通信原理-第五章-模拟调制系统.ppt

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,第五章模拟调制系统,2,引言,1,幅度调制的原理及抗噪声性能,2,非线性调制的原理及抗噪声性能,3,各种模拟调制系统的比较,4,本章内容:

频分复用（FDM）,5,复合调制及多级调制的概念,6,3,本章重点,模拟通信系统的原理，各种模拟调制方式及抗噪声性能比较！

模拟调制:

线性调制:

AM,DSB,SSB,VSB非线性调制:

FM,PM,4,5.1引言,调制信号m（t）（信息信号）,调制器,已调信号s（t）（传输信号）,载波信号c（t）,5,调制的分类,载波信号不同：

调制信号不同：

模拟调制：

调制信号是连续变化的模拟信号数字调制：

调制信号是离散的数字信号,连续波调制：

载波信号是连续波形脉冲调制：

载波信号是脉冲波形,6,调制的分类,被调制载波参数不同：

幅度调制：

载波幅度随调制信号变化频率调制：

载波频率随调制信号变化相位调制：

载波相位随调制信号变化,频谱的变化：

已调信号与输入信号频谱之间呈线性搬移已调信号与输入信号频谱之间呈非线性搬移,线性调制：

非线性调制：

7,5.2.1幅度调制的原理,设正弦型载波为:

式中，A载波幅度；c载波角频率；0载波初始相位。

幅度调制信号（已调信号）可表示成:

式中，m（t）基带调制信号。

8,假设m（t）M（），则已调信号的频谱为:

结论:

已调信号的幅度随基带信号正比变化,频谱是基带信号频谱的简单搬移。

由于这种搬移是线性的，因此幅度调制又称为线性调制。

注意:

“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。

9,时域表示,

（1）标准调幅AM,10,时域波形,当m0|m（t）|max时已调信号包络与调制信号波形相同，用包络检波法可以恢复出原始调制信号。

否则,出现“过调幅”现象，包络检波失效。

Amin,Amax,11,m（t）maxm0将会出现过调幅现象而产生包络失真,不能用包络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用相干解调,当满足条件m（t）maxm0时，AM信号的包络与调制信号成正比，可以用包络检波法很容易恢复出原始的调制信号,重要参数：

调幅指数,AM调制波形分析,O,t,m（t）,满调幅,=1，此时m=m0,欠调幅，一般小于1,过调幅，大于1，Amin为负值,12,频谱,AM信号的频谱包含:

载频分量上边带下边带,上边带与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。

载频分量,下边带,上边带,单音调制,13,带宽与功率分配,调制信号功率：

调制信号带宽是基带信号带宽fH的两倍：

所以,载波功率,边带功率,14,调制效率,有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例称为调制效率。

AM调制方式调制效率低！

“满调幅”时，如果m（t）为矩形波形，则最大可得到AM=50%，而m（t）为正弦波时可得到AM=33.3%。

一般情况下，调幅指数都小于1，调制效率很低，即载波分量占据大部分信号功率，有信息的两个边带占有的功率较小。

15,优点：

可以采用包络检波法解调，不需本地同步载波信号，接收机成本很低。

缺点：

AM信号的调制效率比较低,AM调制的优缺点,问题：

能否去掉不带信息的载波，提高调制效率？

抑制载波双边带调制,16,

（2）双边带调制（DSB）,时域表示式：

无直流分量A0频域表达式：

无载频分量,17,时域表示,抑制载波,DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致,需采用相干解调（同步检波）,调制信号m（t）的过零点处高频载波相位有180o突变,

（2）双边带调制（DSB）,18,DSB信号频谱分析,单边带调制,19,（3）单边带调制（SSB）,双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱M（）的所有频谱信息，因此可以只传输其中一个边带。

既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。

20,F+（w）/2,F-（w）/2,F+（w-wc）/4,F-（w+wc）/4,F+（w+wc）/4,F-（w-wc）/4,低通滤波器,高通滤波器,21,SSB信号的频域表示式,滤除下边带:

滤除上边带:

22,以下边带为例：

其中，,23,SSB信号的时域表示,SSB的时域表示式：

所以:

上边带,下边带,24,SSB时域波形,一般情况：

单音调制：

25,SSB调制小结,SSB信号DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以需采用相干解调。

工程实现困难？

26,（4）残留边带调制（VSB）,残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方式，它克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现中的困难。

损失部分,残留部分,27,滤波法实现残留边带调制,滤波器的特性应按残留边带调制的要求进行设计，不需要十分陡峭的截止特性，因而它比单边带滤波器容易设计。

残留边带信号的频谱:

28,残留边带滤波器设计,从接收端分析滤波器的设计条件!

乘法器输出:

对应频谱:

搬移到2c的高频分量,低通滤波后去除!

29,残留边带滤波器设计:

低通滤波器的输出:

若输出无失真地恢复调制信号m（t），则传递函数必须满足：

其中，H调制信号的截止角频率。

30,残留边带滤波器的特性H（）在c处必须具有互补对称（奇对称）特性,相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。

31,残留边带滤波器特性的两种形式,残留“部分上边带”,残留“部分下边带”,32,VSB时域波形,一般情况：

单音调制：

33,AM,DSB,SSB,VSB,2fH,时域表达式,带宽,2fH,fH,fH2fH,调制方式,各种线性调制方式,34,例5-1,已知调幅信号的表达式为SAM（t）=1.25cos2（104）t+4cos2（1.1104）t+1.25cos2（1.2104）t试求：

1）载频为多少？

2）调幅指数为多少？

3）调制频率为多少？

35,幅度调制都属于线性调制，它的解调方式有两种：

非相干解调：

利用信号的幅度信息。

仅适用于标准调幅信号的解调。

相干解调：

有本地载波参与解调，利用信号的幅度信息和相位信息，可适用于各种幅度调制方式信号的解调。

（6）线性调制的解调,36,原理：

为了无失真地恢复基带信号，接收端必须提供与发送端载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接收信号相乘低通滤波后，可得到原始的调制信号。

相干解调器的一般模型,I、相干解调,37,相干解调器时域分析,已调信号的表达式:

与相干载波相乘:

低通滤波:

各种线性调制方式sI（t）都包含了m（t）信息!

38,经乘法器后：

低通滤波：

相干解调利用了已调信号中的幅度和相位信息。

提取同相分量而抑制正交分量，能够无失真的恢复出原调制信号，可用于各种调制方式。

相干解调器频域分析,输入信号：

39,不同调制方式的相干解调,低通滤波和隔直后，,2）双边带信号,与本地载波c（t）相乘,低通滤波后，,1）标准调幅信号,40,3、单边带信号,本地载波c（t）相乘,经低通滤波后，,4、残留边带信号,与本地载波c（t）相乘,经低通滤波后，,41,标准调幅信号的包络检波,输入信号是AM信号,且满足条件,则经包络检波和低通后取出的幅度为,再经隔直流电路，得到,包络检波非相干解调的最常用电路。

具有电路简单、检波效率高等优点。

但只能用于AM波的解调。

D,C,R,sd（t）,sAM（t）,II、非相干解调（包络检波）,42,5.2.2线性调制系统的抗噪声性能,AWGN,平稳窄带高斯噪声,同相分量,正交分量,平均功率为Ni,若白噪声的单边功率谱密度为n0,带宽应等于已调信号的频带宽度，当然也是窄带噪声ni（t）的带宽，若（AM/DSB）带通滤波器的带宽是2fH,43,噪声分析,ni（t）为平稳窄带高斯噪声:

解调器输入噪声功率:

带通滤波器带宽,单边功率谱密度,44,信噪比增益（制度增益）,用G便于比较同类调制系统采用不同解调器时的性能,也反映了调制制度的优劣。

信噪比增益定义:

其中,45,

（1）DSB调制系统的性能,由于相干解调器是线性系统，可以分别计算解调器输出的信号功率和噪声功率。

46,解调器输出端的信号功率,解调器输入信号:

相干载波相乘:

低通滤波:

解调器输出信号功率:

47,解调器输出端的噪声功率,解调器输入噪声:

相干载波相乘:

低通滤波:

输出噪声功率:

带通滤波器带宽2fH,48,信噪比计算,解调器输入信号平均功率为输入信噪比:

输出信噪比:

49,DSB系统信噪比增益,DSB调制系统的信噪比增益为2,即解调器使信噪比改善一倍。

原因是采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被抑制。

50,

（2）SSB调制系统的性能,输出噪声功率:

带通滤波器带宽fH,解调器输出信号:

平均功率:

输出信噪比:

51,输入信号平均功率:

输入信噪比:

52,SSB系统信噪比增益,SSB系统中，信号和噪声有相同表示形式，相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制，故信噪比没有改善。

53,DSB和SSB两者的输出信噪比是在不同的输入信号功率情况下得到的。

如果我们在相同的输入信号功率Si，相同输入噪声功率谱密度n0，相同基带信号带宽条件下，对这两种调制方式进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。

结论：

DSB和SSB信号的抗噪声性能是相同的，但双边带信号所需的传输带宽是单边带的2倍,54,m0为载波幅度，m（t）为调制信号。

这里仍假设m（t）的均值为0，,解调器的输入信号,解调器的输入噪声,解调器的输入信噪比,解调器的输出信号,解调器的输出噪声,解调器的输出信噪比,（3）AM相干解调的抗噪声性能,55,（4）AM包络检波的性能,检波输出电压正比于输入信号的包络变化,56,解调器输入信噪比计算,输入信号功率:

输入噪声功率:

输入信噪比:

带通滤波器带宽2fH,57,解调器输入是信号加噪声的混合波形:

当包络检波器的传输系数为1时，则检波器的输出就E（t）。

输出信号包络的计算,其中,58,输出信噪比计算,大信噪比情况,有用信号与噪声独立分成两项,59,输出信号功率:

输出噪声功率:

输出信噪比:

信噪比增益:

60,小信噪比情况,小信噪比情况,其中R（t）和（t）代表噪声的包络及相位：

61,输出信噪比不随着输入信噪比按比例下降，而是急剧恶化，这种现象称为解调器的门限效应,出现门限效应的输入信噪比称为门限值。

因为,输出没有单独的信号项，有用信号被噪声扰乱,62,在小信噪比情况下，包络检波无法提取有用信号的现象称为解调器的“门限效应”。

开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。

门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的。

相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存在门限效应。

原因是信号与噪声可分别进行解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项。

门限效应,63,门限效应小结,1.门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。

相干解调不存在门限效应,因为信号与噪声分别进行解调，解调器输出端总是存在单独的信号项。

2.大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能与相干解调基本相同。

当输入信噪比低于门限值时，包络检波将会出现门限效应，输出信噪比急剧恶化，系统无法正常工作。

64,讨论,1.AM信号的调制制度增益GAM随m0的减小而增加。

2.GAM总是小于1，这说明对输入信噪比没有改善，反而恶化了。

3.AM调制系统，在大信噪比时，采用包络检波器解调时的性能与同步检测器时几乎一样。

但随着信噪比的减小，包络检波器将在一个特定输入信噪比值上出现门限效应；一旦出现门限效应，解调器的输出信噪比将急剧恶化。

例如：

对于100%的调制，且m（t）是单频正弦信号，这时AM的最大信噪比增益为2/3。

65,调制的作用、调制的分类,AM、DSB、SSB和VSB调制（时域、频域、功率分析）,线性调制的一般模型（滤波法和相移法）,相干/非相干解调,调幅指数、调制效率,VSB滤波器需满足的特性,滤波法和相移法产生,抗噪声性能分析AM信号相干/非相干解调制度增益小信噪比门限效应,频率相位误差的影响,66,5.3非线性调制的原理及抗噪声性能,角度调制时间域上的特点：

幅度始终不变；,角度（频率、相位）在变化。

载波的相位角受