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第四章 模拟调制系统

第四章 模拟调制系统. §4.1 调制的概念 §4.2 线性调制 §4.3 线性调制系统的抗噪性能 §4.4 非线性调制（角度调制 FM,PM ） §4.5 各种模拟调制系统的性能比较 §4.6 复合调制，多级调制，频分复用 （ FDM ）. §4.1 调制的概念. 一、调制的概念 所谓调制，就是按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。通常，调制可以分为模拟（连续）调制和数字调制两种方式。

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第四章 模拟调制系统

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Presentation Transcript

  1. 第四章 模拟调制系统 §4.1 调制的概念 §4.2 线性调制 §4.3 线性调制系统的抗噪性能 §4.4 非线性调制（角度调制 FM,PM） §4.5 各种模拟调制系统的性能比较 §4.6 复合调制，多级调制，频分复用 （FDM）

  2. §4.1 调制的概念 一、调制的概念 • 所谓调制，就是按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。通常，调制可以分为模拟（连续）调制和数字调制两种方式。 • 调制涉及两个输入信号和一个输出信号；在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接收端则需要有调制的反过程——解调过程。

  3. 两个输入信号为： 基带信号(调制信号)m(t)： 包含信息的原始信号，具有较低的频谱分量，在许多信道中不适宜直接传输。 载波信号(被调制信号)c(t)：参数受调制信号控制、用来承载信息的特定信号。 一个输出信号为在信道中传输的已调信号sm(t)。

  4. 二、调制的作用 1 进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到 所希望的位置上，从而将调制信号转换成 适合于信道传输已调信号 2 实现信道多路复用，提高系统的传输有郊 性 3 通过选择不同的调制方式改善系统传输的 可靠性。

  5. 三、调制的分类 1．按照调制信号m(t)分 • 模拟调制：在模拟调制中，调制信号的取值 是连续的。 • 数字调制：数字调制中，调制信号的取值为 离散的。 2．按照载波信号c(t)分 • 正弦调制 C(t)=cosωct 为连续正弦波。 • 脉冲调制 C(t)为脉冲周期信号。

  6. （1）模拟调制 m(t)为模拟信号，AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM （2）数字调制 m(t)为数字信号，ASK、FSK、PSK等。 3.结合调制信号不同情况组合出四种，即 • （1）模拟调制 m(t)为模拟信号，AM、 DSB、SSB、VSB、FM、PM • （2）数字调制 m(t)为数字信号， ASK、FSK、PSK等。 • 正弦调制

  7. 脉冲模拟调制：用模拟信号m(t)改变脉冲的幅度(PAM)、宽度(PDM)、相位(PPM)脉冲模拟调制：用模拟信号m(t)改变脉冲的幅度(PAM)、宽度(PDM)、相位(PPM) 脉冲数字调制：PCM、ΔM、ADPCM等 • 脉冲调制 4.按照 m(t)对c(t)不同参数的控制分 基本： • 幅度调制：正弦载波的幅度随调制信号线性变化的过程， AM、DSB、SSB、VSB、ASK、 • 频率调制：FM、FSK • 相位调制：PM、PSK、DPSK • 改进：QAM、MSK、GMSK

  8. 表达式、波形、频谱、带宽、功率分配 调制和解调方法方框图 抗噪性能分析 • 本章属于正弦模拟调制（简称模拟调制），又分成线性调制（幅度调制，共四种AM、DSB、SSB、VSB）和非线性调制（角度调制FM、PM）。 • 对于各种调制方式，分析的思路一致，基本从三个方面进行：

  9. 5. 按照具体实现过程分 复合调制、多级调制

  10. §4.2 线性调制 也称幅度调制，共四种AM、DSB、SSB、VSB， 共同特点调制前后信号频谱只有位置变化，没 有形状变化。 一 常规调幅（Amplitude Modulation, AM） 1 表达式与波形 • SAM(t)=[A0+m(t)]cosωct，要求 A+m(t)≥0（包络检波不失真条件）

  11. m(t) A0 t s(t) t sAM(t) A0 t

  12. 2．频谱与带宽

  13. M(ω）) ) -ùm ùm 0 ù S(ω) -ùc 0 ùc ù SAM(ù) 2ùm ù -ωc 0 ùc AM信号带宽B=2fm

  14. 3．功率分配

  15. m’(t)=A0+m(t) 包络检波 m(t) SAM(t) A0 cosωct 4．调制实现 5. 解调 • （1）包络检波 要求 A+m(t)≥0 SAM(t)

  16. sAM(t) S0(t) LPF cosùct （2）相干解调 要求：解调用的载波要与调制用的载波同频同相。

  17. m(t) 0 t s(t) 0 t sDSB(t) 0 t 二、抑制载波的双边带调幅（DSB-SC） 1．表达式与波形 • sDSB(t)=m(t)cosωct

  18. M(ω) -ùm ωm 0 ù S(ω) ùc ù -ùc 0 2 频谱与带宽 • 其频谱表达式为： sDSB(ω)=1/2[M(ω-ωc) + M(ω+ωc)]

  19. 2ùm 0 ùc ù -ùc DSB信号带宽B=2fm

  20. SDSB(t) m(t) cosωct 3 功率分配 4.调制框图

  21. SDSB(t) S0(t) LPF cosωct 5.解调框图

  22. m(t) SSSB(t) H上/下(ω) DSB谱 cosω0t 三、单边带（SSB） 1．产生方法1－滤波法 2．频谱与带宽：

  23. Ht(ω) SSB上 SSB下

  24. ω=ω0±ωm t • B=fm 波形： SSSB(t)

  25. 3．表达式推导： • 由频谱形成入手 • 也可写成

  26. 同理 • 故单边带表达式 • 有的书上也写作=

  27. 4．单边带信号功率 = = m(t) Pm (t) (ω)=(-jsgn(ω))2*Pm(t)(ω) 对于单边带信号的滤波法产生中，有时滤波并不能一次完成，因LC网络Q值较高，且体积大，工艺复杂，不易数字化，目前除了滤波法产生外，还有其它的单边带信号产生方法。

  28. h(t) 5 SSB产生方法2－相移法 由单边带信号的表达式，可直接画出框图 -90度移相网络相当于希尔伯特变换网络，即

  29. =1 ω>0 =0 ω=0 =-1 ω<0 π Sinω0t的谱 ω ω0 -ω0 • 相当于对F(ω)正频域相移－90度　　负频域相移＋90度 • 其中sgn 是符号函数sgn(ω)= • 如cosωot的谱

  30. 对其进行希尔变换后谱与sinw0t的谱一致 • 这种实现方法要求有两个相移网络(即希尔伯特变换)，一个为对单频ω0相移-90度 ,另一个需对m(t)的各种频率相移，宽带相移。 • 希氏变换可以用数字信号处理方法实现，对减小设备体积，实现数字化有意义。单宽带相移实现不太容易，故又引出另外一种SSB的实现方法。

  31. M(ω) ω -ωH ωH 6 SSB信号产生方法3－weaver法（威弗法） 其中LPF的截至频率为ω1, ω1 >ωH ,且ω2 >>ω1,

  32. M(ω) ω -ωH ωH • 推导输出信号的表达式，并判断得到的信号形式。 • 先按框图用频谱搬移法判断，再写出表达式

  33. [m(t)cosω1t] 被滤除 被滤除 ω -ω1 -ω1+ωH ω1-ωH ω1 [m(t)sinω1t] -j 被滤除 ω -ω1 -ω1+ωH ω1-ωH ω1 被滤除 +j

  34. c -ω2-ω1 -ω2 -ω2+ω1 -ω1 -ω2-ω1+ω H -ω2+ω1-ωH ω1 ω2 –ω1 ω2 ω2+ ω1 ω2-ω1+ω H ω2+ω1-ωH C’ -ω2-ω1 -ω2 -ω2+ω1 -ω1 -ω2-ω1+ω H -ω2+ω1-ωH

  35. c-c’ -ω2-ω1 -ω2 -ω2-ω1+ω H ω2 ω2+ ω1 ω2+ω1-ωH C+C’ -ω2 -ω2+ω1 -ω1 -ω2+ω1-ωH ω1 ω2 –ω1 ω2 ω2+ω1-ωH • 注：此时的谱形与原同（上边带），中心频率为（ω2-ω1） • 注：此时谱形倒置（下边带），中心频率为（w2+w1）

  36. 直接由谱形写表达式，根据单边带信号的表示形式（即上，下边带）直接由谱形写表达式，根据单边带信号的表示形式（即上，下边带） • “＋”时上边带写为： m(t)cos(w2-w1)t- m(t)sin(w2-w1)t 　　截频为(w2-w1) • “－”时下边带写为：m(t)cos(w2＋w1)t+ m(t)sin(w2＋w1)t 　截频为(w2＋w1) 也可由框图，按信号通过系统的概念运算。（逐框，逐符号进行到最后）前面输入为单频信号时，直接推表达式也比较容易。

  37. LPF 1/4m(t) cosw0t 7 单边带信号的解调 • 根据表达式，只能用相干解调 Sssb(t) 8 应用：载波，节省频带 单边带信号虽然最节省频带，但上下边带从 ±ω0分开，若低频成分较多时。

  38. w0 9 问题：边带滤波器的实现－陡,实际有过渡，过低频丰富的信号发生。 上下边带不易取出，因为理想的滤波器不存在，实际的滤波器往往由一定过渡带，所以在低频成分较多的情况，往往采用残留边带调制。

  39. H下(w) w H上(w) w

  40. m(t) HVBS(w) Svbs(t) cosw0t 四 VSB • 它是介于双边带与单边带之间的一种线性调制，即克服了DSB占双倍带宽的缺点，又解决了SSB实现的难题。VSB不是将一个边带完全抑制，而是部分抑制，使其仍保留一小部分，产与SSB滤波法一致 1 产生

  41. H下（w） 滚降 上下两曲边三角形 面积相等 • Svsb(w)=1/2[M(w+w0)+M(w-wo)].Hvbs(w) 2 频带　　B＝fm--2fm • 但Hvsb(ω)要满足互补对称特性－过渡部分称滚降

  42. 可通过将Svsb(t)相干解调，搬回到原点附近使一条直线，正好使恢复的信息不失真。可通过将Svsb(t)相干解调，搬回到原点附近使一条直线，正好使恢复的信息不失真。 3 解调与SSB同 • 也可用表达式写出互补对称条件为： • 对Hvsb要求：互补对称

  43. 直线 4 应用：电视图像

  44. 实际上满足要求的H(ω)不唯一，它可以很陡（带宽小，接近SSB），也可以很平（带宽大，介于fH-2fH之间。可见VSB的带宽与滤波其的实现存在矛盾，应根据实际情况适当处理。实际上满足要求的H(ω)不唯一，它可以很陡（带宽小，接近SSB），也可以很平（带宽大，介于fH-2fH之间。可见VSB的带宽与滤波其的实现存在矛盾，应根据实际情况适当处理。

  45. m(t) h(t) Sm(t) cosω0t HI(ω) m(t) Sm(t) ± HQ(ω) 五 线性调制的一般模型 几种线性调制都可用一般形式表示 用三角展开，又可写成

  46. 对DSB HI (ω)=1 SI(t)=m(t) • HQ (ω)=0 SQ(t)=0 • SSB HI (ω)= SI (t)= m(t) • HQ (ω)= SQ (t)=

  47. Sm(t) LPF cosω0t 六 相干解调的一般模型

  48. Sm(t) 包络检波 Adcosω0t 七 DSB,VSB,SSB的插入载波包络检波 可在发送端插入，也可接收插入，使接收设备 简化，如广播电视中就采用。

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