第3章模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào).ppt

1 3 1模擬信號(hào)的線性調(diào)制原理及抗噪聲性能3 2模擬信號(hào)的非線性調(diào)制原理及抗噪聲性能3 3模擬調(diào)制方式的性能比較 第3章模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 2 引言 在通信系統(tǒng)中 對(duì)模擬基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 解調(diào)傳輸?shù)哪康氖菫榱俗尪鄠€(gè)基帶信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后在信道上一定的頻帶內(nèi)同時(shí)傳輸 并且采用調(diào)制方式傳輸還能增強(qiáng)信號(hào)的抗噪聲能力 除此之外 采用調(diào)制解調(diào)傳輸還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換 調(diào)制解調(diào)的功能從頻域去看就是對(duì)基帶信號(hào)的頻譜搬移或者變換 3 1 正弦調(diào)制 載波為C t cos ct的連續(xù)波形 1 模擬調(diào)制 m t 為模擬信號(hào) AM DSB SC SSB VSB FM PM 2 數(shù)字調(diào)制 m t 為數(shù)字信號(hào) ASK FSK PSK等 調(diào)制從載波形式考慮可分為兩種基本類型 正弦波和脈沖 但兩種基本類型又都有幾種不同的調(diào)制方式 4 2 脈沖調(diào)制 載波C t 為脈沖周期信號(hào) 1 脈沖無編碼調(diào)制 用模擬信號(hào)m t 改變脈沖的幅度 PAM 寬度 PDM 相位 PPM 后所產(chǎn)生的已調(diào)信號(hào) 2 脈沖編碼調(diào)制 PCM 用模擬信號(hào)m t 對(duì)脈沖串進(jìn)行幅度調(diào)制后得到PAM 再對(duì)PAM的每個(gè)脈沖幅度進(jìn)行量化編碼 所得到的編碼數(shù)據(jù)稱為m t 的PCM信號(hào) 3 增量調(diào)制 M 根據(jù)對(duì)模擬信號(hào)m t 的采樣信號(hào)與預(yù)測(cè)信號(hào)之差進(jìn)行一位編碼的調(diào)制 即在 M中每一采樣點(diǎn)輸出一比特編碼 4 脈沖數(shù)字調(diào)制 m t 為數(shù)字信號(hào) 常為多進(jìn)制脈位調(diào)相PPM 3 復(fù)合調(diào)制 對(duì)同一載頻進(jìn)行兩種或更多種的調(diào)制稱為復(fù)合調(diào)制 例如 對(duì)同一個(gè)載波進(jìn)行一次調(diào)頻后再進(jìn)行一次振幅調(diào)制 所得結(jié)果為調(diào)頻調(diào)幅波 在這里兩次調(diào)制的調(diào)制信號(hào)可以不相同 4 多級(jí)調(diào)制 用同一調(diào)制信號(hào)實(shí)施兩次或更多次的調(diào)制過程 如AM FM是先用m t 進(jìn)行AM調(diào)制 再用此AM信號(hào)對(duì)另一載波進(jìn)行FM調(diào)制 5 我們把輸出已調(diào)信號(hào)Sc t 的頻譜和調(diào)制信號(hào)X t 的頻譜之間呈線性搬移關(guān)系的調(diào)制方式稱為線性調(diào)制 如常規(guī)的雙邊帶調(diào)制 AM 抑制載波的雙邊帶調(diào)制 DSB SC 單邊帶調(diào)制 SSB 及殘留邊帶調(diào)制 VSB 均屬于線性調(diào)制 3 1模擬信號(hào)的線性調(diào)制原理及抗噪聲性能 6 調(diào)制器輸入端信號(hào)的頻譜 乘法器輸出信號(hào)的頻譜 調(diào)制器輸出信號(hào)的頻譜 傅里葉變換公式 7 采用不同的H f 可得到AM DSB SSB VSB信號(hào)的頻譜 8 在這種調(diào)制方式中 描述調(diào)制信號(hào)對(duì)已調(diào)信號(hào)影響的指標(biāo)為調(diào)幅度 它被定義為調(diào)制信號(hào)幅度與直流分量A之比 用m表示 為了便于解調(diào)處理 一般取m 1 9 DSB SC調(diào)制信號(hào)波形圖 3 1 1 2抑制載波的雙邊帶調(diào)制 DSB SC 原理 在此 除調(diào)制信號(hào)本身無直流分量外 H f 還為理想帶通濾波器 濾波器帶寬為2fH 即調(diào)制信號(hào)中A 0 SDSB t m t cos ct DSB SC信號(hào)波形如下圖所示 頻譜同S f B 2fH 10 3 1 1 4殘留邊帶調(diào)制 VSB 原理 當(dāng)fL很小時(shí) 無法用濾波法得到SSB信號(hào) 而只能得到VSB信號(hào) 調(diào)制信號(hào)形式與DSB和SSB相同 H f 帶寬在一到二倍信號(hào)帶寬之間 11 3 1 2模擬線性調(diào)制已調(diào)波的解調(diào) 隔直 3 1 2 1AM已調(diào)波的解調(diào)原理 包絡(luò)檢波 要求A m t 0 即m 1 像調(diào)制波形圖 c 不滿足此要求 相干解調(diào) 也稱為載波同步解調(diào) 要求解調(diào)電路要先恢復(fù)同步載波 包絡(luò)檢波 非相干解調(diào) 載波同步實(shí)現(xiàn)方法 收端用鎖相環(huán)或窄帶帶通濾波器提取相干載波 DSB返回 SSB返回 12 13 3 1 2 2抑制載波的雙邊帶 DSB SC 已調(diào)波的解調(diào)原理 不能用包絡(luò)檢波法解調(diào)DSB信號(hào) 因其已調(diào)波包絡(luò)不能代表調(diào)制信號(hào) 相干解調(diào) 解調(diào)方框圖同AM相干解調(diào) 載波同步實(shí)現(xiàn)方法 1 發(fā)端插入小功率導(dǎo)頻 收端用鎖相環(huán)或窄帶帶通濾波器提取相干導(dǎo)頻 再由導(dǎo)頻合成相干載波 2 不用發(fā)送導(dǎo)頻 在收端將已調(diào)信號(hào)進(jìn)行全波整流 從全波整流后的信號(hào)中利用鎖相環(huán)或窄帶濾波器提取二倍載頻分量 經(jīng)整形 二分頻及相位調(diào)整后就可得到同步載頻信號(hào) 14 強(qiáng)載波Acos ct的獲取方法 發(fā)端插入小功率導(dǎo)頻 在收端提取后放大 合成 處理得到 不發(fā)導(dǎo)頻 用收端的振蕩器輸出作為強(qiáng)載波 3 1 2 3單邊帶 SSB 已調(diào)波的解調(diào)原理 相干解調(diào) 解調(diào)方框圖同AM相干解調(diào) 插入強(qiáng)載波 包絡(luò)檢波 就是將與發(fā)端載頻同步的正弦信號(hào)和SSB信號(hào)混合后再用包絡(luò)檢波法完成SSB信號(hào)的解調(diào) 此為AM信號(hào) 故可用包絡(luò)檢波法解調(diào)SSB信號(hào) 15 16 AM信號(hào) 17 3 1 3模擬線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 分析AM DSB SSB相干解調(diào)抗噪性能 AM包絡(luò)檢波的門限效應(yīng) 1 相干解調(diào) 18 以SSB為例說明分析過程 19 注 此結(jié)論與設(shè)f0 fc時(shí)相同 20 21 當(dāng)A m t ni t 時(shí) E t A m t nc t 經(jīng)低通隔直后 mo t m t no t nc t 再在G S0 N0 Si Ni 將各量用上面實(shí)際值代替 化簡(jiǎn)可得 2 AM包絡(luò)檢波的門限效應(yīng) 當(dāng)A m t ni t 時(shí) 解調(diào)器的輸出端得不到獨(dú)立的信號(hào) 22 相干解調(diào)器無門限效應(yīng) 23 3 2模擬信號(hào)的角度調(diào)制原理及抗噪聲性能 最大頻偏 帶寬 B 2 f fH 2 m 1 fH 調(diào)制指數(shù) 這里 f 2 即最大頻偏fH是調(diào)制信號(hào)的最高頻率 24 調(diào)頻指數(shù) 3 2 1模擬信號(hào)的頻率調(diào)制 所謂頻率調(diào)制 就是指高頻載波的瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)m t 的幅度作線性變化 該已調(diào)信號(hào)稱為調(diào)頻信號(hào) 其時(shí)域表示式為 25 頻譜 無窮多個(gè)頻率分量 其幅度正比于Jn mf n階貝賽爾函數(shù) 由于當(dāng)n mf 1時(shí)Jn mf 比較小 忽略不計(jì) 所以 調(diào)頻信號(hào)有效帶寬 B 2 mf 1 fm 2 mf 1 fH 26 從頻譜圖可以看出 fc兩邊分量不對(duì)稱 因此對(duì)調(diào)頻信號(hào)不能用單邊帶頻譜信號(hào)傳輸信息 同時(shí)占用非常大的信道帶寬 窄帶調(diào)頻 當(dāng) 時(shí)為窄帶調(diào)頻 窄帶調(diào)頻時(shí)已調(diào)信號(hào)帶寬等于AM信號(hào)帶寬 但制度增益比AM時(shí)大得多 例 mf 3時(shí) 調(diào)頻信號(hào)的頻譜如下圖 27 調(diào)頻方法 實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(hào)有三種方法 即直接 倍頻和鎖相 1 直接調(diào)頻 優(yōu)點(diǎn) 可得到較大的頻偏 存在問題 載頻fc不穩(wěn)定 需有穩(wěn)頻措施 VCO一般為L(zhǎng)C RC振蕩器 頻率穩(wěn)定度為10 3 2 窄帶調(diào)頻 倍頻 28 3 鎖相調(diào)頻 由穩(wěn)頻晶振及鎖相環(huán)電路兩部分組成基本電路 條件 環(huán)路自然諧振頻率fn fL 29 鑒頻方法 就是對(duì)調(diào)頻已調(diào)信號(hào)的解調(diào)方法 常用兩種方法實(shí)現(xiàn) 1 限幅鑒頻器 非相干解調(diào) 30 斜率鑒頻電路原理圖 31 2 鎖相鑒頻 利用鎖相環(huán)中VCO的輸入電壓與輸出瞬時(shí)頻偏成 相干解調(diào) 正比這一功能來實(shí)現(xiàn)鑒頻 32 3 NBFM的相干解調(diào) 33 FM抗噪性能 限幅鑒頻方式 1 大信噪比 34 經(jīng)限幅放大后的輸出 35 由于LPF截至頻率為fH 故 FM功率越大 A越大 噪聲功率譜就會(huì)越小 K2 H 2 P f H 為求導(dǎo)運(yùn)算的傅氏變換 即j FD實(shí)際輸出 36 常稱FD輸出no t 為三角噪聲 no t 也為三角噪聲 與FM信號(hào)的功率成反比 與KF B無關(guān) 由于一般FM信號(hào)帶寬B較大 而鑒頻輸出信號(hào)功率與B2成正比 但噪聲功率與B無關(guān) 故FM的制度增益高 抗噪能力強(qiáng) 37 設(shè)調(diào)頻信號(hào)為一正弦信號(hào) 則 可得 38 小信噪比 門限效應(yīng) 39 40 41 3 2 2模擬信號(hào)的相位調(diào)制 42 對(duì)一個(gè)模擬調(diào)相已調(diào)波 其頻譜分析是與調(diào)頻類似的 它的頻譜同樣可用多階貝塞爾函數(shù)的求和表示 調(diào)相已調(diào)波信號(hào)頻譜與調(diào)頻已調(diào)波信號(hào)頻譜的差別僅在于各邊頻分量的相移不同 因此 調(diào)相信號(hào)的頻帶寬度也可近似地用下式表示 B 2 f fH 與基帶信號(hào)有關(guān) 是變化的 由于調(diào)相已調(diào)波占用信道帶寬隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)頻率改變 這樣就導(dǎo)致實(shí)際使用中信道的利用率很低 故實(shí)際中很少用這種方式 這里也就不做過多的介紹了 43 3 3模擬調(diào)制方式的性能比較 44 性能比較 可靠性 優(yōu) 劣 FM SSB DSB AM有效性 優(yōu) 劣 SSB VSB AM DSB FM VSB的可靠性 無分析結(jié)論 雖然GSSB 1 GDSB 2 但兩者輸出信噪比相同 因BDSB 2BSSB 故 換句話說 兩者抗噪性能相同 45 這說明在信息傳輸中可以帶寬換取信噪比 當(dāng)Si n0相同時(shí) 由于BFM BAM 因而調(diào)頻系統(tǒng)的