模擬線性調(diào)制

第三章

模擬線性調(diào)制1精選課件單元學(xué)習(xí)提綱

調(diào)制簡(jiǎn)介—定義目的分類線性調(diào)制〔幅度調(diào)制〕原理線性調(diào)制和解調(diào)的一般模型相干解調(diào)的抗噪聲性能門限效應(yīng)2精選課件新課導(dǎo)入——調(diào)制與解調(diào)的概念綿陽北京江油廣元上飛機(jī)的過程即為調(diào)制下飛機(jī)的過程即為解調(diào)3精選課件調(diào)制簡(jiǎn)介

調(diào)制定義何謂調(diào)制？4精選課件進(jìn)行頻譜搬移，匹配信道特性，減小天線尺寸；實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，提高信道利用率；改善系統(tǒng)性能〔有效性、可靠性〕；實(shí)現(xiàn)頻率分配

調(diào)制目的為什么要進(jìn)行調(diào)制？5精選課件

調(diào)制信號(hào)

載波已調(diào)信號(hào)運(yùn)載工具多種形式同義詞認(rèn)識(shí)一下調(diào)制過程所涉及的三種信號(hào)

調(diào)制分類6精選課件---可從不同角度分類：都有哪些調(diào)制方式？7精選課件模擬通信系統(tǒng)模型

8精選課件設(shè)f(t)為調(diào)制信號(hào)，c(t)為載波信號(hào)，s(t)為已調(diào)信號(hào)9精選課件

常規(guī)雙邊帶幅1、信號(hào)的表達(dá)和產(chǎn)生：

適用包絡(luò)檢波的條件！A0與f(t)的關(guān)系直流分量，調(diào)制信號(hào)的組成局部10精選課件

假設(shè)上式中，，稱為調(diào)幅指數(shù)，用百分比表示時(shí)，稱為調(diào)制度。（30%-60%）調(diào)制度小于1等于1大于1

正常調(diào)幅滿調(diào)幅過調(diào)幅假設(shè)調(diào)制信號(hào)為一般信號(hào)，那么取調(diào)幅指數(shù)為：11精選課件12精選課件

當(dāng)載波初相為0時(shí)，已調(diào)信號(hào)為：頻域特性分析假設(shè)有：那么已調(diào)信號(hào)的頻譜為：13精選課件

已調(diào)信號(hào)的頻譜圖：1、形狀相同，位置搬移；2、SAM含載波分量；3、SAM是雙邊帶信號(hào)，帶寬BAM=2W=2fH4、下邊帶是上邊帶的鏡像下邊帶上邊帶上邊帶載頻分量載頻分量14精選課件AM信號(hào)的特點(diǎn)時(shí)，AM波的包絡(luò)正比于調(diào)制信號(hào)m(t)，故可采用包絡(luò)檢波。AM的頻譜由載頻分量、上邊帶和下邊帶組成。AM傳輸帶寬是調(diào)制信號(hào)帶寬的兩倍：

AM的優(yōu)勢(shì)在于接收機(jī)簡(jiǎn)單，廣泛用于中短調(diào)幅播送。15精選課件

調(diào)幅信號(hào)的平均功率為：功率特性分析常規(guī)調(diào)幅信號(hào)的功率由載波功率Pc和邊帶功率Pf組成；邊帶功率與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，是有用功率：載波功率？？因?yàn)?6精選課件

調(diào)制效率：邊帶功率與總功率之比，即：當(dāng)時(shí)，有：此時(shí)：若，調(diào)制效率最大值為1/3。常規(guī)調(diào)幅調(diào)制效率低下，載波分量不攜帶信息卻占用大局部功率！

改進(jìn)方案----抑制載波雙邊帶調(diào)制17精選課件條件：如何提高調(diào)制效率？——抑制載波！

Q

A18精選課件抑制載波雙邊帶調(diào)幅〔DSB-SC〕條件：DSB表達(dá)式DSB調(diào)制器Double-SidebandSuppressedCarrier19精選課件DSB波形和頻譜20精選課件DSB信號(hào)的特點(diǎn)包絡(luò)不再與f(t)成正比；當(dāng)f(t)改變符號(hào)時(shí)載波相位反轉(zhuǎn)，故不能采用包絡(luò)檢波，需相干解調(diào)。無載頻分量，只有上、下邊帶。帶寬與AM的相同：調(diào)制效率100，即功率利用率高。主要用作SSB、VSB的技術(shù)根底，調(diào)頻立體聲中的差信號(hào)調(diào)制等。

能否只傳輸一個(gè)邊帶？

Q

A課件制作：曹麗娜

西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院

21精選課件AM和DSB調(diào)制與解調(diào)的一般模型非相干解調(diào)—包絡(luò)檢波22精選課件AM和DSB調(diào)制與解調(diào)的一般模型23精選課件例：假設(shè)非線性器件的輸入-輸出特性為:y=a1x+a2x2解：由圖x1=f(t)+cosωct;x2=-f(t)+cosωcty1=a1[f(t)+cosωct]+a2[f(t)+cosωct]2y2=a1[-f(t)+cosωct]+a2[-f(t)+cosωct]2∴y=y1-y2=2a1f(t)+4a2f(t)cosωct24精選課件

環(huán)行調(diào)制器也可以完成乘法運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅。25精選課件26精選課件

DSB相干解調(diào)模型如右圖所示。關(guān)鍵是必須有一個(gè)同頻同相的載波。表達(dá)式如下：

經(jīng)低通后，得到：從而恢復(fù)了原有的調(diào)制信號(hào)。

27精選課件DSB-SC與AM信號(hào)的比較DSB-SC的調(diào)制效率：100％優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率。缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較復(fù)雜。雙邊帶的上、下兩個(gè)邊帶有什么關(guān)系？一個(gè)邊帶攜帶了調(diào)制信號(hào)的全部信息。進(jìn)一步改進(jìn)：?jiǎn)芜厧д{(diào)制進(jìn)一步節(jié)省載波功率和帶寬隨著性能的改善，技術(shù)復(fù)雜度也越來越高，實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往需要折衷取舍。28精選課件3.2單邊帶調(diào)制〔SSB〕SSB信號(hào)的產(chǎn)生〔1〕濾波法技術(shù)難點(diǎn)之一29精選課件30精選課件邊帶濾波特性HSSB(

)31精選課件

實(shí)際電路中，理想的濾波特性不易實(shí)現(xiàn)，所有的濾波器都不可能是真正的矩形，其上升沿和下降沿都有一定的過渡帶。通常，濾波器的中心頻率越高，過渡帶就會(huì)越寬，實(shí)現(xiàn)矩形濾波就越困難。即實(shí)現(xiàn)濾波器的難易與過渡帶與載頻的歸一化值有關(guān)。

在高頻情況下，要實(shí)現(xiàn)窄帶濾波，通常只有采用多級(jí)調(diào)制的方式。32精選課件例3-2某單邊帶調(diào)制信號(hào)要求載頻為10MHZ，調(diào)制信號(hào)頻帶為300-3400HZ，試用兩級(jí)調(diào)制實(shí)現(xiàn)。解：如果采用一級(jí)實(shí)現(xiàn)。必須要求在10MHZ中心頻率情況下，過渡帶的帶寬要小于60OHZ，即過渡帶相對(duì)于載頻的歸一化值要小于6*10-5，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。故采用二級(jí)調(diào)制，如下圖。33精選課件

以上是多級(jí)調(diào)制頻譜圖，每級(jí)過渡帶相對(duì)于載頻的歸一化值只要求小于6*10-3，這是可以實(shí)現(xiàn)的。34精選課件要把一個(gè)低通信號(hào)調(diào)制成單邊帶，如視頻信號(hào)等，由于信號(hào)頻譜中有直流成分〔零頻〕，通過平衡調(diào)制后產(chǎn)生的雙邊帶已調(diào)信號(hào)中，上邊帶與下邊帶完全連在一起，不能通過濾波器選出單邊帶信號(hào)。故引出相移法。35精選課件〔2〕相移法USB

+

-

-

36精選課件

相移法形成單邊帶信號(hào)原理如以下圖所示。SSB信號(hào)第一項(xiàng)為同相分量，第二項(xiàng)為正交分量。假設(shè)調(diào)制信號(hào)為非周期信號(hào)，那么通過希爾伯特變換實(shí)現(xiàn)SSB信號(hào)的產(chǎn)生。37精選課件希爾伯特變換的意義?

數(shù)學(xué)意義：完成一種運(yùn)算

物理意義：完成對(duì)信號(hào)的改變幅度特性：全通網(wǎng)絡(luò)相角特性：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)38精選課件

希爾伯特變換關(guān)系：時(shí)域關(guān)系為：由于其傳遞函數(shù)為：

頻域表達(dá)式為：

物理意義:f(t)信號(hào)通過傳遞函數(shù)為-jsgn

的濾波器可以得到其希爾伯特變換式。39精選課件

由于所以而和分別對(duì)應(yīng)有：和將上述二表達(dá)式帶入卷積表達(dá)式，經(jīng)推導(dǎo)可得上下邊帶的SSB分別為：40精選課件

上下邊帶之和為：移相法產(chǎn)生SSB信號(hào)原理如以下圖。移相法：優(yōu)點(diǎn)：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。缺點(diǎn)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實(shí)現(xiàn)41精選課件42精選課件

SSB信號(hào)的解調(diào)不能用包絡(luò)解調(diào)。相干解調(diào)原理如右以下圖所示。由于輸入信號(hào)為：所以

經(jīng)低通后輸出為：43精選課件SSB信號(hào)的特點(diǎn)性能分析SSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在傳輸信息時(shí)，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。相移法和時(shí)域表達(dá)式相對(duì)應(yīng)時(shí)域表達(dá)式的意義給出了基帶信號(hào)和已調(diào)信號(hào)之間的定量關(guān)系，是定量計(jì)算的根底能說明已調(diào)信號(hào)的類型：幅度調(diào)制、組成分量系數(shù)的影響單邊帶調(diào)制節(jié)省帶寬和功率，實(shí)現(xiàn)困難雙邊帶調(diào)制容易實(shí)現(xiàn)，占用2倍帶寬折衷方案：在實(shí)現(xiàn)難度和占用帶寬中折衷

44精選課件3.3殘留邊帶調(diào)制〔VSB〕——介于SSB與DSB之間的折中方案。45精選課件VSB信號(hào)的產(chǎn)生應(yīng)該具有怎樣的濾波特性？VSB信號(hào)的解調(diào)應(yīng)該具有怎樣的濾波特性？

46精選課件

相干解調(diào)輸出信號(hào)的頻譜為：

經(jīng)低通后輸出整理合并，得47精選課件假設(shè)要無失真恢復(fù)f(t)，VSB濾波器的傳輸函數(shù)必須滿足：含義：48精選課件殘留邊帶濾波器的幾何解釋：49精選課件VSB信號(hào)的特點(diǎn)僅比SSB所需帶寬有很小的增加，卻換來了電路的簡(jiǎn)單。應(yīng)用：商業(yè)電視播送中的電視信號(hào)傳輸?shù)取?0精選課件濾波法3.4線性調(diào)制〔幅度調(diào)制〕的一般模型相移法51精選課件——解調(diào)的任務(wù)!f(t)52精選課件相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)53精選課件包絡(luò)檢波54精選課件55精選課件3.6線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能先明確幾個(gè)概念1、噪聲分為兩種：加性干擾：外界造成的突發(fā)性脈沖干擾、內(nèi)部有源器件造成的起伏干擾。乘性干擾：內(nèi)部非線性器件產(chǎn)生的交調(diào)、互調(diào)。這里主要考慮對(duì)已調(diào)信號(hào)有持續(xù)影響的起伏干擾，據(jù)產(chǎn)生機(jī)理和實(shí)驗(yàn)測(cè)量說明，起伏干擾是各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)高斯白噪聲。56精選課件“各態(tài)歷經(jīng)〞—統(tǒng)計(jì)平均值等于時(shí)間平均值?！捌椒€(wěn)〞--------概率密度函數(shù)與時(shí)間無關(guān)?！案咚龚?-------概率密度函數(shù)為高斯分布。“白〞----------功率譜密度函數(shù)為均勻分布。以下是噪聲分布模型：噪聲只對(duì)接收系統(tǒng)產(chǎn)生影響，下面主要討論接收系統(tǒng)的抗干擾性。57精選課件在接收機(jī)的設(shè)設(shè)計(jì)中，為了提高信噪比，通常在低噪聲放大器〔高放〕后加一級(jí)窄帶帶通濾波器。其傳遞函數(shù)如以下圖。58精選課件由隨機(jī)過程理論可知，平穩(wěn)高斯白噪聲通過窄帶濾波后〔帶通濾波器帶寬中心頻率〕后，可以表示如下：59精選課件在分析系統(tǒng)的抗噪性能之前先明確幾個(gè)概念：〔1〕噪聲的同相分量、正交分量功率與噪聲功率相等。〔2〕對(duì)于AM、DSB，n(t)經(jīng)過BPF后，得：60精選課件對(duì)于ASM、DSB信號(hào)，B=2fm

對(duì)于SSB信號(hào)，B=fm

61精選課件分析模型高斯白噪聲已調(diào)信號(hào)BPF62精選課件窄帶高斯噪聲輸出噪聲輸出信號(hào)高斯白噪聲已調(diào)信號(hào)BPF解調(diào)器相干解調(diào)包絡(luò)檢波63精選課件分析模型解調(diào)器性能指標(biāo)信噪比增益：輸出信噪比：BPF64精選課件用dB值表示信噪比:10lg(S/N)為什么用dB值表示信噪比？dB：?jiǎn)挝?，無量綱聲音功率倍數(shù)：增強(qiáng)10倍；增強(qiáng)100倍；增強(qiáng)1000倍人耳的感覺：增加1倍；增加2倍；增加3倍人耳的感覺與聲音功率倍數(shù)的對(duì)數(shù)成正比，使用dB值符合人體感官規(guī)律。65精選課件線性調(diào)制相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能相干解調(diào)器Si

So

No

Ni

DSB66精選課件B=2fH

67精選課件原因正交分量68精選課件SSB相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能相干解調(diào)器SiSo

No

Ni69精選課件B=2fH

B=fH

SSBDSB70精選課件相干解調(diào)抑制正交分量〔無論信號(hào)還是噪聲〕原因正交分量71精選課件

能否說：DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于

SSB

系統(tǒng)呢？

在相同的Si，n0，fH條件下：

B=2fH

B=fH

∴

DSB和SSB的抗噪聲性能相同。

Q

A72精選課件合成包絡(luò)AM–包絡(luò)檢波系統(tǒng)的抗噪聲性能73精選課件〔1〕大信噪比時(shí)隔掉檢波輸出：74精選課件

討論：由于|f(t)|max

A0

，所以GAM<1，即100%調(diào)制，且f(t)為單頻正弦時(shí)：相干解調(diào)的GAM如同上式，但不受信噪比條件的限制。75精選課件〔2〕小信噪比時(shí)

可見：76精選課件大信噪比時(shí)：小信噪比時(shí)：門限效應(yīng)AM-包絡(luò)檢波系統(tǒng)的抗噪聲性能：歸納門限效應(yīng)輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降，而是急劇惡化，通常把這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的門限效應(yīng)。開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值。77精選課件1．雙邊帶調(diào)幅(1)常規(guī)調(diào)幅信號(hào)時(shí)域表達(dá)式，時(shí)域波形，調(diào)幅指數(shù)頻域表達(dá)式，頻譜圖，信號(hào)的帶寬常規(guī)調(diào)幅信號(hào)的功率，調(diào)制效率(2)抑制載波雙邊帶調(diào)幅時(shí)域表達(dá)式，時(shí)域波形頻域表達(dá)式，頻譜圖，信號(hào)的帶寬78精選課件(3)常規(guī)調(diào)幅信號(hào)和雙邊帶信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)常規(guī)調(diào)幅信號(hào)和雙邊帶信號(hào)的調(diào)制雙邊帶信號(hào)的相干解調(diào)常規(guī)調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)檢波2．單邊帶調(diào)制·用濾波法形成單邊帶信號(hào)，頻域表達(dá)式及帶寬·用相移法形成單邊帶信號(hào)，時(shí)域表達(dá)式·單邊帶信號(hào)的相干解調(diào)79精選課件3．殘留邊帶調(diào)制用濾波法形成殘留邊帶信號(hào)，頻域表達(dá)式及帶寬殘留邊帶信號(hào)的相干解調(diào)殘留邊帶濾波器的特性80精選課件二、線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能通信系統(tǒng)的抗噪聲性能分析模型抗噪聲性能的指標(biāo)：輸出信噪比、信噪比增益

相干解調(diào)雙邊帶調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能單邊帶調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能常規(guī)調(diào)幅包絡(luò)檢波的抗噪聲性能81精選課件難點(diǎn)分析調(diào)制信號(hào)、載波和已調(diào)信號(hào)調(diào)制信號(hào)即基帶信號(hào)，指來自信源的消息信號(hào)。載波指未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)，如正〔余〕弦波或周期性脈沖信號(hào)。已調(diào)信號(hào)是載波經(jīng)過調(diào)制后的信號(hào)，通常以調(diào)制方式作為已調(diào)信號(hào)的名稱，例如幅度調(diào)制信號(hào)、頻率調(diào)制信號(hào)等。相干載波和相干解調(diào)一般來說相干載波要從接收信號(hào)中提取。有些發(fā)射機(jī)在發(fā)送已調(diào)信號(hào)的同時(shí)發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)作為解調(diào)載波使用。82精選課件解調(diào)方法和門限效應(yīng)相干解調(diào)沒有門限效應(yīng)。相干解調(diào)器由相乘器和低通濾波器組成，在解調(diào)過程中信號(hào)和噪聲可以分開處理，所以沒有門限效應(yīng)。非相干解調(diào)指包絡(luò)檢波。包絡(luò)檢波器由整流器和低通濾波器組成，在解調(diào)過程中信號(hào)和噪聲無法分開處理。當(dāng)輸入信噪比低于一定數(shù)值時(shí)，解調(diào)器的輸出信噪比急劇惡化，這種現(xiàn)象稱為門限效應(yīng)。83精選課件易混淆的概念：?jiǎn)芜厧?雙邊帶信號(hào)單邊/雙邊帶寬單邊/雙邊功率譜密度基帶信號(hào)的帶寬W與已調(diào)信號(hào)的帶寬B84精選課件§3.6頻分多路復(fù)用及線性調(diào)制應(yīng)用

多路復(fù)用：把多個(gè)彼此不相關(guān)的信號(hào)合并為一個(gè)復(fù)合的群信號(hào)，可在一條信道上同時(shí)進(jìn)行通信的方法。頻分多路復(fù)用:(FrequencyD