第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)

2023/2/6DigitalTrunkingSwitchSwitchAnalogLoopDigitalNetworkPOTSSwitchCBDigitalLoopDigitalNetworkISDNSwitch通信概論第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.1調(diào)制的基本概念與分類2.2常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AM)2.3抑制載波雙邊帶(DSB-SC)調(diào)制2.4單邊帶調(diào)制(SSB)2.5殘留邊帶調(diào)制(VSB)2.6插入載波的包絡(luò)檢波2.7頻分復(fù)用(FDM)2.8非線性調(diào)制(角調(diào)制)本章內(nèi)容簡介調(diào)制的概念序調(diào)制的功能

1調(diào)制的定義2調(diào)制的分類3調(diào)制的功能我們通常把消息經(jīng)過適當處理后所得到的原始信號稱為基帶信號，這種信號不能在信道中直接進行傳輸嗎？模擬通信系統(tǒng)模型為什么要調(diào)制？為什么要調(diào)制？頻率在300～3000Hz是人們?nèi)粘＝涣髯畛Ｓ玫穆曇纛l率范圍，我們以3000Hz為例，計算它的波長。天線的長度要大于信號波長的1/10，才能有效地輻射電磁波，可計算出天線的長度為：為什么要調(diào)制？一萬米的手機天線你敢用么？減小天線長度減小信號波長增大信號頻率調(diào)制如何減少天線的長度呢？為什么要調(diào)制？調(diào)制的概念調(diào)制信號載波信號已調(diào)信號調(diào)制的概念調(diào)制的概念2023/2/6第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.1調(diào)制的基本概念與分類調(diào)制－把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。廣義調(diào)制－分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。狹義調(diào)制－僅指帶通調(diào)制。在無線通信和其他大多數(shù)場合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。調(diào)制信號－指來自信源的基帶信號載波調(diào)制－用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程。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。已調(diào)信號－載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號。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。頻譜變換實現(xiàn)信道的復(fù)用改善系統(tǒng)性能調(diào)制的基本作用是頻率搬移，通過調(diào)制將信號頻譜搬移到所需要的位置。通過調(diào)制，可使實現(xiàn)在一個信道里同時傳輸多個信號。將信號變換，使它占據(jù)較大的帶寬，它將具有較強的抗干擾性。第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.1調(diào)制的基本概念與分類第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.1調(diào)制的基本概念與分類

圖2.1

調(diào)制器的一般模型幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制以調(diào)制信號去控制載波的幅度變化以調(diào)制信號去控制載波的頻率變化以調(diào)制信號去控制載波的相位變化第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.1調(diào)制的基本概念與分類（1）按調(diào)制信號m(t)的類型分：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制（2）按載波信號c(t)的類型分：連續(xù)波調(diào)制和脈沖調(diào)制（3）按調(diào)制器的不同功能分：幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制（4）按調(diào)制器的傳輸函數(shù)分：線性調(diào)制和非線性調(diào)制（5）按已調(diào)信號占用帶寬分：窄帶調(diào)制、寬帶調(diào)制和擴頻調(diào)制第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.1調(diào)制的基本概念與分類幅度調(diào)制根據(jù)頻譜特性的不同AMVSBDSBSSB常規(guī)調(diào)幅抑制載波雙邊帶調(diào)幅單邊帶調(diào)幅殘留邊帶調(diào)幅第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AM)正弦型載波為

式中m(t)為基帶調(diào)制信號。 式中，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）一般可表示成頻譜設(shè)調(diào)制信號m(t)的頻譜為M()，則已調(diào)信號的頻譜為由以上表示式可見，在波形上，已調(diào)信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律而正比地變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全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)制通常又稱為線性調(diào)制。但應(yīng)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。事實上，任何調(diào)制過程都是一種非線性的變換過程。

第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AM)第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AM)圖2.2線性調(diào)制器的一般模型第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2.1AM信號的調(diào)制振幅調(diào)制AM(AmplitudeModulation)就是用調(diào)制信號去調(diào)制載波的振幅，使已調(diào)信號的振幅包絡(luò)隨基帶調(diào)制信號的規(guī)律成比例地變化。如果設(shè)調(diào)制信號為：式中：

A0是調(diào)制信號中的直流分量

f(t)是調(diào)制信號中的交流分量載波信號為：已調(diào)信號為：即：第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2.1AM信號的調(diào)制圖2.3AM信號的時間波形第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2.1AM信號的調(diào)制圖2.4AM的數(shù)學(xué)模型設(shè)信號

的傅立葉變換為

，根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)，則有AM信號的頻譜表示為第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2.1AM信號的調(diào)制第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2.1AM信號的調(diào)制圖2.5AM信號的頻譜載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2.1AM信號的調(diào)制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W

的兩倍：功率： 當f(t)為確知信號時， 若 則 式中

－載波功率， －邊帶功率。第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2.1AM信號的調(diào)制調(diào)制效率 由上述可見，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： 當f(t)=Amcosmt時， 代入上式，得到 當|f(t)|max=A0時（100％調(diào)制），調(diào)制效率最高，這時

max

＝1/3第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.2.2AM信號的解調(diào)圖2.6包絡(luò)檢波器電路及檢波過程如果輸入的基帶信號沒有直流分量，即m(t)=f(t)，通過理想帶通濾波器之后得到的輸出信號便是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號，或稱雙邊帶抑制載波(DSB-SC)調(diào)制信號，簡稱DSB信號。這時的DSB信號實質(zhì)上就是f(t)與載波c(t)的相乘，即DSB信號的頻譜為第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.3抑制載波雙邊帶(DSB-SC)調(diào)制第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.3.1DSB信號的調(diào)制圖2.7DSB調(diào)制的數(shù)學(xué)模型第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.3.1DSB信號的調(diào)制圖2.8DSB信號的波形及頻譜第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.3.2DSB信號的解調(diào)圖2.9相干解調(diào)數(shù)學(xué)模型設(shè)接收機的輸入為調(diào)幅信號第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.3.2DSB信號的解調(diào)第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.4單邊帶調(diào)制(SSB)第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.4單邊帶調(diào)制(SSB)第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.4單邊帶調(diào)制(SSB)第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.4單邊帶調(diào)制(SSB)殘留邊帶調(diào)制是介于雙邊帶調(diào)制與單邊帶調(diào)制之間的一種線性調(diào)制。它既克服了雙邊帶調(diào)制信號占用頻帶寬的缺點，又解決了單邊帶信號實現(xiàn)上的問題。在這種調(diào)制方式中，不是將一個邊帶完全抑制，而是部分抑制，使其仍殘留一小部分。這個濾波器特性曲線不需要十分陡峭，因而，該濾波器器件比單邊帶濾波器器件更容易實現(xiàn)。第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.5殘留邊帶調(diào)制(VSB)殘留邊帶信號的頻域表示式為：

圖2.12

同步解調(diào)法組成方框圖第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.5殘留邊帶調(diào)制(VSB)假設(shè)同步載波，故其頻譜為經(jīng)過相乘器后的頻譜為：將代入得到：低通濾波器的輸出頻譜為：第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.5殘留邊帶調(diào)制(VSB)第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.5殘留邊帶調(diào)制(VSB)“復(fù)用”是一種將若干個彼此獨立的信號合并為一個可在同一信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號的方法。譬如，在電話系統(tǒng)中，傳輸?shù)恼Z音信號的頻譜一般在300~3400Hz內(nèi)。為了使若干個這種信號能在同一信道上傳輸，可以把它們的頻譜調(diào)制到不同的頻段，保證合并在一起而不致相互重疊影響，并能在接收端彼此分離開來。通常，在通信系統(tǒng)中，信道所能提供的帶寬往往要比傳送一路信號所需的帶寬寬很多。因此，一個信道只傳送一路信號有時是非常浪費的。為了充分利用信道的帶寬，因而提出了信道頻分復(fù)用的問題。第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.7頻分復(fù)用(FDM)

圖2.15頻分復(fù)用系統(tǒng)組成方框圖第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.7頻分復(fù)用(FDM)

圖2.16頻分復(fù)用信號的頻譜結(jié)構(gòu)第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.7頻分復(fù)用(FDM)非線性調(diào)制通常是通過改變載波的頻率或相位來達到的，即載波的振幅保持不變，而載波的頻率或相位隨基帶信號變化。因為頻率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故這種調(diào)制又稱角度調(diào)制。角度調(diào)制就是頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)的統(tǒng)稱。設(shè)載波的初相為零，角度調(diào)制信號的一般表示式為第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.8非線性調(diào)制（角調(diào)制）

式中，A

－載波的恒定振幅；

[ct+(t)]＝(t)

－信號的瞬時相位；

(t)－瞬時相位偏移。d[ct+(t)]/dt=(t)－稱為瞬時角頻率d(t)/dt

－稱為瞬時頻偏。第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.8非線性調(diào)制（角調(diào)制）第2章模擬調(diào)制系統(tǒng)2.8非線性調(diào)制（角調(diào)制）相位調(diào)制(PM)