提高，而带宽和信噪比的交换是通过各种调制来实现的。2.1模拟信号的传输模式，2.1.2调制有多种分类调制。当控制载波某一参数变化的基带信号(调制信号)是时间的连续函数时，这种调制称为模拟调制；当调制信号是数字信号时，称为数字调制。根据载波形式的不同，模拟调制可分为正弦波调制和脉冲调制。本章主要讨论以高频正弦波为载波的连续波模拟调制。2.1模拟信号的传输方式，模拟正弦波调制的载波是高频正弦波。根据基带信号

6、控制的正弦波参数幅值、频率和相位的不同，可分为调幅、调频和调相，分别代表正弦载波的幅值，频率和相位随基带信号线性变化。2.1模拟信号传输方式，模拟正弦波调制波形图，2.1模拟信号传输方式，模拟脉冲调制载波为脉冲序列。根据基带信号控制的脉冲序列参数的幅度、宽度和位置的不同，可分为脉冲幅度调制、脉冲宽度调制和脉冲位置调制。它们分别表示脉冲的幅度、宽度(持续时间)和位置(重复频率)随基带信号、模拟信号的2.1传输模式、模拟脉冲调制波形图和2.2幅度调制线性变化。所谓调幅是指高频正弦波振幅随调制信号线性变化的过程，是发射设备不可缺少的一部分。相应地，在接收设备中必须有幅度解调电路，该电路能够从调制的高

7、频振荡中检测出原始的低频信号。从信号频谱分析的角度来看，调幅和检波的本质是频谱偏移，因此必须通过非线性器件来实现。2.2.1标准调幅调幅调幅，调幅调幅调幅常用于无线电，国际短波广播高频(3-30兆赫)的调制方式也是调幅，甚至比调频广播(116-136兆赫)频率更高的航空导航通信也是调幅。普通中波广播采用调幅，不知不觉中波和调幅之间划了一个等号。实际上，中波广播只是一种利用调幅的广播，但我们每天所说的调幅波段是指中波广播。2.2.1标准调幅调幅，航空通信塔，调幅收音机，2.2.1标准调幅调幅，1。调幅过程调幅过程可以看作是一个“黑箱”,有两个输入和一个输出。输入端有两个信号：一个是待传输的原始信

8、号，称为调制信号u；另一种是未调制的高频振荡信号，称为载波UC；输出是一个调制信号，称为调幅波u. 2.2.1标准调幅am，其中，和f是调制信号u的角频率和频率；c和fc是载波信号uc的角频率和频率。一般来说，c是满意的。调制后，得到的调幅波可以表示为：调幅波的调制系数或幅度，它与Um、Ucm和调制电路的参数有关。2.2.1标准调幅调幅，调幅器的输入、输出和电压波形如图所示，调幅信号形成图；2.2.1标准调幅调幅调幅、2.2.1标准调幅调幅、调幅波和2.2.1标准调幅调幅；2.调制系数连接调制波的包络形状，即连接调制信号的峰值和调制信号。调制系数通常可以通过在示波器上直接测量调幅波的波形来获得

9、，并且可以测量调幅波包络的最大值Ummax和最小值Ummin。2.2.1标准调幅am可以用两个公式求解：这个公式代表1。它越大，Ummax和Ummin之间的差异就越大，也就是说，调制越深。如果为1，调制波en，2.2.1标准调幅，3。调制信号频谱调制输出信号用三角公式展开，表明单音信号调制的调幅波由三个频率分量组成，即载波频率分量fc、上频率分量fc F和下频率分量fc-F，其频谱如下：2.2.1标准调幅am，单音调制的调幅波频谱。 调幅波占用的频带宽度是Ba=2F(赫兹)或Ba=2(弧度/秒)，2.2.1标准调幅am，载波分量不包含信息，调制信号的信息包含在高频分量和低频分量中。 侧频率分量

10、的幅度反映了调制信号的幅度。虽然边频分量的频率属于高频类别，但它反映了调制信号的频率。实际调制信号很复杂，包含多个频率。调制后，每个频率信号产生自己的上频带和下频带，它们叠加形成上频带和下频带。因为上下频带具有相同的幅度并且成对出现，所以上下频带的频谱分布对于载波是对称的。调幅波占用的频带宽度为Ba=2max或Ba=2Fmax。2.2.1标准调幅am。从以上分析可以看出，调幅过程本质上是一个频谱偏移过程。调制后，调制信号的频谱从低频移至载波频率附近，成为上下边带。这个结论在通信理论中被称为调制定理。调制定理图表，2.2.1标准调幅调幅，4。调幅波功率如果调幅电压加到电阻r上，载波的上、下频率将

11、产生以下平均功率：其中是载波功率，上、下频率功率、2.2.1标准调幅am，所以调幅波在一个调制信号周期内输出的平均总功率是在等式(2-5)中，当ma=1时，PAV的1/3是信息载波，而2/3是载波占用。然而，实际调幅波的平均调幅系数小于1，因此载波功率占用更多，因此这种调幅在功率利用方面非常不经济。2.2.2双边带调制DSB，2.2.2双边带调制DSB经过上述分析，在标准双边带幅度调制中，载波功率是无用的，因为载波不携带任何信息，并且信息完全通过上、下频率传输。因此，可以只发送上侧和下侧频率，而不发送载波。这种调制方法称为抑制载波双边带调幅，用DSB-SC表示。该调制输出信号的数学表达式为：2

12、.2.2双边带调制DSB，可视为调制信号u和载波信号uc的直接乘法，即公式中的k是由乘法器电路确定的常数。2.2.2双边带调制DSB、DSB波形和频谱。从频谱图可知，虽然DSB信号节省了载波功率，但其带宽仍是调制信号的两倍，与传统调幅信号的带宽相同。因为DSB的上边带和下边带是完全对称的，并且它们携带相同的信息，所以用一边带传输所有信息是可能的。除了节省载波功率之外，这种传输模式还可以节省一半的传输频带，这称为单边带调制。2.2.3单边带调制的单边带，2.2.3单边带调制的单边带如上所述，双边带信号包含上边带和下边带。从信息传输的角度来看，这两个边带信号携带相同的信息，所以只传输一个边带就足够

13、了，它可以是上边带，也可以是下边带。这种只传输一个边带的调制方法称为单边带调制，简称单边带调制。该信号的数学表达式为：或，2.2.3单边带，其波形和频谱如图2.2.3单边带所示。产生单边带信号的方法有三种：a .滤波法，即直接用高选择性滤波器滤除调制信号中的一个边带，但滤波器是重复的2.2.3单边带调制单边带，单边带信号形成示意图，2.2.4残留边带调制VSB，2.2.4残留边带调制VSB，这些都有节省功率和频带的优点，但很难产生单边带信号，特别是当调制信号有低频成分时，上、下边带连接在一起，所以实际上不可能产生单边带信号。为了解决这个问题，人们采用了残留边带调制方法，这是由VSB表示的。这样

14、，被抑制的边带的一小部分保留下来，而不是完全抑制一边带。2.2.4 VSB被残留边带调制。在传统的模拟电视发射机中，图像信号是调幅的，一般采用残留边带系统。下图显示了电视图像发射器的幅频特性。载波频率和上边带都被发送，而下边带只发送图像的低频部分(小于0.75兆赫)，高频部分(用虚线表示)被抑制。电视图像发射机的幅频特性，2.2.5调幅信号解调，2.2.5调幅信号解调和调幅波有三种信号形式；普通调幅信号(am)、载波抑制双边带信号(DSB-SC)和单边带信号(单边带)。解调方法有两种：包络检测和同步检测。2.2.5调幅信号的解调和包络检波是指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化规律的

15、一种检波方式。根据调幅波的波形特点，它只适用于调幅波的解调。该电路结构简单，性能优越，能解调2.2.5调幅信号。然而，DSB和单边带信号的包络不能被包络检测，因为它们缺少载波频率分量并且与调制信号不成比例，所以它们必须被同步检测。在检测器的输入端输入调制信号us，并加入解调参考信号uR，其频率和相位与发射端的调制信号相同，并保持同步变化，从而可以检测到原始调制信号。2.2.6调幅系统的抗噪声性能，2.2.6调幅系统的抗噪声性能1。通信系统抗噪声分析的基本模型调制信号在传输过程中会受到干扰。最常见的分析之一是将干扰线性叠加在接收的调制信号上，这被称为附加干扰。附加干扰源主要有两类，一类是突发干扰

16、，对调制信号来说是突发性的，如闪电、各种工业火花、电路的瞬时通断等。另一种是波动干扰，它与调制信号连续，来自导体中电子的波动、电阻的热噪声、宇宙天体的辐射等。2.2.6调幅系统的抗噪声性能，加性噪声只影响调制信号的接收，所以调幅系统的抗噪声性能可以用接收解调器的抗噪声性能来衡量。模拟通信系统的通信质量主要由信噪比来衡量，所以我们主要考虑对调制信号有持续影响的波动干扰。2.2.6调幅系统的抗噪声性能。波动干扰对解调器影响的模型如下：它是一个调制信号，是传输过程中叠加的高斯白噪声；在以与调制信号相同的带宽进行带通滤波之后，它变成窄带高斯白噪声。解调器输出有用的信号和噪声。调幅系统的抗噪声性能。在通信系统中，解调器的输出信噪比常常被用来衡量通信质量。输出信噪比定义为：2.2.6调幅系统的抗噪声性能。信噪比增益定义为：0，2.2.6调幅系统的抗噪声性能和输入信号的信噪比，定义为：显然，输出信噪比越高，解调器的抗噪声性能越好。输出信噪比与调制和解调方法有关。调幅系统的抗噪声性能2。同步检测信号的抗噪