第二章-模擬調(diào)制系統(tǒng)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第二章第二章-模擬模擬(mn)調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制系統(tǒng)第一頁(yè)，共87頁(yè)。第1頁(yè)/共87頁(yè)第二頁(yè)，共87頁(yè)。信道的概念(ginin)：所有信號(hào)傳輸媒介的總稱(chēng)，用來(lái)將信號(hào)從發(fā)送設(shè)備傳到接收設(shè)備。信道的分類(lèi)：p無(wú)線信道 電磁波（含光波(gungb)）p有線信道 電線、光纖地 面對(duì)流層平流層電離層10 km60 km0 km無(wú)線信道 信道的概念信道的概念第2頁(yè)/共87頁(yè)第三頁(yè)，共87頁(yè)。明線(mn xin) 對(duì)稱(chēng)(duchn)電纜：由許多對(duì)雙絞線組成導(dǎo)體絕緣層導(dǎo)體金屬編織網(wǎng)保護(hù)層實(shí)心介質(zhì)同軸電纜(tn zhu din ln)信道有多種多樣，每種信道都只能傳輸某一類(lèi)信號(hào)，怎么樣讓我們想傳輸?shù)男盘?hào)能夠在信

2、道中高效、可靠的傳輸？第3頁(yè)/共87頁(yè)第四頁(yè)，共87頁(yè)。調(diào)制信號(hào) ：指來(lái)自信源的基帶信號(hào)。 載波 ：未受調(diào)制的周期性振蕩(zhndng)信號(hào)，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已調(diào)信號(hào) ：載波受調(diào)制后稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)。解調(diào)（檢波） ：調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。 第4頁(yè)/共87頁(yè)第五頁(yè)，共87頁(yè)。調(diào)制(tiozh)的功能 把基帶信號(hào)調(diào)制到較高的頻率(一般調(diào)制到幾百kHz到幾百M(fèi)Hz甚至更高的頻率)，使天線容易輻射；便于頻率分配：為使無(wú)線電臺(tái)發(fā)出的信號(hào)互不干擾，每個(gè)發(fā)射臺(tái)都被分配給不同的頻率；有利于實(shí)現(xiàn)信道多路復(fù)用，提高系統(tǒng)(xtng)的傳輸有效性、 Internet技術(shù)的

3、廣泛應(yīng)用；可以減小噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)(xtng)的傳輸可靠性。 第5頁(yè)/共87頁(yè)第六頁(yè)，共87頁(yè)。n脈沖載波調(diào)制：以脈沖序列作載波的調(diào)制。載波信號(hào)是時(shí)間間隔均勻的矩形脈沖。n（3）根據(jù)調(diào)制器的功能分類(lèi)n幅度調(diào)制一一調(diào)制信號(hào)改變載波信號(hào)的振幅參數(shù)，即利用的幅度變化來(lái)傳送的信息。如調(diào)幅(AM)、脈沖振幅調(diào)制(PAM)和振幅鍵控(ASK)等。n頻率調(diào)制一一調(diào)制信號(hào)改變載波信號(hào)的頻率參數(shù)，即利用的頻率變化來(lái)傳送的信息。如調(diào)頻(FM)、脈沖頻率調(diào)制(PFM)和頻率鍵控(FSK)等。n相位(xingwi)調(diào)制一一調(diào)制信號(hào)改變載波信號(hào)的相位(xingwi)參數(shù)，即利用的相位(xingwi)變化來(lái)傳送

4、的信息。如調(diào)相(PM)、脈沖位置調(diào)制(PPM)、相位(xingwi)鍵控(PSK)等。第6頁(yè)/共87頁(yè)第七頁(yè)，共87頁(yè)。號(hào)的頻譜中含有與調(diào)制信號(hào)頻譜無(wú)線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的頻譜成分，如FM、FSK等。第7頁(yè)/共87頁(yè)第八頁(yè)，共87頁(yè)。模擬(mn)通信系統(tǒng)模型 第8頁(yè)/共87頁(yè)第九頁(yè)，共87頁(yè)。設(shè)調(diào)制信號(hào)為f(t)，其平均值f(t)=0。f(t)疊加直流A0后對(duì)載波的幅度(fd)進(jìn)行調(diào)制，就形成常規(guī)調(diào)幅信號(hào)。時(shí)間波形表達(dá)式為： sAM(t)=AC A+f(t) cos(ct+ c ) 其中 c為載波信號(hào)的角頻率 c為載波信號(hào)的起始相位第9頁(yè)/共87頁(yè)第十頁(yè)，共87頁(yè)。第10頁(yè)/共87頁(yè)第十一頁(yè)，共87頁(yè)

5、。第11頁(yè)/共87頁(yè)第十二頁(yè)，共87頁(yè)。|f(t)|maxA第12頁(yè)/共87頁(yè)第十三頁(yè)，共87頁(yè)。AM0c( )( ) cosstAf tt0cccos( )cosAtf tt0c0ccccc( )( )cos()()1( )cos()()2f tFAtAf ttFF)()()()(cccc0AM21FFAS頻域特性(txng)分析若有：則已調(diào)信號(hào)(xnho)的頻譜為：載波幅度，已調(diào)信號(hào)的組成部分第13頁(yè)/共87頁(yè)第十四頁(yè)，共87頁(yè)。1. 形狀相同，位置(wi zhi)搬移；2. AM信號(hào)含載波分量；3. AM 信號(hào)是雙邊帶信號(hào)，帶寬 BAM=2W=2fH4. 下邊帶是上邊帶的鏡像下邊帶上邊帶

6、上邊帶載頻(zi pn)分量載頻分量第14頁(yè)/共87頁(yè)第十五頁(yè)，共87頁(yè)。)(F-m 0 m 0 (C-m) C (C+m) tAA(-C-m) -C (-C+m)(AMS第15頁(yè)/共87頁(yè)第十六頁(yè)，共87頁(yè)。2AMAM220c222220cc0c( )( )coscos( )cos2( ) cosPstAf ttAtfttA f tt0)(tf02cos2cos121cosccc2tttfc220AM22PPtfAP)(功率特性(txng)分析常規(guī)調(diào)幅信號(hào)(xnho)的功率由載波功率Pc和邊帶功率Pf組成；邊帶功率與調(diào)制信號(hào)(xnho)有關(guān)，是有用功率：載波功率？因?yàn)榈?6頁(yè)/共87頁(yè)第十七

7、頁(yè)，共87頁(yè)。fcfAMfAMPPPPP)()()(2121)(21222222tfAtftfAtf當(dāng) 時(shí)，有： 此時(shí)：)cos(mmmtAtf)(22m( )2/ftA2a2a2m22m2m22mAM222121mmAAAAAA若 ，調(diào)制效率最大值為1/3。1am常規(guī)調(diào)幅調(diào)制效率低，載波分量不攜帶信息(xnx)卻占用大部分功率！改進(jìn)方案-抑制載波雙邊帶調(diào)制第17頁(yè)/共87頁(yè)第十八頁(yè)，共87頁(yè)。時(shí)間時(shí)間(shjin)波形表達(dá)式為：波形表達(dá)式為：sAM(t)=AC A+f(t) cos(ct+ c )()()()(cccc0AM21FFAS頻域表達(dá)頻域表達(dá)(biod)及頻譜為：及頻譜為：AM調(diào)制

8、信號(hào)的帶寬調(diào)制信號(hào)的帶寬為：為：BAM=(fc+fm)-(fc+fm) =2fm第18頁(yè)/共87頁(yè)第十九頁(yè)，共87頁(yè)。復(fù)習(xí)(fx)：AM調(diào)制AM調(diào)制調(diào)制(tiozh)信號(hào)的功率為：信號(hào)的功率為：fc220AM22PPtfAP)( ma=ma1為過(guò)調(diào)幅|f(t)|maxA調(diào)幅系數(shù)或調(diào)制度為調(diào)幅系數(shù)或調(diào)制度為2a2afcfAMfAM2mmPPPPPAM調(diào)制信號(hào)的調(diào)制效率調(diào)制信號(hào)的調(diào)制效率為：為：若 ，調(diào)制效率最大值為1/31am第19頁(yè)/共87頁(yè)第二十頁(yè)，共87頁(yè)。第20頁(yè)/共87頁(yè)第二十一頁(yè)，共87頁(yè)。 抑制載波雙邊(shungbin)帶調(diào)幅波形 抑制載波雙邊(shungbin)帶調(diào)幅頻譜反相點(diǎn)

9、觀察并分析：包絡(luò)頻譜組成帶寬調(diào)制(tiozh)效率第21頁(yè)/共87頁(yè)第二十二頁(yè)，共87頁(yè)。l解調(diào)-AM（非相干和相干解調(diào)兩種方法）l（1）直接采用包絡(luò)檢波法-用非線性器件和濾波器分離提取出調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)，獲得所需的信息，也稱(chēng)之為信號(hào)的非相干檢波，其原理框圖如圖（a）所示。l（2）相干解調(diào)-通過(guò)相乘器將收到的信號(hào)與接收機(jī)產(chǎn)生的、與調(diào)制信號(hào)中的載波同頻同相的本地載波信號(hào)相乘，然后再經(jīng)過(guò)(jnggu)低通濾波，即可恢復(fù)出原來(lái)的調(diào)制信號(hào)，如圖（b）所示。第22頁(yè)/共87頁(yè)第二十三頁(yè)，共87頁(yè)。l解調(diào)-AM（非相干和相干解調(diào)兩種方法）l（1）非相干解調(diào)（解調(diào)器可以(ky)是包絡(luò)檢波器）l常規(guī)調(diào)幅信號(hào)（A

10、M）一般采用非相干解調(diào)l包絡(luò)檢波原理如下：l 其中RC的取值范圍為：l 檢波器的輸出為：mfRC1cf)()(tfAtsd第23頁(yè)/共87頁(yè)第二十四頁(yè)，共87頁(yè)。l解調(diào)l非相干解調(diào)（解調(diào)器可以是包絡(luò)檢波器）l常規(guī)調(diào)幅信號(hào)（AM）一般采用非相干解調(diào)l包絡(luò)檢波原理如下(rxi)：l 其中RC的取值范圍為：l 檢波器的輸出為：mfRC1cf)()(tfAtsd第24頁(yè)/共87頁(yè)第二十五頁(yè)，共87頁(yè)。l解調(diào)-DSB（僅能通過(guò)相干解調(diào)）l相干解調(diào)：解調(diào)時(shí)所使用的載波(zib)與調(diào)制載波(zib)同頻同相。l相干解調(diào)的關(guān)鍵：必須產(chǎn)生一個(gè)同頻同相的載波(zib)l 表達(dá)式如下：l l 經(jīng)低通后，得到：l l

11、 從而恢復(fù)了原有的調(diào)制信號(hào)。ttftfttfttscc2cDSB2cos2121coscos)()()()()()(tfts21d第25頁(yè)/共87頁(yè)第二十六頁(yè)，共87頁(yè)。n進(jìn)一步節(jié)省載波(zib)功率和帶寬第26頁(yè)/共87頁(yè)第二十七頁(yè)，共87頁(yè)。nn圖中圖中HSSB()為單邊帶濾波器的為單邊帶濾波器的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)僅利用一個(gè)邊帶傳輸(chun sh)信息的調(diào)制方式就是單邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)SSB第27頁(yè)/共87頁(yè)第二十八頁(yè)，共87頁(yè)。l 用濾波法形成單邊帶信號(hào)(xnho)l上邊帶和下邊帶濾波器的傳遞函數(shù)分別為：l單邊帶信號(hào)(xnho)的頻譜: FSSB()=FDSB()HSSB()cSSBUSBc

12、1,| ( )( )0,| HHccLSBSSB 0 1|,|,)()(HH第28頁(yè)/共87頁(yè)第二十九頁(yè)，共87頁(yè)。l 用濾波法形成單邊帶信號(hào)（選學(xué)(xun xu)）l 只有當(dāng)f B時(shí)，濾波器方可實(shí)現(xiàn)lf 濾波器從通帶到阻帶的過(guò)濾帶l B雙邊帶的上、下邊帶之間的一定的l 頻率間隔第29頁(yè)/共87頁(yè)第三十頁(yè)，共87頁(yè)。歸一化值：反映濾波器衰減特性(txng)的陡峭程度其中：f 濾波器過(guò)濾帶， fc 單邊帶信號(hào)的載頻濾波器歸一化值：一般要求(yoqi)：10-3否則，濾波就難以實(shí)現(xiàn)。cff第30頁(yè)/共87頁(yè)第三十一頁(yè)，共87頁(yè)。L12 fB 1cL1c2222fffB其中(qzhng)： ， 第3

13、1頁(yè)/共87頁(yè)第三十二頁(yè)，共87頁(yè)。l 用相移法形成單邊帶信號(hào)l由雙邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式得：l 單頻調(diào)制(tiozh)信號(hào)為 lf(t)= Am cos m tl 載波為 lc(t)= cos ct l 雙邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為l 上邊帶下邊帶DSBmmc( )coscosstAtttAtA )cos(21 )cos(21mcmmcm第32頁(yè)/共87頁(yè)第三十三頁(yè)，共87頁(yè)。l 用相移法形成(xngchng)單邊帶信號(hào)l保留上邊帶的單邊帶調(diào)制信號(hào)：l保留下邊帶的單邊帶調(diào)制信號(hào)：USBmcm1( )cos()2stAtttAttAcmmcmmsin sin2cos cos2LSBmcm1( )co

14、s()2stAtmmmcmccos cossin sin22AAtttt第33頁(yè)/共87頁(yè)第三十四頁(yè)，共87頁(yè)。 SSB信號(hào)第一項(xiàng)為同相分量，第二項(xiàng)為正交分量。若調(diào)制信號(hào)為非周期信號(hào)，則通過(guò)希爾伯特變換實(shí)現(xiàn)SSB信號(hào)的產(chǎn)生。第34頁(yè)/共87頁(yè)第三十五頁(yè)，共87頁(yè)。l 單邊帶信號(hào)的解調(diào)（相干解調(diào)）l解調(diào)器由乘法器和低通濾波器組成，要求接收端的本地(bnd)載波與發(fā)送端載波完全同步第35頁(yè)/共87頁(yè)第三十六頁(yè)，共87頁(yè)。ttfttftsccSSBsincos)()()(ttfttftfttstscccSSBp2sin212cos2121cos)()()()()()()(tfts21d第36頁(yè)/共8

15、7頁(yè)第三十七頁(yè)，共87頁(yè)。單邊帶調(diào)制節(jié)省帶寬和功率，實(shí)現(xiàn)困難雙邊帶調(diào)制容易(rngy)實(shí)現(xiàn)，占用2倍帶寬折衷方案：在實(shí)現(xiàn)難度和占用帶寬中折衷 第37頁(yè)/共87頁(yè)第三十八頁(yè)，共87頁(yè)。第38頁(yè)/共87頁(yè)第三十九頁(yè)，共87頁(yè)。)()()()(ccVSBVSB21FFHS第39頁(yè)/共87頁(yè)第四十頁(yè)，共87頁(yè)。第40頁(yè)/共87頁(yè)第四十一頁(yè)，共87頁(yè)。n為了相干解調(diào)時(shí)無(wú)失真的得到為了相干解調(diào)時(shí)無(wú)失真的得到調(diào)制信號(hào)，殘留邊帶濾波器的調(diào)制信號(hào)，殘留邊帶濾波器的傳遞函數(shù)在載頻分割傳遞函數(shù)在載頻分割(fng)處處必須具備互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)特性必須具備互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)特性)()()(tctstsdVSBpttscVSBcos)(第

16、41頁(yè)/共87頁(yè)第四十二頁(yè)，共87頁(yè)。)()()(cVSBcVSBp21SSS)()2()(41)(ccVSBpFFHS)()()(ccVSB241FFH)()()(cVSBcVSB41HHF)()()()(ccVSBccVSB2241FHFH)()()()(cVSBcVSBd41HHFS)()()()(ccVSBVSB21FFHS 經(jīng)低通后輸出(shch)整理(zhngl)合并，得第42頁(yè)/共87頁(yè)第四十三頁(yè)，共87頁(yè)。第43頁(yè)/共87頁(yè)第四十四頁(yè)，共87頁(yè)。第44頁(yè)/共87頁(yè)第四十五頁(yè)，共87頁(yè)。第45頁(yè)/共87頁(yè)第四十六頁(yè)，共87頁(yè)。第46頁(yè)/共87頁(yè)第四十七頁(yè)，共87頁(yè)。(xnho)線

17、性變化，即控制載波的瞬時(shí)頻率或相位變化，其變化的周期由的頻率決定，而幅度則保持不變的調(diào)制。n根據(jù)控制的是載波的角頻率還是相位：n頻率調(diào)制(Frequency Modulation)簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)頻，記為FM；n相位調(diào)制（Phase Modulation），簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)相，記為PM。2008.8copyright 南航信息科學(xué)與技術(shù)(jsh)學(xué)院48非線性調(diào)制m (f )sm (f )頻譜之間沒(méi)有線性對(duì)應(yīng)關(guān)系第47頁(yè)/共87頁(yè)第四十八頁(yè)，共87頁(yè)。第48頁(yè)/共87頁(yè)第四十九頁(yè)，共87頁(yè)。 ( )costFMcFMstAtKmd( )cos( )PMcPMstAtKm t第49頁(yè)/共87頁(yè)第五十頁(yè)，共87頁(yè)。2

18、1、依據(jù)瞬時(shí)相位偏移是否遠(yuǎn)小于0.5或 ,可劃分為:窄帶調(diào)頻（NBFM）寬帶調(diào)頻（WBFM）依據(jù)的數(shù)學(xué)(shxu)表示式為： 或0.5，調(diào)頻為窄帶調(diào)頻；否則為寬帶調(diào)頻。窄帶頻率調(diào)制NBFM1、時(shí)域表達(dá)式為：2、窄帶調(diào)頻信號(hào)的頻譜為： xcvxcvxc)(cos)(dttfKtAtsFMcFMtdttfAKtAtscFMcNBFMsin)(cos)()()(2)()()(ccccFMccNBFMFFAKAS第50頁(yè)/共87頁(yè)第五十一頁(yè)，共87頁(yè)。)(tsAM)(tsNBFM單頻調(diào)制(tiozh)時(shí)的常規(guī)調(diào)幅和窄帶調(diào)頻信號(hào)頻譜 第51頁(yè)/共87頁(yè)第五十二頁(yè)，共87頁(yè)。第52頁(yè)/共87頁(yè)第五十三頁(yè)，

19、共87頁(yè)。第53頁(yè)/共87頁(yè)第五十四頁(yè)，共87頁(yè)。第54頁(yè)/共87頁(yè)第五十五頁(yè)，共87頁(yè)。第55頁(yè)/共87頁(yè)第五十六頁(yè)，共87頁(yè)。第56頁(yè)/共87頁(yè)第五十七頁(yè)，共87頁(yè)。第57頁(yè)/共87頁(yè)第五十八頁(yè)，共87頁(yè)。第58頁(yè)/共87頁(yè)第五十九頁(yè)，共87頁(yè)。第59頁(yè)/共87頁(yè)第六十頁(yè)，共87頁(yè)。第60頁(yè)/共87頁(yè)第六十一頁(yè)，共87頁(yè)。第61頁(yè)/共87頁(yè)第六十二頁(yè)，共87頁(yè)。第62頁(yè)/共87頁(yè)第六十三頁(yè)，共87頁(yè)。第63頁(yè)/共87頁(yè)第六十四頁(yè)，共87頁(yè)。第64頁(yè)/共87頁(yè)第六十五頁(yè)，共87頁(yè)。第65頁(yè)/共87頁(yè)第六十六頁(yè)，共87頁(yè)。第66頁(yè)/共87頁(yè)第六十七頁(yè)，共87頁(yè)。第67頁(yè)/共87頁(yè)第六十八頁(yè)，共

20、87頁(yè)。第68頁(yè)/共87頁(yè)第六十九頁(yè)，共87頁(yè)。第69頁(yè)/共87頁(yè)第七十頁(yè)，共87頁(yè)。第70頁(yè)/共87頁(yè)第七十一頁(yè)，共87頁(yè)。第71頁(yè)/共87頁(yè)第七十二頁(yè)，共87頁(yè)。第72頁(yè)/共87頁(yè)第七十三頁(yè)，共87頁(yè)。第73頁(yè)/共87頁(yè)第七十四頁(yè)，共87頁(yè)。第74頁(yè)/共87頁(yè)第七十五頁(yè)，共87頁(yè)。n3 、由于調(diào)頻信號(hào)只改變載波的頻率疏密(sh m)程度，而不改變其幅度，故調(diào)頻前后信號(hào)的總功率不變，只是由調(diào)頻前的信號(hào)功率全部分在載波上改為調(diào)頻后分配在載頻和各次邊頻分量上。nnmcFMnFMtnJAts)cos()()()(FMnJ)()()()(mcmcFMnFMnnJAS第75頁(yè)/共87頁(yè)第七十六頁(yè)，共87頁(yè)。nn間接調(diào)頻則是通過(guò)調(diào)相電路來(lái)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的。n。第76頁(yè)/共87頁(yè)第七十七頁(yè)，共87頁(yè)。2008.878 （a）直接(zhji)調(diào)頻 （b）間接調(diào)頻 (c) 直接(zhji)調(diào)相 (d) 間接調(diào)相適用于寬帶調(diào)制 適用于寬帶調(diào)制 適用于窄帶調(diào)制 實(shí)際相位調(diào)制器的調(diào)制范圍有限 第77頁(yè)/共87頁(yè)第七十八頁(yè)，共87頁(yè)。5、調(diào)頻信號(hào)(xnho)的解調(diào)可以采用相干解調(diào)和非相干解調(diào) 第78頁(yè)/共87頁(yè)第七十九頁(yè)，共87頁(yè)。n2、窄帶調(diào)相的頻譜為：6)(