第五章模擬調(diào)制系統(tǒng).ppt

第五章模擬調(diào)制系統(tǒng),引言幅度調(diào)制頻分復(fù)用線性調(diào)制應(yīng)用舉例線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能分析角度調(diào)制調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)調(diào)頻應(yīng)用舉例調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪性能分析各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較,5.1引言,關(guān)于載波調(diào)制的幾個(gè)概念調(diào)制用基帶信號(hào)的變化規(guī)律去控制載波的某些參數(shù)解調(diào)從已調(diào)信號(hào)的參數(shù)中提取基帶信號(hào)的變化規(guī)律調(diào)制信號(hào)來(lái)自信源的消息信號(hào)（基帶信號(hào)），模擬/數(shù)字載波未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)，適合在信道中傳送，正弦波/周期性脈沖已調(diào)信號(hào)載波調(diào)制后的信號(hào)，含有調(diào)制信號(hào)的全部特征,引言（續(xù)）,載波調(diào)制的目的無(wú)線傳輸中，把基帶信號(hào)的頻譜搬到較高的載波頻率上，提高傳輸性能，降低發(fā)送功率，縮短天線尺寸；把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻，實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用，提高信道利用率擴(kuò)展信號(hào)帶寬，實(shí)現(xiàn)帶寬與信噪比之間的互換，提高抗干擾、抗衰落能力。調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)的有效性和可靠性都有影響。,引言(續(xù)),正弦載波：,A：振幅c=2fc：角頻率0：初相位,正弦波調(diào)制的信號(hào)波形,PAM、PDM、PPM的信號(hào)波形,5.2幅度調(diào)制原理,一、通用模型二、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM三、抑制載波雙邊帶調(diào)幅DSB四、單邊帶調(diào)幅SSB五、殘留邊帶調(diào)幅VSB,一、通用模型,乘法器用于基本調(diào)制，h(t)控制產(chǎn)生不同的調(diào)幅波。,調(diào)制信號(hào)控制載波的幅度，使之隨調(diào)制信號(hào)呈線性變化,二、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM,1調(diào)制,m(t)為直流=0的基帶信號(hào)，A0為外加直流（若m(t)含有直流分量，將其歸入A0）SAM(t)=A0+m(t)cosct,標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM(續(xù))調(diào)制,標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM(續(xù))調(diào)制,說(shuō)明：調(diào)制使頻譜搬移，但未改變形狀。AM頻譜波形關(guān)于c對(duì)稱，分上、下邊帶調(diào)制使已調(diào)信號(hào)帶寬增加一倍若m(t)為隨機(jī)信號(hào)，頻域使用功率譜描述，結(jié)論相同要求A0+m(t)0，否則，“過(guò)調(diào)幅”，使包絡(luò)失真。稱|m(t)|max/A0為調(diào)幅指數(shù)要求cH，否則，發(fā)生交疊失真,標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM(續(xù))解調(diào),2.解調(diào)包絡(luò)檢波電路：結(jié)果：當(dāng)Ao+m(t)0且fH1/(RC)fc時(shí)mo(t)Ao+m(t)，經(jīng)隔直電路得到m(t),標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM(續(xù)),3.應(yīng)用中短波廣播通信,標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM(續(xù)),4.效率,AM波的平均功率為：,調(diào)制效率：,Pc為載波功率，Ps為邊帶功率,舉例,標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM(續(xù)),5.缺點(diǎn)：邊帶傳遞有效信息，載波不傳，但載波要占一半以上的功率，發(fā)送功率的效率低。,三、抑制載波雙邊帶調(diào)幅DSB,目的：提高發(fā)送功率的效率,1.調(diào)制,m(t)為直流=0的基帶信號(hào)，若m(t)含有直流分量，可通過(guò)隔直電路去掉。,抑制載波雙邊帶調(diào)幅DSB(續(xù)),2.解調(diào)相干解調(diào),抑制載波雙邊帶調(diào)幅DSB(續(xù)),3.應(yīng)用立體聲廣播,4.效率SDSB(t)信號(hào)無(wú)載頻分量，Pc=0效率DSB=100%,5.缺點(diǎn)：已調(diào)信號(hào)帶寬增大一倍,信道利用率低,四、單邊帶調(diào)幅SSB,目的：提高信道利用率,1.調(diào)制(濾波法),H(w)為理想低通時(shí)，提取下邊帶（+）；H(w)為理想高通時(shí)，提取上邊帶（-）,單邊帶調(diào)幅SSB(續(xù)),原理：兩個(gè)邊帶包含相同的信息只需傳輸一個(gè)邊帶：上邊帶或下邊帶要求m(t)中無(wú)太低頻率技術(shù)難點(diǎn)陡峭截止特性的濾波器難實(shí)現(xiàn)采用多級(jí)DSB調(diào)制及邊帶濾波的方法。先在較低載頻上進(jìn)行DSB調(diào)制，增大過(guò)渡帶的歸一化值。再在要求的載頻上二次調(diào)制,單邊帶調(diào)幅SSB(續(xù)),相移法：不需要濾波器具有陡峭的截止特性,sin,單邊帶調(diào)幅SSB(續(xù)),2.解調(diào)相干解調(diào),1/2,1/4,單邊帶調(diào)幅SSB(續(xù)),3.應(yīng)用載波通信，短波無(wú)線電話,4.缺點(diǎn)：要求邊帶濾波器是理想低通或理想高通。不易實(shí)現(xiàn)。,五、殘留邊帶調(diào)幅VSB,目的:信道利用率較高,邊帶濾波器易實(shí)現(xiàn),1.調(diào)制,H()滿足：關(guān)于c點(diǎn)奇對(duì)稱互補(bǔ)。,上式要求：濾波器的截止特性對(duì)于fc具有互補(bǔ)的對(duì)稱性：,殘留邊帶調(diào)幅VSB(續(xù)),VSB使一個(gè)邊帶的大部分通過(guò)（小部分損失），另一個(gè)邊帶的小部分殘留，且殘留部分剛好彌補(bǔ)損失部分。,VSB系統(tǒng)的頻率特性及相干解調(diào)原理如下圖所示,殘留邊帶調(diào)幅VSB(續(xù)),2.解調(diào)相干解調(diào),3.應(yīng)用電視圖象,線性調(diào)制的解調(diào)方法,相干解調(diào)：適用于所有類型的線性調(diào)制系統(tǒng)，需要相干載波，比較復(fù)雜包絡(luò)檢波：適用于已調(diào)信號(hào)包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的形狀完全相同的情況下的解調(diào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于AM解調(diào)插入載波包絡(luò)檢波：對(duì)DSB、SSB、VSB信號(hào)，在發(fā)送端或接收端插入很強(qiáng)的載波，使之成為近似AM的信號(hào)，然后采用包絡(luò)檢波。要求插入的載波同頻同相。,AM例題,已知AM電臺(tái)的輸出功率是50KW，對(duì)單頻余弦信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)幅指數(shù)為0.707。求：（1）調(diào)制效率（2）載波功率（3）若天線用50電阻表示，求載波的峰值幅度。,DSB例題,接收DSB信號(hào)時(shí)，設(shè)本地載波與發(fā)送載波有頻差，相位差，分析對(duì)解調(diào)結(jié)果的影響。,SSB例題,03KHz的基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)20MHz的載波調(diào)制后，生成下邊帶信號(hào)。接收機(jī)框圖如下，其中，兩級(jí)混頻器的頻點(diǎn)分別為fo和fd。已知fo高于輸入信號(hào)的頻率，中頻放大器的通頻帶范圍為1010.003MHz，求fo和fd。,5.3頻分復(fù)用,當(dāng)信道帶寬遠(yuǎn)大于一路信號(hào)的帶寬時(shí)，利用調(diào)制技術(shù)將多路信號(hào)調(diào)制道互不交疊的各個(gè)頻段上，在同一信道中一起傳輸，以提高信道利用率的方法。,頻分復(fù)用(續(xù)),5.4線性調(diào)制應(yīng)用舉例,一、載波電話系統(tǒng)二、電視三、立體聲廣播,一、載波電話系統(tǒng),在多路載波電話系統(tǒng)中采用：SSB調(diào)制，頻分復(fù)用傳輸技術(shù)來(lái)節(jié)省傳輸頻帶。每路電話信號(hào)限帶3003400Hz，SSB調(diào)制后，為便于接收，另加保護(hù)間隔，每路載波電話取4KHz做為標(biāo)準(zhǔn)頻帶。,載波電話系統(tǒng)(續(xù)),多路載波電路分群等級(jí)：,載波電話系統(tǒng)(續(xù)),基群頻譜：,606468108f/kHz,二、電視,1.黑白電視信號(hào),圖象信號(hào)VSB調(diào)制，上邊帶寬5.5MHz，下邊帶寬1.25MHz；伴音信號(hào)FM調(diào)制，伴音載頻距圖象載頻6.5MHz；二者頻分復(fù)用，信號(hào)總帶寬8MHz。,電視(續(xù)),2.彩色電視信號(hào),彩色電視由RGB三原色組成，為與黑白電視兼容，傳送三色合成的亮度信號(hào)Y（既黑白的圖象信號(hào)）和兩路色差信號(hào)：R-Y（紅色-亮度之差），B-Y（蘭色-亮度之差）亮度信號(hào)YVSB調(diào)制；色差信號(hào)正交的DSB調(diào)制，彩色付載頻距圖象載頻4.43361875MHz，色差信號(hào)頻譜落于亮度信號(hào)頻譜范圍內(nèi)，帶寬不變；伴音信號(hào)FM調(diào)制，伴音載頻距圖象載頻6.5MHz；,電視(續(xù)),3.電視信號(hào)的頻譜4.解調(diào)：發(fā)射時(shí)插入大的載波，接收機(jī)包絡(luò)檢波,三、立體聲廣播,廣播信號(hào)頻帶015KHz，包括左右兩個(gè)聲道L和R。立體聲廣播傳送L+R和L-R。L+R：基帶信號(hào)，頻帶015KHz；L-R：DSB調(diào)制，載頻38KHz；頻帶2353KHz；導(dǎo)頻：19KHz，做為立體聲指示（STEREO），并提取相干載波；三者頻分復(fù)用后再調(diào)頻。普通調(diào)頻廣播與立體聲調(diào)頻廣播兼容，但只發(fā)送L+R信號(hào)。,立體聲廣播(續(xù)),5.5線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能分析,一、分析模型二、各種調(diào)幅信號(hào)相干解調(diào)的抗噪性能三、AM系統(tǒng)包絡(luò)檢波的抗噪性能,一、分析模型,n(t)為高斯白噪聲，單邊功率譜為n0(W/Hz)；基帶信號(hào)帶寬為fm。,分析模型(續(xù)),為信噪比得益（調(diào)制制度增益）,通常，用解調(diào)器輸出端的信噪比表示系統(tǒng)的抗噪性能，用G表示解調(diào)器的性能。,二、各種調(diào)幅信號(hào)相干解調(diào)的抗噪性能,BPF帶寬為：,各種調(diào)幅信號(hào)相干解調(diào)的抗噪性能(續(xù)),各種調(diào)幅信號(hào)相干解調(diào)的抗噪性能(續(xù)),各種調(diào)幅信號(hào)相干解調(diào)的抗噪性能(續(xù)),說(shuō)明：AM解調(diào)器對(duì)輸入信噪比沒(méi)有改善DSB解調(diào)器使信噪比改善1倍但DSB與SSB的抗噪性能相同,三、AM系統(tǒng)包絡(luò)檢波的抗噪性能,AM系統(tǒng)包絡(luò)檢波的抗噪性能(續(xù)),為包絡(luò),AM系統(tǒng)包絡(luò)檢波的抗噪性能(續(xù)),大輸入信噪比時(shí),大信噪比時(shí)，包絡(luò)檢波與相干解調(diào)的抗噪性能相同,AM系統(tǒng)包絡(luò)檢波的抗噪性能(續(xù)),小輸入信噪比時(shí),小信噪比時(shí)，包絡(luò)檢波出現(xiàn)“門(mén)限效應(yīng)”，信號(hào)完全被淹沒(méi)在噪聲中?！伴T(mén)限效應(yīng)”是所有非相干解調(diào)的共同問(wèn)題。,5.6角度調(diào)制原理,一、基本概念二、窄帶調(diào)頻（NBFM）三、寬帶調(diào)頻（WBFM）四、FM的產(chǎn)生五、FM的解調(diào),一、基本概念,1.角調(diào)波的一般表達(dá)式,A：振幅，保持不變,：瞬時(shí)角頻率；,：瞬時(shí)頻偏；,(t)：瞬時(shí)相移；,(t)=ct+(t)：瞬時(shí)相位；,基本概念(續(xù)),2.調(diào)相（PM）瞬時(shí)相移隨基帶信號(hào)成線性變化Kp：調(diào)相靈敏度,基本概念(續(xù)),3.調(diào)頻（FM）瞬時(shí)頻偏隨基帶信號(hào)成比例變化Kf：調(diào)頻靈敏度,基本概念(續(xù)),PM信號(hào)和FM信號(hào)波形(a)PM信號(hào)波形(b)FM信號(hào)波形,基本概念(續(xù)),4.FM與PM的轉(zhuǎn)換,由于調(diào)相器調(diào)相范圍在（-，）內(nèi)，直接調(diào)相和間接調(diào)頻適宜窄帶調(diào)制；,基本概念(續(xù)),5.寬帶調(diào)頻與窄帶調(diào)頻,調(diào)頻信號(hào):,瞬時(shí)角頻率:,最大角頻偏:,瞬時(shí)相位偏移:,最大相位偏移:,基本概念(續(xù)),假設(shè)m(t)=cosmt（基帶帶寬fm，m=2fm）,結(jié)論：對(duì)任一歸一化的基帶信號(hào)m(t)（帶寬fm），,基本概念(續(xù)),可見(jiàn)，瞬時(shí)頻偏Kfm(t)項(xiàng)表示載波頻率自其靜態(tài)值c的偏移，它將決定調(diào)頻信號(hào)的頻譜寬度。,二、窄帶調(diào)頻（NBFM）,NBFM調(diào)頻信號(hào),窄帶調(diào)頻（續(xù)）,NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較兩者都含有一個(gè)載波和位于c處的兩個(gè)邊帶，所以它們的帶寬相同不同的是，NBFM的兩個(gè)邊頻分別乘了因式1/(-c)和1/(+c)，由于因式是頻率的函數(shù)，所以這種加權(quán)是頻率加權(quán)，加權(quán)的結(jié)果引起調(diào)制信號(hào)頻譜的失真。另外，NBFM的一個(gè)邊帶和AM反相。,三、寬帶調(diào)頻（WBFM）,假設(shè)m(t)=cosmt（基帶帶寬fm），則調(diào)頻信號(hào),對(duì)上式進(jìn)行付氏級(jí)數(shù)展開(kāi)，得到：,寬帶調(diào)頻(續(xù)),寬帶調(diào)頻(續(xù)),頻譜：,即使基帶信號(hào)是單頻的，調(diào)頻信號(hào)也是多頻的；除載頻C外，還在C兩側(cè)間距為m對(duì)稱地分布了許多邊頻；邊頻振幅由Jn(mf)決定；調(diào)頻波的頻譜無(wú)限寬，但主要能量集中（Jn(mf)總趨勢(shì)上是遞減的），所以，取主要能量部分做為帶寬。,寬帶調(diào)頻(續(xù)),調(diào)頻波帶寬的確定：帶寬取決于Jn(mf)的大小。由于Jn(mf)遞減，可以只取有效的k個(gè)Jn(mf)，對(duì)nk的Jn(mf)忽略。則BFM=2kfm。一般：kmf+1，B=2(mf+1)fm=2(f+fm)近似地,mf1時(shí)，kmf，B=2mffm=2f（WBFM）,本結(jié)論適用于任意最高頻率為fm的基帶信號(hào)m(t),例題,調(diào)頻廣播，最大頻偏為75KHz。(1)調(diào)制信號(hào)的帶寬取4KHz時(shí)，廣播信號(hào)帶寬是多少？(2)調(diào)制信號(hào)的帶寬取15KHz時(shí)，廣播信號(hào)帶寬是多少？,四、FM的產(chǎn)生,1.直接法,改變振蕩器回路元件（L，C）的數(shù)值來(lái)改變其輸出頻率。如：用壓控振蕩器VCO做受控振蕩器，用變?nèi)莨茏鍪芸仉娍乖?FM的產(chǎn)生直接法(續(xù)),可變電容C受基帶信號(hào)m(t)線性控制：C=C0+C=C0+Km(t)(CV(t)），信號(hào)與噪聲分別計(jì)算信號(hào)部分：噪聲部分：鑒頻器輸出正比于輸入信號(hào)的瞬時(shí)角頻率輸出信噪比,增大頻偏Kf，即增加傳輸帶寬，可以大大增加信噪比,ns(t)的功率譜密度為Pi(f)=n0，理想微分電路的傳輸函數(shù)為則鑒頻器輸出噪聲nd(t)的功率譜密度為,鑒頻器前、后的噪聲功率譜密度,舉例,1.m(t)=Acoswmt時(shí)，寬帶調(diào)頻的調(diào)制制度增益。2.FM與AM的性能比較,舉例,3.已知調(diào)制信號(hào)是8MHz的單頻余弦信號(hào)，若要求輸出信噪比為40dB，試比較調(diào)制效率為1/3的常規(guī)調(diào)幅系統(tǒng)和調(diào)頻指數(shù)為5的調(diào)頻系統(tǒng)的帶寬和發(fā)射功率。設(shè)信道噪聲的單邊功率譜密度為n0=510-15w/Hz。信道損耗為60dB。,三、小輸入信噪比時(shí)的抗噪性能,小輸入信噪比時(shí)（AV(t)）出現(xiàn)“門(mén)限效應(yīng)”，信號(hào)完全被淹沒(méi)在噪聲中。mf越大，門(mén)限值越高，一般為10dB門(mén)限值以上，信噪比線性改善門(mén)限值以下，信噪比急劇下降用鎖相環(huán)解調(diào)，以降低門(mén)限。,四、預(yù)加重和去加重,