1、1,第四章 模拟调制系统,调制的定义和分类 幅度调制的原理及抗噪声性能 角度调制的原理及抗噪声性能 各种模拟调制系统的比较 频分复用(FDM),2,1 调制的定义和分类(1),调制 目的：将原始电信号变换成频带适合信道传输的信号 方式：按调制信号的变化规律去改变载波的某些参数 作用： 频谱搬移 影响系统的传输有效性和可靠性,调制信号：原始基带信号,载波：携带调制信号的信号,正弦波调制：正弦型信号作为载波脉冲调制：脉冲串作为载波,模拟调制：调制信号取值连续数字调制：调制信号取值离散,3,1 调制的定义和分类(2),正弦波模拟调制 调制信号：模拟信号： 载波：连续正弦波：,已调信号, 线性调制,4
2、,2.1 幅度调制的原理(1),幅度调制：正弦型载波的幅度随调制信号作线性变化的过程,已调信号的频谱是调制信号频谱的线性搬移。,线性调制,时域,频域,5,2.1 幅度调制的原理(2),幅度调制器的一般模型,6,2.1 幅度调制的原理(3),双边带(DSB)信号,7,2.1 幅度调制的原理(4),已调信号的包络与m(t)不同,反相点：当载波与m(t)同时改变极性时出现(不影响性能),8,2.1 幅度调制的原理(5),DSB信号的频谱特点,上下边带分别包含调制信号的全部信息.,9,2.1 幅度调制的原理(6),DSB信号的解调相干解调,载波提取：发端加小功率导频,10,2.1 幅度调制的原理(7)
3、,调幅(AM)信号,11,2.1 幅度调制的原理(8),调幅系数,已调信号的包络与调制信号成比例变化.,过调制,12,2.1 幅度调制的原理(9),AM信号的解调,相干解调,13,2.1 幅度调制的原理(10),包络提取方式：半波整流低通,非相干解调 包络检波 + 隔直, 包络,14,2.1 幅度调制的原理(10),AM信号的功率,15,2.1 幅度调制的原理(11),单边带(SSB)信号,USB,LSB,16,2.1 幅度调制的原理(12),-,17,2.1 幅度调制的原理(13),SSB信号的产生,滤波法：频域,相移法：时域,SSB信号的解调相干解调,18,2.1 幅度调制的原理(14),
4、残留边带(VSB)信号,19,2.1 幅度调制的原理(15),20,2.1 幅度调制的原理(16),随机调制信号的功率谱密度特性,21,2.2 线性调制系统的抗噪声性能(1),性能分析模型,( B BPF带宽/已调信号带宽 ),输入信噪比：,输出信噪比：,调制制度增益：,22,2.2 线性调制系统的抗噪声性能(2),DSB调制系统的性能,( W 调制信号带宽；B=2W ),23,2.2 线性调制系统的抗噪声性能(3),SSB调制系统的性能,(B=W ),24,2.2 线性调制系统的抗噪声性能(4),比较DSB-SC与SSB-SC 系统的抗噪声性能,若解调器输入端DSB与SSB信号的平均功率Si
5、 相同，且输入噪声双边功率谱密度N0 /2 相同，则有,25,2.2 线性调制系统的抗噪声性能(5),AM系统的性能, 包络检波器输出,26,2.2 线性调制系统的抗噪声性能(6),大信噪比情况:,注：大信噪比下，包络检波的性能与相干解调相同,27,2.2 线性调制系统的抗噪声性能(7),小信噪比情况:,门限效应：小信噪比下，包络检波器把有用信号扰乱成噪声，输出信噪比急剧恶化。,28,3.1 角度调制的原理(1),角度调制是一种非线性调制，已调信号频谱不再保持原来基带频谱的结构，两者无线性对应关系,29,3.1 角度调制的原理(2),PM与FM的关系,直接调频和间接调频,直接调相和间接调相,3
6、0,3.1 角度调制的原理(3),窄带调频：,信号带宽与AM信号类似，即2W.,抗噪声性能也与AM的一致.,31,3.1 角度调制的原理(4),宽带调频：, 调制指数/最大相偏, 第一类 n 阶贝塞尔函数,32,3.1 角度调制的原理(5), 窄带调频,33,3.1 角度调制的原理(6),34,3.1 角度调制的原理(7),已调信号总功率：,载频功率：,边频功率：,调制信号不提供功率，但可以控制功率的分布.,35,3.1 角度调制的原理(8),卡松公式：对于带宽为W 的基带信号，已调频信号的带宽近似为,36,3.1 角度调制的原理(9),调频信号的产生,直接调频,间接调频,37,3.1 角度调
7、制的原理(10),调频信号的解调 鉴频法,鉴频器,调频到调幅的变换1 微分,38,3.1 角度调制的原理(11),调频到调幅的变换2：使用调谐电路的上升频率特性(线性区) 平衡鉴频器：展宽频率特性的线性范围,39,3.2 角度调制系统的抗噪声性能(1),性能分析模型,( B BPF带宽/已调信号带宽 ),输入信噪比：,40,3.2 角度调制系统的抗噪声性能(2),或,M,41,3.2 角度调制系统的抗噪声性能(3),大信噪比：,？,42,3.2 角度调制系统的抗噪声性能(4),43,3.2 角度调制系统的抗噪声性能(5),大信噪比下，调频信号解调器的输出信噪比：,G = 450.,44,3.2
8、 角度调制系统的抗噪声性能(6),大信噪比下，FM系统与AM系统的性能比较,结论：在大信噪比情况下，调频系统的抗噪声性能比调幅系统优越，且其优越程度将随传输带宽的增加而提高。,45,3.2 角度调制系统的抗噪声性能(7),小信噪比：,有用信号已被噪声淹没，无法单独提取，引起门限效应。,门限值：,即,46,3.2 角度调制系统的抗噪声性能(8), 带宽限制, 功率限制,47,3.2 角度调制系统的抗噪声性能(9),改善门限效应的方法 采用特性较好的解调器，例如锁相环或调频负反馈鉴频法 采用加重技术,接收端加入去加重网络，衰减高频分量，减小输出噪声功率,发送端加入预加重网络，加重高频分量，以消除信
9、号失真,48,4 各种模拟调制系统的性能比较(1),49,4 各种模拟调制系统的性能比较(2),50,5 频分复用(1),复用：将若干个彼此独立的信号合并为一复合信号，在一公共信道上传输 频分复用(FDM)：按频率区分信号 时分复用(TDM)：按时间区分信号,51,5 频分复用(2),频分复用电话系统,52,5 频分复用(3),优点：信道复用率高，允许复用的路数多，分路方便,缺点：设备生产较为复杂；滤波器特性不理想和信道内存在非线性会产生路间干扰。,53,6 应用实例(1),立体声调频广播,54,6 应用实例(2),黑白广播电视,55,6 应用实例(3),56,思考题和作业,什么是线性调制？常
10、见的线性调制方式？ 残留边带滤波器的传输特性应如何？ 什么是调制制度增益？其物理意义如何？ 如何比较两个系统的抗噪声性能？DSB和SSB调制系统的抗噪声性能是否相同？ 什么是门限效应？何种情况下产生？ FM系统调制制度增益和信号带宽的关系如何？说明什么问题？ 什么是频分复用？ 作业：5-1，5-3，5-6，5-8，5-10，5-17，5-18,57,附录,58,复合调制与多级调制,复合调制：对同一载波进行多种调制，例如调频调幅波 多级调制：对同一基带信号实施两次或多次调制过程，例如SSB/SSB，SSB/FM，FM/FM,59,超外差接收机(1),无线接收机的主要功能：解调、载波调谐、带通滤波
11、和放大,超外差接收机 接收到的不同载频的微弱高频已调信号变成统一的中频已调信号，再进行中频放大，高增益高稳定的中频放大器容易实现 自动增益控制(AGC)：接收弱信号和强信号的时候，接收机能得到相差不多的信号,AM中频：465KHz电视图像中频：38MHz,60,超外差接收机(2),射频放大器中的BPF带宽BRF,61,Hilbert变换(1),定义：若 f (t) 为实函数，,62,Hilbert变换(2),希尔伯特滤波器(理想宽带相移网络),63,Hilbert变换(3),性质 重变换： 等能量： 正交性： 奇偶性：,64,Hilbert变换(4),常用变换,65,通信系统的仿真,例：调制信
12、号m(t)=cos(2*pi*fa*t)， fa=1000Hz，采用频率为fc=1MHz的正弦型载波调制。观察幅度调制波形。,close all; clear all;fa=1000; %1000Hz fc=1e6; % 1MHzA=1.0; Ts=1.0e-7;%取样间隔 T=0.005; %取样终止时间t=0:Ts:T;Sm=A*cos(2*pi*fa*t).*cos(2*pi*fc*t);plot(t,Sm);xlabel(t); ylabel(Sm(t);,66,通信系统的仿真,close all; clear all;fa=1000; %1000Hz fc=1e6; % 1MHz A
13、=1.0; Ts=1.0e-7;%取样间隔 T=0.0005; %取样终止时间 mf=2; t=0:Ts:T; Sm=A*cos(2*pi*fc*t+mf*sin(2*pi*fa*t); %调频信号plot(t,Sm); xlabel(t); ylabel(Sm(t); vec=axis; vec(3)=-2*A; vec(4)=2*A; axis(vec);,例：调制信号m(t)=cos(2*pi*fa*t)， fa=1000Hz， 采用频率为fc=1MHz的正弦型载波调制。观察频率调制波形。,67,观察第一类n阶贝塞尔函数,例：试观察第一类n阶贝塞尔函数,close all; clear all;mf=0:0.1:10; J0=besselj(0,mf); plot(mf,J0); hold onJ0=besselj(0,mf); plot(mf,J0,b-); hold on J1=besselj(1,mf); plot(mf,J1,k-); J2=besselj(2,mf); plot(mf,J2,r-);grid xlabel(mf) ylabel(Jn(mf); legend(n=0,n=1,n=2);,
