通信原理——模拟调制系统.ppt

1、通 信 原 理,模拟信号,1,模拟信号：时间上和幅度上均连续的信号 基带信号m(t)：由模拟信源产生携带信息的消息经过传感器转换成电信号 广义平稳随机过程M(t)的样本函数 均值为零，频谱为低通型，限带于W Hz，即,频带信号s(t)：基带信号通过正弦波调制实现频谱搬移，其频带在中心频率fc附近 ( fc W ) 载波,通 信 原 理,调制的定义和分类(1),2,调制 目的：将原始电信号变换成频带适合信道传输的信号 方式：按调制信号的变化规律去改变载波的某些参数 作用(正弦波调制)： 频谱搬移 实现信道的频分复用 兼顾系统的传输有效性和可靠性,调制信号：原始基带信号,载波：携带调制信号的信号,

2、正弦波调制：正弦型信号作为载波 脉冲调制：脉冲串作为载波,模拟调制：调制信号取值连续 数字调制：调制信号取值离散,通 信 原 理,调制的定义和分类(2),3,正弦波模拟调制 调制信号：模拟信号 载波：连续正弦波,已调信号, 线性调制,通 信 原 理,幅度调制的一般原理(1),4,幅度调制： 正弦型载波的幅度随调制信号作线性变化的过程,时域,频域,通 信 原 理,幅度调制的一般原理(2),5,幅度调制器的一般模型,通 信 原 理,幅度调制的一般原理(3),6,基本原理 设: m(t) = 1+m(t)， |m(t)| 1， m(t)|max = m 调幅度， 则有调幅信号： s(t) = 1+m

3、(t)Acos0t， 式中， 1+m(t) 0，即s(t) 的包络是非负的。 +1 = =,m(t),通 信 原 理,幅度调制的一般原理(4),7,调幅系数,已调信号的包络与调制信号成比例变化.,过调制,通 信 原 理,幅度调制的一般原理(5),8,频谱密度 含离散载频分量 当m(t)为余弦波，且m100时， 两边带功率之和 载波功率之半。,通 信 原 理,幅度调制的一般原理(6),9,AM信号的接收：包络检波 原理： 性能：设输入电压为 式中， 为检波器输入噪声电压 y(t)的包络： 在大信噪比下：,通 信 原 理,幅度调制的一般原理(7),10,检波后（已滤除直流分量）： 输出信号噪声功率

4、比： 在检波前的信号噪声功率比等于 检波前后信噪功率比之比为,通 信 原 理,幅度调制的一般原理(8),11,补充：AM信号的解调,相干解调,通 信 原 理,双边带抑制载波调幅 (1),12,DSB信号的产生,m(t)均值为零，无直流分量,已调信号的包络与m(t)不同,通 信 原 理,双边带抑制载波调幅 (2),13,反相点：当载波与m(t)同时改变极性时出现(不影响性能),通 信 原 理,双边带抑制载波调幅 (3),14,确定调制信号的DSB频谱,通 信 原 理,双边带抑制载波调幅 (4),15,DSB信号的频谱特点 无离散载波分量 带宽扩展: 上边带： 下边带： 上下边带携带相同的信息,通

5、 信 原 理,双边带抑制载波调幅 (5),16,例. 已知,通 信 原 理,双边带抑制载波调幅 (6),17,补充：相干解调(不考虑噪声，无传输损耗),相干/同步解调：,通 信 原 理,单边带调幅 (1),18,USB,LSB,产生及其表达式：双边带信号边带滤波,通 信 原 理,单边带调幅 (2),19,-,单边带调幅 (3),20,通 信 原 理,单边带调幅 (4),21,通 信 原 理,例：,单边带调幅 (5),22,通 信 原 理,相干解调,单边带调幅 (6),23,通 信 原 理,非相干解调,与AM一样，在发端加离散大载波分量，则可利用包络检波器检出 具有离散大载波的单边带调幅信号为,

6、当Ac=1时,单边带调幅 (7),24,通 信 原 理,其中,a(t)是s(t)的包络，将s(t)加于包络检波器的输入端， 则其输出即为a(t)。,单边带调幅 (8),25,通 信 原 理,当,，则,，于是,项可忽略，因而,用二次式展开，并忽略高次项，得到,单边带调幅 (9),26,通 信 原 理,用滤波法形成SSB信号的技术难点,带来问题：滤波器的设计和制作很困难， 有时甚至难以实现,一般调制信号都具有丰富的低频成分,经调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄,要求单边带滤波器在fC附近具有陡峭的截止特性,残留边带调幅(1),27,通 信 原 理,DSB信号占用频带宽,SSB信号实现

7、困难,折衷,残留边带调制VSB,不是完全抑制一个边带,逐渐切割，使其残留一小部分,残留边带调幅(2),28,通 信 原 理,从实现上考虑，边带完全抑制边带逐渐截止,残留边带调幅(3),29,通 信 原 理,残留边带滤波特性H(f ),为使yo(t)不失真，要求,相干解调,残留边带调幅(4),30,通 信 原 理,残留部分上边带的滤波器特性,残留部分下边带的滤波器特性,在fC处具有互补对称（奇对称）特性,残留边带调幅(5),31,通 信 原 理,HVSB(ffC)和HVSB(f+fC)在f=0处具有互补对称的滚降特性,角度调制(1),32,通 信 原 理,特点 非线性调制，近似分析 占用较宽的信

8、道带宽，牺牲带宽换取高的抗噪声能力,调频及调相信号,瞬时相位： 瞬时相偏： 瞬时频率： 瞬时频偏：,角度调制(2),33,通 信 原 理,调相系统(PM),( W m(t)的带宽 ),kp相位偏移常数,调制指数：,调频系统(FM),kf频率偏移常数,调制指数：,角度调制(3),34,通 信 原 理,例：,PM:,FM:,角度调制(4),35,通 信 原 理,PM和FM之间的关系,PM FM,PM FM,角度调制(5),36,通 信 原 理,窄带角度调制：,信号带宽与AM信号类似，即2W.,抗噪声性能也与AM的一致.,角度调制信号的频谱特性(1),37,通 信 原 理,正弦基带信号的角度调制,

9、第一类 n 阶 贝塞尔函数,付氏级数展开,角度调制信号的频谱特性(2),38,通 信 原 理,角度调制信号的频谱特性(3),39,通 信 原 理,角度调制信号的频谱特性(4),40,通 信 原 理,角度调制信号的频谱特性(5),41,通 信 原 理,有效带宽：,卡松公式：对于带宽为W 的基带信号，角调信号的带宽近似为,角度调制信号的频谱特性(6),42,通 信 原 理,已调信号总功率：,载频功率：,边频功率：,角度调制信号的频谱特性(7),43,通 信 原 理,求调频信号表示式，及含99%已调信号功率的谐波频率和有效带宽。,调频信号表示式：,角度调制信号的频谱特性(8),44,通 信 原 理,

10、含99%已调信号功率的有效带宽：,角度调制器(1),45,通 信 原 理,产生调频信号有直接调频法和间接调频法 下面分别介绍,角度调制器(2),46,通 信 原 理,直接调频 压控振荡器VCO：振荡频率随输入电压而变化( f0 载频) 可实现宽带调频的大频率偏移,当输入电压为零时，振荡器产生一频率为f0的正弦波；当输入基带信号的电压变化时，该振荡频率作相应变化。,角度调制器(3),47,通 信 原 理,利用锁相环的宽带调频器 低频鉴相器易于实现，性能好,锁相环：确保VCO中心频率的稳定性及准确度与晶振一致。,角度调制器(4),48,通 信 原 理,间接调频：窄带调频+倍频、混频,角度调制器(5

11、),49,通 信 原 理,以典型的调频广播的调频发射机为例。在这种发射机中首先以f1=200kHz为载频，用最高频率fm=15 kHz的调制信号产生频偏f1=25 Hz的窄带调频信号。而调频广播的最终频偏f=75 kHz, 载频fc在88108 MHz频段内，因此需要经过的n=f/f1=75103/25=3000 的倍频，但倍频后新的载波频率(nf1)高达600MHz，不符合fc的要求。因此需要混频器进行来解决这个问题。,调频解调器(1),50,通 信 原 理,普通鉴频器：FMAM FM信号提取包络,调频到调幅的变换1：微分,调频解调器(2),51,通 信 原 理,调频到调幅的变换2：使用调谐

12、电路的上升频率特性(线性区) 平衡鉴频器：展宽频率特性的线性范围,调频解调器(3),52,通 信 原 理,窄带调频信号的相干解调,已调信号通过AWGN信道的传输模型,53,通 信 原 理,( B BPF带宽/已调信号s(t)带宽 ),nw(t): 宽带白高斯噪声，均值为零，双边功率谱密度N0/2(W/Hz),n(t): 窄带白高斯噪声，均值为零，双边功率谱密度N0/2(W/Hz),DSB-SC AM系统的抗噪声性能(1),54,通 信 原 理,DSB-SC AM系统的抗噪声性能(2),55,通 信 原 理,调制制度增益,SSB-SC AM系统的抗噪声性能(1),56,通 信 原 理,SSB-S

13、C AM系统的抗噪声性能(2),57,通 信 原 理,比较DSB-SC与SSB-SC 系统的抗噪声性能,若解调器输入端DSB与SSB信号的平均功率PR 相同，且输入噪声双边功率谱密度N0 /2 相同，则有,具有离散大载波的双边带调幅系统的抗噪声性能(1),58,通 信 原 理,相干解调:,具有离散大载波的双边带调幅系统的抗噪声性能(2),59,通 信 原 理,调制效率:, 平均峰值功率之比,1,正弦基带信号,语音基带信号,具有离散大载波的双边带调幅系统的抗噪声性能(3),60,包络检波, 包络检波器输出,大信噪比情况:,具有离散大载波的双边带调幅系统的抗噪声性能(4),61,无法区分信号 门限

14、效应,小信噪比情况:,一般角调信号的接收框图,62,通 信 原 理,其中：,输入信噪比：,角度调制系统的抗噪声性能(1),63,通 信 原 理,输入信号 定义,角度调制系统的抗噪声性能(2),64,通 信 原 理,角度调制系统的抗噪声性能(3),65,通 信 原 理,假设大信噪比：,角度调制系统的抗噪声性能(4),66,通 信 原 理,解调器输出应是r (t) 的瞬时频偏：,定义：,解调输出噪声:,？,角度调制系统的抗噪声性能(5),67,通 信 原 理,角度调制系统的抗噪声性能(6),68,通 信 原 理,角度调制系统的抗噪声性能(7),69,通 信 原 理,结论,角度调制的门限效应性能(8),70,通 信 原 理,角度调制的门限效应性能(9),71,通 信 原 理,门限信噪比：开始出现门限效应的解调输入信噪比(输出与输入信噪比不再保持线性关系),门限值：,即,预加重与去加重滤波(1),72,通 信 原 理,考虑FM解调输出噪声功率谱是抛物线的 衰减高频噪声 预先对信号高频部分进行补偿,预加重：加重高频分量(高通滤波)，以补偿去加重对信号的影响 去加