《现代通信原理与技术》课件_第4章.pptx

第4章模拟调制系统;

调制是通信系统,尤其是无线通信系统中最基本、最关键的技术之一。如第1章所述,基带信号具有较低的频率分量,不宜通过无线信道传输。因此,在通信系统的发送端需要

由一个载波来运载基带信号,也就是使载波的某个参量随基带信号的规律而变化,这一过程称为(载波)调制。载波受调制后称为已调信号,它含有基带信号的全部特征。在通信系统的接收端则需要将已调信号中的原始基带信号恢复(卸载)出来,这一过程称为解调。;

调制的作用和目的有:

(1)将基带信号转换成适合于信道传输的已调信号;

(2)实现信道的多路复用,提高信道利用率;

(3)提高系统抗干扰能力;

(4)实现传输带宽与信噪比之间的互换。

本章讨论的重点是用取值连续的调制信号(即基带信号)去控制正弦载波参量(振幅、频率和相位)的幅度调制和角度调制,主要内容有:各种已调信号的时域波形和频谱结构,调制与解调原理及系统的抗噪声性能。;

4.1幅度调制(线性调制)的原理;;

设调制信号m(t)的频谱为M(ω),则该模型输出已

调信号的时域和频域一般表示式为;

由以上两式可见,对于幅度已调信号,在波形上,它的幅度随调制信号的规律而变化;在频谱结构上,它的频谱完全是调制信号频谱结构在频域内的简单搬移。由于这种搬移是

线性的,因此,幅度调制通常又称为线性调制。;

4.1.1调幅(AM)

在图41中,假设滤波器H(ω)为全通网络,即h(t)=δ(t),并假设调制信号m(t)的平均值为0。将m(t)叠加一个直流偏量A0后与载波相乘(见图42),即可形成调幅(AM)信号,其时域和频域表示式分别为

式中,m(t)可以是确知信号,也可以是随机信号(此时,已调信号的频域表示必须用功率谱描述)。AM信号的典型波形和频谱如图43所示。;;;

由图43的时间波形可知,当满足条件|m(t)|max≤A0时,AM信号的包络与调制信号成正比,所以用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号。若不满足|m(t)|max≤A0,将会出现过调幅现象而产生包络失真,这时不能用包络检波器进行解调,为保证无失真解调,可以采用相干解调。;;

由此可见,AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关。也就是说,载波分量不携带信息。即使在“满调幅”(|m(t)|max=A0时,也称

100%调制)条件下,载波分量仍占据大部分功率,而含有用信息的两个边带占有的功率较小。因此,AM信号的功率利用率比较低。;

4.1.2抑制载波双边带调制(DSB－SC)

将图42中直流A0去掉,即可产生抑制载波的双边带信号,简称双边带(DSB)信号。其时域和频域表示式分别为

其典型波形和频谱如图44所示。;;

4.1.3单边带调制(SSB)

1.滤波法形成SSB信号

产生SSB信号最直观的方法是让双边带信号通过一个边带滤波器,保留所需要的一个边带,滤除另一个边带。只需将图41中的形成滤波器H(ω)设计成如图45所示的理想低通特性HLSB(ω)或理想高通特性HUSB(ω),即可分别得到下边带信号频谱SLSB(ω)或上边带信号频谱SUSB(ω),如图46所示。;;;

滤波法形成SSB信号的技术难点是:由于一般调制信号都具有丰富的低频成分,经调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄,这要求单边带滤波器在ωc附近具有陡峭的截止特性,才能有效地抑制无用的一个边带。这就使滤波器的设计和制作很困难,有时甚至难以实现。为此,在工程中往往采用多级调制滤波的方法;

2.相移法形成SSB信号

设单频调制信号为m(t)=Amcosωmt,载波为c(t)=cosωct,两者相乘得DSB信号的时域表示式为;;

式中,“-”表示上边带信号,“+”表示下边带信号。式中的Amsinωmt可以看成是Amcosωmt相移π/2,而幅度大小保持不变得到的。这一过程称为希尔伯特变换,记为“^”,即;;;;

由式(4.110)可画出单边带调制相移法的模型,如图47所示。;

综上所述:SSB信号的实现比AM、DSB信号要复杂,但它不仅可节省发射功率,而且占用的频带宽度只有DSB信号的一半,即BSSB=fH,因此单边带调制是短波通信中一种重要的调制方式。

SSB信号的解调和DSB信号一样不能采用简单的包络检波,因为SSB信号也是抑制载波的已调信号,它的包络不能直接反映调制信号的变化,所以也需采用相干解调。;

4.1.4残留边带调制(VSB)

残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调制方式,它既克服了DSB信号占用频带宽的缺