模擬調(diào)制系統(tǒng)精品課件

1、模擬調(diào)制系統(tǒng)第1頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.1引言調(diào)制在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。通過調(diào)制，不僅可以進行頻譜搬移，把調(diào)制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸或便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號，而且，它對系統(tǒng)的傳輸有郊性和傳輸可靠性有著很大的影響。在通信系統(tǒng)的發(fā)送端通常需要有調(diào)制過程，而在接收端則需要有反調(diào)制過程解調(diào)過程。第2頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.1.1 調(diào)制的定義 調(diào)制：用待傳輸?shù)脑夹盘柸タ刂聘哳l正弦波或周期性脈沖信號的某個參量，使它隨基帶信號的變化而變化。其實質(zhì)是頻譜變換。調(diào)制器基帶信號f(t)載

2、波信號c(t)已調(diào)信號Sm(t)第3頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.1.2常用名詞解釋 載波信號(被調(diào)制信號) 高頻正弦波或周期性脈沖信號稱為載波； 基帶信號(調(diào)制信號) 原始信號稱為基帶信號（或調(diào)制信號）； 已調(diào)信號：調(diào)制后得到的其參量隨原始信號作線性變化的信號稱為已調(diào)信號。（特點：1，攜帶原始信號的信息。2，適合在信道中傳輸。）調(diào)制的作用（為什么需要調(diào)制）第4頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.1.3調(diào)制的作用（為什么需要調(diào)制）1）調(diào)制的實質(zhì)是進行頻譜搬移。把基帶信號的頻譜搬移到載頻附近，以適應(yīng)信道頻帶要求，使信號特性與信道特性相匹配，便

3、于發(fā)送和接收。 無線電信號能夠發(fā)射的條件 信號頻率足夠高 天線具有開放性結(jié)構(gòu) 基帶信號的低頻分量豐富，如果直接傳送信號損耗太大；天線能有效發(fā)射電磁波的另一條件是：所發(fā)射的信號波長與天線的尺寸相比擬。載波的頻率較高(波長較短)，發(fā)射天線易于制作。 第5頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.1.3調(diào)制的作用（為什么需要調(diào)制）2）實現(xiàn)信道的復(fù)用，即在一個信道中同時實現(xiàn)傳輸多路信號，以提高信道的利用率。 如若干個廣播電臺同時工作時，由于不同基帶信號頻譜所占據(jù)的頻帶大致相同，若不進行不同載波的調(diào)制，廣播電臺就無法同時工作。3）利用信號帶寬和信噪比的互換性，提高系統(tǒng)的抗干擾性能，并有

4、效地利用頻帶。 如擴頻通信，射頻信號帶寬遠大于基帶信號帶寬，使基帶信號淹沒在噪聲中而不容易被發(fā)現(xiàn),提高了系統(tǒng)的可靠性和隱蔽性。第6頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.14 調(diào)制的分類第7頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四調(diào)制方式用途舉例線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM廣播雙邊帶調(diào)制DSB立體聲廣播單邊帶調(diào)制SSB載波通信、短波無線電話通信殘留邊帶調(diào)制VSB電視廣播、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制振幅鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控PSK數(shù)據(jù)傳輸其它高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK數(shù)字微波、空間通信正

5、弦波調(diào)制（連續(xù)波調(diào)制）第8頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四調(diào)制方式用途舉例脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測脈寬調(diào)制PDM中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話中繼線、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM（M）軍用、民用數(shù)字電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其它編碼方式ADPCM中速數(shù)字電話 脈沖調(diào)制第9頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四 幅度調(diào)制的原理h（t）f(t)S(t)c(t)幅度調(diào)制的一般模型3.2 幅度調(diào)制 用調(diào)制信號f(t)控制高頻載波C(t)的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號的變化而變化。數(shù)學(xué)模型

6、見圖。 第10頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四調(diào)幅（AM）H（w）為全通網(wǎng)絡(luò)，f(t)含有直流成分。雙邊帶（DSB）H（w）為全通網(wǎng)絡(luò)，f(t)無直流成分。單邊帶（SSB）H（w）為截止頻率為載頻fc的高通或低通濾波器。殘留邊帶（VSB）H（w）為特定的互補特性濾波器。根據(jù)濾波器特性和調(diào)制信號所含頻譜成分的差異，幅度調(diào)制分為：幅度調(diào)制的原理第11頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.2.1 調(diào)幅信號（AM）1）定義：由模擬信號對載頻的幅度進行調(diào)制得到。2）時間表示式：載頻信號調(diào)幅信號為調(diào)制信號f(t)疊加直流A0后對載波的幅度進行調(diào)制形成。調(diào)幅信號

7、第12頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.2.2 調(diào)幅波包絡(luò)不失真的條件 前提：調(diào)幅引起的最大振幅增量 ，即瞬時振幅的最小值A(chǔ)(t)min小于零時。否則包絡(luò)就會失真。波形特點：AM信號振幅包絡(luò)的形狀與基帶信號形狀一致，即AM信號的振幅包絡(luò)隨基帶信號的瞬時值按一定比例變化。調(diào)幅指數(shù)。取值：小于1；正常調(diào)幅 ；等于1；滿調(diào)幅大于1；過調(diào)幅第13頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四第14頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.2.3 調(diào)幅信號的頻譜時域表達式頻域表達式 BAM = WAM /2= 2F(Hz) 基帶信號帶寬W：F調(diào)幅信號

8、帶寬是基帶信號帶寬（基帶信號最高頻率 ）2倍結(jié)論：已調(diào)信號的頻譜與基帶信號的頻譜形狀上完全一 樣，只是進行了頻譜搬移。（線性調(diào)制）第15頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四sAM(t)tSAM()-cc02mc()-cc0c(t)tF()-mm0AM信號的波形及頻譜tA0f(t)第16頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.2.4 調(diào)幅波的功率假定調(diào)制信號f(t)沒有直流分量Pc為載波功率；Pf邊帶功率第17頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.2.5 調(diào)制效率定義：由于調(diào)幅信號攜帶調(diào)制信號信息的不是載頻分量，而是邊帶分量，所以將邊

9、帶功率與調(diào)幅信號平均功率的比值稱為調(diào)幅信號的調(diào)制效率。例： 單頻調(diào)制為了得到較高的調(diào)制效率，希望采用較深的調(diào)制。但是對于調(diào)幅波， 為了保證包絡(luò)不失真， 最大只能為1(滿調(diào)幅)，此時調(diào)制效率為1/3。所以，振幅調(diào)制的效率比較低。這是振幅調(diào)制的缺點。第18頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四調(diào)幅波由載波分量和邊帶分量組成，調(diào)制效率較低。如單頻調(diào)制時，在滿調(diào)幅情況下，邊帶功率只占總功率的三分之一；在各種基帶信號中，調(diào)制效率最高的是幅度為A 的方波，調(diào)制效率為0.5。雙邊帶調(diào)幅只傳送邊帶分量，抑制了載波分量，提高功率利用率。也稱為抑制載波調(diào)幅（AMSC）。3.3 雙邊帶調(diào)制（DSB

10、） 第19頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.3.1 雙邊帶信號（DSB）的特點雙邊帶信號的時域表達式：雙邊帶信號的頻域表達式：帶寬結(jié)論：DSB信號的帶寬是調(diào)制信號最高頻率的兩倍。 是調(diào)幅波在載頻分量為0的特例。第20頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四C(t)tttf(t)www00(a) 載波波形(b) 基帶調(diào)制信號波形(C) DSB信號波形DSB信號頻譜基帶信號頻譜載波信號頻譜DSB信號的波形及頻譜第21頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四過零點處，雙邊帶信號的波形出現(xiàn)反相點。雙邊帶信號的包絡(luò)不再與基帶信號的變化規(guī)律保持一致

11、。所以DSB信號不能用不能檢波器解調(diào)。3.3.2 說明第22頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四振幅調(diào)制的實質(zhì)是對調(diào)制信號進行加法和乘法運算。調(diào)幅器的模型，原則上只要一個加法器和一個乘法器的組合，就可以實現(xiàn)振幅調(diào)制。但實際的調(diào)幅器是很多的。3.4 調(diào)幅信號的產(chǎn)生 產(chǎn)生模型： 調(diào)幅信號第23頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四產(chǎn)生： 雙邊帶調(diào)制實際是一個相乘運算，因此一個乘法器就可以產(chǎn)生DSB信號。說明：只要用基波角頻率為c的任何形狀的周期信號與f(t)相乘，都能夠?qū)崿F(xiàn)DSB。3.5 雙邊帶信號的產(chǎn)生 產(chǎn)生模型： 調(diào)幅信號C(t)帶通濾波器（中心頻率c）f

12、(t)第24頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.5 雙邊帶信號的產(chǎn)生 C(t)是基波角頻率為c的任何形狀的周期信號，根據(jù)信號分析理論，任何周期信號均可分解為直流與一序列諧波分量之和。其中，第二相就是DSB信號，可用帶通濾波器（中心頻率c，帶寬為2fm）取出。實際中，常是采用乘法器（環(huán)形調(diào)制器）實現(xiàn)。第25頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四3.6 調(diào)幅信號的解調(diào)解調(diào)是調(diào)制的逆過程，在通信系統(tǒng)的接收端從已調(diào)信號中恢復(fù)基帶信號的過程就叫解調(diào)。從頻域上看，解調(diào)就是將調(diào)制時搬移到載頻附近的調(diào)制信號頻譜搬回到原來的基帶范圍內(nèi)。調(diào)幅信號的解調(diào)方法分相干解調(diào)和非相

13、干解調(diào)兩大類。AM調(diào)幅信號一般采用非相干解調(diào)。解調(diào)器有包絡(luò)檢波器、平方律檢波器等。第26頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四相干解調(diào)所謂相干解調(diào)，就是利用已調(diào)信號的相位變化來恢復(fù)調(diào)制信號。相干解調(diào)對于AM、DSB、SSB及VSB都適用，沒有門限效應(yīng)，但它要求本地載波和接收信號的載波必須保持同頻和同相。相干解調(diào)又叫同步檢測（同步檢波）、相干檢測（相干檢波）、零拍檢測。第27頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四1)相干解調(diào)的原理-模型圖LPF: Low-pass Filter 低通濾波器 cos(ct+) 本地載波 LPFs(t)ud(t)vp(t)第28頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四2) DSB相干解調(diào)的波形及其頻譜圖第29頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四相干解調(diào)的波形及其頻譜圖第30頁，共32頁，2022年，5月20日，6點42分，星期四說明：為了得到較好的解調(diào)效果，要求接收端參考載波的頻率和相位與接收信號的載波頻率和相位完全相同。因此接