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1、通信原理,主講教師：高 渤 ,含弘光大 繼往開來,學(xué)習(xí)內(nèi)容,幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,1,2,3,4,5,第五章 模擬調(diào)制系統(tǒng),非線性（角度調(diào)制）的原理,調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能,線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能,各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較,6,頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,2,電路與通信教研室 高渤,學(xué)習(xí)目標(biāo), 學(xué)習(xí)要點1、調(diào)制的定義、功能和分類；2、線性調(diào)制的原理（表示式、頻譜、帶寬、產(chǎn)生與解調(diào)）；3、線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能，門限效應(yīng)；4、調(diào)頻（FM）、調(diào)相（PM）的基本概念；5、調(diào)頻信號頻帶寬度的計算卡森公式；6、調(diào)頻信號的生產(chǎn)與解調(diào)方法；7、預(yù)加重和去加重的概念；8、

2、 FM、DSB、SSB、VSB、AM的性能比較；9、頻分復(fù)用、復(fù)合調(diào)制和多級調(diào)制的概念。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,3,電路與通信教研室 高渤,學(xué)習(xí)目標(biāo), 重點1、概念： AM、DSB、VSB和PM、FM的基本概念、特點和應(yīng)用；產(chǎn)生與解調(diào)方法（會畫原理框圖）；AM、DSB波形和頻譜（會畫）；VSB邊帶濾波特性；可靠性比較，有效性比較；門限的概念；多級調(diào)制、復(fù)合調(diào)制和FDM的概念。2、計算： AM、DSB、SSB、PM、FM的表達(dá)式；功率和帶寬的計算；AM、DSB、SSB、FM抗噪聲性能分析和G的計算與比較；單音調(diào)頻的調(diào)頻指數(shù)、相偏及頻偏；卡森公式。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)

3、 】,4,電路與通信教研室 高渤,學(xué)習(xí)目標(biāo), 難點1、調(diào)制信號、載波和已調(diào)信號。2、抗噪性能分析。3、相干解調(diào)是否存在門限效應(yīng)。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,5,電路與通信教研室 高渤,學(xué)習(xí)內(nèi)容,幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,1,2,3,4,5,第五章 模擬調(diào)制系統(tǒng),非線性（角度調(diào)制）的原理,調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能,線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能,各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較,6,頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,6,電路與通信教研室 高渤, 引 言一、基本概念1、調(diào)制：把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。1）廣義調(diào)制：分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。 2

4、）狹義調(diào)制：僅指帶通調(diào)制，在無線通信和其他大多數(shù)場 合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。2、調(diào)制信號：指來自信源的基帶信號。 3、載波調(diào)制：用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程。4、載波：未受調(diào)制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也 可以是非正弦波。,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,7,電路與通信教研室 高渤,5、已調(diào)信號：載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號。6、解調(diào)（檢波）：調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的 調(diào)制信號恢復(fù)出來。,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,二、調(diào)制的目的 1、把基帶信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。2、把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以

5、實現(xiàn)信道的多 路復(fù)用，提高信道利用率。3、改善系統(tǒng)的抗噪聲性能，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還 可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,8,電路與通信教研室 高渤,三、調(diào)制方式 1、模擬調(diào)制 常見的模擬調(diào)制： 1）幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶調(diào)制。 2）角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制。 2、數(shù)字調(diào)制 常見的數(shù)字調(diào)制：ASK、FSK、PSK、DPSK調(diào)制等。,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,9,電路與通信教研室 高渤, 引 言什么是線性調(diào)制？1、表示式： 設(shè)正弦載波為,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,式中，

6、A 載波幅度； c 載波角頻率； 0 載波初始相位（以后假定0 0）。,則根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號（已調(diào)信號）可表示為：,式中， m（t） 基帶調(diào)制信號（調(diào)制信號）。,可見，在波形上，已調(diào)信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律而正比地變化。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,10,電路與通信教研室 高渤,2、頻譜 設(shè)調(diào)制信號m（t）頻譜為M（），則已調(diào)信號的頻譜為,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,可見，在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。由于這種搬移是線性的，因此，幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制。,注意，這里的“線性”并不意味著已調(diào)信號與調(diào)制信號之間符合線性變換關(guān)系。事實上，

7、任何調(diào)制過程都是一種非線性的變換過程。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,11,電路與通信教研室 高渤,一、調(diào)幅（AM） 1、AM調(diào)制器模型,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,2、時域表達(dá)式,式中， m（t） 調(diào)制信號，均值為0； A0 常數(shù)，表示疊加的直流分量。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,12,電路與通信教研室 高渤,波形圖,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,當(dāng)滿足條件：|m（t）| A0 時，其包絡(luò)與調(diào)制信號波形相同，因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號。 否則，出現(xiàn)“過調(diào)幅”現(xiàn)象。這時用包絡(luò)檢波將發(fā)生失真。但是，可以采用其他的解調(diào)方法，如同步檢波。,通信原理【 第

8、五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,13,電路與通信教研室 高渤,3、頻 譜 若m（t）為確知信號，則AM信號的頻譜為,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,若m（t）為隨機信號，則AM信號的頻域必須用功率譜描述。,可見，AM信號的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成，并且上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。頻譜如下圖所示。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,14,電路與通信教研室 高渤,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,頻譜圖,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,15,電路與通信教研室 高渤,1）帶 寬 AM信號是帶有載波分量的雙邊帶信號，帶寬是基帶信號帶寬 fH

9、 的兩倍： 。,4、AM信號的特性,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,2）功 率：當(dāng)m（t）為確知信號時,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,16,電路與通信教研室 高渤,當(dāng)m（t） = Am cos mt 時， 代入上式，則得到,5、調(diào)制效率 AM信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)，載波分量并不攜帶信息。有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號總功率的比例稱為調(diào)制效率：,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,當(dāng)|m（t）|max = A0時（100調(diào)制），調(diào)制效率最高，此時 max 1/3,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,17,電路與通信教研室

10、 高渤,二、雙邊帶調(diào)制（DSB） 1、DSB調(diào)制器模型,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,2、時域表達(dá)式:無直流分量 。,3、頻譜表示式:無載頻分量 。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,18,電路與通信教研室 高渤,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,時域波形圖和頻譜圖,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,19,電路與通信教研室 高渤,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,4、DSB調(diào)制效率：100。 優(yōu)點：節(jié)省了載波功率。 缺點：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較復(fù)雜。,5、DSB特點：,1）有上下兩邊帶（頻帶利用率低）；2）無載波分量；3） 符號變化時，載波相位倒相； 4） 幅度由

11、控制；5）若 帶寬為B，則 帶寬為2B。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,20,電路與通信教研室 高渤,三、單邊帶調(diào)制（SSB） 1、問題的提出： DSB信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調(diào)制信號頻譜的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個邊帶即可（既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶）這種方式稱為單邊帶調(diào)制。 通常，產(chǎn)生SSB信號的方法有兩種：濾波法和相移法。,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,2、濾波法原理方框圖：用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶。,H（）為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù),通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,21,電路與通信教研室 高渤,若H（）具有如下理想高通特性：,第一節(jié) 幅度調(diào)

12、制（線性調(diào)制）的原理,，則可濾除下邊帶。,若H（）具有如下理想低通特性：,，則可濾除上邊帶。,3、SSB信號的頻譜,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,22,電路與通信教研室 高渤,SSB信號的頻譜（取上邊帶）,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,23,電路與通信教研室 高渤, 濾波法技術(shù)難點：濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性。 例如：若經(jīng)過濾波后的話音信號的最低頻率為300Hz，則上下邊帶之間的頻率間隔為600Hz，即允許過渡帶為600Hz。 在600Hz過渡帶和不太高的載頻情況下，濾波器不難實現(xiàn)；但當(dāng)載頻較高時，采用一級調(diào)制直接濾波的方法已不可能實

13、現(xiàn)單邊帶調(diào)制。 通常采用多級（一般采用兩級）DSB調(diào)制及邊帶濾波的方法，即先在較低的載頻上進行DSB調(diào)制，目的是增大過渡帶的歸一化值，以利于濾波器的制作。再在要求的載頻上進行第二次調(diào)制。當(dāng)調(diào)制信號中含有直流及低頻分量時濾波法就不適用了。,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,24,電路與通信教研室 高渤,4、SSB信號的時域表達(dá)式 設(shè)單頻調(diào)制信號為,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,，載波為,則DSB信號的時域表達(dá)式為,若保留上邊帶，則有,若保留下邊帶，則有,兩式僅正負(fù)號不同,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,25,電路與通信教研室 高渤, 希爾伯特變

14、換 上式中Am sinmt可以看作是Am cosmt 相移/2的結(jié)果，把這一相移過程稱為希爾伯特變換，記為“ ”，則有,則，上式可以改寫為,將上兩式合并：式中，“”表示上邊帶信號，“+”表示下邊帶信號。,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,26,電路與通信教研室 高渤,把上式推廣到一般情況，則得到,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,式中，,若M（）是m（t）的傅里葉變換，則,式中符號函數(shù),上式中的-jsgn可以看作是希爾伯特濾波器傳遞函數(shù)，即,實質(zhì)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,27,電路與通信教研室 高渤,5、移相法SSB調(diào)制器

15、方框圖,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,優(yōu)點：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。缺點：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實現(xiàn)，通常采用維弗法來實現(xiàn)。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,28,電路與通信教研室 高渤,6、SSB信號的解調(diào) SSB信號的解調(diào)和DSB一樣，不能采用簡單的包絡(luò)檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調(diào)信號，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,7、SSB信號的性能 SSB信號的實現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在傳輸信息時，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半。 SSB目前已成為短波通信

16、中一種重要的調(diào)制方式。,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,29,電路與通信教研室 高渤,殘留邊帶（VSB）調(diào)制頻譜,四、殘留邊帶（VSB）調(diào)制,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,1、原理： 殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現(xiàn)中的困難。 VSB不像SSB那樣完全抑制DSB信號的一個邊帶，而是逐漸切割，使其殘留小部分，如下圖所示：,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,30,電路與通信教研室 高渤,2、VSB調(diào)制模型 用濾波法實現(xiàn)，原理與濾波法SBB調(diào)制器相同。圖中濾波器的特性按殘留邊帶調(diào)制的要求來進行設(shè)計，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易制作。,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,3、殘留邊帶信號的頻譜,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,31,電路與通信教研室 高渤,4、VSB信號解調(diào)器模型（如何不失真地恢復(fù)原來的基帶信號）,第一節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理,圖中,根據(jù)頻域卷積定理可知，乘積Sp（t）對應(yīng)的頻譜為,因為,通信原理【 第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng) 】,32,電路與通信教研室