模擬調(diào)制系統(tǒng)精品課件

1、模擬調(diào)制系統(tǒng)第1頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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(guò)調(diào)制，不僅可以進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號(hào)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(hào)，而且，它對(duì)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(guò)程，而在接收端則需要有反調(diào)制過(guò)程解調(diào)過(guò)程。第2頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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?hào)去控制高頻正弦波或周期性脈沖信號(hào)的某個(gè)參量，使它隨基帶信號(hào)的變化而變化。其實(shí)質(zhì)是頻譜變換。調(diào)制器基帶信號(hào)f(t)載

2、波信號(hào)c(t)已調(diào)信號(hào)Sm(t)第3頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四3.1.2常用名詞解釋 載波信號(hào)(被調(diào)制信號(hào)) 高頻正弦波或周期性脈沖信號(hào)稱(chēng)為載波； 基帶信號(hào)(調(diào)制信號(hào)) 原始信號(hào)稱(chēng)為基帶信號(hào)（或調(diào)制信號(hào)）； 已調(diào)信號(hào)：調(diào)制后得到的其參量隨原始信號(hào)作線性變化的信號(hào)稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)。（特點(diǎn)：1，攜帶原始信號(hào)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(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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(shí)質(zhì)是進(jìn)行頻譜搬移。把基帶信號(hào)的頻譜搬移到載頻附近，以適應(yīng)信道頻帶要求，使信號(hào)特性與信道特性相匹配，便

3、于發(fā)送和接收。 無(wú)線電信號(hào)能夠發(fā)射的條件 信號(hào)頻率足夠高 天線具有開(kāi)放性結(jié)構(gòu) 基帶信號(hào)的低頻分量豐富，如果直接傳送信號(hào)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(hào)波長(zhǎng)與天線的尺寸相比擬。載波的頻率較高(波長(zhǎng)較短)，發(fā)射天線易于制作。 第5頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四3.1.3調(diào)制的作用（為什么需要調(diào)制）2）實(shí)現(xiàn)信道的復(fù)用，即在一個(gè)信道中同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳輸多路信號(hào)，以提高信道的利用率。 如若干個(gè)廣播電臺(tái)同時(shí)工作時(shí)，由于不同基帶信號(hào)頻譜所占據(jù)的頻帶大致相同，若不進(jìn)行不同載波的調(diào)制，廣播電臺(tái)就無(wú)法同時(shí)工作。3）利用信號(hào)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(kuò)頻通信，射頻信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于基帶信號(hào)帶寬，使基帶信號(hào)淹沒(méi)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(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四3.14 調(diào)制的分類(lèi)第7頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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(wú)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(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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(cè)脈寬調(diào)制PDM中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測(cè)、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(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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(hào)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(hào)的變化而變化。數(shù)學(xué)模型

6、見(jiàn)圖。 第10頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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(wú)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(bǔ)特性濾波器。根據(jù)濾波器特性和調(diào)制信號(hào)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(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四3.2.1 調(diào)幅信號(hào)（AM）1）定義：由模擬信號(hào)對(duì)載頻的幅度進(jìn)行調(diào)制得到。2）時(shí)間表示式：載頻信號(hào)調(diào)幅信號(hào)為調(diào)制信號(hào)f(t)疊加直流A0后對(duì)載波的幅度進(jìn)行調(diào)制形成。調(diào)幅信號(hào)

7、第12頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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(shí)振幅的最小值A(chǔ)(t)min小于零時(shí)。否則包絡(luò)就會(huì)失真。波形特點(diǎn)：AM信號(hào)振幅包絡(luò)的形狀與基帶信號(hào)形狀一致，即AM信號(hào)的振幅包絡(luò)隨基帶信號(hào)的瞬時(shí)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(mǎn)調(diào)幅大于1；過(guò)調(diào)幅第13頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四第14頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四3.2.3 調(diào)幅信號(hào)的頻譜時(shí)域表達(dá)式頻域表達(dá)式 BAM = WAM /2= 2F(Hz) 基帶信號(hào)帶寬W：F調(diào)幅信號(hào)

8、帶寬是基帶信號(hào)帶寬（基帶信號(hào)最高頻率 ）2倍結(jié)論：已調(diào)信號(hào)的頻譜與基帶信號(hào)的頻譜形狀上完全一 樣，只是進(jìn)行了頻譜搬移。（線性調(diào)制）第15頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四sAM(t)tSAM()-cc02mc()-cc0c(t)tF()-mm0AM信號(hào)的波形及頻譜tA0f(t)第16頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四3.2.4 調(diào)幅波的功率假定調(diào)制信號(hào)f(t)沒(méi)有直流分量Pc為載波功率；Pf邊帶功率第17頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四3.2.5 調(diào)制效率定義：由于調(diào)幅信號(hào)攜帶調(diào)制信號(hào)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(hào)平均功率的比值稱(chēng)為調(diào)幅信號(hào)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(duì)于調(diào)幅波， 為了保證包絡(luò)不失真， 最大只能為1(滿(mǎn)調(diào)幅)，此時(shí)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(diǎn)。第18頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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(shí)，在滿(mǎn)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(hào)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(chēng)為抑制載波調(diào)幅（AMSC）。3.3 雙邊帶調(diào)制（DSB

10、） 第19頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四3.3.1 雙邊帶信號(hào)（DSB）的特點(diǎn)雙邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式：雙邊帶信號(hào)的頻域表達(dá)式：帶寬結(jié)論：DSB信號(hào)的帶寬是調(diào)制信號(hào)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(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四C(t)tttf(t)www00(a) 載波波形(b) 基帶調(diào)制信號(hào)波形(C) DSB信號(hào)波形DSB信號(hào)頻譜基帶信號(hào)頻譜載波信號(hào)頻譜DSB信號(hào)的波形及頻譜第21頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四過(guò)零點(diǎn)處，雙邊帶信號(hào)的波形出現(xiàn)反相點(diǎn)。雙邊帶信號(hào)的包絡(luò)不再與基帶信號(hào)的變化規(guī)律保持一致

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

12、(t)第24頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四3.5 雙邊帶信號(hào)的產(chǎn)生 C(t)是基波角頻率為c的任何形狀的周期信號(hào)，根據(jù)信號(hào)分析理論，任何周期信號(hào)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(hào)，可用帶通濾波器（中心頻率c，帶寬為2fm）取出。實(shí)際中，常是采用乘法器（環(huán)形調(diào)制器）實(shí)現(xiàn)。第25頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四3.6 調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，在通信系統(tǒng)的接收端從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)基帶信號(hào)的過(guò)程就叫解調(diào)。從頻域上看，解調(diào)就是將調(diào)制時(shí)搬移到載頻附近的調(diào)制信號(hào)頻譜搬回到原來(lái)的基帶范圍內(nèi)。調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)方法分相干解調(diào)和非相

13、干解調(diào)兩大類(lèi)。AM調(diào)幅信號(hào)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(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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(hào)的相位變化來(lái)恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。相干解調(diào)對(duì)于AM、DSB、SSB及VSB都適用，沒(méi)有門(mén)限效應(yīng)，但它要求本地載波和接收信號(hào)的載波必須保持同頻和同相。相干解調(diào)又叫同步檢測(cè)（同步檢波）、相干檢測(cè)（相干檢波）、零拍檢測(cè)。第27頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)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(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四2) DSB相干解調(diào)的波形及其頻譜圖第29頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四相干解調(diào)的波形及其頻譜圖第30頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)42分，星期四說(shuō)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(hào)的載波頻率和相位完全相同。因此接