《通信原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 模拟调制系统

第三章模拟调制系统 31概述 ●模拟调制:用来自信源的基带模拟信号去调制某载波。 ●载波:确知的周期性波形一余弦波: c(t)=Acos(ot+Po) 式中,A为振幅; 调制信号调制器 已调信号 O为载波角频率 2为初始相位。 图3.1.1调制器 ●定义: 调制信号m一自信源来的信号 >已调信号(一调制后的载波称为已调信号 调制器一进行调制的部件

1 3.1 概述 ⚫ 模拟调制：用来自信源的基带模拟信号去调制某载波 。 ⚫ 载波：确知的周期性波形 － 余弦波： 式中，A为振幅； 0为载波角频率； 0为初始相位。 ⚫ 定义： ➢ 调制信号m(t) －自信源来的信号 ➢ 已调信号s(t) － 调制后的载波称为已调信号 ➢ 调制器 －进行调制的部件 第三章 模拟调制系统 图3.1.1 调制器 调制器 已调信号 s(t) 调制信号 m(t) ( ) cos( ) = 0 +0 c t A t

●调制的目的 >频谱搬移一适应信道传输、合并多路信号 提高抗干扰性 ●模拟调制的分类: 线性调制:调幅、单边带、双边带、残留边带 >非线性调制(角度调制):频率调制、相位调制

2 ⚫ 调制的目的： ➢ 频谱搬移 － 适应信道传输、合并多路信号 ➢ 提高抗干扰性 ⚫ 模拟调制的分类： ➢ 线性调制：调幅、单边带、双边带、残留边带… ➢ 非线性调制（角度调制）：频率调制、相位调制

32线性调制 320基本概念 设载波为:c(1)= Acoso0t=Ac0s2mft 调制信号为能量信号m(④,其频谱为M(f) 载波:c( 调制 s'(t) 相乘结果:s(0 H(f 滤波输出:s(0 (t) s(t) Acos Oot 用“◇”表示傅里叶变换 m(teMo) m)coo台S()式中,S()=[M(-)+M(+f M S (a)输入信号频谱密度 (b)输出信号频谱密度

3 3.2 线性调制 3.2.0 基本概念 设载波为：c(t) = Acos0 t = Acos2 f0 t 调制信号为能量信号m(t)，其频谱为M(f ) 载 波：c(t) 相乘结果：s(t) 滤波输出：s(t) 用“”表示傅里叶变换： 式中， 调制 s(t) 信号 m(t) Acos0t H(f) 已调 信号 s(t) m(t)  M ( f ) ( ) cos ( ) 0 m t A  t  S f [ ( ) ( )] 2 ( ) 0 0 M f f M f f A S f = − + + M(f) f 0 S(f) f0 f -f0 0 (a) 输入信号频谱密度 (b) 输出信号频谱密度

32.1振幅调制(AM) ●基本原理 设:m(=+mt(o)l,wm()≤1,m()lmnx=m-调幅度, 则有调幅信号:s(0=[1+m(0)] Acoso0t 式中,[1+m(≥0,即s(0的包络是非负的。 1+m'(t) +1 1+m’(t

4 3.2.1 振幅调制（AM） ⚫ 基本原理 设: m(t) = [1+m(t)]， |m(t)|  1， m(t)|max = m － 调幅度， 则有调幅信号：s(t) = [1+m(t)]Acos0 t， 式中， [1+m(t)]  0，即s(t) 的包络是非负的。 +1 =  = m(t) 1 0 1+m(t) 1 0 1+m(t)

●频谱密度 >含离散载频分量 当m'(0)为余弦波,且m=100%时, 两边带功率之和=载波功率之半。 +m’t c() 口嗷波功率上边带功率“下边带功率 s(t) 5

5 ⚫ 频谱密度 ➢ 含离散载频分量 ➢ 当m(t)为余弦波，且m＝100％时， 两边带功率之和＝ 载波功率之半。 -fm    m(t) s(t) M(f) c(t) C(f) A -A t fm f -f0 0 2fm S (f) 2fm -f0 f0 f f f t t 1 0 1+m(t) 载波功率 上边带功率 下边带功率

●AM信号的接收:包络检波 原理: 州公 整流器 低通滤波器 图3.24包络检波器解调调幅信号 >性能:设输入电压为 v(t)=([1+m(t]A+n(t) cos@ot-n,(t)sin 式中,aO- n(t)sin a 为检波器输入噪声电压 y(的包络:v()=√m()4n(0)2+n 在大信噪比下:[V()≈+m()4+n()

6 ⚫ AM信号的接收：包络检波 ➢ 原理： ➢ 性能：设输入电压为 式中， 为检波器输入噪声电压 y(t)的包络： 在大信噪比下： 整流器 低通滤波器 图3.2.4 包络检波器解调调幅信号 y t m t A n t t n t t c 0 s 0 ( ) = {[1+ '( )] + ( )}cos − ( )sin  n t t n t t c 0 s 0 ( )cos − ( )sin  ( ) {[1 '( )] ( )} ( ) 2 2 V t m t A n t n t y = + + c + s V (t) [1 m'(t)]A n (t) y  + + c

检波后(已滤除直流分量): v(t=m()A+n(t) 输出信号噪声功率比: =E[m2(1)A2/n2(t) 在检波前的信号噪声功率比等于 7=E{+m(o21n2(O 检波前后信噪功率比之比为 E m2()A2/n2() =2m2( +m(o)2A2/n2(t) [1+m()2 由于m(0≤1,显然上式比值/小于1,即检波后信噪比下降 了

7 检波后（已滤除直流分量）： 输出信号噪声功率比： ∵在检波前的信号噪声功率比等于 ∴检波前后信噪功率比之比为 由于m(t)  1，显然上式比值r0/ri小于1，即检波后信噪比下降 了。 v(t) m'(t)A n (t) = + c [ ' ( ) / ( )] 2 2 2 0 r E m t A n t = c         = 1+ '( ) / ( ) 2 1 2 2 2 r E m t A n t i         + =             + = 2 2 2 2 2 2 2 2 0 [1 '( )] 2 ' ( ) 1 '( ) / ( ) 2 1 ' ( ) / ( ) m t m t E m t A n t m t A n t E r r c i

322双边带(DSB)调制 原理:调制信号m(没有直流分量时,得到DSB信号。 频谱:两个边带包含相同的信息。 SO 上边带 上边带 下边带 0 0 f (a)调制信号频谱密度 (b)已调信号频谱密度 图3.2.5双边带调制信号的频谱

8 3.2.2 双边带（DSB）调制 ⚫ 原理：调制信号m(t)没有直流分量时，得到DSB信号。 ⚫ 频谱：两个边带包含相同的信息。 图3.2.5 双边带调制信号的频谱 (a) 调制信号频谱密度 M(f) f 0 (b) 已调信号频谱密度 f0 -f0 0 f S(f) 上边带 上边带 下边带

●解调:需要本地载波 r() 设接收的DB信号为|稽号 H(f · m'(t)cos Oot 接收端的本地载波为 cOSOpt cos[(o+△o)t+] 两者相乘后,得到 图3.26双边带信号解调器原理方框图 r'(t)=m(t)cos@ t cos[(o +A@)t+l m(){cs(△ot+q)+cos(200+△o)t+]} 低通滤波后,得到 m()cos(△ot+q) 2 仅当本地载波没有频率和相位误差时,输出信号才等 于m()/2。[和调制信号仅差一个常数因子 优缺点:DSB信号可以节省发送功率,但接收电路较为复杂

9 ⚫ 解调：需要本地载波 ➢ 设接收的DSB信号为 接收端的本地载波为 两者相乘后，得到 低通滤波后，得到 仅当本地载波没有频率和相位误差时，输出信号才等 于m(t) / 2。[和调制信号仅差一个常数因子] ⚫ 优缺点：DSB信号可以节省发送功率，但接收电路较为复杂 图3.2.6 双边带信号解调器原理方框图 基带 信号 m(t) 接收 信号 s(t) cos0t r(t)  H(f) m t t cos 0 ( )  cos[( ) ] 0 +  t + ( ){cos( ) cos[(2 ) ]} 2 1 ( ) ( )cos cos[( ) ] 0 0 0          =   + + +  +  =  +  + m t t t r t m t t t ( )cos( ) 2 1 m  t t +

323单边带(SSB)调制 两个边带包含相同的信息//M 上边带 上边带 ●原理: f 只需传输一个边带: (a)滤波前信号频谱 上边带或下边带 HH(特性 H(特性 要求m(中无太低频率5 上边带 ●解调:需要本地载波 >由于 (b)上边带滤波器特性和信号频谱 若x(0=x(0(0, HL(特性 则有 Z(m)=X(0)*Y() 单边带信号解调时, f o 用载波 cosOpt和接收信号相 (c)下边带滤波器特性和信号频谱 乘,相当于在频域中载波频 图3.27单边带信号的频谱 谱和信号频谱相卷积

10 3.2.3 单边带(SSB)调制 ⚫ 原理： ➢ 两个边带包含相同的信息 ➢ 只需传输一个边带： 上边带或下边带 ➢ 要求m(t)中无太低频率 ⚫ 解调：需要本地载波 ➢ 由于 若 z(t) = x(t) y(t) ， 则有 Z() = X()  Y() 单边带信号解调时， 用载波cos0 t 和接收信号相 乘，相当于在频域中载波频 谱和信号频谱相卷积。 -f0 HL(f)特性 上边带 (b) 上边带滤波器特性和信号频谱 上边带 f 0 0 f 图3.2.7 单边带信号的频谱 S(f) 上边带 上边带 下边带 HH(f)特性 HH(f)特性 (a) 滤波前信号频谱 (c) 下边带滤波器特性和信号频谱 S(f) S(f) -f0 0 f -f0 f0 f 下边带 f0