《通信原理教(学)案-ch5-模拟调制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理教(学)案-ch5-模拟调制系统.docx（14页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、系部：信电学院任课教师：课时安排：理论6课时课题第5章模拟调制系统出前新知课果型教学目标1 .理解模拟调制、已调信号、调幅信号的边带、角度调制的偏移常数与调制指数、相干解调、包络检波、VCO等相关概念。2 .对各种调制技术，掌握其时域表达式、功率谱密度、解调方法、解调的输入一输出信噪比、信噪比增益。3 .理解频分复用技术的含义。重点1 .幅度调制：DSBAM、AM、SSBAM的表达式、频谱、带宽、调制解调方法2 .角度调制：调频、调相的表达式、频谱、带宽、调制解调方法3 .幅度调制的抗噪声性能：输入信噪比、输出信噪比、信噪比增益4 .角度调制的的抗噪声性能：输入信噪比、输出信噪比、信噪比增益难
2、点1 .包络检波的近似分析2 .VCO环路方程3 .角度调制系统的近似分析4 .调频与调相间的关系教学手段、方法理论讲解I教具PPT教学过程1 .模拟调制系统2 .名词解释(1)调制：用原始待传信号去控制载波参数从而将其转换成适合信道传输的信号的一种过程。(2)调制信号：原始待传信号，来自于信源的消息信号，也称为基带信号。分模拟和数字两类(3)载波：连续正弦波，或周期脉冲序列(4)已调信号：调制后的传输信号，包含调制信号的全部特征(5)解调：调制的逆过程，由已调信号中恢复出调制信号的过程3 .分类根据调制信号和载波的不同可分为模拟连续波调制(模拟调制)、数字连续波调制(数字调制)、模拟脉冲调制
3、、数字脉冲调制。4 .重要性(1)频谱搬移一将基带调制信号搬移到媒质适合传输的频段；(2)可搬至不同频段实现多路复用；(3)扩展信号带宽，提高通信质量一良好的调制方式有助于提高通信质量，体现在传输的有效性和可靠性上。5 .方式模拟调制一调制信号的取值是连续的。主要以正弦波为载波Acos(Ot+)含幅度A载频(o0、相位三个可变参量。用基带调制信号m(t)改变幅度A-振幅调制；用调制信号改变频率30、相位小一角度调制。1.1振幅调制AM1 .1.1原理正弦载波：s(t)=Acos(Ot+0)振幅调制表示式：sm(t)=m(t)cos(Ot+0)若m(t)M(),s(t)仁=S(3),sm(t)S
4、m(),则Sm()=(1/2)M()*S()由于S()=AF(cosOt)=A(-)+6(+),因此Sm()=(A2)M(-)+M(+)M(3)基带谱线性搬移至3。频率处，谱形不变，因此称为线性调制。(但请注意；线性调制线性变换，任何调制都是非线性变换！)由此可得出线性调制的一般模型一由乘法器+带通滤波器组成：K)COSgot线性调制的一般模型考虑到H(3)的带通滤波作用，输出Sm(3)可表示为(这里将幅度A归一化为1)Sm()=(1/2)M(-)+M(+)H()适当选择H(3),可得到如下几种幅度调制方式与信号:2 .抑制载波双边带信号(DSB)输入调制信号无直流，即M(O)=0,且为带宽2
5、fH的理想带通滤波器,输出为sm(t)=m(t)cost,为双边带抑制载波DSB-SC频域0,设 m(t) = m, m(t) = m + mz (t),其中 (t) cos t, H(3)同上为理想带通滤波器,3 .有载波的双边带调幅信号(AM)输入调制信号含直流，即M(0)m(t)为交流分量,sm(t)=m+m,类似于上面的分析有Sm(3)=TrmoB(33。)+(cd+3()+,(J3。)+,(J+3()时域频域4 .单边带(SSB)调幅信号双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱M(3)的所有频谱成分,因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带。产生
6、SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。(1)滤波法：由于双边带的上、下边带均含有相同的基带m(t)信息，故用H(3)抑制掉一个，仍可通信=单边带(SSB)调制。H(3)为边带滤波器，表示式为- -d-H dl-l/()=()=W(w)=(y)=边带滤波器的滤波特性及两种单边带信号的频谱如图H+(3)与H-(3)SSB信号时域表达式(以下边带为例)：SLSB()=(1/2)M(+)+M(-O)HLSB()滤波法的技术难点滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性,在过渡带和不太高的载频情况下，滤波器不难实现；但当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能实现单边带调制。(2)相移法设单频调制信号为
7、m(t)-AmcosOt,载波为cos3ct,则DSB信号的时域表示式为y三(0=AMCoSftVCOS“J=TAmCoS(牝+%w+；AmCOSQ.-m)t若保留上边带，则有SUsB(O=Ans(c+jt=AmcosmcosctAmSinqSinet若保留下边带，则有SLSB(0=TA”cos(%-n)t=-A,cosmtcosct+-Amsinmtsinct将上两式合并SSSBQ)=gA,”cosy,cosCOS-tCOS-ncssm把上式推广到一般情况，则得到SSSBa)=JWf)COS彳T病(E)sin51而是m(t)的希尔伯特变换，若M(3)为m(t)的傅立叶变换，则m(t)M(co
8、)=M(t)-jsgn,式中Sgno =1,0-1, O上式中的-jsgns可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即Hh(y)=M()/M()=-jsgn移相法SSB调制器方框图1.汾(r)cos./+；%(f)sin2ct经低通滤波器后，得到%。)=3/(，)因为sl(t)是m(t)通过一个全通滤波器Hl()后的结果，故上式中的sd(t)就是解调输出，即“(，)=3$/(力87(，)2 .包络检波适用条件：AM信号，且要求Im(t)ImaxWAO包络检波器结构通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。t。DAM信号RQCA)+加。)OO性能分析设输入信号是SAMS)=4+m(t)cosct选择RC
9、满足如下关系fllRCof=2%(f)coSaO-ns(t)sinocosoNq=n11B因此输出信噪比为=G=2。系统带宽B=2fH02、SSB调制系统(1)抗噪性能分析B=fH,解调用DSB的相干解调方式。SSB调制信号的平均功率1*2Si=st)=-m(t)cos0t土-m(t)sn0t=-m2(t)+-2(t)2LJoO由于IM(Ml2=M()2因此Si=n2(i)4oNi=TIqB故输入信噪比为(SN)i=fn2Q)(4nB)同步解调11LPF1so(t)=-m(t)cosot-rh(f)sinto2cosu；ot-m(t)因此SO=m2(t)4类似DSBNO=nOB因此(SN)o=
10、)(4n0B)=G=1(2)DSB、SSB抗噪性能比较似乎DSB的制度增益比SSB大一倍，实际上两者的抗噪性能相同。=原因说明3、AM调幅AM信号可采用同步检波(相干线性解调)与包络检波(非线性解调)两种方式(1)同步检波输入信号、解调输出信号噪声等参量分析=输入输出信噪比，制度增益(2)包络检波输入信号：sm(t)+ni(t)=m0+m(t)cos0t+nc(t)cos0tna(t)SillNot=r(t)cos13Ot(t)输出信号：a.大信噪比情况分析输出r(t)555m+m(t)+nc(t)输入输出信噪比分析b.小信噪比情况分析输出r(t)R(t)+(m+m(t)nc(t)R(t)输入
11、输出信噪比分析(3)门限效应分析输出无单独信号项，只有m(t)nc(t)R(t),而nc(t)R(t)为噪声项。因此，m(t)受噪声扰乱也成为噪声，导致输出信噪比随输入信噪比下降而急剧恶化。存在一门限，称为门限效应。1.3角度调制角度调制为非线性调制一调制产生的输出信号频谱Sm(3)不再保持原始被调信号频谱M(3)的结构。1.3.1调制原理设m(t)仁=M(),载波s(t)=Acost+(t)1.调相信号：sPM(t)=AcosOt+Kpm(t)一各参数说明2.调频信号：若相对于载频3。的瞬时频移随m(t)线性变化(t)=d(t)dt=KFm(t)得到的调频信号为fm(0=AcosLJot+j
12、KFm(T)d显然，频率变化与相位变化互为微积分关系二若不知m(t)形式，无法区分FM与PM,两者无实质区别，分析一种可推至另一种。1. 3.2单音调频 调频指数Inf说明 单音调频过程推导频谱非线性搬移过程。 调频带宽一卡森公式J2(nf+l)fmt,1mf=1()公式分析对应的调频信号频谱为8Sfm(M=tEJn(mf)(-0-nm)+(+w0+m)=-81) 3.3FM信号产生与解调(1)信号产生方法用m(t)作电压控制信号控制VCO产生，参考教材。2) )FM信号解调非相干解调-限幅鉴频器鉴频 SlMiscrhiuiuUorFM信号的非相干解调输入sfm)三Acos必，+/KFm(T)
13、d-输出Sd(C) = MSFM()=-川2)+ KFm(以 Sin应+/KFm(T)d.J-包络检波se(t)83+KFm(t),隔直+低通，=s(t):KDKFm(t),其中KD为鉴频器增益。1.3.4FM系统抗嗪性能分析1 .接收解调系统模型FM信号解调的分析模型2 .过程描述(教材)3 .结果分析输入信号：SFJWa)=ACOS网/+KJMrM输入信噪比：Z=心NiMFM解调输出：“=KdKfmlNo=Pdfdf=%炒输出信噪比(大信噪比)：S.二KdKJ而3M而一-8-3=防制度增益(单音调制)：CCn(t)=COS%，=y=3mj(mj+D方nGFM=3标(/+1)4.FM、AM系
14、统性能比较结论：FM有比AM优越的抗噪性能，且mft=F=抗噪性。但是，上述增益是在大信噪(载噪比A2(2nOB)比下获得的，随着A2(2nOB)I=增益会丧失=出现门限效应。1.3.5预加重/去加重1 .问题信号功率谱特点：语音、音乐信号谱SM()低频强，高频弱。噪声功率谱特点：解调输出端噪声功率谱密度Sn(3)与f2正比=低频段噪声弱，高频段噪声强=高频段输出SNR急剧恶化2 .解决措施：(1)发送端提升信号高频分量功率一一预加重；(2)收端解调输出去加重收端解调恢复信号后压低高频分量，同时抑制噪声=使高频(SN)OtO3 .预加重、去加重过程分析 预加重原则：解调后噪声功率谱平坦。 预加
15、重电路一一加在调制信号m(t)输入端；H()=j,为微分电路,实际电路如图所示，在门f2之间有j特性。 去加重电路加在解调输出LPF之后：如图所示，H(f)=1/(1+jffl),去加聿电路1.4各种模拟调制系统比较调制方式BGSN0用途AM42/33既）AM广播DSB英2(志)应用少SSBA1,频分复用VSB%近似SSB电视广播FM2(mf+l)fn3mj(m+1)力HI率电台（看帝）调频立体声（宽帝）1.抗噪性能：FM最好，DSB/SSB、VSB次之，AM最差2 .频带利用率：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
