第3章模擬信號的調制與解調.ppt

1 3 1模擬信號的線性調制原理及抗噪聲性能3 2模擬信號的非線性調制原理及抗噪聲性能3 3模擬調制方式的性能比較 第3章模擬信號的調制與解調 2 引言 在通信系統(tǒng)中 對模擬基帶信號進行調制 解調傳輸?shù)哪康氖菫榱俗尪鄠€基帶信號經過調制后在信道上一定的頻帶內同時傳輸 并且采用調制方式傳輸還能增強信號的抗噪聲能力 除此之外 采用調制解調傳輸還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換 調制解調的功能從頻域去看就是對基帶信號的頻譜搬移或者變換 3 1 正弦調制 載波為C t cos ct的連續(xù)波形 1 模擬調制 m t 為模擬信號 AM DSB SC SSB VSB FM PM 2 數(shù)字調制 m t 為數(shù)字信號 ASK FSK PSK等 調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制方式 4 2 脈沖調制 載波C t 為脈沖周期信號 1 脈沖無編碼調制 用模擬信號m t 改變脈沖的幅度 PAM 寬度 PDM 相位 PPM 后所產生的已調信號 2 脈沖編碼調制 PCM 用模擬信號m t 對脈沖串進行幅度調制后得到PAM 再對PAM的每個脈沖幅度進行量化編碼 所得到的編碼數(shù)據稱為m t 的PCM信號 3 增量調制 M 根據對模擬信號m t 的采樣信號與預測信號之差進行一位編碼的調制 即在 M中每一采樣點輸出一比特編碼 4 脈沖數(shù)字調制 m t 為數(shù)字信號 常為多進制脈位調相PPM 3 復合調制 對同一載頻進行兩種或更多種的調制稱為復合調制 例如 對同一個載波進行一次調頻后再進行一次振幅調制 所得結果為調頻調幅波 在這里兩次調制的調制信號可以不相同 4 多級調制 用同一調制信號實施兩次或更多次的調制過程 如AM FM是先用m t 進行AM調制 再用此AM信號對另一載波進行FM調制 5 我們把輸出已調信號Sc t 的頻譜和調制信號X t 的頻譜之間呈線性搬移關系的調制方式稱為線性調制 如常規(guī)的雙邊帶調制 AM 抑制載波的雙邊帶調制 DSB SC 單邊帶調制 SSB 及殘留邊帶調制 VSB 均屬于線性調制 3 1模擬信號的線性調制原理及抗噪聲性能 6 調制器輸入端信號的頻譜 乘法器輸出信號的頻譜 調制器輸出信號的頻譜 傅里葉變換公式 7 采用不同的H f 可得到AM DSB SSB VSB信號的頻譜 8 在這種調制方式中 描述調制信號對已調信號影響的指標為調幅度 它被定義為調制信號幅度與直流分量A之比 用m表示 為了便于解調處理 一般取m 1 9 DSB SC調制信號波形圖 3 1 1 2抑制載波的雙邊帶調制 DSB SC 原理 在此 除調制信號本身無直流分量外 H f 還為理想帶通濾波器 濾波器帶寬為2fH 即調制信號中A 0 SDSB t m t cos ct DSB SC信號波形如下圖所示 頻譜同S f B 2fH 10 3 1 1 4殘留邊帶調制 VSB 原理 當fL很小時 無法用濾波法得到SSB信號 而只能得到VSB信號 調制信號形式與DSB和SSB相同 H f 帶寬在一到二倍信號帶寬之間 11 3 1 2模擬線性調制已調波的解調 隔直 3 1 2 1AM已調波的解調原理 包絡檢波 要求A m t 0 即m 1 像調制波形圖 c 不滿足此要求 相干解調 也稱為載波同步解調 要求解調電路要先恢復同步載波 包絡檢波 非相干解調 載波同步實現(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 已調波的解調原理 不能用包絡檢波法解調DSB信號 因其已調波包絡不能代表調制信號 相干解調 解調方框圖同AM相干解調 載波同步實現(xiàn)方法 1 發(fā)端插入小功率導頻 收端用鎖相環(huán)或窄帶帶通濾波器提取相干導頻 再由導頻合成相干載波 2 不用發(fā)送導頻 在收端將已調信號進行全波整流 從全波整流后的信號中利用鎖相環(huán)或窄帶濾波器提取二倍載頻分量 經整形 二分頻及相位調整后就可得到同步載頻信號 14 強載波Acos ct的獲取方法 發(fā)端插入小功率導頻 在收端提取后放大 合成 處理得到 不發(fā)導頻 用收端的振蕩器輸出作為強載波 3 1 2 3單邊帶 SSB 已調波的解調原理 相干解調 解調方框圖同AM相干解調 插入強載波 包絡檢波 就是將與發(fā)端載頻同步的正弦信號和SSB信號混合后再用包絡檢波法完成SSB信號的解調 此為AM信號 故可用包絡檢波法解調SSB信號 15 16 AM信號 17 3 1 3模擬線性調制系統(tǒng)的抗噪聲性能 分析AM DSB SSB相干解調抗噪性能 AM包絡檢波的門限效應 1 相干解調 18 以SSB為例說明分析過程 19 注 此結論與設f0 fc時相同 20 21 當A m t ni t 時 E t A m t nc t 經低通隔直后 mo t m t no t nc t 再在G S0 N0 Si Ni 將各量用上面實際值代替 化簡可得 2 AM包絡檢波的門限效應 當A m t ni t 時 解調器的輸出端得不到獨立的信號 22 相干解調器無門限效應 23 3 2模擬信號的角度調制原理及抗噪聲性能 最大頻偏 帶寬 B 2 f fH 2 m 1 fH 調制指數(shù) 這里 f 2 即最大頻偏fH是調制信號的最高頻率 24 調頻指數(shù) 3 2 1模擬信號的頻率調制 所謂頻率調制 就是指高頻載波的瞬時頻率偏移隨調制信號m t 的幅度作線性變化 該已調信號稱為調頻信號 其時域表示式為 25 頻譜 無窮多個頻率分量 其幅度正比于Jn mf n階貝賽爾函數(shù) 由于當n mf 1時Jn mf 比較小 忽略不計 所以 調頻信號有效帶寬 B 2 mf 1 fm 2 mf 1 fH 26 從頻譜圖可以看出 fc兩邊分量不對稱 因此對調頻信號不能用單邊帶頻譜信號傳輸信息 同時占用非常大的信道帶寬 窄帶調頻 當 時為窄帶調頻 窄帶調頻時已調信號帶寬等于AM信號帶寬 但制度增益比AM時大得多 例 mf 3時 調頻信號的頻譜如下圖 27 調頻方法 實現(xiàn)調頻信號有三種方法 即直接 倍頻和鎖相 1 直接調頻 優(yōu)點 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LC RC振蕩器 頻率穩(wěn)定度為10 3 2 窄帶調頻 倍頻 28 3 鎖相調頻 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 就是對調頻已調信號的解調方法 常用兩種方法實現(xiàn) 1 限幅鑒頻器 非相干解調 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頻偏成 相干解調 正比這一功能來實現(xiàn)鑒頻 32 3 NBFM的相干解調 33 FM抗噪性能 限幅鑒頻方式 1 大信噪比 34 經限幅放大后的輸出 35 由于LPF截至頻率為fH 故 FM功率越大 A越大 噪聲功率譜就會越小 K2 H 2 P f H 為求導運算的傅氏變換 即j FD實際輸出 36 常稱FD輸出no t 為三角噪聲 no t 也為三角噪聲 與FM信號的功率成反比 與KF B無關 由于一般FM信號帶寬B較大 而鑒頻輸出信號功率與B2成正比 但噪聲功率與B無關 故FM的制度增益高 抗噪能力強 37 設調頻信號為一正弦信號 則 可得 38 小信噪比 門限效應 39 40 41 3 2 2模擬信號的相位調制 42 對一個模擬調相已調波 其頻譜分析是與調頻類似的 它的頻譜同樣可用多階貝塞爾函數(shù)的求和表示 調相已調波信號頻譜與調頻已調波信號頻譜的差別僅在于各邊頻分量的相移不同 因此 調相信號的頻帶寬度也可近似地用下式表示 B 2 f fH 與基帶信號有關 是變化的 由于調相已調波占用信道帶寬隨調制信號的瞬時頻率改變 這樣就導致實際使用中信道的利用率很低 故實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Si n0相同時 由于BFM BAM 因而調頻系統(tǒng)的