通信原理第3章模拟调制系统.ppt
1,3.1 概述模拟调制:用来自信源的基带模拟信号去调制某载波。载波:确知的周期性波形 余弦波:式中,A为振幅;0为载波角频率;0为初始相位。定义:调制信号m(t)自信源来的信号已调信号s(t)调制后的载波称为已调信号调制器 进行调制的部件,第三章 模拟调制系统,2,调制的目的:频谱搬移 适应信道传输、合并多路信号提高抗干扰性模拟调制的分类:线性调制:调幅、单边带、双边带、残留边带非线性调制(角度调制):频率调制、相位调制,3,3.2 线性调制3.2.0 基本概念设载波为:c(t)=Acos0 t=Acos2 f0t 调制信号为能量信号m(t),其频谱为M(f)载 波:c(t)相乘结果:s(t)滤波输出:s(t)用“”表示傅里叶变换:式中,,4,3.2.1 振幅调制(AM)基本原理设:m(t)=1+m(t),|m(t)|1,m(t)|max=m 调幅度,则有调幅信号:s(t)=1+m(t)Acos0t,式中,1+m(t)0,即s(t)的包络是非负的。+1=,m(t),5,频谱密度 含离散载频分量当m(t)为余弦波,且m100时,两边带功率之和 载波功率之半。,6,AM信号的接收:包络检波原理:性能:设输入电压为式中,为检波器输入噪声电压 y(t)的包络:在大信噪比下:,7,检波后(已滤除直流分量):输出信号噪声功率比:在检波前的信号噪声功率比等于检波前后信噪功率比之比为 由于m(t)1,显然上式比值r0/ri小于1,即检波后信噪比下降了。,8,3.2.2 双边带(DSB)调制原理:调制信号m(t)没有直流分量时,得到DSB信号。频谱:两个边带包含相同的信息。,9,解调:需要本地载波设接收的DSB信号为 接收端的本地载波为 两者相乘后,得到 低通滤波后,得到 仅当本地载波没有频率和相位误差时,输出信号才等于m(t)/2。和调制信号仅差一个常数因子优缺点:DSB信号可以节省发送功率,但接收电路较为复杂,10,3.2.3 单边带(SSB)调制原理:两个边带包含相同的信息只需传输一个边带:上边带或下边带要求m(t)中无太低频率解调:需要本地载波由于 若 z(t)=x(t)y(t),则有Z()=X()Y()单边带信号解调时,用载波cos0t 和接收信号相乘,相当于在频域中载波频谱和信号频谱相卷积。,11,下图以上边带为例,示出用低通滤波器滤出解调后的信号。SSB优点:比DSB信号进一步节省发送功率和占用带宽。,12,3.2.4 残留边带(VSB)调制VSB调制的优点:解调时不需要本地载波,容许调制信号含有很低频率和直流分量。原理:VSB仍为线性调制。调制信号和载波相乘后的频谱为 设调制器的滤波器的传输函数为H(f),则滤波输出的已调信号频谱为,13,现在,求出为了得到VSB信号,H(f)应满足的条件:若仍用右图解调器,则接收信号和本地载波相乘后得到的r(t)的频谱为:将已调信号的频谱代入上式,得到r(t)的频谱为:上式中M(f+2f0)和M(f 2f0)两项可以由低通滤波器滤除,所以得到滤波输出的解调信号的频谱密度为:,14,为了无失真地传输,要求上式中 由于所以,上式可以写为上式即产生VSB信号的条件。,15,上式要求:滤波器的截止特性对于 f0具有互补的对称性:,16,3.3 非线性调制3.3.1 基本原理频率的概念:严格地说,只有无限长的恒定振幅和恒定相位的正弦波形才具有单一频率。载波被调制后,不再仅有单一频率。“瞬时频率”的概念:设一个载波可以表示为式中,0为载波的初始相位;(t)=0t+0 为载波的瞬时相位;0=d(t)/dt 为载波的角频率。现定义瞬时频率:上式可以改写为:,17,角度调制的定义:由下式可见,(t)是载波的相位。若使它随调制信号m(t)以某种方式变化,则称其为角度调制。相位调制的定义:若使相位(t)随m(t)线性变化,即令 则称为相位调制。这时,已调信号的表示式为 此已调载波的瞬时频率为:上式表示,在相位调制中瞬时频率随调制信号的导函数线性地变化。,18,频率调制的定义:若使瞬时频率直接随调制信号线性地变化,则称为频率调制。这时,瞬时角频率为 及瞬时相位为这时,已调信号的表示式为:上式表明,载波相位随调制信号的积分线性地变化。相位调制和频率调制的比较:在相位调制中载波相位(t)随调制信号m(t)线性地变化,而在频率调制中载波相位(t)随调制信号m(t)的积分线性地变化。若将m(t)先积分,再对载波进行相位调制,即得到频率调制信号。类似地,若将m(t)先微分,再对载波进行频率调制,就得到相位调制信号。仅从已调信号波形上看无法区分二者。,19,角度调制的波形若m(t)作直线变化,则已调信号就是频率调制信号。若m(t)是随 t 2变化,则已调信号就是相位调制信号,(b),(a),20,3.3.2 已调信号的频谱和带宽设:调制信号m(t)是一个余弦波,用其对载波作频率调制,则载波的瞬时角频率为 上式中,kf=为最大频移已调信号表示式:式中,mf/fm为最大频率偏移和基带信号频率之比,称为调制指数mf,即有:,:,21,是一个含有正弦函数的余弦函数,它的展开式为:式中,Jn(mf)为第一类n阶贝塞尔函数,它具有如下性质:故上式可以改写为:已调信号最终表示式,22,频谱特点:边频成对大部分功率集中在有限带宽内当调制指数mf 1 时,带宽B:式中,f 调制频移,fm 调制信号频率。,23,3.3.3 角度调制信号的接收 3.4 小结,