5.1 幅度调制的原理.ppt

1、1,5.0 基本概念,5.1 幅度调制的原理,5.3 非线性调制的原理,5.5 各种模拟系统的比较,5.6 频分复用（FDM）,5.2 线性调制系统的抗噪性能,5.4 调频系统的抗噪性能,第五章 模拟调制系统,2,调制信号指来自信源的基带信号（低频） 载波未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波（高频） 调制用调制信号去控制载波信号的某个参数，使参数随调制信号的变化而变化,把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。 已调信号载波受调制后称为已调信号,调制信号和载波的合成信号(高频） 解调（检波）调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。, 基本概念,5.0 基

2、本概念,3,提高无线通信时的天线辐射效率。 把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。, 调制的目的,5.0 基本概念,4,调制器, 调制模型,调制信号,载波,已调信号,5.0 基本概念,5,根据调制信号、载波类型、载波参数变化的不同进行分类。,连续波调制,脉冲调制,模拟连续波调制（简称模拟调制）,数字连续波调制（简称数字调制）,数字脉冲调制,模拟脉冲调制,角度调制,幅度调制,AM DSB-SC SSB VSB,FM PM, 调制的分类,正弦波的瞬时角频率或相位随输入信号的变化而变

3、化,包括频率调制、相位调制,幅度调制：正弦波的幅度随输入信号的变化而变化,包括调幅、双边带、单边带和残留边带;,5.0 基本概念,6,线性调制,非线性调制,幅度调制,频率调制,相位调制,5.0 基本概念,7,振幅调制,5.0 基本概念,8,频率调制,5.0 基本概念,9,相位调制,5.0 基本概念,10,频谱移动及带通性质,AM,PM,FM,5.0 基本概念,11,5.0 基本概念,5.1 幅度调制的原理,5.3 非线性调制的原理,5.5 各种模拟系统的比较,5.6 频分复用（FDM）,5.2 线性调制系统的抗噪性能,5.4 调频系统的抗噪性能,第五章 模拟调制系统,12,正弦型载波为 式中，

4、A 载波幅度； c 载波角频率； 0 载波初始相位（以后假定0 0）。 则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成 式中， m(t) 基带调制信号。,调幅定义：载波的振幅随调制信号的变化而变化,适当选择带通滤波器的特性，便可以得到各种幅度调制信号。,5.1 幅度调制（线性调制）的原理,13,设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为:,已调信号的频谱是基带信号频谱在频域内的简单搬移(精确到常数因子)。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制又称为线性调制。 注意：这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。,5.1 幅度调制（线性调制）的原理,14,2 信号

5、表达式,m(t) 调制信号，均值为0； A0 常数，表示叠加的直流分量。,1 调制器模型,5.1.1 AM信号：普通调幅波,15,3 信号波形,包络,由波形可以看出，当满足条件 |m(t)|max A0 时，其包络与调制信号波形相同，因此用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。,过调幅,5.1.1 AM信号：普通调幅波,16,过调幅失真,用其他的解调方法，如同步检波。,包络,包络检波将发生失真,5.1.1 AM信号：普通调幅波,17,（1）包络检波（二极管单向导通性） （2）低通滤波（除去高频成分） （3）隔断直流（恢复基带波形）,4 解调方法 非相干解调：包络检波法,5.1.1 AM信号：普通

6、调幅波,18,4 解调方法 相干解调：同步检波法,严格同步的本地载波,5.1.1 AM信号：普通调幅波,19,5 频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为,因为,且,若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须用功率谱描述。,5.1.1 AM信号：普通调幅波,20,上边带,下边带,AM 频谱示意图,SAM(t) 的频谱是 m(t) 的频谱在频域内的线性搬移称之为线性调制,下边带,上边带,载频分量,载频分量,5.1.1 AM信号：普通调幅波,21,6 AM信号的特性 带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽 fH 的两倍： 功率：当m(t)为确知信号时，,载波功率,边带功

7、率,5.1.1 AM信号：普通调幅波,22,调制效率 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，载波分量并不携带信息。 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：,5.1.1 AM信号：普通调幅波,23,当m(t) = Am cos mt (单音余弦信号），时 当“满调幅”时，|m(t)|max = A0时，调制效率最高 max 1/3,AM信号的功率利用率很低。,应用：中短波段AM广播。,5.1.1 AM信号：普通调幅波,24,5.1.1 AM信号：普通调幅波,【例5.1】 已知一AM广播电台输出功率为50KW，采用单频余弦信号进

8、行调制，调幅指数为0.707，计算调制效率和载波功率。,25,双边带调制原理:在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果在AM调制模型中将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式抑制载波双边带调制，简称双边带调制(DSB) 1 信号表达式:无直流分量A0,5.1.2 双边带调制（DSB）,2 频谱：无载频分量,3 信号带宽,26,DSB 信号表达式,波形：,DSB 频谱结构,频谱图：,包络,5.1.2 双边带调制（DSB）,27,4 解调方法 相干解调：同步检波法,5.1.2 双边带调制（DSB）,28,严格同步的本地载波,5.1.2 双边带调制（DSB）,29,4 调制效

9、率 DSB信号的总功率只包括边带功率，不含有载波功率，所以DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。 5 优点 功率利用率较高（与AM相比）,节省了载波功率 6 缺点 不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。但频带与AM信号同，是调制信号带宽的2倍。 7 应用 FM立体声中的差信号调制，彩色TV系统中的色差信号调制，以及正交调制等。,5.1.2 双边带调制（DSB）,30,5.1.3 SSB信号：单边带信号,原理：因为DSB上、下边带都包含了M()的所有频谱成分，因此传一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。 产生SSB信号的方法有两种：滤

10、波法和相移法。,31,SSB信号的频谱,单边带滤波器的传输函数,若具有如下理想低通特性，则可滤除上边带。,若具有如下理想高通特性，则可滤除下边带。,1、滤波法原理 用边带滤波器，滤除不要的边带:,5.1.3 SSB信号：单边带信号,32,5.1.3 SSB信号：单边带信号,33,上边带频谱图,上边带要求,下边带要求,下边带频谱图,34,滤波法的技术难点 滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带，允许的过渡带为最低频率2倍。 例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为300Hz，则上下边带之间的频率间隔为600Hz，即允许过渡带为600Hz。,5.1.3 SSB信号

11、：单边带信号,35,5.1.3 SSB信号：单边带信号,2、相移法和SSB信号的时域表示,若M()是m(t)的傅里叶变换，则 物理意义：m(t)通过传递函数为-jsgn的滤波器即可得到其希尔伯特变换,36,3、SSB信号的解调 相干解调：SSB信号的解调和DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调。,5.1.3 SSB信号：单边带信号,37,5.1.3 SSB信号：单边带信号,38,4、SSB信号的性能 SSB信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频

12、带宽度比AM、DSB减少了一半。 它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。,5.1.3 SSB信号：单边带信号,39,5、讨论 （1）SSB最突出的优点是对频谱资源的有效利用，它所需要的传输带宽仅为AM，DSB的一半，因此SSB方式有其适合已经拥挤不堪的高频频谱区。目前SSB是短波通信中的一种重要调制方式。 （2）SSB的另外一个优点是由于不传送载波和另外一个边带，所以节省功率。这一结果带来的低功耗特性和设备重量的减轻对移动通信系统尤为重要 （3）SSB带宽的节省是以复杂度的增加为代价的。滤波法的技术难点市陡峭的边带滤波特性难以实现，相移法的技术难点在于宽带相移网络的制作。 （4）SSB信号

13、的解调也不能采用简单的包络检波法，采用相干解调法。,5.1.3 SSB信号：单边带信号,40,AM、DSB、SSB 比较,AM调制,DSB调制,LSSB调制,USSB调制,功耗大、带宽宽,解调简单,功耗小 带宽宽,功耗小，带宽窄 频率整体搬移困难,41,1、滤波法模型 输出信号时域表示式为： 输出信号频域表示式为： 只要适当选择H()，便可以得到各种幅度调制信号。,5.1.5 线性调制的一般模型,42,单边带调制： H()具有理想高通特性，则保留上边带 若H()有理想低通特性，则保留下边带。,双边带调制：H()=1；,5.1.5 线性调制的一般模型,43,调制模型,AM 信号,DSB 信号,S

14、SB 信号,5.1.5 线性调制的一般模型,44,2、移相法模型 sm(t)可等效为两个互为正交调制分量的合成。 频域表达式为：,同相分量,正交分量,5.1.5 线性调制的一般模型,45,移相法线性调制的一般模型如下，它适用于所有线性调制。,5.1.5 线性调制的一般模型,46,可以得到常规调幅边带信号,可以得到双边带信号,5.1.5 线性调制的一般模型,47,可以得到单边带信号,希尔伯特 滤波器,5.1.5 线性调制的一般模型,48,5.1.5 线性调制的一般模型,49,5.1.6 相干解调与包络检波,解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。 解调的方法有

15、： 相干解调（同步检波） 非相干解调（包络检波）,50,1、相干解调（同步检波） 相干解调器的一般模型 相干解调器原理：为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步(同频同相)的本地载波(称为相干载波)，它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。 实质：频谱搬移，把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置。,5.1.6 相干解调与包络检波,51,【时域】已调信号的一般表达式为 与同频同相的相干载波c(t)相乘后，得 经低通滤波器后，得到 因为sI(t)是m(t)通过一个全通滤波器HI () 后的结果，故上式中的sd(t)就是解调

16、输出，即,5.1.6 相干解调与包络检波,52,2、包络检波 适用条件：AM信号，且要求|m(t)|max A0 ， 包络检波器结构： 性能分析 设输入信号是 选择RC满足如下关系 在大信号检波时（一般大于0.5V），二极管处于受控的开关状态，检波器输出为 隔去直流后即可得到原信号m(t)。,5.1.6 相干解调与包络检波,53,3 、插入载波的包络检波 因DSB、SSB、VSB均是抑制载波的已调信号，其包络不能直接表示调制信号，因而不能采用简单的包络检波方法解调，但若插入很强的载波，使之成为或近似为AM信号，则可利用包络检波器恢复调制信号。 该方法对DSB、SSB和VSB信号均适用，载波分量可在接收端插入，也可以在发送端插入。为了保证检波质量，插入的载波振幅应远大于信号的振幅，同时也要求插入的载波与调制