第4章模拟调制系统.ppt

1、第 4 章 模拟调制系统,信道可分为:低通信道和带通信道。 低通信道：用于传输低通（基带）信号，这称为基带传 输。 带通信道：用于传输带通信号，这称为频带传输。 基带信号不能直接通过带通信道传输，要使基带信号通过 带通信道进行传输，就必须对基带信号进行变换，变换为适合 带通信道传输的频带信号的形式。 调制：将基带信号变换为频带信号的过程。调制就是让基 带信号去控制载波的某个（或某些）参数，使该参数按照基带 信号的规律变化。载波:正弦波或脉冲序列。正弦信号作载波的 调制叫连续波（CW）调制。,连续波调制已调信号 参数：振幅 、频率 和相位 。 连续波调制分为:幅度调制、频率调制和相位调制。,调制

2、的目的： 第一，通过调制把基带信号变为带通信号，即把信 号的频谱变换到载波频率附近。 第二，通过调制提高信号通过信道传输的抗干扰能 力。 第三，通过调制可以实现多路信号复用，在同一条线 路中实现多路信号的传输。,调制分类 调制可分为数字调制和模拟调制。根据调制器的频谱变换 特性的不同，调制可分为线性调制和非线性调制。 模拟调制：调制信号是模拟信号。 数字调制：调制信号是数字信号。 线性调制:已调信号频谱结构和调制信号的频谱结构相同， 只是调制信号频谱沿频率轴平移的结果。 非线性调制:已调信号的频谱结构已经和调制信号频谱结构 有很大不同，除了频谱搬移之外，还增加了许多新的频率成分。,4.1 线

3、性 调 制,线性调制包括： 标准调幅(AM); 抑制载波双边带调幅(DSB-SC) ; 单边带调幅(SSB); 残留边带调幅(VSB)等。,4.1.1 标准调幅 用信号 控制载波 的振幅，使已调波的包络按 照 的规律线性变化。 1AM信号的波形及频谱 调制信号 载波 已调信号 未调载波振幅； 载波角频率。 已调波频谱,图4-1 标准双边带调幅示意图,(1) 搬移了 ，载波分量： ，边带分 量： 。 (2) 对于 对称。高于 的频谱叫做上边带，低于 的频谱叫下边带。对负频率，上边带低于 ，下边带高 于 。 (3)带宽： 。 (4)要求 保证已调波的包络和f ( t )的形状完全相同，否则出现过调

4、 制，产生包络失真。,【例】调制信号 求已调信号表达式及频谱。 解： 叫做调制指数 (t)的频谱,2AM信号的调制数学模型 3AM信号的效率总平均功率 由于 , 假设 不含直流分量，则 。,图4-2 AM信号的调制数学模型,式中载波功率 ，边带功率 效率,【例】 对振幅为 的载波进行标准调幅，求已调波效率。,100%调制， ， ，最大可能的效率为33.3%。,解:, 由此可见，AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关。也就是说，载波分量不携带信息。即使在100调制条件下，载波分量仍占据大部分功率，而含有用信息的两个边带占有的功率较小。因此，从功率上讲，AM信号

5、的功率利用率比较低。,4. AM信号的解调 方式：相干解调和非相干解调。,图4-3 AM信号的解调,（1）相干解调 要求本地载波和发送载波必须相干或同步（即同频同相）。 相干解调也叫做同步解调。 输入信号 与本地载波 相乘得 低通滤波器滤除20频率分量得,图4-4 AM信号的相干解调,（2）非相干解调 用一个简单的包络检波电路就可以从带有大 载波的调幅信号中恢复出原来的调制信号， 检波效率高，几乎所有AM式接收机都采用 这种解调方式。,图4-5 AM信号的包络检波,42 抑制载波双边带调幅 AM中的载波本身并不携带有用信息，却占据50%以上的 功率。将载波抑制掉，可提高效率。称为抑制载波双边带

6、调 幅(DSB-SC) 。 1. DSB信号的调制 表达式 频谱 效率达到100% ，,图4-6 DSB信号的波形和频谱,调制的数学模型 2. DSB信号的解调 DSB信号不含有载波，只能进行相干解调。 准确同步时，解调输出信号,图4-7 DSB调制的数学模型,图4-8 DSB相干解调的数学模型,43 单边带调制,双边带调制中两个边带包含相同的信息。进一步节 省发送功率和节省带宽，只传输一个边带就能发送调制 信号所包含的全部信息，这就是单边带（SSB）调制。 得到SSB信号，最简单的办法就是用滤波器把DSB信 号滤除一个边带。,图4-9 SSB滤波法模型,图4-10 单边带信号频谱示意图,单边

7、带调制就是只传送双边带信号中的一个边带（上边带或下边带）。故产生单边带信号最直接的方法就是从双边带信号中滤出一个边带信号即可。这种方法称为滤波法。图4-10中 是单边带滤波器的系统函数，即 的傅里叶变换。,若保留上边带，则 应具有高通特性为,若保留下边带，则应具有低通特性：,设调制信号为单频正弦型信号 载波信号为 则DSB信号为,上边带信号为,下边带信号为,单边带信号的解调也必须采用相干解调，SSB解调器 的原理框图和DSB信号解调器的原理框图完全一样。 SSB信号与DSB信号相比，能够进一步节省发送功率 和占用频带，所以在模拟通信中是一种应用较广泛的传 输体制。,调制信号频谱的低频分量丰富时

8、，上下边带很难分离。不 宜采用SSB调制。残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调制 方式， 它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信 号实现上的难题。用滤波法实现残留边带调制的原理如图411 所示。,44 残留边带调幅,图411 VSB滤波法模型,图412 VSB解调器模型,现在我们来确定残留边带滤波器的特性。假设HVSB()是所需的残留边带滤波器的传输特性。由图4 - 11可知，残留边带信号的频谱为 的频谱为 经低通滤波器输出的解调信号为：, 为了保证相干解调的输出无失真地重现调制信号 ，必须要求 满足上式的 的可能形式有两种： 图 4 - 13（a）所示的低通滤波器形式

9、和图 4 - 13(b)所示的带通（或高通）滤波器形式。,图 4 - 13残留边带滤波器特性 (a) 残留部分上边带的滤波器特性;b） 残留部分下边带的滤波器特性,图414 VSB滤波器互补特性示意图,只要残留边带滤波器的特性 在 处具有互补对称（奇对称）特性，那么，采用相干解调法解调残留边带信号就能够准确地恢复所需的基带信号。 残留边带调制优点：带宽几乎与单边带系统相同，具有双边带的良好低频特性。对于低频分量很丰富的信号，采用残留边带调幅是一种好的办法。残留边带滤波器比要求具有陡峭截止特性的单边带滤波器简单得多。它综合了单边带和双边带的优点，克服了它们的缺点。 ,在该模型中，适当选择 和带通

10、滤波器的传输函数 ，便可得到各种线性调制信号。 当 ，且 的通频带宽度大于两倍调制信号带宽时，得到的是AM信号。当 保持不变而 时，得到的是DSB信号。当 的通频带宽度只能允许一个边带通过，且 时，得到的是SSB信号。当 的特性满足互补对称特性时，得到的是VSB信号。,4.6 非线性调制,幅度调制属于线性调制，它是通过改变载波的幅度，以实现调制信号频谱的平移及线性变换的。一个正弦载波有幅度、频率和相位三个参量，因此，我们不仅可以把调制信号的信息寄托在载波的幅度变化中，还可以寄托在载波的频率或相位变化中。这种使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式，称为频率调制（FM）

11、和相位调制(PM)， 分别简称为调频和调相。因为频率或相位的变化都可以看成是载波角度的变化，故调频和调相又统称为角度调制。,角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。 由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，故调频与调相之间存在密切的关系，即调频必调相，调相必调频。,角调制的基本概念 任何一个正弦时间函数， 如果它的幅度不变, 则可用下式表示： 式中， 称为正弦波的瞬时相位，将 对时间t求导可得瞬时频率 因此 未调制的正弦波可以写成,相当于瞬时相位 , 为初相位，是常数。 是载频，也是常数。

12、而在角调制中，正弦波的频率和相位都要随时间变化，可把瞬时相位表示为 ，因此，角度调制信号的一般表达式为 式中，A是载波的恒定振幅； 是信号的瞬时相位 ，而 称为相对于载波相位 的瞬时相位偏移； 是信号的瞬时频率，而 称为相对于载 频 的瞬时频偏。,所谓相位调制，是指瞬时相位偏移随调制信号 而线性变化，即 其中 是常数。于是，调相信号可表示为 所谓频率调制，是指瞬时频率偏移随调制信号 而线性变化，即,其中 是一个常数，这时相位偏移为,则调频信号可表示为 FM和PM非常相似， 如果预先不知道调制信号 的具体形式，则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。 如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相波，这种方式叫间接调相；同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相， 则得到的是调频波，这种方式叫间接调频。,设,则有 式中, 称为调相指数; 称为调频指数。因为 实际上就是调频信号的最大频偏 ， 。,已调信号的频谱和带宽,根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可以将角调制分 为宽带与窄带两种。 窄带调频：,窄带调相：,当不满足以上两式时，则称为宽带调频或宽带调相。,当调制信号为 时，,它可以展开为如下无穷