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通信原理模拟线性调制系统概要

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第二章：模拟调制系统(线性调制)

第二章：模拟调制系统(线性调制)

cos 0 t O t － c O M( )
c

m(t) O t － H O
H
S D SB( )

sD SB(t) O 载波反相点 t － c O
2 H
c

DSB信号的波形和频谱
DSB信号的频谱有如下特点：
1、上、下边带均包含调制信号的全部信息； 2、幅度减半，带宽加倍； 3、线性调制。
2.2 双边带调制(DSB)
x(t)
×
h(t)
sDSB (t)
coswc t
由于AM信号在传输信息的同时，也同时传递载波，致使传 输效率太低，造成功率浪费。既然AM系统的载波并不携带 信息，不发送载波仍能传输信号，此时调制信号无需直流 分量,这种调制称做双边带调制 SDSB(t) =x(t) coswct SDSB(w)=(1/2)[X(w+wc)+X(w-wc)]
通常假设调制信号没有直流分量，即
m(t ) 0,
又知
cos c t 0 , cos 2 c t
1 2
pAM
2 A0 m2 (t ) = + = pc + ps 2 2
载波功率
边带功率
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。 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，从功率上讲，AM信号的功率利用率比较 低。
AM信号在1Ω电阻上的平均功率应等于SAM(t)的
均方值。当m(t)为确知信号时，SAM(t)的均方 值即为其平方的时间平均，

通信原理--模拟调制系统 ppt课件

通信原理--模拟调制系统 ppt课件
模拟调制
– 线性调制：AM、DSB、SSB、VSB – 非线性调制：PM、FM调制
数字调制：ASK、FSK、PSK
第二章 模拟线性调制
调制的作用
– 信号与信道匹配 – 频分多路复用 – 电波辐射 – 频率分配 – 可减小干扰
第二章 模拟线性调制
模拟调制
以模拟信号为调制信号，对连续的正 （余）弦波进行调制。
下边带
上边带
调幅信号的平均功率为：
PAMsA 2M(t)
功
A0 f(t)2cos2ct
率 特
A02cos2ctf 2(t)cos2ct2A0f(t)cos2ct
性 分
因为 f (t ) 0
c os2ct
11
2
c
os2ct
析
cos2ct 0
PAM A 20 2 f22(t)PcPf
•常规调幅信号的功率由载波功率Pc和边带功率Pf组成； •边带功率与调制信号有关，是有用功率：
若 AM1 ，调制效率最大值为1/3。
常规调幅调制效率低，载波分量不携带信息 却占用大部分功率！
改进方案----抑制载波双边带调制
例题与习题
例2-1：已知一个AM广播电台输出功率是50kW，采用单频余弦信 号进行调制，调幅指数为0.707。
（1）试计算调制效率和载波功率；
（2）如果天线用50Ω的电阻负载表示，求载波信号的峰值幅度。
弦波，也可以是非正弦波。 – 已调信号 ：载波受调制后称为已调信号。 – 解调（检波） ：调制的逆过程，其作用是将已调
信号中的调制信号恢复出来。
信号、传输方式、调制方式的分类
电信号
– 基带信号 （携带有用信息的信号，未调制） – 频带信号 （基带信号经过某种调制）

通信原理第4章模拟调制系统——线形调制PPT课件

通信原理第4章模拟调制系统——线形调制PPT课件

c(t)
0
t
(a) 载 波
A ＋ f (t)
A
0 t
(b ) 调 制 信 号
s A M (t)＝ (A ＋ f (t))c(t)
0 t
C ( )
－c
0
c
(d ) 载 波 频 谱
F( )
－H 0 H
(e) 调 制 信 号 频 谱
S
AM
( ) 2H
－c
0
c
(c) 已 调 信 号
(f) 已 调 信 号 频 谱
第3章 模拟调制系统 ——幅度调制（线性调制）
1
目标要求
一、 基本要求
1.掌握模拟调制、载波、调制信号、已调信号、 调制器的定义；
2.掌握调制的目的及模拟调制的分类； 3.掌握线性调制器的原理模型，会分析AM、 DSB、SSB、VSB调制与解调特性； 4.掌握非线性调制器的原理，及非线性已调信号 的频谱和带宽特性。
×
h(t)
sm(t)
cosct
幅度调制器的一般模型
➢ 调制信号m(t)－自信源来的基带信号 ➢ 已调信号sm(t)－调制后的载波称为已调信号 ➢ 调制器－进行调制的部件
9
在该模型中，适当选择滤波器的特性H(ω)，便 可以得到各种幅度调制信号。
例如，调幅、双边带、单边带及残留边带信号 等。
10
4.1.1 幅度调制
调幅信号的平均功率由信号的均方值求出。
P AM sA 2 M (t)[A 0f(t)2 ]co 2 sct A 0 2co 2sctf2(t)co 2sct2A 0f(t)co 2sct
通常假设调制信号没有直流分量，即 f (t) 0
co 2cs t1 2(1 co 2 c s t)； co 2 c s t0

通信原理第3章模拟调制系统

通信原理第3章模拟调制系统
19
3.3.2 已调信号的频谱和带宽
设：调制信号m(t)是一个余弦波，
m(t) cosmt
用其对载波作频率调制，则载波的瞬时角频率为
i (t) 0 k f m(t) 0 k f cosmt
上式中，kf = －为最大频移
➢ 已调信号表示式：
s f (t) Ac：os[0t k f cosmtdt] Acos[0t ( / m )sin mt]
f
)]H (
f
f0) [M ( f
2 f0) M(
f
)]H (
f
f0 )}
上式中M(f + 2f0)和M(f – 2f0)两项可以由低通滤波器滤除，所
以得到滤波输出的解调信号的频谱密度为：
AM(f 4
)[H ( f
f0) H( f
f0 )]
13
为了无失真地传输，要求上式
AM(f 4
)[H (
f
f0) H(
f
f0 )]
中
[H ( f f0 ) H ( f f0 )] C
由于
M( f ) 0,
当 f fm
所以，上式可以写为
[H( f f0 ) H( f f0 )] C,
f fm
上式即产生VSB信号的条件。
14
[H( f f0 ) H( f f0 )] C,
f fm
上式要求：滤波器的截止特性对于 f0具有互补的对称性：
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(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
9
3.2.3 单边带(SSB)调制
原理：
上边带

(通信原理课件)第5章模拟调制系统

(通信原理课件)第5章模拟调制系统

数字调制技术与模拟调制技术的对比
模拟信号
频率范围宽广，传输距离有限，信号易受噪声和干扰。
数字信号
信号质量稳定，传输距离远，可以进行纠错和加密处理。
模拟调制系统的应用场景
1 广播电视

2 电信网络
3 药物反应分析
模拟广播电视、卫星传输等 是模拟调制系统最典型的应 用场景。
手机号码的拨叫、语音通信 等都是通过模拟调制信号进 行传输的。
2
调制指数
反映基带信号对载波相位影响程度的实数。
3
调制解调
用相位调制解调器进行信号的解调，得到原始的基带信号。
相位调制电路实现
移相调制电路
加上一个可调的移相网络来实现相 位调制电路，具有较广泛的应用。
频率鉴别器
在解调中进行频率鉴别器，将相位 调制信号转化为幅度调制信号。
锁相环电路
利用反馈来使输出信号的相位与设 定相位保持一致，实现恒定的相位 调制。
模拟调制系统
在通信原理中，模拟调制系统是通信系统的基础。本次演示将介绍模拟调制 的各种技术和应用场景，并展示其未来的发展趋势。
模拟调制系统概述
定义
模拟调制系统，指通过调制信号的幅度、频率或相位，将基带信号转换为通信信号的一种系 统。
作用
模拟调制系统可以将语音、图像等信息转化为高频信号，方便远距通信，具有广泛的应用。
直接调频电路
使用直接的变容二极管调制电路进行频率调制，未 使用任何电感元件，在射频前端应用较广。
电容调制电路
通过改变电容的大小来调制载波频率，调制范围相 对较小，但制造相对简单。
相位锁定环电路
使用恒振幅恒频率的信号进行相位锁定，能够获得 较高的调制精度。
相位调制原理

通信原理 模拟线性调制系统概要

通信原理 模拟线性调制系统概要

频谱：
功率效率： η DSB 1
2020年3月2日
16
调制效率：100％
优点：节省了载波功率
缺点：不能用包络检波，需用相干检波， 较复杂。
2020年3月2日
17
5.3 改进二：单边带调幅
原理： f (t)
SDSB(t) H SSB (w) cos(wct)
S SSB (t)
频域表示
表示式：
-wc
wc wf
过调幅
| f (t) |max A0
2020年3月2日
8
调幅指数
调制信号
f (t) Am cos (mt θm )
调幅信号
S AM
(t)

A0 [1
Am A0
cos (mt
θm )]
cos (wct
θc )
调幅指数
βAM

Am A0
无失真包络检波条件： βAM 1
2020年3月2日
4
调制分类
调制信号： f (t)
模拟信号 模拟调制 数字信号 数字调制
载波信号： c(t) Acos(wct θ c )
线性调制 非线性调制
幅度调制
频率调制
相位调制
调幅： c(t) f (t) cos(wct θ c )
主要内容：原理，频域分析和性能分析
2020年3月2日
AM调制
时域表达式
直流
调制信号
确知 随机
零均值
调制
SAM (t) [ A0 f (t)] cos (wct θc )
f (t) A0
SAM (t) cos(wct)
2020年3月2日

通信原理教程模拟调制系统课件


调频（FM）的实现方法
01
02
03
调相信号的数学表达式
调相信号的数学表达式为$s(t) = Acos(2pi ft + varphi(t))$，其中$varphi(t)$为调相信号，与调制信号成正比。
调相信号的产生
调相信号的产生可以通过线性调制器实现，将调制信号输入到线性调制器的输入信号中，通过改变调制信号的幅度或相位来改变载波的相位。
通信原理教程模拟调制系统课件
目录
模拟调制系统概述 模拟调制系统的基本原理 模拟调制系统的实现方法 模拟调制系统的性能分析 模拟调制系统的应用实例
01
CHAPTER
模拟调制系统概述
模拟调制系统的定义与特点
定义
模拟调制系统是指利用连续变化的信号（如音频、视频信号）调制载波信号，实现信号传输的通信系统。
调频信号的产生
调频信号的产生可以通过线性调制器实现，将调制信号输入到线性调制器的输入信号中，通过改变调制信号的幅度或相位来改变载波的频率。
调频信号的解调
调频信号的解调可以采用相干解调或非相干解调方法。相干解调需要使用本地载波信号与接收信号进行相乘运算，再通过低通滤波器取出解调信号；非相干解调可以使用限幅器和低通滤波器实现。
特点
模拟调制系统具有信号传输实时性好、抗干扰能力较强、传输距离较远等优点，但易受到信号失真、噪声干扰和信道容量限制等问题的影响。
利用调频（FM）或调相（PM）方式传输音频信号，实现广播节目的传输与接收。
广播通信
电视通信
无线电通信
利用调频或调相方式传输视频信号，实现电视节目的传输与接收。
利用调频或调相方式传输语音、数据等信息，实现无线电通信。
调相调频通信系统的应用实例

通信原理课件第三章 模拟线性调制


f (t)
SDSB (t)
边带 滤波器
cos (c t )
HUSB () H LSB ()
SSSB (t)
wujing
第三章模拟线性调制
43
单边带信号滤波法形成的频谱变换
F ()
上边 带
wujing
c c
0
c
SDSB ()
0
c
H ()
c
0
c
SSSB ()
c
0
c
下边
下边
带
带
第三章模拟线性调制
2. c 上边带（USB）; c 下边带（LSB）;
3.
BAM
1
2
(C m ) (C m )
2 fm 2B
4. 两个冲激
wujing
第三章模拟线性调制
18
wujing
第三章模拟线性调制
19
wujing
第三章模拟线性调制
20
wujing
第三章模拟线性调制
21
频域卷积分析: 由付氏变换理论可知，时域相乘对应于频域卷积。
wujing
第三章模拟线性调制
6
❖ 单边带调制（SSB）中只传输双边带调幅
信号中的一个边带，因而频道利用率提高一 倍。必须采用相干解调才能恢复信号。
❖ 残留边带调制（VSB）从频域上来看是介
于DSB-SC与SSB之间的一种调制方式，它 保留了一个边带和另一边带的一部分。
wujing
第三章模拟线性调制
第三章 模拟线性调制
单元学习提纲
1. 调制的定义、目的意义 2. 模拟调制的基本模型 3. AM、DSB、SSB、VSB调制原理 4. 上述各种调制的时域和频域表达，时域波形和频谱 结构 5. 上述各种调制和解调方法； 6. 包络检波和相干解调原理； 7. 单边带信号的滤波法、相移法产生； 8. 线性调制的调制和解调的一般模型； 9. 加性白色高斯噪声（AWGN）信道中，线性调制系统采用相干

通信原理第四章模拟调制系统

1、 双边带（DSB）信号 如果输入基带信号没有直流分量，且h(t)是理想带通滤波器，则 得到的输出信号便是无载波分量的双边带调制信号，或称双边 带抑制载波（ DSB—SC）调制信号，简称DSB信号。
s（m t） m（t）cos wct Sm (w) 0.5[M (w wc ) M (w wc )]
由于 w wH时有M（w） 0，故只需 w wH时满足：
H（w wc） H（w wc） c
第四章 模拟调制系统 《通信原理》课件
第二节 幅度调制原理及抗噪声性能
一、幅度调制的原理
4、 残留边带（VSB）信号 H（w wc） H（w wc） c
将H(ω)进行±ωc的频移，分别
HVSB( )
－ c
O
c
(a)
HVSB( － c)
得到H(ω-ωc)和H(ω+ωc)，将两 者相加，其结果在|ω|＜ωH范围
O
c
(b)
HVSB( ＋ c)
内应为常数，为了满足这一要求，
－ c
O
必须使H(ω-ωc)和H(ω+ωc) 在 ω=0处具有互补对称的对称特性。
(c) HVSB( － c)＋ HVSB( ＋ c)
三、调制的分类
按调制信号不同调制可分为模拟（连续）调制和数字调制 模拟调制中，调制信号的取值是连续的。 数字调制中，调制信号的取值为离散的。
按照载波不同可分为：正弦波调制、脉冲串调制
第四章 模拟调制系统 《通信原理》课件
第二节 幅度调制原理及抗噪声性能
一、幅度调制的原理
幅度调制：正弦载波的幅度随调制信号变化的过程。
调幅信号的时域表达式：
sm (t) Am(t) cos(wct 0 )
m(t) ：基带调制信号。 s(t) Acos(wct 0 ) :正弦载波

通信原理第5章模拟调制系统

A02 cos2 ct x2 (t) cos2 ct 2A0x(t) cos2 ct
10
第五章 模拟调制系统
当调制信号无直流分量时，x(t)=0，且当x(t)是与
载波无关的较为缓慢变化的信号时， 有
PAM
A02 2
x2 (t) 2
Pc
Ps
式中，Pc=A20/2为载波功率，Ps x2 (t) / 2 为边带功率。 由上式可知，AM信号的平均功率是由载波功率和
的 互 补 对 称 性 就 意 味 着 将 HVSB(ω) 分 别 移 动 － ωc 和 ωc就可以到如图9 (c)所示的HVSB(ω+ωc)和HVSB(ω －ωc)，将两者叠加，即
HVSB ( c ) HVSB ( c ) 常数
式中，ωm是调制信号的最高频率。
|ω|≤ωm
30
第五章 模拟调制系统
经双边带调制
i 1
n
sDSB (t) x(t) cosct xi cosit cosct
i 1
如果通过上边带滤波器HUSB(ω), 则得到USB信号
sUSB (t)
n i 1
1 2
xi
cos(i
c )t
1 2
x(t)
cosct
1 2
xˆ(t)
sin
ct
21
第五章 模拟调制系统
如果通过下边带滤波器HLSB(ω), 则得到LSB信号
第五章 模拟调制系统
第五章 模拟调制系统
5.1 模拟信号的线性调制 5.2 模拟信号的非线性调制 5.3 模拟调制方式的性能比较
1
第五章 模拟调制系统
5.1 模拟信号的线性调制
5.1.1 常规双边带调制（AM） 常规双边带调制就是标准幅度调制，它用
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AM调制
时域表达式
直流
调制信号
确知 随机
零均值
调制
SAM (t) [ A0 f (t)] cos (wct θc )
f (t) A0
SAM (t) cos(wct)
2020年6月27日
7
常规调幅解调
解调---包络检波
SAM (t)
LPF
无失真恢复条件
f (t) A
A0 f (t) 0
wc wf
频域分析
确知信号：
SDSB ( w)
1 2
F(w
wc )
1 2
F(w
wc )]
随机信号：
DSB ( w)
1 4
[ f
(w
wc )
f
(w
wc )]
频谱：
功率效率： η DSB 1
2020年6月27日
16
调制效率：100％
优点：节省了载波功率
缺点：不能用包络检波，需用相干检波， 较复杂。
2020年6月27日
当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就 不适用了。
2020年6月27日
19
滤波法—多级调制
2020年6月27日
20
相移法分析
S (w) w
S (w) w
S (w) w
频域表示：(w) F(w) jG(w) 频域因果，时域解析
jF(w) w 0
G(w)
jF
(w)
w0
(w) 2F(w)U(w) U(w)为阶跃函数
时域表示式
(t) F 1((w))
f (t)
j[ 1 f (t)d ]
t
2020年6月27日
21
希尔伯特滤波器
希尔伯特变换
fˆ (t) 1 f (t)d
t
wc
)
直流分量
信号分量
2020年6月27日
10
随机信号调幅的频域分析
分析方法：
随机信号 f (t) 自相关 f (t)的自相关函数 傅立叶变换功率谱
功率谱密度函数
AM (w)
A02 2
[πδ (w wc ) πδ
(w wc )]
1 4
[
f
(w wc ) f
(w wc )]
2020年6月27日
2020年6月27日
3
调制的概念
调制：就是将基带信号进行各种变换后再传输 的过程。其中包括调制映射，傅立叶变换 (OFDM)，频率搬移等等。
Sy(w)
频率搬移
Sy(w) wc
w
w
数学分析： Sy (w) Sx (w) δ (w wc )
y(t) x(t) [coswct j sin wct] y(t) x(t) coswct常规调幅 (AM) 2. 抑制载波双边带调幅 (DSB-SC) 3. 单边带调制(SSB) 4. 残留边带调制(VSB)
线性调制和解调的一般模型
线性调制系统的抗噪声性能 （＃）
1. 通信系统抗噪声性能的分析模型 2. 线性调制相干解调的抗噪声性能
2020年6月27日
6
5.1 常规调幅 (AM)
2020年6月27日
14
5.2 改进一：抑制载波的双边带调幅
信号表达式 调制：
SDSB(t) f (t) cos(wct θ c )
f (t)
SDSB (t)
cos(wct)
解调---相干解调
S DSB (t )
载波恢复
LPF
cos(wct)
kf (t)
2020年6月27日
15
DSB的频域分析
第5章
模拟线性调制系统
调制的研究对象
信源 信宿
信源编码
信道编码
信源解码
信道译码
调制 解调
发射 传输媒质
接收
问题：
为什么要对信号进行调制？ 什么是调制？
2020年6月27日
2
调制的目的
将消息变换为便于传输的形式。也就是 说，变换为某种形式使信道容量达到最 大，而且传输更可靠和有效。 提高性能，特别是提高抗干扰性。 有效的利用频带。
确知信号调幅的频域分析
傅立叶变换
f (t) Fourier F (w) coswct Fourier π[δ(w wc ) δ(w wc )]
频域表达式
S AM
(w)
1 2
[F(w) * C(w)]
1 π A0 δ (w wc ) 2 F (w wc )
π
A0
δ
(w
wc
)
1 2
F
(w
代入上式，得到
AM
f 2 t A02 f 2 t
Am2 2 A02
Am2
当|f(t)|max = A0时（100％调制），调制效率
最高，这时
max ＝ 1/3
2020年6月27日
13
常规调幅小结
优点：结构简单，实现容易，适用于广 播通信。
缺点：
功率效率非常低，最大为1/3 频谱效率也不高，为信号最高频率的2倍。
2020年6月27日
4
调制分类
调制信号： f (t)
模拟信号 模拟调制 数字信号 数字调制
载波信号： c(t) Acos(wct θ c )
线性调制 非线性调制
幅度调制
频率调制
相位调制
调幅： c(t) f (t) cos(wct θ c )
主要内容：原理，频域分析和性能分析
2020年6月27日
过调幅
| f (t) |max A0
2020年6月27日
8
调幅指数
调制信号
f (t) Am cos (mt θm )
调幅信号
S AM
(t)
A0 [1
Am A0
cos (mt
θm )]
cos (wct
θc )
调幅指数
βAM
Am A0
无失真包络检波条件： βAM 1
2020年6月27日
9
17
5.3 改进二：单边带调幅
原理： f (t)
SDSB(t) H SSB (w) cos(wct)
S SSB (t)
频域表示
表示式：
-wc
SDSB (w)
w wc
SSSB (w) SDSB (w) HSSB (w)
滤波器：
上边带
H
SSB
(
w)
2020年6月27日
下边带
1 HUSB(w) 0
0 H LSB (w) 1
| w | wc | w | wc | w | wc | w | wc
18
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。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。
可以采用多级（一般采用两级）DSB调制及边 带滤波的方法，即先在较低的载频上进行DSB 调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于 滤波器的制作。再在要求的载频上进行第二次 调制。
11
常规调幅信号的功率分配
功率组成
PAM
Pc Pf
A02 2
f 2(t) 2
调制效率：有用功率（用于传输有用信
息的边带功率）占信号总功率的比例称
为调制效率：
ηAM
Pf PAM
Pf Pc Pf
f 2 t A02 f 2 t
2020年6月27日
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当f(t) = Am cos mt 时， f 2 (t) Am2 / 2