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1、调制简介定义 目的 分类线性调制（幅度调制）原理 线性调制系统的抗噪声性能 非线性调制（角度调制）原理 各种模拟调制系统的性能比较 频分复用（FDM）本章内容:第第5 5章章 模拟调制模拟调制 第1页/共75页调 制 简 介n 调制定义调制定义何谓调制？第2页/共75页进行频谱搬移，匹配信道特性，减小天线尺寸；实现多路复用，提高信道利用率；改善系统性能（有效性、可靠性）；实现频率分配 n 调制目的调制目的为什么要进行调制？第3页/共75页 调制信号调制信号 载载 波波 已调信号已调信号 运载工具 多种形式 同义词认识一下 调制过程 所涉及的 三种信号n 调制分类调制分类第4页/共75页-可从不
2、同角度分类：都有哪些调制方式？第5页/共75页本章研究的模拟调制模拟调制方式：是以正弦信号 作为载波的 第6页/共75页n 一般模型5.1 幅度调制（线性调制）的原理边带滤波器边带滤波器第7页/共75页5.1.1 常规 调幅（AM）nAM表达式表达式nAM调制器调制器条件：边带项载波项第8页/共75页nAM波形和频谱波形和频谱 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 第9页/共75页nAM信号的信号的特点特点l 时，AM波的包络正比于调制信号m(t)，故可采用包络检波。lAM的频谱由载频分量、上边带和下边带组成。lAM传输带宽是调制信号带宽的两倍：lAM的优势在于接收机简单
3、，广泛用于中短调幅广播。第10页/共75页AM信号功率：nAM信号的缺信号的缺点点边带功率边带功率载波功率AM功率利用率低！l调制效率（功率利用率）：第11页/共75页 -不含有用信息，却“浪费”大部分的发射功率。m1 过调幅载波边带当然第12页/共75页第13页/共75页第14页/共75页条件：如何提高调制效率？抑制载波！QA第15页/共75页5.1.2 双边带调制（DSB-SC）条件：nDSB表达式表达式nDSB调制器调制器double-sideband suppressed carrier第16页/共75页nDSB波形和频谱波形和频谱第17页/共75页nDSB信号的信号的特点特点l包络不
4、再与m(t)成正比；当m(t)改变符号时载波相位反转，故不能采用包络检波，需相干解调。l无载频分量，只有 上、下 边带。l带宽与AM的相同：l调制效率100，即功率利用率高。l主要用作SSB、VSB的技术基础，调频立体声中的差信号调制等。能否只传输能否只传输 一个边带一个边带？QA 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 第18页/共75页5.1.3 单边带调制（SSB）nSSBSSB信号的产生信号的产生（1 1）滤波法 技术难点之一技术难点之一第19页/共75页边带滤波特性边带滤波特性 H HSSBSSB()第20页/共75页（2 2）相
5、移法 USB+-第21页/共75页传递函数传递函数：是是 m(t)m(t)的的希尔伯特变换 含义含义：幅度不变，相移幅度不变，相移 /2/2 Hh()对 m(t)的所有 频率分量精确相移/2 技术难点之二技术难点之二下边带上边带 要求要求：第22页/共75页nSSB信号的信号的特点特点 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 第23页/共75页5.1.4 残留边带调制（VSB）介于SSB与DSB之间的折中方案。第24页/共75页nVSBVSB信号的产生信号的产生应该具有怎样的滤波特性？nVSBVSB信号的解调信号的解调应该具有怎样的滤波特性
6、？第25页/共75页相乘：LPF解调输出：第26页/共75页若要无失真恢复 m(t)，VSB滤波器的传输函数必须满足：含义：含义：第27页/共75页n残留边带滤波器的几何解释：第28页/共75页nVSB信号的信号的特点特点l 仅仅比比SSB所需所需带宽有很小的增加，却换来了电路的简单。带宽有很小的增加，却换来了电路的简单。l 应用：商业电视广播中的电视信号传输等。第29页/共75页n滤波法5.1.5 线性调制（幅度调制）的一般模型n相移法相移法第30页/共75页解调的任务!第31页/共75页5.1.6 相干解调 与 包络检波n相干解调相干解调 第32页/共75页n包络检波包络检波 第33页/共
7、75页第34页/共75页n分析模型分析模型5.2 线性调制系统的抗噪声性能高斯白噪声已调信号BPF5.2.1 模型与指标第35页/共75页窄带高斯噪声窄带高斯噪声输出噪声输出信号高斯白噪声已调信号BPF解调器解调器相干解调相干解调包络检波包络检波第36页/共75页n分析模型分析模型解调器解调器n性能指标性能指标制度增益：制度增益：输出信噪比：输出信噪比：BPF第37页/共75页5.2.2 DSB-相干解调系统的抗噪声性能相干解调器Si So No Ni DSB第38页/共75页B=2fH 第39页/共75页原因原因正交分量正交分量第40页/共75页5.2.2 DSB-相干解调系统的抗噪声性能相
8、干解调器Si So No Ni 5.2.3 SSB 第41页/共75页B=2fH B=fH SSBDSB第42页/共75页 相干解调抑制正交相干解调抑制正交分量分量（无论信号还是噪声）（无论信号还是噪声）原因原因正交分量正交分量第43页/共75页 能否说：DSB系统的抗噪声性能 优于 SSB 系统呢？在相同的Si，n0，fH条件下：B=2fH B=fH DSB和SSB的抗噪声性能相同。QA第44页/共75页合成包络5.2.4 AM 包络检波系统的抗噪声性能第45页/共75页（1）大信噪比时隔掉检波输出检波输出：第46页/共75页 讨论：l由于由于|m(t)|max A0，所以，所以GAM 1，
9、即，即l100%调制，且调制，且 m(t)为单频正弦时：为单频正弦时：l相干解调的相干解调的GAM 如同上式，但不受信噪比条件的限制。如同上式，但不受信噪比条件的限制。第47页/共75页（2）小信噪比时 可见：第48页/共75页u大大信噪比时信噪比时：u小小信噪比时信噪比时：门限效应门限效应AM-包络检波包络检波系统的抗噪声性能：系统的抗噪声性能：归纳归纳第49页/共75页5.3 非线性调制（角度调制）原理n概述概述第50页/共75页5.3.1 角度调制的基本概念 n1 角角调信号一般表达式调信号一般表达式载波的恒定振幅载波的恒定振幅 ct+(t)已已调信号的瞬时相位调信号的瞬时相位 相对于相
10、对于 ct的的瞬时相位偏移瞬时相位偏移 c+d(t)/dt 已已调信号的瞬时调信号的瞬时角频率角频率 相对于相对于 c的的瞬时角频偏瞬时角频偏第51页/共75页Kf=rad/(sV)Kp=rad/VPM：FM：角调信号：第52页/共75页 n2 PM与与 FM的关系的关系若预先不知m(t)形式，能否判断已调信号是PM还是FM信号?第53页/共75页若最大瞬时相位偏移满足：5.3.3 宽带 调频 第54页/共75页最大相位偏移最大相位偏移n1 单音调频单音调频 FM 调频指数调频指数最大角频偏 单音调频信号单音调频信号：，则 设第55页/共75页n2 FM信号的频谱与带宽信号的频谱与带宽第一类第
11、一类 n 阶贝塞尔函数阶贝塞尔函数 是调频指数是调频指数 mf 的函数的函数傅里叶变换级数展开第56页/共75页讨论讨论窄带调频(NBFM)NBFM)宽带调频(WBFM)(WBFM)FM频谱和传输带宽：第57页/共75页对于多音或任意带限调制信号时的FM信号：FM广播的最大频偏 f=75kHz，最高调制频率fm=15kHz，故调频指数mf 5，FM信号的频带宽度为：推广推广：调制信号的最高频率例如例如：第58页/共75页n3 FM信号的功率分配信号的功率分配载波功率=1第59页/共75页n4 FM的特点的特点 优势优势 应用应用第60页/共75页5.3.4 调频信号的产生与解调n1 调频调频信
12、号的产生信号的产生 1)1)直接法直接法原理原理：调制电压控制振荡器的频率：优点优点：电路简单、可获得较大的频偏；缺点缺点：频率稳定度不高，可采用PLL调频器进行改进。第61页/共75页2)2)间接法间接法原理原理：积分 调相(NBFM)n次倍频 WBFM优点优点：频率稳定度好；缺点缺点：需要多次倍频和混频，因此电路较复杂。第62页/共75页n2 调频调频信号的解调信号的解调 1)1)非相干解调非相干解调2)2)相干解调相干解调适用：适用：NBFMNBFM和WBFMWBFM思路思路：完成频率电压的转换，即：鉴频器鉴频器一种振幅鉴频器仅适用仅适用NBFMNBFM第63页/共75页微分器微分器：把
13、幅度恒定的把幅度恒定的调调调调频频频频波波波波 调调调调幅幅幅幅调调调调频频频频波波波波 ：包络检波器：检出包络检波器：检出包络包络并滤去直流并滤去直流，原理原理：幅/频都随m(t)变化经经LPF即即得解调输出得解调输出：第64页/共75页5.4 调频系统的抗噪声性能模型和方法与线性调制系统相似。解-鉴频器：单音调制时n n大信噪比时大信噪比时：n n小信噪比时小信噪比时：门限效应门限效应mf 第65页/共75页所有系统在“同等条件”下进行比较：解调器输入信号功率为 Si 信道噪声均值为0，单边功率谱密度为 n0 基带信号带宽为 fm 其中AM的调幅度为 100%，正弦型调制信号5.5 各种模
14、拟调制系统的比较第66页/共75页调制方式调制方式信号带宽信号带宽输出信噪比输出信噪比制度增益制度增益设备设备AMDSBSSB VSBFM21简单中等中等复杂复杂第67页/共75页n n性能比较性能比较：1）抗噪声性能：FM最好，DSB/SSB、VSB次之，AM最差；2）频谱利用率：SSB最高，VSB较高，DSB/AM次之，FM最差；3）功率利用率：FM最高，DSB/SSB、VSB次之，AM最差；4）设备复杂度：AM最简，DSB/FM次之，VSB较复杂，SSB最复杂。第68页/共75页n n特点与应用特点与应用 1）AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰优点是接收设备简单；缺点是
15、功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播。能力差。主要用在中波和短波调幅广播。2）DSB：优点是功率利用率高，带宽与优点是功率利用率高，带宽与AM相同。主要用于相同。主要用于调频立体声中的差信号调制，彩色调频立体声中的差信号调制，彩色TV中的色差信号调制。中的色差信号调制。3）SSB：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有，而带宽只有AM的一半；的一半；缺点是收发设备都复杂。常用于频分多路复用系统中。缺点是收发设备都复杂。常用于频分多路复用系统中。4）VSB：抗噪
16、声性能和频带利用率与抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电视广播相当。在电视广播等系统中得到了广泛应用。等系统中得到了广泛应用。5）FM：抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。第69页/共75页5.6 频分复用(FDM)l复用：在一条信道中同时传输多路信号l目的：充分利用信道的频带或时间资源l分类：FDM、TDM、SDM、CDMl频分：按频率划分信道的复用方式l方法：调制 合成 传输 分路 解调l原理：图示 第70页/共75页n nFDMFDM系统原理框图：系统原理框图：第71页/共75页 n n典型例子典型例子-多路多路载波电话系统载波电话系统（目前，TDM替代）替代）层次结构层次结构：基群频谱结构示意图：基群频谱结构示意图：12 路 一个基群 5 个基群 一个超群（60路电话）10个超群 一个主群（600路电话）多个主群 一个巨群（每路4kHz）第72页/共75页配套辅导教材：曹丽娜 樊昌信 编著 国防工业出版社 整理知识 归纳结论梳理关系 引导主线剖析难点 解惑疑点强化重点 点击考点 第73页/共75页 谢谢！第74页/共75页感谢您的观看！第75页/共75页