通信原理-调制解调课件.ppt

1、1通信原理u带通抽样定理 抽样频率只要满足抽样信号的频谱不产生重叠，就可以找到一种方法从抽样信号恢复原信号。2例：证明对于频率在f1f2之间的带通信号，采用直接抽样法抽样，无失真恢复原信号的最小抽样率在2BT4BT之间。证明：根据抽样定理，抽样信号的频谱为：只要抽样后的信号不产生频谱重叠，便可无失真恢复原信号。（由于频谱图对于n是对称的，我们仅仅画出+n的图形）3Ws(f)=1TsW(f-nfs)n=-4f1f2-f1-f2-f2+fs-f1+nfs-f2+(n+1)fs要使抽样后信号的频谱不产生重叠，需同时满足：1）-f1+nfs f1 2）f2 -f2+(n+1)fs即由上式可得n为整数，

2、要减小fs，n越大越好，取n=INTf1/BT52f2n+1fs2f1n2(f1+BT)n+12f1nnf1BT2f2n+1fs2(f1+BT)n+1fs n=INTf1/BT当f1=kBT时,n=k,fs 2BT当f1BT 且 f1 f2-f1)，我们最关心的是三次项产生的交调失真。因为：谐波失真产生的频率分量nf1和nf2都在带外。各交调产生的和频分量频率很高，一般在带外。二次项产生的交调失真频率分量f2-f1为低频信号，在带外。三次项产生的交调失真项2f2-f1和2f1-f2一般都在带内u偶次项产生的交调失真一般在带外。u五次以上的奇次项系数较小，产生的交调信号一般较小16l典型通信电路

3、典型通信电路n滤波器滤波器的作用是滤除通信中不需要的频率成分，同时希望有用频率成分不产生失真。1、滤波器的Q值（品质因素）滤波器是由耗能器件（纯电阻）和储能器件（电感、电容）构成，Q值是度量滤波器选择性的重要指标，Q值越高，选择性越好。Q值的定义一：Q=一个周期内存储的最大能量/一个周期内损耗的能量17Q值的定义二：Q=f0/B其中：f0为谐振频率（中心频率），B为3dB带宽。例：若RLC电路的传输特性为：谐振点出现在虚部为0时，3dB点出现在虚部为R时。当R 2f0L时，有18|Z(w)|=R+jwL+1jwC=R2+wL-1wC2f012pLC BR2pL Q2p f0LR2、滤波器的传输

4、特性、巴特沃思滤波器 最优准则：最大平顶化（通带最平坦）。传输特性：19|H(f)|=11-(f/fb)2n、切比雪夫滤波器：衰减最快，但通带有波形。传输特性：其中，为设计常数，Cn(x)为切比雪夫多项式20|H(f)|=11-e2Cn2(f/fb)、贝塞尔滤波器：尽可能保持通带内线性 传输特性：其中，Kn为设计常数，Bn(x)为贝塞尔多项式21|H(f)|=KnBn(f/fb)3、结构技术LC无源滤波器0300mHzQ100有源滤波器0500kHzQ200晶体滤波器1k100mHzQ105陶瓷滤波器10k10mHzQ1000机械滤波器50500kHzQ1000声表面波滤波器50500kHzQ

5、1800022l典型调制方法典型调制方法n调制的目的 u提高无线通信时的天线辐射效率。u把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。u扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。n幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带n角度调制：频率调制、相位调制 23n幅度调制(线性调制）u一般原理正弦型载波为 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。240()coscc tAtw=+()()cosmcstAm ttw=u频谱设调制信号m(t)的频谱

6、为M()，则已调信号的频谱为在波形上，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25()()2mccASMMwwwww=+-n调幅（调幅（AM）u时域表示式 式中：m(t)调制信号；A0 常数，表示叠加的直流分量。uAM信号的频谱为u调制器模型26 sAM(t)=A0+m(t)coswct=A0coswct+m(t)coswct01()()()()()2AMccccSAMMwp w w w ww ww w=+-+-u波形图p由波形可以看出，当满足条件：|m(t)|A0 时，其包络与调

7、制信号波形相同，因此用包络检波法很容易恢复出原 始调制信号。p否则，出现“过调幅”现象。这时用包络检波将发生失真。但是，可以采用其他的解调方法，如同步检波。27u频谱图p由频谱可以看出，AM信号的频谱由载频分量上边带下边带三部分组成。p上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。28载频分量载频分量载频分量载频分量上边带上边带上边带上边带下边带下边带下边带下边带uAM信号的特性p带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽 fH 的两倍：p功率：当m(t)为确知信号时，若则式中Pc=A02/2 载波功率，边带功率。29HAMfB2=PAM=0PAM=A022+2

8、=Pc+PSPs=/2p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：当m(t)=Am cos mt时，代入上式，得到当|m(t)|max=A0时（100调制），调制效率最高，这时max 1/330 hAM=PSPAM=A02+=Am2/2 hAM=A02+=Am22A02+Am2n双边带调制（DSB）u时域表示式：无直流分量A0u频谱：无载频分量 u曲线：31ttmtscDSBwcos)()(=)()(21)(ccDSBMMSwwwww-+=n单边带调制（SSB）u原理：p双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱M()的所有频谱成分，因此仅传输其中

9、一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。p产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。32u滤波法及SSB信号的频域表示p滤波法的原理方框图 用边带滤波器，滤除不要的边带:图中，H()为单边带滤波器的传输函数，若它具有如下理想高通特性：则可滤除下边带。若具有如下理想低通特性：则可滤除上边带。331,()()0,cUSBcHHwwwwww=1,()()0,cLSBcHHwwwwww=-wwwwsgn)(/)()(jMMHh-=m(t)M(w)p移相法SSB调制器方框图优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。缺点：宽带相移网络难用硬件实现。39uSSB信号的解

10、调 SSB信号的解调和DSB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，所以仍需采用相干解调。uSSB信号的性能SSB信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。40n残留边带（VSB）调制u原理：残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现中的困难。在这种调制方式中，不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留小部分，

11、如下图所示：41u调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法SBB调制器相同。不过，这时图中滤波器的特性应按残留边带调制的要求来进行设计，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比单边带滤波器容易制作。42u对残留边带滤波器特性的要求p由滤波法可知，残留边带信号的频谱为为了确定上式中残留边带滤波器传输特性H()应满足的条件，分析接收端是如何从该信号中恢复原基带信号的。43 ()VSBDSBSSHwww=1()()2ccMMHwwwww=+-pVSB信号解调器方框图图中 因为根据频域卷积定理可知，乘积sp(t)对应的频谱为44 VSB2()cospcststtw=()VSBVSBstSwc

12、ccosctwp ww ww+-()()pVSBcVSBcSSSwwwww=+-将代入得到式中M(+2c)及M(-2c)是搬移到+2c和-2c处的频谱，它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波器的输出频谱为45 ()VSBDSBSSHwww=1()()2ccMMHwwwww=+-()()pVSBcVSBcSSSwwwww=+-Spw=12M(w+2wc)+M(w)H(w+wc)1()(2)()2ccMMHwwwww=+-1()()()()2dccSMHHwwwwww=+-显然，为了保证相干解调的输出无失真地恢复调制信号m(t)，上式中的传递函数必须满足：式中，H 调制信号的截止角频率。p上述条件的含义是：残留边带滤波器的特性H()在c处必须具有互补对称（奇对称）特性,相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。461()()()()2dccSMHHwwwwww=+-()()ccHHHwwwwww+-=常数，p残留边带滤波器特性的两种形式残留“部分上边带”的滤波器特性：下图(a)残留“部分下边带”的滤波器特性：下图(b)47