第二章-模拟调制系统.pptx
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1、通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院第2章 模拟调制系统通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院本章学习要求:了解:调制的功能与分类掌握:常规双边带调制(AM)信号的时域表示 掌握:AM信号的频域表示、功率和效率 掌握:AM的调制与解调 了解:抑制载波双边带调制信号 了解:单边带调制(SSB)和残留边带调制(VSB)了解:非线性调制系统了解:窄带频率调制NBFM 宽带调频WBFM 了解:窄带调相NBPM 宽带调相WBPM 了解:模拟调制系统的抗噪声性能 了解:线性调制系统的抗噪声性能了解:非线性调制系统的抗噪声性能通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息
2、与自动化学院2.1 调制的功能及分类信道的概念:所有信号传输媒介的总称,用来将信号从发送设备传到接收设备。信道的分类:p无线信道 电磁波(含光波)p有线信道 电线、光纤地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 km无线信道 信道的概念信道的概念通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院明线对称电缆:由许多对双绞线组成导体绝缘层导体金属编织网保护层实心介质同轴电缆信道有多种多样,每种信道都只能传输某一类信号,怎么样让我们想传输的信号能够在信道中高效、可靠的传输?通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院调制的概念所谓调制,就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的
3、一种过程。具体的说,就是按照调制信号(基带信号)的变化规律去改变高频载波某些参数的过程。实质上是将调制信号的频谱从某个频率位置搬移到另一频率位置上。调制信号:指来自信源的基带信号。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。已调信号:载波受调制后称为已调信号。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。通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院2.1.1 调制的功能 把基带信号调制到较高的频率(一般调制到几百kHz到几百MHz甚至更高的频率),使天线容易辐射;便于频率分配:为使无线电台发出的信号互不干扰,每个发射台都被分配给不同的频率
4、;有 利 于 实 现 信 道 多 路 复 用,提 高 系 统 的 传 输 有 效 性、Internet技术的广泛应用;可以减小噪声和干扰的影响,提高系统的传输可靠性。通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院2.1.2 调制的分类(1)根据调制信号分类 模拟调制:调制信号是模拟信号的调制;数字调制:调制信号是数字信号的调制。(2)根据载波分类 连续载波调制:以正弦信号作载波的调制;脉冲载波调制:以脉冲序列作载波的调制。载波信号是时间间隔均匀的矩形脉冲。(3)根据调制器的功能分类 幅度调制一一调制信号改变载波信号的振幅参数,即利用的幅度变化来传送的信息。如调幅(AM)、脉冲振幅调制
5、(PAM)和振幅键控(ASK)等。频率调制一一调制信号改变载波信号的频率参数,即利用的频率变化来传送的信息。如调频(FM)、脉冲频率调制(PFM)和频率键控(FSK)等。相位调制一一调制信号改变载波信号的相位参数,即利用的相位变化来传送的信息。如调相(PM)、脉冲位置调制(PPM)、相位键控(PSK)等。通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院(4)根据调制前后信号的频谱结构关系分类 线性调制一一输出已调信号的频谱和调制信号的频谱之间呈线性关系,如(AM)、双边带调制(DSB)、单边带调制(SSB)等。非线性调制一一输出已调信号的频谱和调制信号的频谱之间没有线性对应关系,即已调
6、信号的频谱中含有与调制信号频谱无线性对应关系的频谱成分,如FM、FSK等。通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院模拟通信系统模型 通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院2.2 2.2 线性调制系统线性调制系统 常规双边带调制系统(AM)(1)常规双边带调制(AM)信号的时域表示 设调制信号为f(t),其平均值f(t)=0。f(t)叠加直流A0后对载波的幅度进行调制,就形成常规调幅信号。时间波形表达式时间波形表达式为:为:sAM(t)=AC A+f(t)cos(ct+c)其中其中 c为载波信号的角频率为载波信号的角频率 c为载波信号的起始相位为载波信号的起始相
7、位通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院一、常规调幅一、常规调幅(AM)波形波形通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院一、常规调幅一、常规调幅调制波包络无失真条件调制波包络无失真条件A|f(t)|max时,SAM(t)的最小振幅总大于0,保证调幅波的包络与调制信号变化规律一致A|f(t)|max时,会出现过调幅现象,若用包络检波进行解调,其结果就会失真通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院一、常规调幅(一、常规调幅(AM)调幅系数或调制度调幅系数或调制度 ma=ma11为过调幅为过调幅|f(t)|maxA通信原理通信原理电子信息与自动化学院
8、电子信息与自动化学院 令载波初相为0时,已调信号为:频域特性分析若有:则已调信号的频谱为:载波幅度,已调信号的组成部分通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院 已调信号的频谱图:1.形状相同,位置搬移;2.AM信号含载波分量;3.AM 信号是双边带信号,带宽 BAM=2W=2fH4.下边带是上边带的镜像下边带上边带上边带载频分量载频分量通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院(2)常规双边带调制信号的频域表示 常规双边带调制信号的频谱就是将调制信号的频谱减小一半后分别搬移到以为中心处,且在处还各有一个强度为的冲击分量,如图所示。通信原理通信原理电子信息与自动化学
9、院电子信息与自动化学院 调幅信号的平均功率为:功率特性分析常规调幅信号的功率由载波功率Pc和边带功率Pf组成;边带功率与调制信号有关,是有用功率:载波功率?因为通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院 调制效率:边带功率与总功率之比,即:当 时,有:此时:若 ,调制效率最大值为1/3。常规调幅调制效率低,载波分量不携带信息却占用大部分功率!改进方案-抑制载波双边带调制通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院 复习:AM调制时间波形表达式时间波形表达式为:为:sAM(t)=AC A+f(t)cos(ct+c)频域表达及频谱频域表达及频谱为:为:AM调制信号的带宽调
10、制信号的带宽为:为:BAM=(fc+fm)-(fc+fm)=2fm通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院复习:AM调制AM调制信号的功率调制信号的功率为:为:ma=ma1为过调幅|f(t)|maxA调幅系数或调制度为调幅系数或调制度为AM调制信号的调制效率调制信号的调制效率为:为:若 ,调制效率最大值为1/3通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院2.2.2抑制载波双边带调幅(DSB)常规双边带调制的最大缺点就是调制效率低,其功率中的大部分都消耗在本身并不携带有用信息的直流分量上,如果将这个直流成分完全取消,则效率可以提高到100%,这种调制方式就是抑制载波双
11、边带调制,简称DSB。直接用f(t)调制载波的幅度 DSB信号的表达式信号的表达式双边带信号的时间波形表达式:sDSB(t)=f(t)cos c t相应的已调信号的频谱表达式:SDSB()=F(+c)+F(-c)/2通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院 抑制载波双边带调幅波形 抑制载波双边带调幅频谱反相点观察并分析:v包络v频谱组成v带宽v调制效率通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院l解调-AM(非相干和相干解调两种方法)(1)直接采用包络检波法-用非线性器件和滤波器分离提取出调制信号的包络,获得所需的信息,也称之为信号的非相干检波,其原理框图如图(a)
12、所示。(2)相干解调-通过相乘器将收到的信号与接收机产生的、与调制信号中的载波同频同相的本地载波信号相乘,然后再经过低通滤波,即可恢复出原来的调制信号,如图(b)所示。通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院l解调-AM(非相干和相干解调两种方法)(1)非相干解调(解调器可以是包络检波器)常规调幅信号(AM)一般采用非相干解调包络检波原理如下:其中RC的取值范围为:检波器的输出为:通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院l解调非相干解调(解调器可以是包络检波器)常规调幅信号(AM)一般采用非相干解调包络检波原理如下:其中RC的取值范围为:检波器的输出为:通信原理
13、通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院l解调-DSB(仅能通过相干解调)相干解调:解调时所使用的载波与调制载波同频同相。相干解调的关键:必须产生一个同频同相的载波 表达式如下:经低通后,得到:从而恢复了原有的调制信号。通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院DSB与AM信号的比较DSB的调制效率:100优点:节省了载波功率。缺点:不能用包络检波,需用相干检波,较复杂。双边带的上、下两个边带有什么关系?一个边带携带了调制信号的全部信息。进一步改进:单边带调制进一步节省载波功率和带宽随着性能的改善,技随着性能的改善,技术复杂度也越来越高,术复杂度也越来越高,实际应用时往往
14、需要实际应用时往往需要折衷取舍。折衷取舍。通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院(3)单边带调幅(SSB)用用滤波法滤波法形成单边带信号形成单边带信号 图中图中HSSB()为单边带滤波器的传递函数为单边带滤波器的传递函数仅利用一个边带传输信息的调制方式就是单边带调制,简称SSB通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院l 用滤波法形成单边带信号上边带和下边带滤波器的传递函数分别为:单边带信号的频谱:FSSB()=FDSB()HSSB()通信原理通信原理电子信息与自动化学院电子信息与自动化学院l 用滤波法形成单边带信号(选学)只有当f B时,滤波器方可实现f 滤波
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