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时间:2020-09-26
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1、■调制的基本概念■幅度调制(线性调制)原理■线性调制系统的抗噪声性能■角度调制原理■调频系统的抗噪声性能■各种模拟调制系统比较■频分复用、复合调制及多级调制■课后习题和名校考研真题讲解第五章模拟调制系统一、调制1.调制的几个概念图5-1载波调制的基本模型(1)调制:用基带信号的变化规律去控制载波的某些参数。(2)解调:从已调信号的参数中提取基带信号的变化规律。(3)调制信号:来自信源的消息信号(基带信号)。(4)模拟/数字载波:未受调制的周期性振荡信号,适合在信道中传送,正弦波/周期性脉冲。(5)已调信号:载波调制后的信号,含有调制
2、信号的全部特征。2.调制的目的 (1)无线传输中,把基带信号的频谱搬到较高的载波频率上,提高传输性能,降低发送功率,缩短天线尺寸。 (2)把多个基带信号分别搬移到不同的载频,实现频分复用,提高信道利用率。 (3)扩展信号带宽,实现带宽与信噪比之间的互换,提高抗干扰、抗衰落能力。 调制对通信系统的有效性和可靠性都有影响。♣3.调制的分类 (1)模拟调制:调制信号的取值是连续的。可分为幅度调制(AM、DSB、VSB、SSB)和角度调制(FM、PM)。 (2)数字调制:调制信号的取值是离散的。 调制的载波可以分为正弦波
3、和脉冲。4.常见的模拟调制 幅度调制:调幅、双边带、单边带和残留边带 角度调制:频率调制、相位调制二、幅度调制(线性调制)原理1.一般原理 (1)调制表示式: 设:正弦型载波为 式中,A—载波幅度;c—载波角频率;0—载波初始相位(以后假定0=0)。则根据调制定义,幅度调制信号(已调信号)一般可表示成式中,m(t)—基带调制信号♣频谱 设调制信号m(t)的频谱为M(),则已调信号的频谱为 由以上表示式可见,在波形上,已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地变化;在频谱结构上,它的频谱完全是基带信号频谱在频域
4、内的简单搬移(精确到常数因子)。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。但应注意,这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上,任何调制过程都是一种非线性的变换过程。♣2.标准调幅AM时域表示式式中m(t)-调制信号,均值为0;A0-常数,表示叠加的直流分量。频谱:若m(t)为确知信号,则AM信号的频谱为若m(t)为随机信号,则已调信号的频域表示式必须用功率谱描述。调制器模型图5-2AM调制模型(AM信号典型波形和频谱如图5-3所示。图5-3AM信号的波形和频谱说明: ①调制使频谱搬移,
5、但未改变形状。AM频谱波形关于±ωc对称,分上、下边带; ②调制使已调信号带宽增加一倍,即③若m(t)为随机信号,频域使用功率谱描述,结论相同; ④要求A0+m(t)≥0,否则,“过调幅”,使包络失真,称
6、m(t)
7、max/A0为调幅指数; ⑤要求ωc≥ωH,否则,发生交叠失真。(2)解调——包络解调,属于非线性解调。AM信号在满足的条件下,其包络与调制信号m(t)的形状完全一样。因此,AM信号一般都用简单的包络检波法来恢复信号。包络检波器通常由半波或者全波整流器和低通滤波器组成。一个二极管峰值包络检波器如图5-4所示。 当
8、Ao+m(t)≥0且fH≤1/(RC)≤fc时,式中fH-调制信号的最高频率,检波器输出mo(t)≈Ao+m(t),经隔直电路得到m(t)。(3)效率当m(t)为确知信号时,若AM波的平均功率为:其中,Pc为载波功率,Ps为边带功率。调制效率:由上述可见,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,载波分量并不携带信息。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:当m(t)=Amcosmt时,代入上式,得到当
9、m(t)
10、max=A0时(100%调制),调制效率最高,这时max=1
11、/3(4)缺点:AM信号中离散的载波分量不承载用户信息,只有边带功率承载用户信息。但载波要占一半以上的功率,发送功率的效率低。2.双边带调幅DSB(1)调制m(t)为直流为0的基带信号,若m(t)含有直流分量,通过隔直电路去掉,即可得到抑制载波双边带信号,简称双边带信号(DSB)。其原理框图如图5-5所示。图5-5DSB调制模型其时域表达式为:DSB的频谱与AM的谱相似,只是没有了在处的δ函数,即其频谱如图5-6所示。图5-6DSB信号的频谱2)解调——相干解调 相干解调也叫同步检波。解调是调制的反过程,即把在载频位置的已调信号的谱搬回
12、到原始基带位置。相干解调器的一般模型如图5-7所示。相干解调器原理:为了无失真地恢复原基带信号,接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步(同频同相)的本地载波(称为相干载波),
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