c7-第5章 模拟调制

1、西安电子科技大学通信工程学院课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜美工设计：陈英技术支持：张嘉等人第5章 模拟调制系统通信原理（第7版）樊昌信 曹丽娜 编著课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院 本章内容:第5章模拟调制调制简介定义目的分类线性调制（幅度调制）原理线性调制系统的抗噪声性能 非线性调制（角度调制）原理各种模拟调制系统的性能比较频分复用（FDM）课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院调 制 简 介何谓调制？ 调制定义课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院为什么要进行调制？课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院 进行频谱搬移，匹配信道特性，

2、减小天线尺寸； 实现多路复用，提高信道利用率； 改善系统性能（有效性、可靠性）； 实现频率分配n 调制目的认识一下调制过程所涉及的三种信号 调制分类sm (t)m(t)sm (t)m(t)c(t)多种形式同义词西安电子科技大学通信工程学院运载工具课件制作：曹丽娜调制信号载 波已调信号调制器- 可从不同角度分类：都有哪些调制方式？sm (t)m(t)c(t)课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院调制器本章研究的模拟调制方式：是以正弦信号 c(t) = Acos(wc t +j ) 作为载波的课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院幅度调制（线性调制）的原理5.1n 一般模型h(t) H

3、 (w)课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院边带滤波器m (t )sm (t )coswcth ( t )5.1.1常规调幅（AM） AM表达式 AM调制器(t )m (t )A0 sAMcoswct载波项边带项m(t ) = 0 和 m(t )max A0条件：课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院 AM波形和频谱西西安安电电子科子技科大技学大学通信通工信程工学院程学院课件制作：曹丽娜 AM信号的特点课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院 m (t ) A0时，AM波的包络正比于调制信号m(t)，max故可采用包络检波。 AM的频谱由载频分量、上边带和下边带组成。 AM传

4、输带宽是调制信号带宽的两倍： AM的优势在于简单，广泛用于中短调幅广播。BAM= 2 fH AM信号的缺点！课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院 AM信号功率：A2m2 (t)P= 0 +=P+PAM22cs载波功率边带功率 调制效率（功率利用率）：m(t) A0m2 (t) A 2故h50%AM功率利用率低max0AM载边带m1过调幅m=1临界状态，满调幅（100%）课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院波-不含有用信息 ，却“浪费”大部分的发射功率。当然课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院设m(t) = Acosw （t则m2 (t) = A2/ 2单音正弦）mmm课

5、件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院A0和 m(t ) A0maxQ&A抑制载波！(t )m (t )smcoswctm(t ) = 0条件：课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院如何提高调制效率？双边带调制（DSB-SC）double-sideband suppressed carrier5.1.2 DSB调制器m (t ) sDSB (t ) DSB表达式coswctm (t ) = 0条件：课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院 DSB波形和频谱课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院Q&A西西安安电电子科子技科大技学大学通信通工信程工学院程学院课件课制件制作作：曹

6、曹丽丽娜娜 包络不再与m(t)成正比；当m(t)改变符号时载波相位反转，故不能采用包络检波，需相干解调。 无载频分量，只有上、下 边带。 带宽与AM的相同 调制效率100%，即功率利用率高。 主要用作SSB、VSB的技术基础，调频立体声中的差信号调制等。：BDSB = BAM = 2 fH能否只传输一个边带？n DSB信号的特点单边带调制（SSB）5.1.3 SSB信号的产生（1）滤波法m (t )sSSB (t ) s(t)DSBcoswct技术难点之一课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院HSSB (w)边带滤波特性 HSSB(w)课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院（2）相

7、移法设 m(t ) = Am coswmtsDSB (t ) = Am coswmt coswct载波c (t ) = coswct= 1 Acos(w- w)t + 1 Acos (w+ w)tmcmmcm22(t ) = 1 Acos(w- w)tsc +mLSBm2USB= 1 Acoswt cosw t1 Asin wt sin w t-+mmcmmc22= 1 m (t )cosw t12( )mtsin w t+-cc2课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院下边带上边带1 m (t )cosw t1m (t )2m (t ) 是 m(t) 的希尔伯特变换含义：幅度不变，相移

8、/22c coswctsSSB (t)传递函数：112m (t )m (t )sin w t2c要求：Hh(w) 对 m(t) 的所有频率分量精确相移 /2技术难点之二课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院sgn w = 1， w 0-1， w 0H(w) = M (w) = - j sgn whM (w)-p/2 Hh (w)S(t ) = 1 m (t )cosw t1 m(t )sin w tSSB2c2c SSB信号的特点西西安安电电子科子技科大技学大学通信通工信程工学院程学院课件课制件制作作：曹曹丽丽娜娜BSSB = BAM /2 = fH残留边带调制（VSB）介于SSB与DS

9、B之间的折中方案。5.1.4课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院应该具有怎样的滤波特性？ VSB信号的产生sVSB (t )sDSB (t )m (t )coswtc VSB信号的解调sVSB (t )sp(t )(t )sdc(t) = 2 coswct(w ) H (w ) = 1 M (w + w ) + M (w - w ) H (w )(w ) = SS2 VSBDSBcc课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院LPF应该具有怎样的滤波特性？H (w)sVSB (t )sp(t )(t )sd(t ) = s(t ) 2cosw tc(t) = 2 coswct相乘： s

10、pVSBcSp (w) = SVSB (w + wc ) + SVSB (w -wc )LPF解调输出：S(w ) = 1 M (w ) H (w + w) + H (w - w)dcc2课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院S(w ) = 1 M (w + w) + M (w - w) H (w )VSB2 ccLPFS(w ) = 1 M (w ) H (w + w) + H (w - w)dcc2若要无失真恢复 m(t)， VSB滤波器的传输函数必须满足：含义：课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院 残留边带滤波器的几何解释：课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院 VS

11、B信号的特点课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院 仅比SSB所需带宽有很小的增加，却换来了电路的简单。 应用：商业电视广播中的电视信号传输等。fH BVSB n2 (t) + n2 (t)0csno (t )mo (t )隔掉()() S= mt=22mtoo= n2 (t ) = N Noci课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院2G=2m(t)AM22A0+ m(t)E (t ) A0 + m(t ) + nc (t )讨论：课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院SoSi 由于|m(t)|max A0 ，所以GAM 1，即NNoi 100%调制，且 m(t) 为单频正弦

12、时： 相干解调的GAM 如同上式，但不受信噪比条件的限制。G= 2AM32m2 (t)GAM=A 2 + m2 (t)0（2）小信噪比时A+ m(t) n2 (t) + n2 (t)0cs AE (t ) =2+m(t) + n2 (t)n (t)0cs(t )(t )q (t ) = arctan nsR (t ) =( )( )nt+ nt22nccs可见：课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院E (t ) = R (t ) + A + m(t )cosq (t )归纳AM-包络检波系统的抗噪声性能：u 大信噪比时100%单音正弦u 小信噪比时：门限效应课件制作：曹丽娜西安电子科技大

13、学通信工程学院G= 2AM3：2m2 (t)GAM =A 2 + m2 (t)0非线性调制（角度调制）原理5.3n 概述课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院5.3.1角度调制的基本概念 1角调信号一般表达式载波的恒定振幅wct +j(t) 已调信号的瞬时相位相对于wct的瞬时相位偏移 wc +dj(t)/dt 已调信号的瞬时角频率相对于wc的瞬时角频偏课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院sm (t) = A coswct +j(t)角调信号：j(t) = Kpm(t)PM：Kp=rad/VFM：dj(t) = K dtm(t)K =rad/(sV)ff课件制作：曹丽娜西安电子科

14、技大学通信工程学院sm (t) = A coswct +j(t) 2PM与 FM的关系 若预先不知m(t)形式，能否判断已调信号是PM还是FM信号?课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院宽带 调频5.3.3dj(t) = Km(t)fdtj(t) = K f m(t )dt若最大瞬时相位偏移满足：课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院 最大角频偏 ， 则 dj (t ) = K设 m(t) = Acosw tAcoswtmmfmmdtcoswt dt = K fAmj (t ) = Kt = msinwsin wtAfmmwmfmm单音调频信号：最大相位偏移调频指数= DwDf=

15、mw= 2p fDw = KfA2pfmmmfm课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院sFM (t) = Acoswct + mfsinwmtn 1单音调频 FMsFM (t ) = Acoswct + mfsin wmt级数展开(t ) = A Jn (mfn=-) cos(wc + nwm )tsFM傅里叶变换SFM (w) = p A Jn (mf )d (w -wc - nwm ) + d (w + wc + nwm )-课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院第一类 n 阶贝塞尔函数是调频指数 mf 的函数n 2FM信号的频谱与带宽 FM频谱和传输带宽：讨论mf1时：BFM

16、 2Df西安电子科技大学通信工程学院窄带调频(NBFM)宽带调频(WBFM)课件制作：曹丽娜推广：对于多音或任意带限调制信号时的FM信号：调制信号的最高频率例如：FM广播的最大频偏Df = 75kHz，最高调制频率fm=15kHz， 故调频指数mf 5，FM信号的频带宽度为：= 2(5 +1)15 = 2(75 +15) =180 kHzBFM课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院BFM= 2(mf+1) fm = 2(Df+ fm )(t ) = A Jn (mf ) cos(wc + nwm )tsFMn=-2= A2= An=-2 (t )= P= sJ2 (mP)cFMFMnf2

17、2载波功率=1课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院n 3FM信号的功率分配课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院n 4FM的特点 优势 应用5.3.4调频信号的产生与解调1)直接法(t )m (t )sFM原理：调制电压控制振荡器的频率：wi (t ) = w0 + Kf m(t )优点：电路简单、可获得较大的频偏；缺点：频率稳定度不高，可采用PLL调频器进行改进。课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院VCOn 1调频信号的产生2)间接法(t )(t )m (t )ssNBFMWBFMA coswct原理：积分 调相(NBFM) n次倍频 WBFM优点：频率稳定度好；缺点：

18、需要多次倍频和混频，因此电路较复杂。课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院积 分器倍频器相位调制1)非相干解调 鉴频器适用：NBFM和WBFM2)相干解调仅适用NBFM思路：完成频率电压的转换，即： m(t )dt sFM (t) = Acoswct + K fmo (t) Kf m(t)(t )(t )(t )mosFMsdBPF及限幅包络检波鉴频器一种振幅鉴频器课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院LPF微分电路n 2 调频信号的解调(t )(t )(t )sFMmosdBPF及限幅包络检波鉴频器sFM (t) = Acoswct + K f m(t )dt 原理：幅/频都随m

19、(t)变化微分器：把幅度恒定的调频波 调幅调频波 ：sd (t) = - Awc + K f m(t)sinwct + K f m(t )dt 包络检波器：检出包络并滤去直流，经LPF即得解调输出：mo (t) = Kd K f m(t)课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院LPF微分电路5.4调频系统的抗噪声性能模型和方法与线性调制系统相似。解-鉴频器：sFM (t)si (t)mo (t)BPFLPFn (t)n (t)oin(t)n 大信噪比时：单音调制时mfn 小信噪比时：门限效应西安电子科技大学通信工程学院课件制作：曹丽娜BFM = 2(mf+1) fm = 2(Df + fm

20、 )G= 3m2 (m+1)FMff鉴频限幅5.5各种模拟调制系统的比较所有系统在“同等条件”下进行比较：调器输入信号功率为 S解i信道噪声均值为0，单边功率谱密度为 n0基带信号带宽为fm其中AM的调幅度为 100% ，正弦型调制信号课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院调制方式信号带宽输出信噪比制度增益设备AM2 fm1Si3 n0 fm2 / 3简单DSB2 fmSi n0 fm2中等SSBfmSi n0 fm1复杂VSB略大于fm近似SSB近似SSB复杂FM2 (mf +1) fm3 m2Si2fnf0m3m2 (m+1)ff中等n 性能比较：课件制作：曹丽娜西安电子科技大学通信工程学院1）抗噪声性能：FM最好，DSB/SSB、VSB次之，AM最差； 2）频谱利用率：SSB最高，VSB较高，DSB/AM次之，FM最差； 3）功率利用率：FM最高，DSB/SSB、VSB次之，AM最差； 4）设备复杂度：AM最简，DSB/ FM次之，VSB较复杂， SSB最复杂。n 特点与应用课件