第3讲 模拟调制技术.ppt

1、2020年7月16日星期四, 数 字 通 信 原 理 Principles of Digital Communication,中南大学信息科学与工程学院 School of Information Science and Engineering Central South University 主讲：李敏 联系方式： ,2020年7月16日星期四,第三讲 模拟调制技术,3.1 模拟调制概述 3.2 模拟线性调制 3.3 抗噪声性能分析,重点：AM、DSB、SSB、VSB的基本概念、特点和应用；产生与解调方法 难点： 1. 调制信号、载波信号和已调信号 2. 相干解调,第三讲 模拟调制技术,3.

2、1 模拟调制概述,一、基本概念 1、基带信号 频谱特征是从0或接近0的频率到某一截止频率fm的信号，又称低通型信号。如语音信号等。 2、频带信号 调制之后的信号，基带信号对载波进行调制后产生的信号。,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（这个频带从直流起可高到数百千赫，甚至若干兆赫），简称基带（base band）,2020年7月16日星期四,其他相关概念,信号频带：信号的每秒钟变化的次数叫频率用赫兹（Hz）作单位，

3、信号的频率有高有低，低频到高频的范围叫信号频带。 信号带宽：信号自身所占最高频率与最低频率之差，用B来表示，单位Hz。 信道频带：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。如微波的工作频率范围为300MHz300GHz，电话双绞线的工作频率范围在0到数百千Hz。 信道带宽：信道能传送的信号的最高频率与最低频率之差，用B来表示，单位Hz,只有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。 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）的适用传输频率，一般都位于高频范围。因此，需调制解决二者的不匹配。,其他相关概念,3.1 模拟调制概述,一、基本概念 3、调

4、制 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。 4、载波 作为基准信号的正弦信号或脉冲串或数字信号。 5、载波调制 按基带信号的变化规律改变载波某些参数的过程。,6、模拟调制 又称连续调制，调制信号的取值是连续的。 7、数字调制 调制信号的取值是离散的，如PCM脉冲编码调制。 8、线性调制 已调信号的频谱是调制信号的水平搬移及线性变换。 9、非线性调制 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。,3.1 模拟调制概述,二、模拟调制的目的 1、信道传输频率特征的需要。 2、实现信道复用。 3、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

5、术对系统性能将产生很大的影响。,3.1 模拟调制概述,调制模型,载波信号的三要素： 振幅、频率、相位,三、调制分类,3.2 模拟线性调制,一、AM（振幅调制） 又称为常规调幅。和抑制载波的双边带调制DSB/SC一起为幅度调制中最基本的调制技术。 两者的区别是AM中的调制信号必须包含一定的直流分量。,设载波信号为： 则当基带信号通过调制后，得到AM信号为：,1、调制原理 设AM的基带信号：,频域表示：,2020年7月16日星期四,2020年7月16日星期四,2,2、解调方法,分为非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检波法）。 （1）包络检波法 特点：解调电路简单 应用：无线电短波广播,BPF

6、,LED,LPF,BPF: 带通滤波器，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。 LPF：低通滤波器，滤除检波后信号中的高频成分； LED：半波或全波整流器；,缺点： 准确性不太理想，信号影响较大； 在相同误码率情况下，信噪比较相干解调要高1dB； 抗噪声性能稍差于相干解调；,（2）同步检波法,要求：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；,数学分析：,则：,通过LPF（低通滤波），将高频成分滤去：,Kc：LPF的电压传输参数。 则可得到无失真信号。,缺点： 实现困难； 技术要求高，设备复杂；,二、DSB（双边带调制）,又称为抑制载波双边带调制DSB

7、/SC。 该调制信号中不含直流分量，即频谱中无离散谱。 不能采用包络检波法,二、DSB（双边带调制）,DSBDuble side band 1、调制原理 DSB调制信号（时域表示）为： 频域表示为：,是在双边带基础上，把其中 |w|wc （上边带USB） 或 |w|wc（下边带LSB） 的部分进行调制。,SSBSingle side band,三、SSB（单边带调制）,滤波法产生单边带信号,数字通信原理,SSB的相干解调,VSBVestigial Side Band 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。 残留边带 (VSB)滤波器容易设计，同时又能使上下边带频谱巧妙地互补，解

8、调后得到完整信号。 残留边带信号：保留了下边带频谱的大部分(仅仅是靠近fc附近的频谱有一定衰减)，同时还保留了上边带信号的一小部分。,四、VSB（残留边带调制）,残留边带滤波器的特性,数字通信原理,VSB调制示意图,3.3 抗噪声性能分析,一、模拟调制系统接收框图,考察解调系统的制度增益：,二、双边带调制DSB,采用相干解调： 经过相干解调器后：,经过滤波器后：,所以：,同理：,（最大的制度增益，临界状态）,（通式）,三、各种模拟调制技术性能比较,制度增益 门限效应 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值后，检波器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信噪比

9、称为门限值。 这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。 在小信噪比情况下,调制信号无法与噪声分开，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。,带宽、调制增益、设备复杂性等 P82页 公式4-80， 4-81, 4-82, 4-83 P83页 表4-1,四、多路复用技术-频分多路复用,(1)多路复用：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； (2)复接：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分接； (3)频分复用（FDM）：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SPADE卫星通信系统； (4)时分复用（TDM）：使各路信号分别占据不同时段传送的方法； (5)统计时分复用（STDM）：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； (6)空分复用（SDM）：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； (7)波分复用（WDM）：根据波长划分信号，即