现代通信原理PPT课件第3章模拟调制.ppt

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1、第第3章章 模拟调制模拟调制123第第3章章模拟调制模拟调制幅度调制幅度调制频分复用频分复用非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)调制的作用：调制的作用：1.调制为了信号与信道的匹配；2.调制为了多路复用；3.调制为了电波辐射；4.调制为了频率分配；5.调制可减小干扰；6.调制可克服设备的缺陷；3.1幅度调制幅度调制 用调制信号 ()c t()cs t()H f()s t()cs t()c o s 2()()c o s 2cccc tf tsts tf t()s t()s t()c t()()()-()()()-()()()-()()-()H fs tAMH fs tDSBH fs tSSB

2、H ffcVSBH f根据特性及所包含的频谱成份，幅度调制分为：完全调幅为全通网络，有直流成分；抑制载波双边带为全通网络，无直流成分；单边带是截止频率为 的高通或低通滤波器；残留边带为特定互补特性滤波器。3.1.1000maxmax()-()()()()()()()AMHfs ts tsstsstsstst完全调幅为全通网络，有直流成分；式中为直流成分，为交变分量，并且要求：式中为交变分量绝对值的最大值。1.AM信号的波形和时间函数表示式 一、波形二、时间函数00()()cos2cos2()cos2AMcccstsstf tsf tstf t三、调制指数m axm inm axm inm ax

3、0m ax000m in0()()()()()()()()11s ts tms ts tststmss tssss tsmmm若波 形 对 称 则通 常，此 时 没 有 包 络 失 真；当称 为 滿 调 幅 或 100 调 幅；当1过 称 为 调 幅，此 时 会 产 生 包 络 失 真。2.AM信号的频谱及带宽101011m a x100010001.()c o s 2()(c o s 2)c o s 21c o s 2c o s 2()21c o s 2()2()()(c o s 2)c o s 2c o s 2c o s 2()2c o s 2()2(A MccccA MccccA Mst

4、FstsF tstssF tftsftsfFtsfFtstsmssstssF tftmsftsfFtmsfFtSf为单频的情况考虑到000)()()2()()4()()4ccccccsffffm sffFffFm sffFffF0002.()()()()()()cos 2()()()21()()222AMcAMccccAMbhstSfSfSfstsstf tSSfffffSffSffAMAMBBf为 任 意 低 通 型 信 号其 频 谱因则从信 号 频 谱 公 式 及 下 页 的 频 谱 图 可 以 看 出信 号 带 宽 是 基 带 调 制 信 号 带 宽 的 两 倍3.AM信号的功率和传输效

5、率222220222220222202202211lim()lim()cos(2)11lim2()()(1cos 4)2011lim()21limlim2TTTTAMAMcTTTTcTTTAMTTTTAMPst dtsstf t dtTTsststf t dtTPsstdtTsdtT 信号功率：考虑到无直流的交变项积分结果为，222202011()2122122TTTsssst dtTsPsPP 式中为载频功率，为边带功率，为调制信号交变部分功率 由于载频不携带信息，只有边携带信息，我们将携带信息的边带功率与总功率之比定义为调制效率。221215033.3352SSAMAMAMAMAMAMAM

6、AMAMAMPPPPAMAMmmm越大，说明信号中携带信息的那一部分的功率越大通常，满幅度方波调制满幅度正弦波调制常用的调制请特别注意：不仅与 有关，而且与调制信号波形有关。对单音调制4.AM信号的矢量图矢量图都是指单音调制5.AM信号的产生与解调 AM调制AM信号解调常用包络解调3.1.2.抑制载波双边带调制(DSB)调制()()()()AMDSBH fs ts ts t调制的效率很低，发信机发射的功率绝大部分都不携带信息，因此很不经济。为了能用较小的功率传送信息，若把载波抑制掉，只传送边带分量，这就是DSB调制。调制中，为全通网络中无直流，即1.DSB信号的波形和时间函数表示式 DSB信号

7、时间函数 ()()()()2DSBcsts t c tst cosf t()s t()DSBst()c t DSB信号的波形2.DSB信号的频谱、带宽和功率1()()()2DSBCCSfSffSff22()12D S BbhhD S BssssD S BBBffstD S BPPPPP 信 号 带 宽的 最 高 频 率信 号 功 率边 带 功 率调 制 信 号 功 率3.DSB信号的矢量图4.DSB信号的产生与解调 DSB信号产生 DSB信号解调低 通()DSBst()s t()os t()c tDSB信号解调为同步解调2()()cos 2()cos211()cos 42()2cD SBccs

8、tf tststf tstf tst上 式 第 二 项 将 被 低 通 滤 波 器 滤 除。1(2)(2)41()()21()()2ccoSffSfs tstF s tSff对上式进行频谱变换式中第二项将被低通滤除频谱图如下页所示3.1.3单边带(SSB)调制 DSB功率对你的，其中任何一个边带都包含调制信号的全部信息。因此，从信息效率达100，使发信机功率利用率有了很大提高，但它在频带利用率上与AM相比并没有什么改善。由于上、下两个边带的频谱对于 是完全传输角度耒看，仅传送其中的一个边带也是可行的，这就是单边带调制，记为SSB。1.SSB信号波形及时间函数表示式 cf单边带滤波器()s t(

9、)s t()SSBst()c t 先研究单频SSB调制111111111()c o s 2()c o s 2c o s 2c o s 2()c o s 2()22()c o s 2()2()c o s 2()2()c o s 2()2c o s 2c o s 222D S BccccS S BS S BcS S BccstsF tstsF tf tssfFtfFtsstfFtsstfFtsstfFtssF tf t上下设式 中：上 边 频：下 边 频：上、下 边 频 信 号 可 合 写 成：11sin 2sin 2sin 2c o s 2(211()()c o s 2()sin 222()()

10、cS S BccF tf tsF tsF tststf tstf tstst式 中：上 边 频 取“”，下 边 频 取“+”可 看 成 是移 相或 称 希 尔 伯 特 变 换)对 任 意 调 制 信 号式 中是的 希 尔 伯 特 变 换。单频单边带调制波形如下：2.SSB信号的频谱及带宽单边带信号的带宽：单边带信号的功率：SSBbbBBf1124SSBDSBsPPP3.SSB信号的矢量图4.SSB信号的产生与解调 (1)滤波法-滤波法方框框图如前所述，当调制信号具有丰富的低频成份时，要求单边带滤波器具有较陡峭的高通成低通特性。(2)移相法-移相法中宽带移相器的制作较为困难。单边带信号的解调也是

11、同步解调211()()()cos2()sin 2cos22211()cos 2()sin 2cos222111()()cos4()sin 44441()()4SSBccccccccostc tstf tstf tf tstf tstf tf tststf tstf tstst式中后两项将被低通滤波器滤除，因此低通滤波器()SSBst()c t()os t3.1.4 残留边带(VSB)调制 滤波法产生单边带信号，需要频率响应陡峭的高、低通滤波器，特别对低频成份丰富的调制信号，更难实现。若用具有互补特性的渐变滤波器代替，这就是残留边带调制，记为VSB。1.残留边带的频谱 2.残留边带信号时间函数表

12、示式 3.残留边带信号的矢量图1()()co s 2sin 22()()2V S Bccststf tf tstst式 中是既 经 移 相，同 时 幅 度又 受 到 残 留 滤 波 器 衰 减 的 信 号。4.残留边带信号的解调残留边带信号解调频谱图211()()()cos 2()sin 2cos 22211()cos 2()sin 2cos 222111()()cos 4()sin 44441()()4VSBccccccccostc tstf tstf tf tstf tstf tf tststf tstf tstst式 中 后 两 项 将 被 低 通 滤 波 器 滤 除，因 此3.1.5各

13、种线性调制的比较3.2 频分复用 发送端把需用传送的各路信号，采用调制方式将频率般移到信道带内不同的频率位，并且使各路信号频谱互不重叠；在接收端用不同频率的带通滤波器分别取出各路信号。这就是频分复用。3.3非线性调制(角度调制)用调制信号去控制载波的频率或相位称为非线性调制，由于频率或相位的变化都引起载波相角的改变，因此也称为角度调制。3.3.1调频信号及调相信号1.正弦时间函数的瞬时相位和瞬时频率()cos()cos()cos2()()2()2()()()()()2()()2ccccccccccccs tAtAttAf ttAtf ttdf ttdtdtdttfdtdtdtdtdttfdt

14、角调波的表示式：角调波振幅，是常数瞬时相位,载波相位,瞬时相位偏移瞬时角频率,载波角频率,瞬时角频率偏移2.调频信号和调相信号maxmaxmaxmax()()(),/()cos2()()()()()()()()()()ffttFMccfftffpdtdtdtK s tKdtstAf tK sdtK sddtKs ttKsddtttK s t 调频瞬时角频率偏移随调制信的变化而变化调频器灵敏度 单位为弧度 秒 伏式中调相瞬时相位偏移随调制信的变化而变化maxmaxmaxmax,/()cos2()()()()()()pPMccpppKstAf tK s tdtds ttKs tKdtd t 调相器

15、灵敏度 单位为弧度 伏()tcftK sd()cfK s t()fK s t调制方式()t瞬时相位()dtdt瞬时角频率偏移()t瞬时角频率()t瞬时相位偏移()cptK s t()pK s t()cpds tKdt()pds tKdtFMPM()tfK sd调频和调相信号参数比较3.调频和调相的转换 调相前加积分器等效调频 等效 调频前加微分器等效调相 等效调 频调 相积 分微 分调 频调 相3.3.2窄带调频与宽带调频 1.窄带调频(NBFM)()cos2()1()cos2()()cos()cos 2sin()sin 2()0.56cos()1sin()()tFMccftcFMcfttFM

16、fcfctftfttffstAf tKsdAstf tKsdstKsdf tKsdf tKsdKsdKsdKsds为简化设当或则所以()cos 2()sin 2()()()sin 2()()22()()1()()()222()2()tFMcfctffcccfccFMcccctf tKsdf tSfjF KsdKF s tf tSffSffjfKSffSffSfffffffff因及所以窄带调频信号的频谱图22NWFMbAMAMBfB由图可见与频谱图相似111001111()cos2()cos2sin202()cos2sin2sin22cos2cos2()cos2()441()()()2(8tfffFMccffcccFMccfcs tSFtK StKSF dFtFK Sstf tFtf tFK SK Sf tfF tfF tFFSfffffK SffF 窄带单音调频设初相111)()8()()88fcffccK SFffFFK SK SffFffFFF2.宽带调(WBFM)(1)单音宽带调频信号的时向函数及频谱 11100011max()cos2sin222sin2022()cos2sin