1、1,5.0 基本概念,5.1 幅度調(diào)制的原理,5.3 非線性調(diào)制的原理,5.5 各種模擬系統(tǒng)的比較,5.6 頻分復(fù)用（FDM）,5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能,5.4 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪性能,第五章 模擬調(diào)制系統(tǒng),2,調(diào)制信號指來自信源的基帶信號（低頻） 載波未受調(diào)制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波（高頻） 調(diào)制用調(diào)制信號去控制載波信號的某個參數(shù)，使參數(shù)隨調(diào)制信號的變化而變化,把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。 已調(diào)信號載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號,調(diào)制信號和載波的合成信號(高頻） 解調(diào)（檢波）調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復(fù)出來。, 基本概念,5.0 基

2、本概念,3,提高無線通信時的天線輻射效率。 把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。 擴(kuò)展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。, 調(diào)制的目的,5.0 基本概念,4,調(diào)制器, 調(diào)制模型,調(diào)制信號,載波,已調(diào)信號,5.0 基本概念,5,根據(jù)調(diào)制信號、載波類型、載波參數(shù)變化的不同進(jìn)行分類。,連續(xù)波調(diào)制,脈沖調(diào)制,模擬連續(xù)波調(diào)制（簡稱模擬調(diào)制）,數(shù)字連續(xù)波調(diào)制（簡稱數(shù)字調(diào)制）,數(shù)字脈沖調(diào)制,模擬脈沖調(diào)制,角度調(diào)制,幅度調(diào)制,AM DSB-SC SSB VSB,FM PM, 調(diào)制的分類,正弦波的瞬時角頻率或相位隨輸入信號的變化而變

3、化,包括頻率調(diào)制、相位調(diào)制,幅度調(diào)制：正弦波的幅度隨輸入信號的變化而變化,包括調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶;,5.0 基本概念,6,線性調(diào)制,非線性調(diào)制,幅度調(diào)制,頻率調(diào)制,相位調(diào)制,5.0 基本概念,7,振幅調(diào)制,5.0 基本概念,8,頻率調(diào)制,5.0 基本概念,9,相位調(diào)制,5.0 基本概念,10,頻譜移動及帶通性質(zhì),AM,PM,FM,5.0 基本概念,11,5.0 基本概念,5.1 幅度調(diào)制的原理,5.3 非線性調(diào)制的原理,5.5 各種模擬系統(tǒng)的比較,5.6 頻分復(fù)用（FDM）,5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能,5.4 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪性能,第五章 模擬調(diào)制系統(tǒng),12,正弦型載波為 式中，

4、A 載波幅度； c 載波角頻率； 0 載波初始相位（以后假定0 0）。 則根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號（已調(diào)信號）一般可表示成 式中， m(t) 基帶調(diào)制信號。,調(diào)幅定義：載波的振幅隨調(diào)制信號的變化而變化,適當(dāng)選擇帶通濾波器的特性，便可以得到各種幅度調(diào)制信號。,5.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,13,設(shè)調(diào)制信號m(t)的頻譜為M()，則已調(diào)信號的頻譜為:,已調(diào)信號的頻譜是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移(精確到常數(shù)因子)。由于這種搬移是線性的，因此，幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。 注意：這里的“線性”并不意味著已調(diào)信號與調(diào)制信號之間符合線性變換關(guān)系。,5.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,14,2 信號

5、表達(dá)式,m(t) 調(diào)制信號，均值為0； A0 常數(shù)，表示疊加的直流分量。,1 調(diào)制器模型,5.1.1 AM信號：普通調(diào)幅波,15,3 信號波形,包絡(luò),由波形可以看出，當(dāng)滿足條件 |m(t)|max A0 時，其包絡(luò)與調(diào)制信號波形相同，因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號。,過調(diào)幅,5.1.1 AM信號：普通調(diào)幅波,16,過調(diào)幅失真,用其他的解調(diào)方法，如同步檢波。,包絡(luò),包絡(luò)檢波將發(fā)生失真,5.1.1 AM信號：普通調(diào)幅波,17,（1）包絡(luò)檢波（二極管單向?qū)ㄐ裕?（2）低通濾波（除去高頻成分） （3）隔斷直流（恢復(fù)基帶波形）,4 解調(diào)方法 非相干解調(diào)：包絡(luò)檢波法,5.1.1 AM信號：普通

6、調(diào)幅波,18,4 解調(diào)方法 相干解調(diào)：同步檢波法,嚴(yán)格同步的本地載波,5.1.1 AM信號：普通調(diào)幅波,19,5 頻譜：若m(t)為確知信號，則AM信號的頻譜為,因為,且,若m(t)為隨機(jī)信號，則已調(diào)信號的頻域表示式必須用功率譜描述。,5.1.1 AM信號：普通調(diào)幅波,20,上邊帶,下邊帶,AM 頻譜示意圖,SAM(t) 的頻譜是 m(t) 的頻譜在頻域內(nèi)的線性搬移稱之為線性調(diào)制,下邊帶,上邊帶,載頻分量,載頻分量,5.1.1 AM信號：普通調(diào)幅波,21,6 AM信號的特性 帶寬：它是帶有載波分量的雙邊帶信號，帶寬是基帶信號帶寬 fH 的兩倍： 功率：當(dāng)m(t)為確知信號時，,載波功率,邊帶功

7、率,5.1.1 AM信號：普通調(diào)幅波,22,調(diào)制效率 AM信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)，載波分量并不攜帶信息。 有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號總功率的比例稱為調(diào)制效率：,5.1.1 AM信號：普通調(diào)幅波,23,當(dāng)m(t) = Am cos mt (單音余弦信號），時 當(dāng)“滿調(diào)幅”時，|m(t)|max = A0時，調(diào)制效率最高 max 1/3,AM信號的功率利用率很低。,應(yīng)用：中短波段AM廣播。,5.1.1 AM信號：普通調(diào)幅波,24,5.1.1 AM信號：普通調(diào)幅波,【例5.1】 已知一AM廣播電臺輸出功率為50KW，采用單頻余弦信號進(jìn)

8、行調(diào)制，調(diào)幅指數(shù)為0.707，計算調(diào)制效率和載波功率。,25,雙邊帶調(diào)制原理:在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。如果在AM調(diào)制模型中將直流去掉，即可得到一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式抑制載波雙邊帶調(diào)制，簡稱雙邊帶調(diào)制(DSB) 1 信號表達(dá)式:無直流分量A0,5.1.2 雙邊帶調(diào)制（DSB）,2 頻譜：無載頻分量,3 信號帶寬,26,DSB 信號表達(dá)式,波形：,DSB 頻譜結(jié)構(gòu),頻譜圖：,包絡(luò),5.1.2 雙邊帶調(diào)制（DSB）,27,4 解調(diào)方法 相干解調(diào)：同步檢波法,5.1.2 雙邊帶調(diào)制（DSB）,28,嚴(yán)格同步的本地載波,5.1.2 雙邊帶調(diào)制（DSB）,29,4 調(diào)制效

9、率 DSB信號的總功率只包括邊帶功率，不含有載波功率，所以DSB信號的調(diào)制效率是100%，即全部功率都用于信息傳輸。 5 優(yōu)點 功率利用率較高（與AM相比）,節(jié)省了載波功率 6 缺點 不能用包絡(luò)檢波，需用相干解調(diào)，較復(fù)雜。但頻帶與AM信號同，是調(diào)制信號帶寬的2倍。 7 應(yīng)用 FM立體聲中的差信號調(diào)制，彩色TV系統(tǒng)中的色差信號調(diào)制，以及正交調(diào)制等。,5.1.2 雙邊帶調(diào)制（DSB）,30,5.1.3 SSB信號：單邊帶信號,原理：因為DSB上、下邊帶都包含了M()的所有頻譜成分，因此傳一個邊帶即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調(diào)制。 產(chǎn)生SSB信號的方法有兩種：濾

10、波法和相移法。,31,SSB信號的頻譜,單邊帶濾波器的傳輸函數(shù),若具有如下理想低通特性，則可濾除上邊帶。,若具有如下理想高通特性，則可濾除下邊帶。,1、濾波法原理 用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶:,5.1.3 SSB信號：單邊帶信號,32,5.1.3 SSB信號：單邊帶信號,33,上邊帶頻譜圖,上邊帶要求,下邊帶要求,下邊帶頻譜圖,34,濾波法的技術(shù)難點 濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性，實際濾波器從通帶到阻帶總有一個過渡帶，允許的過渡帶為最低頻率2倍。 例如，若經(jīng)過濾波后的話音信號的最低頻率為300Hz，則上下邊帶之間的頻率間隔為600Hz，即允許過渡帶為600Hz。,5.1.3 SSB信號

11、：單邊帶信號,35,5.1.3 SSB信號：單邊帶信號,2、相移法和SSB信號的時域表示,若M()是m(t)的傅里葉變換，則 物理意義：m(t)通過傳遞函數(shù)為-jsgn的濾波器即可得到其希爾伯特變換,36,3、SSB信號的解調(diào) 相干解調(diào)：SSB信號的解調(diào)和DSB一樣，不能采用簡單的包絡(luò)檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調(diào)信號，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。,5.1.3 SSB信號：單邊帶信號,37,5.1.3 SSB信號：單邊帶信號,38,4、SSB信號的性能 SSB信號的實現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在傳輸信息時，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻

12、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。,5.1.3 SSB信號：單邊帶信號,39,5、討論 （1）SSB最突出的優(yōu)點是對頻譜資源的有效利用，它所需要的傳輸帶寬僅為AM，DSB的一半，因此SSB方式有其適合已經(jīng)擁擠不堪的高頻頻譜區(qū)。目前SSB是短波通信中的一種重要調(diào)制方式。 （2）SSB的另外一個優(yōu)點是由于不傳送載波和另外一個邊帶，所以節(jié)省功率。這一結(jié)果帶來的低功耗特性和設(shè)備重量的減輕對移動通信系統(tǒng)尤為重要 （3）SSB帶寬的節(jié)省是以復(fù)雜度的增加為代價的。濾波法的技術(shù)難點市陡峭的邊帶濾波特性難以實現(xiàn)，相移法的技術(shù)難點在于寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作。 （4）SSB信號

13、的解調(diào)也不能采用簡單的包絡(luò)檢波法，采用相干解調(diào)法。,5.1.3 SSB信號：單邊帶信號,40,AM、DSB、SSB 比較,AM調(diào)制,DSB調(diào)制,LSSB調(diào)制,USSB調(diào)制,功耗大、帶寬寬,解調(diào)簡單,功耗小 帶寬寬,功耗小，帶寬窄 頻率整體搬移困難,41,1、濾波法模型 輸出信號時域表示式為： 輸出信號頻域表示式為： 只要適當(dāng)選擇H()，便可以得到各種幅度調(diào)制信號。,5.1.5 線性調(diào)制的一般模型,42,單邊帶調(diào)制： H()具有理想高通特性，則保留上邊帶 若H()有理想低通特性，則保留下邊帶。,雙邊帶調(diào)制：H()=1；,5.1.5 線性調(diào)制的一般模型,43,調(diào)制模型,AM 信號,DSB 信號,S

14、SB 信號,5.1.5 線性調(diào)制的一般模型,44,2、移相法模型 sm(t)可等效為兩個互為正交調(diào)制分量的合成。 頻域表達(dá)式為：,同相分量,正交分量,5.1.5 線性調(diào)制的一般模型,45,移相法線性調(diào)制的一般模型如下，它適用于所有線性調(diào)制。,5.1.5 線性調(diào)制的一般模型,46,可以得到常規(guī)調(diào)幅邊帶信號,可以得到雙邊帶信號,5.1.5 線性調(diào)制的一般模型,47,可以得到單邊帶信號,希爾伯特 濾波器,5.1.5 線性調(diào)制的一般模型,48,5.1.5 線性調(diào)制的一般模型,49,5.1.6 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波,解調(diào)是調(diào)制的逆過程，其作用是從接收的已調(diào)信號中恢復(fù)原基帶信號（即調(diào)制信號）。 解調(diào)的方法有

15、： 相干解調(diào)（同步檢波） 非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）,50,1、相干解調(diào)（同步檢波） 相干解調(diào)器的一般模型 相干解調(diào)器原理：為了無失真地恢復(fù)原基帶信號，接收端必須提供一個與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步(同頻同相)的本地載波(稱為相干載波)，它與接收的已調(diào)信號相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號。 實質(zhì)：頻譜搬移，把在載頻位置的已調(diào)信號的譜搬回到原始基帶位置。,5.1.6 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波,51,【時域】已調(diào)信號的一般表達(dá)式為 與同頻同相的相干載波c(t)相乘后，得 經(jīng)低通濾波器后，得到 因為sI(t)是m(t)通過一個全通濾波器HI () 后的結(jié)果，故上式中的sd(t)就是解調(diào)

16、輸出，即,5.1.6 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波,52,2、包絡(luò)檢波 適用條件：AM信號，且要求|m(t)|max A0 ， 包絡(luò)檢波器結(jié)構(gòu)： 性能分析 設(shè)輸入信號是 選擇RC滿足如下關(guān)系 在大信號檢波時（一般大于0.5V），二極管處于受控的開關(guān)狀態(tài)，檢波器輸出為 隔去直流后即可得到原信號m(t)。,5.1.6 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波,53,3 、插入載波的包絡(luò)檢波 因DSB、SSB、VSB均是抑制載波的已調(diào)信號，其包絡(luò)不能直接表示調(diào)制信號，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波方法解調(diào)，但若插入很強(qiáng)的載波，使之成為或近似為AM信號，則可利用包絡(luò)檢波器恢復(fù)調(diào)制信號。 該方法對DSB、SSB和VSB信號均適用，載波分量可在接收端插入，也可以在發(fā)送端插入。為了保證檢波質(zhì)量，插入的載波振幅應(yīng)遠(yuǎn)大于信號的振幅，同時也要求插入的載波與調(diào)制