模拟调制系统培训课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 模拟调制系统,1、,了解,调制的功能和调制的分类,2、,掌握,模拟调制的概念和模拟调制信号的表达式,3、,掌握,模拟线性调制,AM、DSB,的时域波形、频域特性，带宽，功率分配,4、,掌握,NBFM、WBFM,的频谱分布、带宽、功率分配,5、,了解,模拟调制与解调,6、,掌握,模拟调制中几种调制方式的抗噪性能比较,7、,理解,频分复用,课程目标,概述：调制的功能及分类,一、调制的功能,1、信道传输频率特性的需要,2、把基带信号调制到较高的频率使天线容易辐射,3、便于频率分配,4、有利于实现信道多路复用，提高系统的传输有效性,5、可减少噪声和干扰的影响，提高系统的传输可靠性,二、调制的分类,1、根据调制信号的分类 模拟调制,数字调制,2、根据载波分类 连续波调制：高频载波是正弦波,脉冲波调制：载波是脉冲序列,4、根据调制前后信号的频谱结构关系分类 线性调制,非线性调制,3、根据调制器的功能分类 幅度调制,频率调制,相位调制,3.1 模拟信号的线性调制,载波：,幅度,角频率,初相位,调制信号f(t),调制后：,瞬时幅度,载波的相位偏移,A(t)随f(t)作线性变换，称,线性调制或幅度调制,；,(t)或,(t)的导数随f(t)作线性变换，称,非线性,调制或角度调制；,一、抑制载波双边带调幅（DSB-SC）,1、时域表达式及频谱图,f(t),t,调制信号时域波形图,s(t),t,输出信号时域波形图,时域波形图,1,F(,),B,0,1/2,0,S,DSB,(,),2B,频谱图,c(t),t,载波信号时域波形图,c(,),0,-,0,3、平均功率及效率,2、带宽,B,DSB,=2B,线性调制：,在时域内已调信号,随着调制信号的变化而变化；,频域内：频谱的平行搬移。,f(t),s,DSB,(t),cos,c,t,双边带调幅调制模型,4、抑制载波的双边带信号的调制与解调,F(,),1,0,S,DSB,(,),1/2,c,c,双边带调制,F,(,),1/2,c,c,2,c,2,c,低通滤波器,双边带信号的解调,s,DSB,(t),cos,c,t,s,d,(t),相干解调,练习题,：,若调制信号f(t)，载波信号为c(t)，若采用抑制,载波的双边带调制，画出调制信号、载波信,号、已调信号的时域波形图和频谱图。,f(t),t,0,1,t,0,1,c(t),s,DSB,（t),t,0,1,C(,),F(,),0,0,S,DSB,(,),0,100,100,400,400,300 500,500 300,1/2,1,二、常规双边带调制系统,1、常规双边带调制（AM）信号的时域表达式及波形,调制信号f(t),其平均值为0，即f(t)=0;载波的初相位为0，振幅为1,调制后表达式：,若调制信号为余弦波信号，载波频率为,调制信号频率的4倍，其振幅均为1，其,表达式为：,A,0,=2,A+f(t),t,0,1,3,2,t,0,1,2,s,AM,（t）,3,正常调幅,f(t),t,0,1,t,0,1,c(t),A,0,+f(t),A,0,=1,t,0,1,2,t,0,1,2,s,AM,（t）,A,0,=0,s,AM,（t),t,0,1,f(t),t,0,1,满调幅,过调幅,调幅指数,2、频谱特性,F(,),1,0,B,S,AM,(,),1/2,0,A,A,-,c,c,2B,4、功率分配,调制效率,载波功率,边带功率,3、带宽,B,AM,=2B,例：,则，经AM调制后的AM信号功率为多少？,其调制效率为多少？最大调制效率可达多少,？,4、应用,调幅广播（AM）常规调幅方式，收音机,波段：中波535KHz1605KHz,自由空间，,地区性广播,短波3.9MHz18MHz，电离层反射，,距离数千公里,f(t),s,AM,(t),cos,c,t,A,0,常规调幅调制模型,F(,),1,0,常规调幅调制,S,AM,(,),1/2,c,c,A,0,A,0,t,0,1,2,s,AM,（t）,3,5、常规调幅的调制与解调,常规调幅信号的解调,t,0,1,2,s,d,（t）,3,s,AM,（t）,s,d,（t）,非相干解调,包络检波,F(,),1,0,S,AM,(,),1/2,c,c,A,0,A,0,三、单边带调制（SSB）,频谱图,S,HSB,(,),C,-,C,C,-,C,H,LSB,(,),C,-,C,B,1/2,C,-,C,S,LSB,(,),B,1/2,H,HSB,(,),C,-,C,S,DSB,(,),2B,1/2,上边带,调制,下边带,调制,四、残留边带调制（VSB）,频谱图,C,-,C,S,DSB,(,),2B,1/2,H,VSB,(,),S,VSB,(,),C,-,C,B,1/2,C,-,C,B,1/2,H,VSB,(,),S,VSB,(,),残留,上边带,残留,下边带,练习题,1.已知：调制信号,f(t)=cos,0,t；,载波信号,c(t)=cos4,0,t,;请画出调制信号、载波信号及,AM、DSB、HSB、LSB,调制时的频谱图(,AM,时直流电平为A,0,),0,-,0,F(,),w,0,-w,0,F(w),4w,0,-4w,0,w,0,-,0,S,DSB,(,),4,0,-4,0,w,5,0,3,0,-3,0,-5,0,w,w,0,-w,0,S,AM,(w),4w,0,-4w,0,w,5W,0,3W,0,-3W,0,-5W,0,练习题,w,w,0,-w,0,S,USB,(w),4w,0,-4w,0,w,5W,0,-5W,0,w,w,0,-w,0,S,LSB,(w),4w,0,-4w,0,w,3W,0,-3W,0,作业p66,1、已调信号为,试画出该信号的频谱及其经过包络检波得厚输出波形。,2、试比较常规双边带调制和抑制载波的双边带调制的异同。,3.3 模拟信号的非线性调制系统,瞬时相角,瞬时幅度,一、调频信号与调相信号,常量,相移常数,1、相位调制（,PM:Phase Modulation,）,2、,频率调制,(FM:Frequency Modulation,),频偏常数（表征调频器的灵敏度）,载波频率(常数),AM,FM,各种调制时的时域波形图,时域波形图,f(t),f(t),f(t),结论：,1、,FM,信号是一个等幅波，它的幅度与调制信号无关；,2、,FM,信号的频率与调制信号电压有比例关系,二、频率调制FM（p59）,1、窄带调频和宽带调频的定义(P59),由调频所引起的最大,瞬时相位偏移远小于30,o,时,，就称为,窄带调频,（,NBFM:narrow band frequency modulation,）,不满足窄带条件的调频称为,宽带调频,（WBFM:Wide Band frequency modulation）,(3-3-9),2、窄带调频的带宽（P60）,m,0,F(,),m,c,0,c,m,c,+,m,-,c,-,c,m-,-,c,+,m,S,NBFM,(,),c,0,c,m,c,+,m,-,c,-,c,m-,-,c,+,m,S,AM,(,),3、宽带调频的带宽(P61),c+,m,c,c,m,FM,=0.5,c,+3,m,c,c,3,m,FM,=2,c,c,+10,m,c,-10,m,FM,=8,卡森公式（3-3-14）,c,+9,m,c,-9,m,18,m,6,m,窄带调频,宽带调频,4、调频信号的功率,已调信号的总功率未调载波的功率,A,2,/2,总功率与调制过程及调频指数无关,5、调频信号的应用,1、调频广播（,WBFM,）,2、超短波电台（,NBFM,）,（一）、调频信号的产生,1、直接调频法,FM,f,(t),s,FM,(t),V,CC,f,0,变容管,f,(t),s,FM,(t),电压/电流,f,(t),s,FM,(t),载波,发生器,6、调频信号调制与解调,2、间接调频法p32,积分器,调相器,f,(t),s,FM,(t),（二）、调频信号的解调非相干解调,调频信号有相干解调和非相干解调两种方式,相干解调窄带调频信号,非相干解调窄带和宽带调频信号,f,c,斜率为K,d,输入频率,输出电压,限幅器,及带通,微分器,包络,检波,低 通,滤波器,s,d,(t),鉴频器,鉴频器特性及组成,3.2，3.4 模拟调制系统的抗噪声性能,一、线性调制系统的调制与解调,f(t),s,AM,(t),cos,c,t,A,0,常规调幅调制模型,f(t),s,DSB,(t),cos,c,t,双边带调幅调制模型,讲解内容,1、相干解调的分析模型？,2、抗噪声性能通过什么质量指标描述？,其意义是什么？,3、,AM、DSB、SSB,抗噪声性能的比较？,（用指标,G,、带宽、解调方式说明）,4、不同调制方式之间如何比较其抗噪声性能？,我们的问题,？,单边带调制的实现采用滤波法,二、线性调制相干解调的抗噪声性能,线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型,带 通,滤波器,低 通,滤波器,s(t),n(t),s,i,(t),n,i,(t),s,o,(t),n,o,(t),c,d,(t)=cos,c,t,高斯白噪声,窄带高斯白噪声,1、抗噪声性能分析模型（p52）,我们的目标；,在给定s(t)及,n,(t),的情况下，,1、确定各种解调器的输入及输出信噪比；,2、对各种调制系统的抗噪声性能作出评价,2、信噪比（SNR:singal noise ratio）,p52,信号功率,噪声功率,3、信噪比增益（G:Gain）,衡量系统抗噪声性能的重要参数,表征信号通过系统传输后,信噪比的改善情况，,G越大抗噪声性能越好,回顾,：能量谱密度和功率谱密度,功率谱,密度,(周期性信号)：,能量谱,密度,（非周期性信号）：,n,0,/2,高斯白噪声,双边功率谱密度,Pn(,),噪声功率谱密度,窄带高斯白噪声,（AM、DSB）,n,0,/2,0,-,0,Pn(,),2B,B,窄带高斯,白噪声（USB）,n,0,/2,0,-,0,Pn(,),B,窄带高斯,白噪声（LSB）,n,0,/2,0,-,0,Pn(,),注意；,我们遇到的绝大多数噪声都是高斯白噪声。,我们在分析问题时都将噪声作为高斯白噪声处理！,n,0,高斯白噪声,单边功率谱密度,Pn(,),1,w,|F(w)|,2,B,调制信号功率谱图,功率谱图,信号功率谱图,注意这里哦！,表示的是功率谱密度,面积表示功率,功率谱图,0,1/4,0,|S,DSB,(,)|,2,2B,0,1/4,0,|S,am,(,)|,2,2B,0,1/4,0,|S,LSB,(,)|,2,B,0,1/4,0,|S,USB,(,)|,2,B,调制后信号功率谱,叠加噪声的调制信号（输入信号）功率谱图,1,|F(,)|,2,B,n,0,/2,功率谱图,输入信噪比,功率谱图,叠加噪声的输出信号功率谱,0,1/4,0,|S,DSB,(,)|,2,2B,0,1/4,0,|S,AM,(,)|,2,2B,0,1/4,0,|S,LSB,(,)|,2,B,0,1/4,0,|S,USB,(,)|,2,B,信噪比,4、结论：,SDB解调器的信噪比改善了一倍，原因是相干解调把噪声中的正交分量抑制掉了，从而使噪声功率减半的缘故,SSB中信号和噪声有相同的表示形式，所以在相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制调，故信噪比没有改善，即,G,=1,AM在大信噪比时,G,1,总结,调制方式,带宽,SNR,i,SNR,o,G,典型解调,方式,DSB,2B,2,相干解调,SSB,B,1,相干解调,VSB,略大于,B,AM,2B,包络检波,B：基带信号带宽,f(t),为单频正弦信号时,2/3,例：若某一通信系统输入信号为f(t),经下列调制后求：,（1）合成信号g(t)的频谱表达式，并画出其频谱图,（2）写出已调波s(t)频域表达式，并画出其频谱图,f(t),s(t),cos,c,t,g(t),cos,m,t,F(,),m,-,m,0,解:,G(,),m,-,m,0,-2,m,2,m,1/2,S(,),m,-,m,0,-,c,c,1/2,1/4,c,2,m,c,-2,m,c,2,m,作业,1、page66,二大题1，4，5,f,c,斜率为K,d,输入频率,输出电压,限幅器,及带通,微分器,包络,检波,低 通,滤波器,s,d,(t),鉴频器,鉴频器特性及组成,三、非线性调制系统的抗噪声性能P62,带 通,滤波器,低 通,滤波器,s,FM,(t),n(t),s,i,(t),n,i,(t),s,o,(t),n,o,(t),高斯白噪声,限幅,鉴频,解调器,宽带调频系统抗噪声性能分析模型,模拟调制性能比较,调制方式,带宽,G,典型应用,DSB,2B,2,较少应用,SSB,B,1,短波无线电广播话音频分多路,VSB,略大于,B,商用电视广播,AM,2B,中短波无线电广播,FM,2(1+,FM,),f,m,超短波电台(窄带FM),调频立体声广播（宽带FM）,B：基带信号带宽,作业,总结模拟调制的知识，用图表形式画出。内容包括,本章主要内容,线性与非线性调制就是调制前后信号频谱之间是否存在线性关系。,即频谱是否是线性搬移来确定。,AM、DSB调制的时域波形如何？,AM、DSB调制的频谱特性如何？,AM解调采用包络检波方法，DSB解调采用相干解调。,在输入信号功率相同的情况下，线性调制中抗噪声性能DSB与SSB同,DSB优于AM调制。,线性调制系统频带利用率较高，但抗干扰能力较差；,非线性调制系统频带利用率较差，但抗干扰能力较好。,小结,1、通常按照调制前、后信号频谱之间是否存在线性关系来将模拟调制分为线性调制和非线性调制两大类。,线性调制常规双边带调制AM、抑制载波的双边带调制DSB、,单边带调制SSB和残留边带调制VSB；,非线性调制频率调制和相位调制。,2、优缺点：,线性调制系统频带利用率较高，但抗干扰能力较差；,非线性系统则正好与此相反。,3、从抗噪声能力的角度出发：,调频系统性能最好，单边带系统和抑制载波的双边带系统次之，,常规双边带调制信号由于绝大部分功率都分配在载波功率上，其抗声性能最差。,调频系统的调频指数越大，其抗噪声性能越好，但传输信号所需的带宽也越宽，常用于高质量要求的远距离通信系统如微波接力、,卫星通信系统以及调频广播系统中。,3.5 频分复用（,FDM,）,所谓多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。,为了在接收端能够将不同路的信号区分开来，必须使不同路的信号具有不同的特征。最常用的多路复用方式是频分复用（,FDM,）、时分复用（,TDM,）和码分复用（,CDM,）。,按频段区分信号的方法叫频分复用；按时隙区分信号的方法叫时分复用；按相互正交的码字区分信号的方法叫码分复用。传统的模拟通信中都采用频分复用；随着数字通信的发展，时分复用和码分复用通信系统的应用越来越广泛。,所谓多址通信是指处于不同地址的多个用户共享信道资源实现各用户之间相互通信的一种方式。,频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SCDMA）是几种主要的多址技术。,考虑，多路复用和多址技术有和区别和联系？,一般来说，多路复用通常在中频或基带实现；通信资源是预先分配给各用户共享的。,而多址技术通常在射频实现；是远程共享通信资源，并在一个系统控制器的控制下，按照用户对通信资源的需求，随时动态地改变通信资源的分配。,频分复用就是在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到不同的频段，以实现多路复用。频分复用的多路信号在频率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达接收端后可以通过中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来。,f,f,g,f,F(,f,),f,m,0,在选择载频时，为了各路信号频谱不重叠，要求载频间隔,图 三路信号的频谱,采用频分复用的方式在一条信道中传输,3,路信号，已知,3,路,信号的频谱如图,所示，假设每路信号的最高频率,H,f,=3400Hz,，均采用上边带（,USB,）调制，邻路间隔防护频,带为,g,f,=600Hz,。试计算信道中复用信号的频带宽度，并画出,频谱结构。,频分复用信号的频谱结构,频分复用信号原则上可以直接在信道中传输，但在某些应用中，还需要对合并后的复用信号再进行一次调制。,第一次对多路信号调制所用的载波称为,副载波,，第二次调制所用的载波称为,主载波,。,原则上，两次调制可以是任意方式的调制方式。如果第一次调制采用单边带调制，第二次调制采用调频方式，一般记为SSB/FM。,