模擬調制系統(tǒng)

模擬調制系統(tǒng)第一頁，共七十二頁，2022年，8月28日概述：調制的功能及分類一、調制的功能1、信道傳輸頻率特性的需要2、把基帶信號調制到較高的頻率使天線容易輻射3、便于頻率分配4、有利于實現信道多路復用，提高系統(tǒng)的傳輸有效性5、可減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)的傳輸可靠性第二頁，共七十二頁，2022年，8月28日二、調制的分類1、根據調制信號的分類模擬調制數字調制2、根據載波分類連續(xù)波調制：高頻載波是正弦波脈沖波調制：載波是脈沖序列第三頁，共七十二頁，2022年，8月28日4、根據調制前后信號的頻譜結構關系分類線性調制

非線性調制

3、根據調制器的功能分類幅度調制頻率調制相位調制第四頁，共七十二頁，2022年，8月28日3.1模擬信號的線性調制第五頁，共七十二頁，2022年，8月28日載波：幅度角頻率初相位調制信號f(t)調制后：瞬時幅度載波的相位偏移A(t)隨f(t)作線性變換，稱線性調制或幅度調制；(t)或(t)的導數隨f(t)作線性變換，稱非線性調制或角度調制；第六頁，共七十二頁，2022年，8月28日一、抑制載波雙邊帶調幅（DSB-SC）1、時域表達式及頻譜圖第七頁，共七十二頁，2022年，8月28日f(t)t調制信號時域波形圖s(t)t輸出信號時域波形圖時域波形圖

1F()B01/2－

0SDSB()2B頻譜圖c(t)t載波信號時域波形圖c()0-0第八頁，共七十二頁，2022年，8月28日3、平均功率及效率2、帶寬BDSB=2B第九頁，共七十二頁，2022年，8月28日線性調制：在時域內已調信號隨著調制信號的變化而變化；頻域內：頻譜的平行搬移。第十頁，共七十二頁，2022年，8月28日f(t)sDSB(t)cosct雙邊帶調幅調制模型4、抑制載波的雙邊帶信號的調制與解調第十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日F()10SDSB()1/2c－c雙邊帶調制F’()1/2c－c2c－2c低通濾波器雙邊帶信號的解調sDSB(t)cosctsd(t)相干解調第十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日練習題：若調制信號f(t)，載波信號為c(t)，若采用抑制載波的雙邊帶調制，畫出調制信號、載波信號、已調信號的時域波形圖和頻譜圖。第十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日f(t)t01t01c(t)sDSB（t)t01C()F()00SDSB()0100π－100π400π－400π300π500π－500π－300π1/21第十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日第十五頁，共七十二頁，2022年，8月28日二、常規(guī)雙邊帶調制系統(tǒng)1、常規(guī)雙邊帶調制（AM）信號的時域表達式及波形調制信號f(t),其平均值為0，即f(t)=0;載波的初相位為0，振幅為1調制后表達式：若調制信號為余弦波信號，載波頻率為調制信號頻率的4倍，其振幅均為1，其表達式為：第十六頁，共七十二頁，2022年，8月28日A0=2A+f(t)t0132t012sAM（t）3正常調幅f(t)t01t01c(t)第十七頁，共七十二頁，2022年，8月28日A0+f(t)A0=1t012t012sAM（t）A0=0sAM（t)t01f(t)t01滿調幅過調幅第十八頁，共七十二頁，2022年，8月28日調幅指數2、頻譜特性第十九頁，共七十二頁，2022年，8月28日F()10BSAM()1/20AA-cc2B第二十頁，共七十二頁，2022年，8月28日4、功率分配調制效率載波功率邊帶功率3、帶寬BAM=2B第二十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日例：則，經AM調制后的AM信號功率為多少？其調制效率為多少？最大調制效率可達多少？4、應用調幅廣播（AM）——常規(guī)調幅方式，收音機波段：中波535KHz~1605KHz,自由空間，地區(qū)性廣播

短波3.9MHz~18MHz，電離層反射，距離數千公里第二十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日f(t)sAM(t)cosctA0常規(guī)調幅調制模型F()10常規(guī)調幅調制SAM()1/2c－cA0A0t012sAM（t）35、常規(guī)調幅的調制與解調第二十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日常規(guī)調幅信號的解調t012sd（t）3sAM（t）sd（t）非相干解調包絡檢波F()10SAM()1/2c－cA0A0第二十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日三、單邊帶調制（SSB）頻譜圖SHSB()

C-

C

C-

CHLSB()

C-

CB1/2

C-

CSLSB()B1/2HHSB()

C-

CSDSB()2B1/2上邊帶調制下邊帶調制第二十五頁，共七十二頁，2022年，8月28日四、殘留邊帶調制（VSB）頻譜圖

C-

CSDSB()2B1/2HVSB()SVSB()

C-

CB1/2

C-

CB1/2HVSB()SVSB()殘留上邊帶殘留下邊帶第二十六頁，共七十二頁，2022年，8月28日練習題1.已知：調制信號f(t)=cos

0t；載波信號c(t)=cos4

0t;請畫出調制信號、載波信號及AM、DSB、HSB、LSB調制時的頻譜圖(AM時直流電平為A0)

0-

0F(

)w0-w0F(w)4w0-4w0w

0-

0SDSB(

)4

0-4

0w5

03

0-3

0-5

0ww0-w0SAM(w)4w0-4w0w5W03W0-3W0-5W0第二十七頁，共七十二頁，2022年，8月28日練習題ww0-w0SUSB(w)4w0-4w0w5W0-5W0ww0-w0SLSB(w)4w0-4w0w3W0-3W0第二十八頁，共七十二頁，2022年，8月28日作業(yè)p661、已調信號為試畫出該信號的頻譜及其經過包絡檢波得厚輸出波形。2、試比較常規(guī)雙邊帶調制和抑制載波的雙邊帶調制的異同。第二十九頁，共七十二頁，2022年，8月28日3.3模擬信號的非線性調制系統(tǒng)瞬時相角瞬時幅度一、調頻信號與調相信號常量第三十頁，共七十二頁，2022年，8月28日相移常數1、相位調制（PM:PhaseModulation

）2、頻率調制(FM:FrequencyModulation)頻偏常數（表征調頻器的靈敏度）載波頻率(常數)第三十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日AMFM各種調制時的時域波形圖時域波形圖f(t)f(t)f(t)第三十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日結論：1、FM信號是一個等幅波，它的幅度與調制信號無關；2、FM信號的頻率與調制信號電壓有比例關系第三十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日二、頻率調制FM（p59）1、窄帶調頻和寬帶調頻的定義(P59)由調頻所引起的最大瞬時相位偏移遠小于30o時，就稱為窄帶調頻（NBFM:narrowbandfrequencymodulation）不滿足窄帶條件的調頻稱為寬帶調頻（WBFM:WideBandfrequencymodulation）(3-3-9)第三十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日2、窄帶調頻的帶寬（P60）

m0F()－

m

c0

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－

m

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m-

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－

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c+

mSNBFM()

c0

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c

－

m--

c+

mSAM()第三十五頁，共七十二頁，2022年，8月28日3、寬帶調頻的帶寬(P61)

c+

m

c

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－

m

FM=0.5

c+3

m

c

c

－3

m

FM=2

c

c+10

m

c-10

mFM=8卡森公式（3-3-14）

c+9m

c-9m18

m6

m第三十六頁，共七十二頁，2022年，8月28日窄帶調頻寬帶調頻第三十七頁，共七十二頁，2022年，8月28日4、調頻信號的功率已調信號的總功率＝未調載波的功率＝A2/2總功率與調制過程及調頻指數無關第三十八頁，共七十二頁，2022年，8月28日5、調頻信號的應用1、調頻廣播（WBFM）2、超短波電臺（NBFM）第三十九頁，共七十二頁，2022年，8月28日（一）、調頻信號的產生1、直接調頻法FMf(t)sFM(t)VCCf0變容管f(t)sFM(t)電壓/電流f(t)sFM(t)載波發(fā)生器6、調頻信號調制與解調2、間接調頻法p32積分器調相器f(t)sFM(t)第四十頁，共七十二頁，2022年，8月28日（二）、調頻信號的解調－非相干解調調頻信號有相干解調和非相干解調兩種方式相干解調——窄帶調頻信號非相干解調——窄帶和寬帶調頻信號第四十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日fc斜率為Kd輸入頻率輸出電壓限幅器及帶通微分器包絡檢波低通濾波器sd(t)鑒頻器鑒頻器特性及組成第四十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日3.2，3.4模擬調制系統(tǒng)的抗噪聲性能一、線性調制系統(tǒng)的調制與解調f(t)sAM(t)cosctA0常規(guī)調幅調制模型f(t)sDSB(t)cosct雙邊帶調幅調制模型第四十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日講解內容1、相干解調的分析模型？2、抗噪聲性能通過什么質量指標描述？其意義是什么？3、AM、DSB、SSB抗噪聲性能的比較？（用指標G、帶寬、解調方式說明）4、不同調制方式之間如何比較其抗噪聲性能？我們的問題？第四十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日單邊帶調制的實現采用濾波法二、線性調制相干解調的抗噪聲性能線性調制相干解調的抗噪聲性能分析模型帶通濾波器低通濾波器s(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)cd(t)=cosct高斯白噪聲窄帶高斯白噪聲1、抗噪聲性能分析模型（p52）我們的目標；在給定s(t)及n

(t)的情況下，1、確定各種解調器的輸入及輸出信噪比；2、對各種調制系統(tǒng)的抗噪聲性能作出評價第四十五頁，共七十二頁，2022年，8月28日2、信噪比（SNR:singalnoiseratio）p52信號功率噪聲功率3、信噪比增益（G:Gain）

——衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數表征信號通過系統(tǒng)傳輸后信噪比的改善情況，G越大抗噪聲性能越好第四十六頁，共七十二頁，2022年，8月28日回顧：能量譜密度和功率譜密度功率譜密度(周期性信號)：能量譜密度（非周期性信號）：第四十七頁，共七十二頁，2022年，8月28日n0/2高斯白噪聲雙邊功率譜密度Pn()噪聲功率譜密度窄帶高斯白噪聲（AM、DSB）n0/2

0-

0Pn()2B

B窄帶高斯白噪聲（USB）n0/2

0-

0Pn()B窄帶高斯白噪聲（LSB）n0/2

0-

0Pn()注意；我們遇到的絕大多數噪聲都是高斯白噪聲。我們在分析問題時都將噪聲作為高斯白噪聲處理??！n0高斯白噪聲單邊功率譜密度Pn()第四十八頁，共七十二頁，2022年，8月28日

1w|F(w)|2B調制信號功率譜圖功率譜圖信號功率譜圖注意這里哦！表示的是功率譜密度面積表示功率第四十九頁，共七十二頁，2022年，8月28日功率譜圖

01/4－

0|SDSB()|22B

01/4－

0|Sam()|22B

01/4－

0|SLSB()|2B

01/4－

0|SUSB()|2B調制后信號功率譜第五十頁，共七十二頁，2022年，8月28日疊加噪聲的調制信號（輸入信號）功率譜圖

1|F()|2Bn0/2功率譜圖輸入信噪比＝第五十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日功率譜圖疊加噪聲的輸出信號功率譜

01/4－

0|SDSB()|22B

01/4－

0|SAM()|22B

01/4－

0|SLSB()|2B

01/4－

0|SUSB()|2B信噪比＝第五十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日4、結論：①SDB解調器的信噪比改善了一倍，原因是相干解調把噪聲中的正交分量抑制掉了，從而使噪聲功率減半的緣故②SSB中信號和噪聲有相同的表示形式，所以在相干解調過程中，信號和噪聲的正交分量均被抑制調，故信噪比沒有改善，即G=1③AM在大信噪比時G<1第五十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日總結調制方式帶寬SNRiSNRoG典型解調方式DSB2B2相干解調SSBB1相干解調VSB略大于BAM2B包絡檢波B：基帶信號帶寬f(t)為單頻正弦信號時<＝2/3第五十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日例：若某一通信系統(tǒng)輸入信號為f(t),經下列調制后求：（1）合成信號g(t)的頻譜表達式，并畫出其頻譜圖（2）寫出已調波s(t)頻域表達式，并畫出其頻譜圖f(t)s(t)cosctg(t)cosmtF()m-m0解:第五十五頁，共七十二頁，2022年，8月28日G()m-m0-2m2m1/2S()m-m0-cc1/21/4c＋2mc-2m－c＋2m第五十六頁，共七十二頁，2022年，8月28日作業(yè)1、page66,二大題1，4，5第五十七頁，共七十二頁，2022年，8月28日fc斜率為Kd輸入頻率輸出電壓限幅器及帶通微分器包絡檢波低通濾波器sd(t)鑒頻器鑒頻器特性及組成三、非線性調制系統(tǒng)的抗噪聲性能P62第五十八頁，共七十二頁，2022年，8月28日帶通濾波器低通濾波器sFM(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)高斯白噪聲限幅鑒頻解調器寬帶調頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型第五十九頁，共七十二頁，2022年，8月28日模擬調制性能比較調制方式帶寬G典型應用DSB2B2較少應用SSBB1短波無線電廣播話音頻分多路VSB略大于B商用電視廣播AM2B中短波無線電廣播FM2(1+FM)fm超短波電臺(窄帶FM)調頻立體聲廣播（寬帶FM）B：基帶信號帶寬第六十頁，共七十二頁，2022年，8月28日作業(yè)總結模擬調制的知識，用圖表形式畫出。內容包括第六十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日本章主要內容線性與非線性調制就是調制前后信號頻譜之間是否存在線性關系。即頻譜是否是線性搬移來確定。AM、DSB調制的時域波形如何？AM、DSB調制的頻譜特性如何？AM解調采用包絡檢波方法，DSB解調采用相干解調。在輸入信號功率相同的情況下，線性調制中抗噪聲性能DSB與SSB同DSB優(yōu)于AM調制。線性調制系統(tǒng)頻帶利用率較高，但抗干擾能力較差；非線性調制系統(tǒng)頻帶利用率較差，但抗干擾能力較好。第六十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日小結

1、通常按照調制前、后信號頻譜之間是否存在線性關系來將模擬調制分為線性調制和非線性調制兩大類。線性調制——常規(guī)雙邊帶調制AM、抑制載波的雙邊帶調制DSB、單邊帶調制SSB和殘留邊帶調制VSB；非線性調制——頻率調制和相位調制。2、優(yōu)缺點：線性調制系統(tǒng)頻帶利用率較高，但抗干擾能力較差；非線性系統(tǒng)則正好與此相反。第六十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日3、從抗噪聲能力的角度出發(fā)：調頻系統(tǒng)性能最好，單邊帶系統(tǒng)和抑制載波的雙邊帶系統(tǒng)次之，常規(guī)雙邊帶調制信號由于絕大部分功率都分配在載波功率上，其抗聲性能最差。調頻系統(tǒng)的調頻指數越大，其抗噪聲性能越好，但傳輸信號所需的帶寬也越寬，常用于高質量要求的遠距離通信系統(tǒng)如微波接力、衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及調頻廣播系統(tǒng)中。第六十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日3.5頻分復用（FDM）

所謂多路復用是指在同一個信道上同時傳輸多路信號而互不干擾的一種技術。為了在接收端能夠將不同路的信號區(qū)分開來，必須使不同路的信號具有不同的特征。最常用的多路復用方式是頻分復用（FDM）、時分復用（TDM）和碼分復用（CDM）。按頻段區(qū)分信號的方法叫