通信原理課件第5章 模擬調(diào)制(02)

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級*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 引言關(guān)于載波調(diào)制的幾個概念調(diào)制用基帶信號的變化規(guī)律去控制載波的某些參數(shù)解調(diào)從已調(diào)信號的參數(shù)中提取基帶信號的變化規(guī)律 調(diào)制信號來自信源的消息信號基帶信號，模擬/數(shù)字載波未受調(diào)制的周期性振蕩信號，適合在信道中傳送，正弦波/周期性脈沖已調(diào)信號載波調(diào)制后的信號，含有調(diào)制信號的全部特征引言續(xù)載波調(diào)制的目的無線傳輸中，把基帶信號的頻譜搬到較高的載波

2、頻率上，提高傳輸性能，降低發(fā)送功率，縮短天線尺寸；把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻，實現(xiàn)頻分復(fù)用，提高信道利用率擴展信號帶寬，實現(xiàn)帶寬與信噪比之間的互換，提高抗干擾、抗衰落能力。調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性都有影響。引言(續(xù))調(diào)制方法正弦波調(diào)制模擬調(diào)制幅度調(diào)制線性調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM雙邊帶調(diào)制DSB單邊帶調(diào)制SSB殘留邊帶調(diào)制VSB角度調(diào)制非線性調(diào)制調(diào)頻FM調(diào)相PM數(shù)字調(diào)制振幅鍵控ASK頻移鍵控FSK相移鍵控PSK，DPSK其他QAM，MSK脈沖調(diào)制模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM脈寬調(diào)制PDM脈位（脈速）調(diào)制PPM數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM增量調(diào)制M差分脈碼調(diào)制DPCMm(t)OtA0+m(t)OtOOt

3、tcoswc(t)sAM(t)1M(w)pA0wHwHwwcwcpA0SAM(w)021w0正弦載波：A：振幅c=2fc：角頻率0：初相位 正弦波調(diào)制的信號波形PAM、 PDM、 PPM的信號波形 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根本調(diào)制，h(t)控制產(chǎn)生不同的調(diào)幅波。 調(diào)制信號控制載波的幅度，使之隨調(diào)制信號呈線性變化二、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM1調(diào)制 m (t)為直流=0的基帶信號，A0為外加直流假設(shè)m (t)含有直流分量，將其歸入A0SAM (t) = A0 + m (t) cos ct標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM

4、(續(xù))調(diào)制1M(w)wHwHw0pm0wcwcpm0SAM(w)021w下邊帶上邊帶載頻m(t)Otm0+m(t)OtOOttcoswc(t)sAM(t)A0A0A0標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM (續(xù))調(diào)制說明：調(diào)制使頻譜搬移，但未改變形狀。AM頻譜波形關(guān)于c對稱，分上、下邊帶調(diào)制使已調(diào)信號帶寬增加一倍假設(shè)m(t)為隨機信號，頻域使用功率譜描述，結(jié)論相同要求A0 + m(t) 0，否那么，“過調(diào)幅，使包絡(luò)失真。稱|m(t)|max/A0為調(diào)幅指數(shù)要求cH，否那么，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 mo(t) Ao + m (t)，經(jīng)

5、隔直電路得到m (t) 整流器低通濾波器標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM(續(xù))3. 應(yīng)用中短波播送通信標(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：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，假設(shè)m(t)含有直流分量，可通過隔直電路去掉。(a) 調(diào)制信號頻譜密度M(f)f01(b) 已調(diào)信號頻譜密度fc0-fcfS(f)上邊帶上邊帶下邊帶1/2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D

6、SB(續(xù))3. 應(yīng)用立體聲播送 4. 效率 SDSB (t)信號無載頻分量，Pc=0 效率DSB=100%5. 缺點：已調(diào)信號帶寬增大一倍, 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，提取下邊帶+；H(w)為理想高通時，提取上邊帶- 單邊帶調(diào)幅SSB(續(xù))原理：兩個邊帶包含相同的信息只需傳輸一個邊帶：上邊帶或下邊帶要求m(t)中無太低頻率技術(shù)難點陡峭截止特性的濾波器難實現(xiàn)采用多級DSB調(diào)制及邊帶濾波的方法。先在較低載頻上進行DSB調(diào)制，增大過渡帶的歸一化值。再在要求的載頻上二次調(diào)制-fcHL(f)特性上邊帶(b) 上邊帶濾波器特性和信號頻

7、譜上邊帶fc0f上邊帶S(f)上邊帶下邊帶HH(f)特性HH(f)特性(a) 濾波前信號頻譜(c) 下邊帶濾波器特性和信號頻譜S(f)S(f)-fc0f-fcfcf下邊帶fc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) S(f)(b) 上邊帶信號頻譜上邊帶上邊帶fc0-fcf2fc-2fc(a) 載波頻譜fc0-fcfC(f)(c) 載波和上邊帶信號頻譜的卷積結(jié)果fc0-fcf2fc-2fcM(f)HL(f)1/21/4單邊帶調(diào)幅SSB(續(xù))3. 應(yīng)用 載波通信，短波無線 4. 缺點：要求邊帶濾波器是理想低通或理 想高通。不易實現(xiàn)。

8、 五、殘留邊帶調(diào)幅VSB目的: 信道利用率較高,邊帶濾波器易實現(xiàn) 1. 調(diào)制 H()滿足：關(guān)于c點奇對稱互補。 ，H為基帶信號截止頻率） (上式要求：濾波器的截止特性對于 fc具有互補的對稱性：H(f + fc)-(fc+fm)0000ffffc-fcfc+fm-2fc2fc-2fc2fcfm-fmfmfH(f)H(f - fc)H(f + fc) + H(f fc)殘留邊帶調(diào)幅VSB(續(xù))VSB使一個邊帶的大局部通過小局部損失，另一個邊帶的小局部殘留，且殘留局部剛好彌補損失局部。 VSB系統(tǒng)的頻率特性及相干解調(diào)原理如以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

9、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)信號包絡(luò)與調(diào)制信號的形狀完全相同的情況下的解調(diào)，結(jié)構(gòu)簡單，用于AM解調(diào)插入載波包絡(luò)檢波：對DSB、SSB、VSB信號，在發(fā)送端或接收端插入很強的載波，使之成為近似AM的信號，然后采用包絡(luò)檢波。要求插入的載波同頻同相。AM例題AM電臺的輸出功率是50KW，對單頻余弦信號進行調(diào)制，調(diào)幅指數(shù)為。求：1調(diào)制效率2載波功率3假設(shè)天線用50電阻表示，求載波的峰值幅度。DSB例題接收DSB信號時，設(shè)本地載波與發(fā)送載波有頻差，相位差，分析對解調(diào)結(jié)果的影響。SSB例題03KHz的基帶信號經(jīng)過20MHz的載波調(diào)制后

10、，生成下邊帶信號。接收機框圖如下，其中，兩級混頻器的頻點分別為fo和fd。fo高于輸入信號的頻率，中頻放大器的通頻帶范圍為，求fo和fd。中頻放大器SSSB(t)foLPFmo(t)fd 頻分復(fù)用當(dāng)信道帶寬遠大于一路信號的帶寬時，利用調(diào)制技術(shù)將多路信號調(diào)制道互不交疊的各個頻段上，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)) 線性調(diào)制應(yīng)用舉例一、載波 系統(tǒng)二、電視三、立體聲播送 一、載波 系統(tǒng)在多路載波 系統(tǒng)中采用：SSB調(diào)制，頻分復(fù)用傳輸技術(shù)來節(jié)省傳輸頻帶。每路 信號限帶3003400Hz，SSB調(diào)制后，為便于接收，另加保護間隔，每路載波 取4KHz做為標(biāo)準(zhǔn)頻帶。載波 系統(tǒng)(

11、續(xù))多路載波電路分群等級： 分群等級容量（路數(shù)）帶寬（KHz）基本頻帶（KHz）基群124860108超 群5 * 12 = 60240312552基本主群5 * 60 = 30012008122044基本超主群3 * 300 = 900360085161238812MHz系統(tǒng)3 * 900 = 270010.8MHz載波 系統(tǒng)(續(xù))基群頻譜： 60 64 68 108 f/kHz二、電視1. 黑白電視信號 圖象信號VSB調(diào)制，上邊帶寬，下邊帶寬；伴音信號FM調(diào)制，伴音載頻距圖象載頻；二者頻分復(fù)用，信號總帶寬8MHz。電視(續(xù))2.彩色電視信號 彩色電視由RGB三原色組成，為與黑白電視兼容，傳

12、送三色合成的亮度信號Y既黑白的圖象信號和兩路色差信號：R-Y紅色-亮度之差，B-Y蘭色-亮度之差亮度信號YVSB調(diào)制；色差信號正交的DSB調(diào)制，彩色付載頻距圖象載頻，色差信號頻譜落于亮度信號頻譜范圍內(nèi)，帶寬不變；伴音信號FM調(diào)制，伴音載頻距圖象載頻；電視(續(xù))3. 電視信號的頻譜4. 解調(diào)：發(fā)射時插入大的載波，接收機 包絡(luò)檢波三、立體聲播送播送信號頻帶015KHz，包括左右兩個聲道L和R。立體聲播送傳送L+R和L-R。L+R：基帶信號，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

13、通調(diào)頻播送與立體聲調(diào)頻播送兼容，但只發(fā)送L+R信號。立體聲播送(續(xù)) 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) ；基帶信號帶寬為fm。 分析模型(續(xù))為解調(diào)器輸入端的信噪比。Si，Ni為解調(diào)器輸入端信號和噪聲的平均功率，So，No為解調(diào)器輸出端信號和噪聲的平均功率， 為解調(diào)器輸出端的信噪比。 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)幅信號相干解調(diào)的抗噪性能BPF帶寬為：各種調(diào)幅信號相干解調(diào)的抗噪性

14、能(續(xù))各種調(diào)幅信號相干解調(diào)的抗噪性能(續(xù))各種調(diào)幅信號相干解調(diào)的抗噪性能(續(xù))說明：AM解調(diào)器對輸入信噪比沒有改善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 大信噪比時，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 小信噪比時，包絡(luò)檢波出現(xiàn)“門限效應(yīng)，信號完全被淹沒在噪聲中。“門限效應(yīng)是所有非相干解調(diào)的共同問題。 角度調(diào)制原理一、根本概念二、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、根本概念1. 角調(diào)

15、波的一般表達式 A：振幅， 保持不變：瞬時角頻率； ：瞬時頻偏； (t) ：瞬時相移； (t) = ct + (t) ：瞬時相位；根本概念(續(xù))2.調(diào)相PM瞬時相移隨基帶信號成線性變化 Kp：調(diào)相靈敏度根本概念(續(xù))3.調(diào)頻FM瞬時頻偏隨基帶信號成比例變化 Kf：調(diào)頻靈敏度根本概念(續(xù))PM 信號和FM 信號波形 (a) PM 信號波形 (b) FM 信號波形 根本概念(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；根本概念(續(xù))5.寬帶調(diào)頻與窄帶調(diào)頻 調(diào)頻信號:瞬時角頻率: 最大角頻偏: 瞬時相位偏移: 最大相位偏移:根本概念(續(xù))假設(shè)m(t)=c

16、osmt 基帶帶寬fm，m=2fm 結(jié)論：對任一歸一化的基帶信號m (t)帶寬fm，最大角頻偏： 最大相位偏移： ，又稱調(diào)制指數(shù) 根本概念(續(xù))可見，瞬時頻偏Kf m(t)項表示載波頻率自其靜態(tài)值c的偏移，它將決定調(diào)頻信號的頻譜寬度。 mf 0.5(f k的Jn (mf )忽略。那么 BFM = 2kfm。一般： kmf+1，B=2 (mf +1)fm=2(f + fm)近似地mf 1時，kmf ，B=2 mf fm=2f WBFM本結(jié)論適用于任意最高頻率為fm的基帶信號m(t) 例題調(diào)頻播送，最大頻偏為75KHz。(1) 調(diào)制信號的帶寬取4KHz時，播送信號帶寬是多少？(2)調(diào)制信號的帶寬取

17、15KHz時，播送信號帶寬是多少？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m(t) 線性控制： C = C0 + C = C0 + K m(t) (C V(t) ，信號與噪聲分別計算 信號局部： 噪聲局部：鑒頻器輸出正比于輸入信號的瞬時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)為那么鑒頻器輸出噪聲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(

18、t)=Acoswmt時，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.調(diào)制信號是8MHz的單頻余弦信號，假設(shè)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、小輸入信噪比時的抗噪性能小輸入信噪比時A V(t) 出現(xiàn)“門限效應(yīng)，信號完全被淹沒在噪聲中。mf越大，門限值越高，一般為10dB門限值以上，信噪比線性改善門限值以下，信噪比急劇下降用鎖相環(huán)解調(diào)，以降低門限。四、預(yù)加重和去加重原因：鑒頻器輸出噪聲功率譜隨f呈拋物線增大，信號高頻分量的的噪聲干擾大，而調(diào)頻播送信號的能量集中在低頻段目的：改善調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比思路：發(fā)送端預(yù)加重：加強高頻分量的信號傳輸信道：參加噪聲接收端去加重：衰減復(fù)原高頻分量的信號，同時衰減了噪聲的影響技術(shù)：杜比Dolby降噪系統(tǒng)各種模擬調(diào)制系統(tǒng)比較AMDSBSSBVSBFM帶寬2fm2fmfmfm 2fmNBFM: 2fm;WBFM:2(f+ fm