第2章模拟通信技术.docx
《第2章模拟通信技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章模拟通信技术.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第2章模拟通信技术
本章学习要求
•:
•了解调制的功能与分类
•:
•掌握AM.DSB、SSB、和VSB的基本原理（信号表达式.频谱及带宽.调制/解调方式）
•:
•熟悉FM的基本原理（信号表达式.带宽）.FM信号的解调；
•:
•了解调制通信系统的抗噪声性能；
第2章模拟通信技术
•2.1模拟通信系统概述
•2.2模拟基带信号传输
•2.3线性调制
•2.4非线性调制（角调制）
•2.5各种模拟通信系统的比较
■了解调制的功能与分类
■掌握AM、DSB、SSB、和VSB的基本原理
（信号表达式、频谱及带宽.调制/解调方式）
■熟悉FM的基本原理（信号表达式、带宽）.FM信号的解调
■了解调制通信系统的抗噪声性能
本章学习要求
•:
•了解调制的功能与分类
•:
•掌握AM.DSB、SSB.和VSB的基本原理（信号表达式.频谱及带宽.调制/解调方式）
•:
•熟悉FM的基本原理（信号表达式.带宽）.FM信号的解调；
•了解调制通信系统的抗噪声性能；
第2章模拟通信技术
•2.1模拟通信系统概述
•2.2模拟基带信号传输
•2.3线性调制
•2.4非线性调制（角调制）
•2.5各种模拟通信系统的比较
■了解调制的功能与分类
■掌握AM、DSB、SSB、和VSB的基本原理
（信号表达式、频谱及带宽、调制/解调方式）
■熟悉FM的基本原理（信号表达式、带宽）＞FM信号的解调
■了解调制通信系统的抗噪声性能
第2章模拟通信技术
2.1模拟通信系统概述
2.1.1模拟通信系统的构成
模拟通信系统的基本模型（点对点通信）
A、有线通信：
利用导线传送信急的系统。
B、无线通信：
利用自由空间传送信息的系统。
C、光纤通信：
利用光导纤维传送信息的系统。
拟通信系统的基本模型（点对点通信）
第纟*模祕直信枚*
2丄2调制的意义与分类丄对消息信号进行频谱搬移,使之适合信道传输的要求;
丄把基带信号调制到较高的频率（一般调制到几百k血到几
百MHz甚至更高的频率），使天线容易辐射;
丄为使无线电台发出的信号互不干扰，每个发射台都被分配给不同的频率；
4有利于实现信道多路复用，提高系统的传输有效性;
丄可以减小噪声和干扰的影响，提高系统的传输可靠性。
2丄2调制的意义与分类•调制的实质是频谱变换
——把携带消息的基带信号的频谱搬移（变换）到较高的频率范围。
•已调信号应具有两个基本特性:
一是仍然携带有消息二是适合于信道传输
•调制分类：
根据调制信号.载波信号及调制器功能的不同,分类方式不同。
调制的分类
♦根据调制信号分类
调制信号是模拟信号的调制；
调制信号是数字信号的调制。
♦根据载波分类
以正弦信号作载波的调制;以脉冲序列作载波的调制。
载波信号是时间间隔均匀的矩形脉冲。
第纟*橫祕典倍就求
♦根据调制器的功能分类
调幅（AM）.脉冲振幅调制（PAM）
和振幅键控（ASK）等。
调频（FM）、脉冲频率调制（PFM）和频率键控（FSK）等。
调相（PM）.脉冲位置调制（PPM）.相位键控（PSK）等.
第纟*模祕通信裁*
♦根据调制前后信号的频谱结构关系分类
-线性调制：
输出已调信号的频谱和调制信号的频谱之间呈线性关系，如（AM）.双边带调制（DSB）、单边带调制（SSB）等。
-非线性调制：
输出已调信号的频谱和调制信号的频谱之间没有线性对应关系，即已调信号的频谱中含有与调制信号频谱无线性对应关系的频谱成分，如FM.PM.FSK等。
由输入转换器直接产生的低频率电信号，如音
频信号等称信号.
基带信号可以直接通过架空明线、电缆等有线信道传输，这种模拟基带信号不经过调制而直接进行传输的通信方式称为模拟基带信号传输，其对应的通信系统叫做模模拟基带通信系统。
图2.3具有压扩器的基带信号传输系统
2.3线性调制
m（L）
乘法
S"）
滤波
5（0
器
器
C（^）=/1（COS3t
图2.4线性调制的一般模型
调制——在发送端把基带信号的频谱搬移到给定信道通带内的过程称为调制。
线性调制——若输出己调信号的频谱和调制信号的频谱呈线性搬移关系的调制称为线性调制。
第纟章棋祕通倍裁*
从模型上可知，已调信号一般可表示为:
（2.1）
Sc（z）=A（t）cosci）ct
式中：
％表示载波C（t）的角频率A（t）
双边带调制（DSB）、振幅调制（AM）、单边带调制
（SSB）和残留边带调制（VSB）
o这些不同的线性调制都有各自的特点和相应的应用场合。
2.3.1双边带调制（DSB）
（1）工作原理
在图2.4中，把基带信号m（t）乘以载波
C（t）二Accoscu点就可以实现双边带调制DSB。
sdsbQ）=Acm（t）cosa）et
已调信号Sdsb（t）为:
乘法
S（z）
滤波
S@）
器
器
（2.2）
C（f）=4coso）I
图2.4
式中，A（t）=Acin（t）,它与m（t）呈线性关系，u）c=2TTfcO若m（t）的角频率为w=2tt/,贝IJ（2.2）式所对应的频谱关系为：
SDSfi（f）=Ac/2[M（/r-/）+M（/r十/）]（2.3）
从图2・5（b）中可以直接看出双边带信号的带宽,它是基带信号上限频率血的2倍，即DSB信号的带宽为：
%=2九（2.4）
■•典刃L栈半理修岂主—一乂只
DSB信号中没有载波成分，DSB信号的功率为:
Pdsb=孰（2.5）
♦Pm——为调制信号的平均功率
♦fP...不仅是边带功率，同时也是DSB调制系统的调制信号功率，其中乞为平均载波功率；
2
♦DSB4T号的总功率就等于边带功率；
♦DSB4言号的调制效率可以达到100%,即〃dsb=1。
第纟*橫祕典信鼓木
（2）DSB信号的产生与解调
DSB信号的解调，一般釆用同步解调，同步解调又称
相干解调。
它是通过Sdsb（。
信号与C（t）相乘，再通
过低通滤波器来实现的。
C（A）=COS3t相干载波，与载波侖频同相
图2.6DSB信号同步解调原理框图
■岁？
毛橫半理簣总主——
C（t）=COSCUct,经过乘法器后，可得
1
S,/）=-cos（血肿）
【例】同步检波电路中输入信号処⑴是双边带调幅信号，已知低通滤波器具有理想特性，写出输出电压表示式。
«r（0
wr（0=umcos（CDct）o—
o—
«s（0
…岁乡匸栈半理簣逆主.
解：
<（O=AMi/s（Z）Wr（O
=A^UUcos（n/）1+COS（2^c/）
=AM^sn^rn.COS（ilZ）COS2（^/）
2
_1
=—cos（QZ）d—AmUwU"cos（Q/）cos（2<2>et）22
wo同步检波电路对于DSB、SSB和AM调幅信号都可进行解调。
但AM调幅信号的解调通常采用包络检波电路更简便。
岁?
毛養誓典簣岂壬一「乂*
2.3.2振幅调制（AM）
（1）幅度调制的基本工作原理
振幅调制可看成是由一个大的载波成分和双边带信号相加得到。
振幅调制信号的表达式为：
4c可看作未调载波的振幅载波频率的初始相位可认为是0。
丄疋M/1.
°人Z-AZMmf
（b）
图2.7振幅调制的波形及频谱
第纟章模祕通信枚木
2
调制效率〃AM
携带信息的边带功率
已调信号总功率
Pam
注意：
调制效率帀AM既与调制信号的波形有关时也与调制深度m肴关，它们之间的关系式为：
^AM
2
m
2+m2
当m=l时，正弦调制效率帀am=1/3。
2.3.3单边带调制（SSB）
（1）单边带调制的工作原理
图28单边带调制信号的频谱
单边带调制可分为上边带调制和下边带调制两种。
—1A
、、/
上边帯
0A
（a）
<<+/„f
第纟*橫祕典倍枚*
（2）SSB信号的带宽和功率
（3）SSB信号的产生与解调
产生SSB信号的方法比较多，常用的有滤波法和移相法。
如图9、图10所示。
水SSB信号的解调必须采用相干解调（同步解调）。
其解调原理和系统构成与DSB的解调基本相同，但SSB信号解调输出信号的振幅要比DSB信号解调输出信号的振幅降低一半。
调制时，将基带信号和载波信号相乘后得到双边带信号，关键是后面接的滤波器。
接特性为络的带滤波器-双边带信号输出；
接截止频率为载频的高通或低通滤波器的单边带滤波器单边带信号输出。
VSB它不象单边带那样对不传送的带进行完全抑制，而是使它逐渐截止，使需要被抑制的边带信号在已调信号中保留了一小部分，其频谱如图所示。
2.3.5线性调制通信系统的抗噪声性能
（1）线性调制系统同步解调时的抗噪声性能分析各种线性调制系统的调制制度增益。
调幅波的功率
式中，亦⑴为调制信号的平均功率
可见：
双边带调制制度增益为2,这说明DSB信号解调后输出信噪比So/No增加1倍，即DSB系统信噪比改善了2倍。
5（0
图2.12有噪声影响的同步与非同步解调
-岁乡L侯兰理簣总主一乞尸
在输入大信噪比情况下，AM调制系统的调制制度增益为：
^一
c2心）
G=■
A2+m2（t）
非同步解调都存在一个。
即输入信噪比下降到某一值时，它的输出信噪比将随之急剧下降，这个值通常称为门
门限值的大小没有严格的定义，一般可认为门限值为10dB,在这个门限值以上工作时，检波器的输出信噪比为正常值，而在门限值以下工作时，输出信噪比严重恶化，甚至筱系统无法工作。
…典刃L鉄輕通信总主—iOUk
2.4非线性调制（角调制）
2.4.1角调制的概念和分类
角调制一载波的相角受调制信号的控制而变化。
调相（PM）：
相位调制时，载波的振幅不变，调制信号控制载波的相位，使已调信号的相位按调制信号的规律变换。
瞬时相角&（t）等于未调载波的瞬时相角加上一个与调制信号m（t）成比例的时变相角，即：
调相波的时域表达式为：
5PM（0=/l1.cos[wcz+]（2.13）
&（£）=a）cl+Kjn（£）
调频（FM）：
频率调制时，载波的振幅不变，调制信号控制载波的频率，使已调信号的频率按调制信号的规律变化，其瞬时角频率等于未调载波的角频率加上一个与m（t）成比例的时变角频率，即：
3（£）=叫+
3c为未调载波角频率，叮为调制器的调频灵敏度（Hz/V）。
调频波的时域表达式为：
（1）窄带调频和宽带调频
根据公式sFM（/）=AccosL°/+kf^m^t）dt
1）窄带调频（NBFM）kf^n（t）dt>~或0.5
2）宽带调频（WBFM）或0.5
7J6
调角信号实际所占的有效频带宽度:
通常取BW=2（/n+1）F
若则称为宽带调角信号
复杂信号调制时BW=2［倔厶竺+1］耳,ax
角度调制具有抗干扰能力强和设备利用率高等优点,但调角信号的有效频谱带宽比调幅信号大得多。
爭半理色也主…y
（2）调频信号的功率
载波频率远大于调制信号的频率时，调频波的疏密变化是缓慢的，所以在调制周期内，调频信号的平均功率就等于未调制时的载波功率：
2.4.2FM波的产生和解调
Pfm=y（2.15）
（1）调频波的产生
通常调频波产生有两种方式：
-直接调频法（又称参数变值法）
用调制信号直接控制振荡器振荡回路元件的参量,使振荡器的振荡频率受到控制，使它在载频的上、下按调制信号的规律变化。
-间接调频法（又称为阿姆斯特朗法）
将调制信号积分，然后对载波进行调相，从而获得调频信号。
主要性能指标：
中心频率及稳定度、最大频偏、非线形失真和
调制灵敏度。
调频信号的载波频率人。
保持中心频率高稳定度是保证接收机正常接收所必需的。
正常调制电压作用下所能产生的最大频率偏移A/m
调频信号的频率偏移与调制电压的关系称为实际调频电路中调制特性不可能呈线性，而会产生非线形失真。
调制电压变化单位数值所产生的频率偏移称为调
直接调频法：
是直接利用压控振荡器进行调频的方法，利用变容管组成压控振荡器，使压控振荡器的瞬时频率随调制信号的变化而呈线性变化。
—圧控振荡器
图2-13直接调频法原理框图
特点:
原理简单，频偏较大，但中心频率不易稳定。
应用：
广泛使用在小型调频电台中。
第橫祕典信w*
（1）变容二极管直接调频电路
幅直电容
调制信号
Uq
供变容管
（）：
a（r）
;丰C2（）
高频扼流圈，对高频开路.对调制信号短路
基本电路⑺
第纟章模祕直信鼓*
g（f）
Uq
直流和调制信号通路
变容管结电容
rw
振荡回路由电感I和变容管结电容G组成
（b）高频通路
（2）晶体振荡器直接调频电路
屯路中晶体当等效屯感元件用。
工作频率在人和乙之间。
_1.1
"7^'2”Il
V<+c°
■两个谐振频率十分接近。
1
M=几一匚严一P扎
频偏小，但中心频率稳定度高。
第纟章模核直倍枚*
I_.「
oO
Lx
Ls
石英谐振器Q值很高，且性能很稳定，因此有很髙的回路标准性。
（C）
（b）基频等效电路（c）含泛音频率的尊效电路
C。
是晶片的静态电容，相当于平板电容，即由晶片作介质，镀银电极和支架引线作极板构成。
几〜十几pF。
Lq、Cq、fq为晶片振动时的等效动态电感、电容和摩擦损耗。
Lq很大，几十〜几百mH；C*q很小，百分之几pF；
石英谐振器只在A和fp之间的很窄频率范围内呈感性,且感抗曲线很陡，故当工作于该区域时，具有很强的稳频作用。
一般不用电容区。
根据信号功率的定义，可以得到振幅调制（AM）信号的功率：
A*2A2
Pam=才+寸耳
Pm—调制信号的平均功率
莖一载波平均功率，不携带任何信息
2
尤P一为调制信号边带功率，边带功率携带信息。
（2）振幅调制AM的解调
AM信号的解调方法主要有两种:
-同步解调
-包络检波法
升级会员 