c7-第5章-模拟调制分解课件

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1、模拟调制系统第5章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）本章内容:第第5 5章章 模拟调制模拟调制 调制简介n调制定义调制定义何谓调制？进行频谱搬移，匹配信道特性，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调制目的调制目的为什么要进行调制？调制信号调制信号 载载 波波 已调信号已调信号 运载工具 多种形式 同义词认识一下调制过程所涉及的三种信号n调制分类调制分类-可从不同角度分类：都有哪些调制方式？本章研究的模拟调制模拟调制方式：是以正弦信号 作

2、为载波的 n一般模型5.1幅度调制（线性调制）的原理边带滤波器边带滤波器5.1.1 常规 调幅（AM）nAM表达式表达式nAM调制器调制器条件：边带项载波项nAM波形和频谱波形和频谱西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 nAM信号的信号的特点特点l 时，AM波的包络正比于调制信号m(t)，故可采用包络检波。lAM的频谱由载频分量、上边带和下边带组成。lAM传输带宽是调制信号带宽的两倍：lAM的优势在于接收机简单，广泛用于中短调幅广播。lAM信号功率：nAM信号的缺信号的缺点点边带功率功率载波功率波功率AM功率利用率低！l调制效率（功率利用率）：-不含有用信息，却“浪费”大

3、部分的发射功率。m1 过调幅载波边带当然条件：如何提高调制效率？抑制载波！QA5.1.2 双边带调制（DSB-SC）条件：nDSB表达式表达式nDSB调制器调制器double-sideband suppressed carriernDSB波形和频谱波形和频谱nDSB信号的信号的特点特点l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。l无载频分量，只有 上、下 边带。l带宽与AM的相同：l调制效率100，即功率利用率高。l主要用作SSB、VSB的技术基础，调频立体声中的差信号调制等。能否只传输能否只传输 一个边带一个边带？QA 课件制作：曹丽娜课件制

4、作：曹丽娜 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 5.1.3 单边带调制（SSB）nSSBSSB信号的产生信号的产生（1 1）滤波法技术难点之一技术难点之一边带滤波特性边带滤波特性 H HSSBSSB()（2 2）相移法USB+-传递函数传递函数：是是 m(t)m(t)的的希尔伯特变换含义含义：幅度不变，相移幅度不变，相移 /2/2 Hh()对 m(t)的所有 频率分量精确相移/2 技术难点之二技术难点之二下边带上边带要求要求：nSSB信号的信号的特点特点 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 5.1.4 残留边带调

5、制（VSB）介于介于SSB与与DSB之之间的折中方案。的折中方案。nVSBVSB信号的产生信号的产生应该具有怎样的滤波特性？nVSBVSB信号的解调信号的解调应该具有怎样的滤波特性？相乘：LPF解调输出：若要若要无失真恢复无失真恢复 m(t)，VSB滤波器的波器的传输函数必函数必须满足：足：含义：含义：n残留边带滤波器的几何解释：nVSB信号的信号的特点特点l 仅仅比比SSB所需所需带宽有很小的增加，却换来了电路的简单。带宽有很小的增加，却换来了电路的简单。l 应用：商业电视广播中的电视信号传输等。n滤波法滤波法5.1.5 线性调制（幅度调制）的一般模型n相移法相移法解调的任务!5.1.6 相

6、干解调与包络检波n相干解调相干解调 n包络检波包络检波 n分析模型分析模型5.2线性调制系统的抗噪声性能高斯白噪声高斯白噪声已调信号已调信号BPF5.2.1 模型与指标窄带高斯噪声窄带高斯噪声输出噪声输出噪声输出信号输出信号高斯白噪声高斯白噪声已调信号已调信号BPF解调器解调器相干解调相干解调包络检波包络检波n分析模型分析模型解调器解调器n性能指标性能指标制度增益：制度增益：输出信噪比：输出信噪比：BPF5.2.2 DSB-相干解调系统的抗噪声性能相干解调器Si So No Ni DSBB=2fH 原因原因正交分量正交分量5.2.2 DSB-相干解调系统的抗噪声性能相干解调器Si So No

7、Ni 5.2.3 SSB B=2fH B=fH SSBDSB 相干解调抑制正交相干解调抑制正交分量分量（无论信号还是噪声）（无论信号还是噪声）原因原因正交分量正交分量 能否说：DSB系统的抗噪声性能 优于 SSB 系统呢？在相同的Si，n0，fH条件下：B=2fH B=fH DSB和SSB的抗噪声性能相同。QA合成包络5.2.4 AM 包络检波系统的抗噪声性能（1）大信噪比时隔掉检波输出检波输出：讨论：l由于由于|m(t)|max A0，所以，所以GAM 1，即，即l100%调制，且制，且 m(t)为单频正弦正弦时：l相干解相干解调的的GAM 如同上式，但不受信噪比条件的限制。如同上式，但不受

8、信噪比条件的限制。（2）小信噪比时 可见：u大大信噪比时信噪比时：u小小信噪比时信噪比时：门限效应门限效应AM-包络检波包络检波系统的抗噪声性能：系统的抗噪声性能：归纳归纳5.3非线性调制（角度调制）原理n概述概述5.3.1 角度调制的基本概念n1 角角调信号一般表达式调信号一般表达式载波的恒定振幅载波的恒定振幅 ct+(t)已已调信号的瞬信号的瞬时相位相位 相相对于于 ct的的瞬瞬时相位偏移相位偏移 c+d(t)/dt 已已调信号的瞬信号的瞬时角角频率率 相相对于于 c的的瞬瞬时角角频偏偏Kf=rad/(sV)Kp=rad/VPM：FM：角调信号：n2 PM与与 FM的关系的关系若预先不知m

9、(t)形式，能否判断已调信号是PM还是FM信号?若最大瞬时相位偏移满足：5.3.3 宽带 调频 最大相位偏移最大相位偏移n1 单音调频单音调频 FM 调频指数调频指数最大角频偏 单音调频信号单音调频信号：，则 设n2 FM信号的频谱与带宽信号的频谱与带宽第一第一类 n 阶贝塞塞尔函数函数 是是调频指数指数 mf 的函数的函数傅里叶变换傅里叶变换级数展开级数展开讨论讨论窄带调频(NBFM)(NBFM)宽带调频(WBFM)(WBFM)FM频谱和传输带宽：对于多音或任意带限调制信号时的FM信号：FM广播的最大频偏 f=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

10、：推广推广：调制信号的最高频率例如例如：n3 FM信号的功率分配信号的功率分配载波功率=1n4 FM的特点的特点 优势优势 应用应用5.3.4 调频信号的产生与解调n1 调频调频信号的产生信号的产生 1)1)直接法直接法原理原理：调制电压控制振荡器的频率：优点优点：电路简单、可获得较大的频偏；缺点缺点：频率稳定度不高，可采用PLL调频器进行改进。63第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统直接调频法的主要优缺点：优点：可以获得较大的频偏。缺点：频率稳定度不高改进途径：采用如下锁相环（PLL）调制器 2)2)间接法间接法原理原理：积分 调相(NBFM)n次倍频 WBFM优点优点：频率稳定度好；缺点缺

11、点：需要多次倍频和混频，因此电路较复杂。65第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统间接法产生窄带调频信号由窄带调频公式可知，窄带调频信号可看成由正交分量与同相分量合成的。所以可以用下图产生窄带调频信号：66第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统倍频：目的：为提高调频指数，从而获得宽带调频。方法：倍频器可以用非线性器件实现。原理：以理想平方律器件为例，其输出-输入特性为当输入信号为调频信号时，有由上式可知，滤除直流成分后，可得到一个新的调频信号，其载频和相位偏移均增为2倍，由于相位偏移增为2倍，因而调频指数也必然增为2倍。同理，经n次倍频后可以使调频信号的载频和调频指数增为n倍。67第第5章章 模拟

12、调制系统模拟调制系统典型实例：调频广播发射机载频：f1=200kHz 调制信号最高频率 fm=15kHz 间接法产生的最大频偏 f1=25 Hz 调频广播要求的最终频偏 f=75 kHz，发射载频在88-108 MHz频段内，所以需要经过次的倍频，以满足最终频偏=75kHz的要求。但是，倍频器在提高相位偏移的同时，也使载波频率提高了，倍频后新的载波频率(nf1)高达600MHz，不符合 fc=88-108MHz的要求，因此需用混频器进行下变频来解决这个问题。68第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统具体方案 69第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统【例例5-1】在上述宽带调频方案中，设调制信号是

13、fm=15 kHz的单频余弦信号，NBFM信号的载频f1=200 kHz，最大频偏f1=25 Hz；混频器参考频率f2=10.9 MHz，选择倍频次数n1=64，n2=48。(1)求NBFM信号的调频指数；(2)求调频发射信号（即WBFM信号）的载频、最大频偏和调频指数。【解】（1）NBFM信号的调频指数为（2）调频发射信号的载频为70第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统(3)最大频偏为(4)调频指数为71第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u 调频信号的解调p非相干解调：调频信号的一般表达式为解调器的输出应为完成这种频率-电压转换关系的器件是频率检波器，简称鉴频器。鉴频器的种类很多，例如振幅

14、鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器、正交鉴频器、斜率鉴频器、频率负反馈解调器、锁相环(PLL)鉴频器等。下面以振幅鉴频器为例介绍：72第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统振幅鉴频器方框图图中，微分电路和包络检波器构成了具有近似理想鉴频特性的鉴频器。限幅器的作用是消除信道中噪声等引起的调频波的幅度起伏 73第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 微分器的作用是把幅度恒定的调频波sFM(t)变成幅度和频率都随调制信号m(t)变化的调幅调频波sd(t)，即包络检波器则将其幅度变化检出并滤去直流，再经低通滤波后即得解调输出式中Kd 为鉴频器灵敏度，单位为V/rad/s 74第第5章章 模拟调制系统模拟调制系

15、统p相干解调：相干解调仅适用于NBFM信号 由于NBFM信号可分解成同相分量与正交分量之和，因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解调，如下图所示。75第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统设窄带调频信号并设相干载波则相乘器的输出为经低通滤波器取出其低频分量再经微分器，即得解调输出可见，相干解调可以恢复原调制信号。n2 调频调频信号的解调信号的解调 1)1)非相干解调非相干解调2)2)相干解调相干解调适用：适用：NBFMNBFM和WBFMWBFM思路思路：完成频率电压的转换，即：鉴频器鉴频器一种振幅鉴频器仅适用仅适用NBFMNBFM微分器微分器：把幅度恒定的把幅度恒定的调调频频波波波波 调调幅

16、幅幅幅调调频频波波波波 ：包包络检波器：波器：检出出包包络并滤去直流并滤去直流，原理原理：幅/频都随m(t)变化经LPF即即得解得解调输出出：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：单音调制时n n大信噪比时大信噪比时：n n小信噪比时小信噪比时：门限效应门限效应mf 所有系统在所有系统在“同等条件同等条件”下进行比较下进行比较：解调器输入信号功率为解调器输入信号功率为 Si 信道噪声均值为信道噪声均值为0，单边单边功率谱密度为功率谱密度为 n0 基带信号带宽为基带信号带宽为 fm 其中其中AM的调幅度为的调幅度为 100%，正弦型调制信号正弦型调制信号5.5 各

17、种模拟调制系统的比较调制方式调制方式信号带宽信号带宽输出信噪比输出信噪比制度增益制度增益设备设备AMDSBSSB VSBFM21简单简单中等中等中等中等复杂复杂复杂复杂n n性能比较性能比较：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 n特点与应用特点与应用 1）AM：优点是接收点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和

18、短波能力差。主要用在中波和短波调幅广播。幅广播。2）DSB：优点是功率利用率高，点是功率利用率高，带宽与与AM相同。主要用于相同。主要用于调频立体声中的差信号立体声中的差信号调制，彩色制，彩色TV中的色差信号中的色差信号调制。制。3）SSB：优点是功率利用率和点是功率利用率和频带利用率都利用率都较高，抗干高，抗干扰能能力和抗力和抗选择性衰落能力均性衰落能力均优于于AM，而，而带宽只有只有AM的一半；的一半；缺点是收缺点是收发设备都复都复杂。常用于。常用于频分多路复用系分多路复用系统中。中。4）VSB：抗噪声性能和抗噪声性能和频带利用率与利用率与SSB相当。在相当。在电视广播广播等系等系统中得到

19、了广泛中得到了广泛应用。用。5）FM：抗干抗干扰能力能力强，广泛，广泛应用于用于长距离高距离高质量的通信系量的通信系统中。缺点是中。缺点是频带利用率低，存在利用率低，存在门限效限效应。5.6 频分复用(FDM)l复用：在一条信道中同时传输多路信号l目的：充分利用信道的频带或时间资源l分类：FDM、TDM、SDM、CDMl频分：按频率划分信道的复用方式l方法：调制 合成 传输 分路 解调l原理：图示 n nFDMFDM系统原理框图：系统原理框图：n n典型例子典型例子-多路多路载波电话系统载波电话系统（目前，TDM替代）替代）层次结构层次结构：基群频谱结构示意图：基群频谱结构示意图：12 路 一

20、个基群 5 个基群 一个超群（60路电话）10个超群 一个主群（600路电话）多个主群 一个巨群（每路4kHz）谢谢！作业5-8设某信道具有均匀的双某信道具有均匀的双边噪声功率噪声功率谱密度密度Pn(f)=0.5*10-8W/Hz，在，在该信道中信道中传输抑制抑制载波的双波的双边带信号，并信号，并设调制信号制信号m(t)的的频带限制在限制在5kHz，而，而载波波为100kHz，发射信号功率射信号功率ST为60dB，信道（指，信道（指调制信道）功率制信道）功率损耗耗 为70dB。试确定：确定：（1）解）解调器前端理想器前端理想带通通滤波器的中心波器的中心频率和通率和通带宽度；度；（2）解）解调器

21、器输入端的信噪功率比；入端的信噪功率比；（3）解）解调器器输出端的信噪功率比；出端的信噪功率比；（4）解）解调器器输出端的噪声功率出端的噪声功率谱密度。密度。作业5-15已知某已知某单频调频波的振幅是波的振幅是10V，瞬，瞬时频率率为f(t)=106+104cos2*103t(Hz)试求：求：（1）此）此调频波的表达式；波的表达式；（2）此）此调频波的最大波的最大频率偏移、率偏移、调频指数和指数和频带宽度；度；（3）若）若调制信号制信号频率提高到率提高到2*103Hz，则调频波的波的频偏、偏、调频指数和指数和频带宽度如何度如何变化？化？（4）若峰）若峰值频偏加倍，偏加倍，调频信号的幅度怎么信号的幅度怎么变化？化？