第三章--模擬調(diào)制系統(tǒng)

1、概述：概述： 調(diào)制的功能及分類調(diào)制的功能及分類一、調(diào)制的功能一、調(diào)制的功能1 1、信道傳輸頻率特性的需要、信道傳輸頻率特性的需要2 2、把基帶信號調(diào)制到較高的頻率使天線容易輻射、把基帶信號調(diào)制到較高的頻率使天線容易輻射3 3、便于頻率分配、便于頻率分配4 4、有利于實現(xiàn)信道多路復(fù)用，提高系統(tǒng)的傳輸有效性、有利于實現(xiàn)信道多路復(fù)用，提高系統(tǒng)的傳輸有效性5 5、可減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)的傳輸可靠性、可減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)的傳輸可靠性二、調(diào)制的分類二、調(diào)制的分類1 1、根據(jù)調(diào)制信號的分類、根據(jù)調(diào)制信號的分類 模擬調(diào)制模擬調(diào)制 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制2 2、根據(jù)載波分類、根據(jù)載波分類 連續(xù)波

2、調(diào)制：高頻載波是正弦波連續(xù)波調(diào)制：高頻載波是正弦波 脈沖波調(diào)制：載波是脈沖序列脈沖波調(diào)制：載波是脈沖序列4 4、根據(jù)調(diào)制前后信號的頻譜結(jié)構(gòu)關(guān)系分類、根據(jù)調(diào)制前后信號的頻譜結(jié)構(gòu)關(guān)系分類 線性調(diào)制線性調(diào)制 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 3 3、根據(jù)調(diào)制器的功能分類、根據(jù)調(diào)制器的功能分類 幅度調(diào)制幅度調(diào)制 頻率調(diào)制頻率調(diào)制 相位調(diào)制相位調(diào)制3.1 模擬信號的線性調(diào)制載波： )cos()(0tAtcc幅度角頻率初相位調(diào)制信號f(t)調(diào)制后：)(cos)()(0tttAtsc瞬時幅度載波的相位偏移A(t)隨f(t)作線性變換，稱線性調(diào)制或幅度調(diào)制線性調(diào)制或幅度調(diào)制；(t)或(t)的導(dǎo)數(shù)隨f(t)作線性變換，稱非

3、線性非線性調(diào)制或角度調(diào)制；調(diào)制或角度調(diào)制；一、抑制載波雙邊帶調(diào)幅（一、抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SCDSB-SC）1 1、時域表達式及頻譜圖、時域表達式及頻譜圖ttftscDSBcos)()()(21)(21)(ccDSBFFSf(t)t調(diào)制信號時域波形圖s(t)t輸出信號時域波形圖時域波形圖 1F()B01/2 0SDSB()2B頻譜圖)()(21cos)(cccFFttfc(t)t載波信號時域波形圖c()0-03 3、平均功率及效率、平均功率及效率)(2tsPDSBDSBfDSBPtfP 2)(21ffDSBfDSBPPPP2 2、帶寬、帶寬BDSB=2B線性調(diào)制：在時域內(nèi)已調(diào)信號 隨著

4、調(diào)制信號的變化而變化；頻域內(nèi)：頻譜的平行搬移。ttftscDSBcos)()(f(t)sDSB(t)cosct雙邊帶調(diào)幅調(diào)制模型4 4、抑制載波的雙邊帶信號的調(diào)制與解調(diào)、抑制載波的雙邊帶信號的調(diào)制與解調(diào)F()10SDSB()1/2cc雙邊帶調(diào)制F()1/2cc2c2c低通濾波器雙邊帶信號的解調(diào)LPFsDSB(t)cosctsd(t)相干解調(diào)練習(xí)題練習(xí)題：0),400cos()(),100cos()(cttcttf若調(diào)制信號f(t)，載波信號為c(t)，若采用抑制載波的雙邊帶調(diào)制，畫出調(diào)制信號、載波信號、已調(diào)信號的時域波形圖和頻譜圖。0),400cos()(),100cos()(cttcttff

5、(t)t01t01c(t)sDSB（t)t01C()F()00SDSB()0100100400400300 500 500 300 1/21二、常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)二、常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)1、常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AM）信號的時域表達式及波形調(diào)制信號f(t),其平均值為0，即f(t)=0;載波的初相位為0，振幅為1調(diào)制后表達式：)cos()()(0ccAMttfAts0),400cos()(),100cos()(cttcttf若調(diào)制信號為余弦波信號，載波頻率為調(diào)制信號頻率的4倍，其振幅均為1，其表達式為：A0=2A+f(t)t0132t012sAM（t）3正常調(diào)幅正常調(diào)幅| )(|0tfA f(t)t0

6、1t01c(t)A0+f(t)A0=1t012t012sAM（t）A0=0sAM（t)t01f(t)t01滿調(diào)幅過調(diào)幅| )(|0tfA | )(|0tfA 調(diào)幅指數(shù)ttfmAttfAAtstfAtAtfcmacmmAMmmmmcos)2cos(1 cos)2cos()()2cos()cos()(AAmma/2 2、頻譜特性、頻譜特性ttftAttfAtscccAMcos)(coscos)()()()(Ftf)()(coscccAtA)()(21cos)(cccFFttfF()10BSAM()1/20AA-cc2B4 4、功率分配、功率分配)(2tsPAMAMfcAMPPtfAP 2)(222

7、調(diào)制效率fcfAMfAMPPPPP載波功率邊帶功率3 3、帶寬、帶寬BAM=2BtAtctAtfcmmcos)(,cos)(0若例：例：則，經(jīng)則，經(jīng)AMAM調(diào)制后的調(diào)制后的AMAM信號功率為多少？信號功率為多少？其調(diào)制效率為多少？最大調(diào)制效率可達多少其調(diào)制效率為多少？最大調(diào)制效率可達多少？4 4、應(yīng)用、應(yīng)用調(diào)幅廣播（調(diào)幅廣播（AMAM）常規(guī)調(diào)幅方式，收音機常規(guī)調(diào)幅方式，收音機波段：中波波段：中波535KHz1605KHz,535KHz1605KHz,自由空間，自由空間， 地區(qū)性廣播地區(qū)性廣播 短波短波3.9MHz18MHz3.9MHz18MHz，電離層反射，電離層反射， 距離數(shù)千公里距離數(shù)千公

8、里ttftAttfAtscccAMcos)(coscos)()(00f(t)sAM(t)cosctA0常規(guī)調(diào)幅調(diào)制模型F()10常規(guī)調(diào)幅調(diào)制SAM()1/2ccA0A0t012sAM（t）35 5、常規(guī)調(diào)幅的調(diào)制與解調(diào)、常規(guī)調(diào)幅的調(diào)制與解調(diào)常規(guī)調(diào)幅信號的解調(diào)t012sd（t）3ACRR1CsAM（t）sd（t）非相干解調(diào)包絡(luò)檢波F()10SAM()1/2ccA0A0三、單邊帶調(diào)制（三、單邊帶調(diào)制（SSBSSB）頻譜圖SHSB() C- C C- CHLSB() C- CB1/2 C- CSLSB()B1/2HHSB() C- CSDSB()2B1/2上邊帶調(diào)制下邊帶調(diào)制四、殘留邊帶調(diào)制（四、殘

9、留邊帶調(diào)制（VSBVSB）頻譜圖 C- CSDSB()2B1/2HVSB()SVSB() C- CB1/2 C- CB1/2HVSB()SVSB()殘留上邊帶殘留下邊帶練習(xí)題1.已知：調(diào)制信號f(t)=cos 0t；載波信號c(t)=cos4 0t;請畫出調(diào)制信號、載波信號及AM、DSB 、HSB 、LSB調(diào)制時的頻譜圖(AM時直流電平為A0) 0- 0F( )w0-w0F(w)4w0-4w0w 0- 0SDSB( )4 0-4 0w5 03 0-3 0-5 0ww0-w0SAM(w)4w0-4w0w5W03W0-3W0-5W0練習(xí)題ww0-w0SUSB(w)4w0-4w0w5W0-5W0ww

10、0-w0SLSB(w)4w0-4w0w3W0-3W0作業(yè)p66 1、已調(diào)信號為 試畫出該信號的頻譜及其經(jīng)過包絡(luò)檢波得厚輸出波形。 2、試比較常規(guī)雙邊帶調(diào)制和抑制載波的雙邊帶調(diào)制的異同。)(10cos)100cos2()(6Vttts3.3 模擬信號的非線性調(diào)制系統(tǒng))(cos)()(ttAts瞬時相角瞬時幅度一、調(diào)頻信號與調(diào)相信號一、調(diào)頻信號與調(diào)相信號)(cos)(0ttAtsc常量)(cos)(0tfKtAtsPMcPM)()(tfKtPM相移常數(shù)1 1、相位調(diào)制（、相位調(diào)制（ PM:Phase ModulationPM:Phase Modulation ）2 2、頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM:Fr

11、equency Modulation(FM:Frequency Modulation) )(cos)(0dttfKtAtsFMcFM)()()(tfKdttdtFM頻偏常數(shù)（表征調(diào)頻器的靈敏度）載波頻率(常數(shù))AMFM各種調(diào)制時的時域波形圖時域波形圖f(t)f(t)f(t)結(jié)論： 1、FM信號是一個等幅波，它的幅度與調(diào)制信號無關(guān)； 2、FM信號的頻率與調(diào)制信號電壓有比例關(guān)系二、頻率調(diào)制二、頻率調(diào)制FM（p59）1、窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻的定義、窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻的定義(P59)5.0(6|)(|max或dttfKFM由調(diào)頻所引起的最大瞬時相位偏移遠小于30 o時，就稱為窄帶調(diào)頻（NBFM:narr

12、ow band frequency modulation）不滿足窄帶條件的調(diào)頻稱為寬帶調(diào)頻（WBFM:Wide Band frequency modulation）(3-3-9)2、窄帶調(diào)頻的帶寬（P60） m0F() m c0 c m c + m- c- c m- c + mSNBFM( ) c0 c m c + m- c- c m- c + mSAM()mNBFMfB23 3、寬帶調(diào)頻的帶寬、寬帶調(diào)頻的帶寬(P61)(P61) c+ m c c m FM=0.5 c+3 m c c 3 m FM=2 c c+10 m c-10 mFM=8max22 )1 (2fffBmmFMFM卡森公式（

13、3-3-14） c+9 m c-9 m18 m6 mmax22 )1 (2fffBmmFMFM1FM1FMmFMfB2窄帶調(diào)頻max22 )1 (2fffBmmFMFM寬帶調(diào)頻4 4、調(diào)頻信號的功率、調(diào)頻信號的功率coscos coscos)(ttAdttAKtAtsmFMcmmFMcFM 已調(diào)信號的總功率未調(diào)載波的功率已調(diào)信號的總功率未調(diào)載波的功率 A2/2 總功率與調(diào)制過程及調(diào)頻指數(shù)無關(guān)總功率與調(diào)制過程及調(diào)頻指數(shù)無關(guān)cfFMPPP 5 5、調(diào)頻信號的應(yīng)用、調(diào)頻信號的應(yīng)用1、調(diào)頻廣播（WBFM）2、超短波電臺（NBFM）（一）、調(diào)頻信號的產(chǎn)生1、直接調(diào)頻法FMf(t)sFM(t)VCCf0變

14、容管f(t)sFM(t)電壓/電流f(t)sFM(t)載波發(fā)生器6 6、調(diào)頻信號調(diào)制與解調(diào)、調(diào)頻信號調(diào)制與解調(diào)2、間接調(diào)頻法p32積分器調(diào)相器f(t)sFM(t)dttf)(（二）、調(diào)頻信號的解調(diào)非相干解調(diào)調(diào)頻信號有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式相干解調(diào)窄帶調(diào)頻信號非相干解調(diào)窄帶和寬帶調(diào)頻信號)(cos)(dttfKtAtsFMCFM)()(tfKtsFMo)(sin)()(dttfKttfKAtsFMCFMCdfc斜率為Kd輸入頻率輸出電壓限幅器及帶通微分器包絡(luò)檢波低 通濾波器sd(t)鑒頻器鑒頻器特性及組成3.2，3.4 模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 一、線性調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)ttftscDS

15、Bcos)()(ttftAttfAtscccAMcos)(coscos)()(00f(t)sAM(t)cosctA0常規(guī)調(diào)幅調(diào)制模型f(t)sDSB(t)cosct雙邊帶調(diào)幅調(diào)制模型講解內(nèi)容1、相干解調(diào)的分析模型？2、抗噪聲性能通過什么質(zhì)量指標描述？其意義是什么？3、AM、DSB、SSB抗噪聲性能的比較？（用指標G、帶寬、解調(diào)方式說明）4、不同調(diào)制方式之間如何比較其抗噪聲性能？我們的問題？單邊帶調(diào)制的實現(xiàn)采用濾波法二、線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能分析模型帶 通濾波器低 通濾波器s(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)cd(t)=cosct高斯白噪聲窄

16、帶高斯白噪聲1、抗噪聲性能分析模型（p52）我們的目標；在給定s (t)及n (t)的情況下，1、確定各種解調(diào)器的輸入及輸出信噪比；2、對各種調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能作出評價nsppns10log102 2、信噪比（、信噪比（SNR:singal noise ratioSNR:singal noise ratio）p52p52信號功率噪聲功率3 3、信噪比增益（、信噪比增益（G:GainG:Gain）衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數(shù)衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數(shù)iiOONSNSG 表征信號通過系統(tǒng)傳輸后信噪比的改善情況，G越大抗噪聲性能越好回顧：能量譜密度和功率譜密度TFTTP2)(| )(|lim2)

17、()(FEn0/2高斯白噪聲雙邊功率譜密度Pn() 噪聲功率譜密度窄帶高斯白噪聲（AM、DSB）n0/2 0- 0Pn()2B B窄帶高斯白噪聲（USB）n0/2 0- 0Pn()B窄帶高斯白噪聲（LSB）n0/2 0- 0Pn()注意；我們遇到的絕大多數(shù)噪聲都是高斯白噪聲。我們在分析問題時都將噪聲作為高斯白噪聲處理！n0高斯白噪聲單邊功率譜密度Pn() 1w|F(w)|2B調(diào)制信號功率譜圖功率譜圖信號功率譜圖注意這里哦！表示的是功率譜密度面積表示功率功率譜圖 01/4 0|SDSB()|22B 01/4 0|Sam()|22B 01/4 0|SLSB()|2B 01/4 0|SUSB()|2

18、B調(diào)制后信號功率譜疊加噪聲的調(diào)制信號（輸入信號）功率譜圖 1|F()|2Bn0/2功率譜圖輸入信噪比功率譜圖 疊加噪聲的輸出信號功率譜 01/4 0|SDSB()|22B 01/4 0|SAM()|22B 01/4 0|SLSB()|2B 01/4 0|SUSB()|2B信噪比4、結(jié)論：SDB解調(diào)器的信噪比改善了一倍，原因是相干解調(diào)把噪聲中的正交分量抑制掉了，從而使噪聲功率減半的緣故SSB中信號和噪聲有相同的表示形式，所以在相干解調(diào)過程中，信號和噪聲的正交分量均被抑制調(diào)，故信噪比沒有改善，即G=1AM在大信噪比時G1總結(jié)調(diào)制方式帶寬SNRiSNRoG典型解調(diào)方式DSB2B2相干解調(diào)SSBB1相

19、干解調(diào)VSB略大于BAM2B包絡(luò)檢波B：基帶信號帶寬Bntf02)(Bntf022)(Bntf02)(Bntf024)(Bntf024)(BntfA02202/)(1)()(22202tfAtff(t)為單頻正弦信號時2/3例：若某一通信系統(tǒng)輸入信號為f(t),經(jīng)下列調(diào)制后求：（1）合成信號g(t)的頻譜表達式，并畫出其頻譜圖（2）寫出已調(diào)波s(t)頻域表達式，并畫出其頻譜圖f(t)s(t)cosctg(t)cosmt)(21)(21)(mmFFGF()m-m0)(21)(2121)(21)(2121)(21)(21)(cmcmcmcmccFFFFGGS解:G()m-m0-2m2m1/2S()

20、m-m0-cc1/21/4c 2mc -2mc 2m作業(yè) 1、page66 ,二大題1，4，5fc斜率為Kd輸入頻率輸出電壓限幅器及帶通微分器包絡(luò)檢波低 通濾波器sd(t)鑒頻器鑒頻器特性及組成三、非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能P62帶 通濾波器低 通濾波器sFM(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)高斯白噪聲限幅鑒頻解調(diào)器寬帶調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型FMFMFMG33 1時有近似式：當(dāng)AMFMFMBB29292)1 (32FMFMFMG模擬調(diào)制性能比較調(diào)制方式帶寬G典型應(yīng)用DSB2B2較少應(yīng)用SSBB1短波無線電廣播話音頻分多路VSB略大于B商用電視廣播AM2B中短波無線電廣播

21、FM2(1+FM)fm超短波電臺(窄帶FM)調(diào)頻立體聲廣播（寬帶FM）B：基帶信號帶寬)()(22202tfAtf)1 (32FMFM作業(yè)總結(jié)模擬調(diào)制的知識，用圖表形式畫出。內(nèi)容包括調(diào)制類型 調(diào)制方式帶寬信噪比增益 解調(diào)方式應(yīng)用本章主要內(nèi)容線性與非線性調(diào)制就是調(diào)制前后信號頻譜之間是否存在線性關(guān)系。即頻譜是否是線性搬移來確定。AM、DSB調(diào)制的時域波形如何？AM、DSB調(diào)制的頻譜特性如何？AM解調(diào)采用包絡(luò)檢波方法，DSB解調(diào)采用相干解調(diào)。在輸入信號功率相同的情況下，線性調(diào)制中抗噪聲性能DSB與SSB同DSB優(yōu)于AM調(diào)制。線性調(diào)制系統(tǒng)頻帶利用率較高，但抗干擾能力較差；非線性調(diào)制系統(tǒng)頻帶利用率較差，

22、但抗干擾能力較好。小結(jié) 1、通常按照調(diào)制前、后信號頻譜之間是否存在線性關(guān)系來將模擬調(diào)制分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制兩大類。線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM、抑制載波的雙邊帶調(diào)制DSB、 單邊帶調(diào)制SSB和殘留邊帶調(diào)制VSB；非線性調(diào)制頻率調(diào)制和相位調(diào)制。 2、優(yōu)缺點：線性調(diào)制系統(tǒng)頻帶利用率較高，但抗干擾能力較差；非線性系統(tǒng)則正好與此相反。 3、從抗噪聲能力的角度出發(fā)： 調(diào)頻系統(tǒng)性能最好，單邊帶系統(tǒng)和抑制載波的雙邊帶系統(tǒng)次之，常規(guī)雙邊帶調(diào)制信號由于絕大部分功率都分配在載波功率上，其抗聲性能最差。 調(diào)頻系統(tǒng)的調(diào)頻指數(shù)越大，其抗噪聲性能越好，但傳輸信號所需的帶寬也越寬，常用于高質(zhì)量要求的遠距離通信系統(tǒng)如微波接

23、力、衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及調(diào)頻廣播系統(tǒng)中。3.5 頻分復(fù)用（FDM） 所謂多路復(fù)用是指在同一個信道上同時傳輸多路信號而互所謂多路復(fù)用是指在同一個信道上同時傳輸多路信號而互不干擾的一種技術(shù)。不干擾的一種技術(shù)。為了在接收端能夠?qū)⒉煌返男盘枀^(qū)分開來，必須使不同為了在接收端能夠?qū)⒉煌返男盘枀^(qū)分開來，必須使不同路的信號具有不同的特征。最常用的多路復(fù)用方式是頻分路的信號具有不同的特征。最常用的多路復(fù)用方式是頻分復(fù)用（復(fù)用（FDMFDM）、時分復(fù)用（）、時分復(fù)用（TDMTDM）和碼分復(fù)用（）和碼分復(fù)用（CDMCDM）。）。按頻段區(qū)分信號的方法叫頻分復(fù)用；按時隙區(qū)分信號的方按頻段區(qū)分信號的方法叫頻分復(fù)用；按時隙區(qū)分信號的方法叫時分復(fù)用；按相互正交的碼字區(qū)分信號的方法叫碼分法叫時分復(fù)用；按相互正交的碼字區(qū)分信號的方法叫碼分復(fù)用。傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用；隨著數(shù)字通信復(fù)用。傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用；隨著數(shù)字通信的發(fā)展，時分復(fù)用和碼分復(fù)用通信