幅度调制和解调 课件.ppt
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1、第第5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频通信技术情书通信技术情书 指的是信号的强度随着时间的变化特性。这些信号最指的是信号的强度随着时间的变化特性。这些信号最后都转换为随着时间而随机变化的电压或电流。例如通信中要处后都转换为随着时间而随机变化的电压或电流。例如通信中要处理的各种信号:语音、数据、图像和视频等。理的各种信号:语音、数据、图像和视频等。:描述信号的另一种表示方法。描述的是信号包:描述信号的另一种表示方法。描述的是信号包含哪些不同频率分量。含哪些不同频率分量。sins tt例例1:画出信号:画出信号 3sin 7s tt的频谱图的频谱图 例例2例例3:任何一个信号,不论它
2、是周期性的还是非周期性的,都可以任何一个信号,不论它是周期性的还是非周期性的,都可以分解为一系列频率不同的正弦(或余弦分解为一系列频率不同的正弦(或余弦)分量。分量。sin 22sin 34sin 5s tttt 123s ins in 2s in 3ooooftaatatat 例例4:画出图像信号的大致频谱图:画出图像信号的大致频谱图 第第5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 (2)低频信号直接发射所需要的天线过长。低频信号直接发射所需要的天线过长。发射发射20kHz20kHz无线电波所需要的最佳天线长度为无线电波所需要的最佳天线长度为7575万米长。万米长。(3)以电视信以电视
3、信号传输为例,一个城市十个电视频道,由于这十个频道图像信号的号传输为例,一个城市十个电视频道,由于这十个频道图像信号的频率都在频率都在06MHz之间,每个电视接收机将同时收到所有十个频道之间,每个电视接收机将同时收到所有十个频道的信号,结果屏幕上所显示的将是十个频道图像的复合,这显然是的信号,结果屏幕上所显示的将是十个频道图像的复合,这显然是无法接受的无法接受的(1)为什么要调制与解调?为什么要调制与解调?(1)调制:调制:用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。定义:定义:信号信号 载波信号:(等幅)高频振荡信号载波信号:(等幅)高频振荡信号 正
4、弦波正弦波 方波方波 三角波三角波)cos(tUuccc锯齿波锯齿波调制信号:调制信号:需要传输的信号需要传输的信号(原始信号)(原始信号)语言语言图像图像 tUu cos密码密码已调信号(已调波):经过调制后的高频信号(已调信号(已调波):经过调制后的高频信号(射频信号射频信号)振幅调制振幅调制解调(检波解调(检波)混频(变频)混频(变频)属于属于 频谱线性搬移电路频谱线性搬移电路(2)解调:解调:调制的逆过程调制的逆过程,即从已调波中恢复原调制信号的过程。,即从已调波中恢复原调制信号的过程。51概述概述 调调相相的的逆逆过过程程鉴鉴相相调调频频的的逆逆过过程程鉴鉴频频振振幅幅调调制制的的逆
5、逆过过程程振振幅幅检检波波(7)振幅调制分三种方式:振幅调制分三种方式:)残留边带调幅度()(抑制载波的单边带调幅抑制载波的双边带调幅普通调幅VSBSSB)()(DSBAM (5)相位调制:)相位调制:调制信号控制载波相位调制信号控制载波相位,使,使已调波的相位随调已调波的相位随调 制信号线变化。制信号线变化。(6)解调方式:)解调方式:(4)频率调制:)频率调制:调制信号控制载波频率调制信号控制载波频率,使,使已调波的频率随调制已调波的频率随调制 信号线性变化。信号线性变化。(3)振幅调制:由)振幅调制:由调制信号去控制载波振幅调制信号去控制载波振幅,使,使已调信号的振已调信号的振 幅幅 随
6、调制信号线性变化。随调制信号线性变化。5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性(1)设:载波信号:设:载波信号:tUuccc cos 调制信号:调制信号:tUu cos那么调那么调 幅信号(已调波)可表达为:幅信号(已调波)可表达为:ttUucmAM cos)(由于由于调调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系幅信号的振幅与调制信号成线性关系,即有:,即有:tUkUtUacm cos)(,式中,式中ak为比例常数为比例常数即:即:)cos1()cos1()(tmUtUUkUtUaccacm 式中式中ma为调制系数,为调制系数,caaUUkm 常用百分比数表示。常用百分比数表示。ttmUucac
7、AM cos)cos1(1.AM调幅波的数学调幅波的数学表达式表达式 5.2.1 标准振幅调制(标准振幅调制(AM)信号分析)信号分析则有则有 ttmUucnnnncAM cos)cos(11 其中:其中:nanUkm 若将若将)(tf分解为:分解为:1)cos()(nnnntUtf 一般,实际中传送的调制信号并非单一频率的信号,常为一般,实际中传送的调制信号并非单一频率的信号,常为一个连续频谱的限带信号一个连续频谱的限带信号 。)t(f则则ttfkUucacAM cos)(1 2、调幅信号波形、调幅信号波形 波形特点:波形特点:(1)调幅波的振幅(包络)变化规律)调幅波的振幅(包络)变化规律
8、 与调制信号波形一致与调制信号波形一致 (2)调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱程度反映了调幅的强弱程度,可以看出:可以看出:caUUUmminmax21 一般一般m值越大调幅越深:值越大调幅越深:ttmUucacAM cos)cos1()cos1()(tmUtUacm tUuccc cos tUu cos)1(maxacmUU cU)1(minacmUU 实实际际电电路路中中必必须须避避免免包包络络失失真真过过调调幅幅时时百百分分之之百百最最大大调调幅幅时时未未调调幅幅时时,1)(10aaammm1ma 1ma(1)由单一频率信号调)由单一频率信号调 幅幅 tmtmtUttmUucacaccc
9、acAM)cos(21)cos(21coscos)cos1(含含传传输输信信息息下下边边频频分分量量含含传传输输信信息息上上边边频频分分量量不不含含传传输输信信息息载载波波分分量量:)(ccc 可见可见,调幅波并不是一个简单的正弦波,包含有三个频率分量:调幅波并不是一个简单的正弦波,包含有三个频率分量:3、调幅波的频谱、调幅波的频谱 调制信号调制信号c载波载波调幅波调幅波c+上边频上边频caUm21c-下边频下边频caUm21cU同样含有三部分频率成份同样含有三部分频率成份 nncnnncnccnncnncncccnnncAMtmtmtUtmtmtUttmUu)cos(21)cos(21cos
10、)cos(21)cos(21coscoscos1 含含信信息息下下边边带带含含信信息息上上边边带带不不含含信信息息载载波波分分量量)()(:ncncc (2)限带信号的调幅波限带信号的调幅波max c c限带限带信号信号 c c载波载波调幅波调幅波c c-max 下边频带下边频带c c+max上边频带上边频带max max max 由于:由于:tUtmtUtUtmuccaccccaAMcoscoscoscos)cos1(相加器相加器 乘法器乘法器AMu直流直流cu u 乘法器乘法器 相加器相加器 uAMucu4、AM信号的产生原理框图信号的产生原理框图可见可见要完成要完成AM调制,其核心部分是
11、实现调制信号与载波相乘。调制,其核心部分是实现调制信号与载波相乘。在在AM调制过程中,如果调制过程中,如果将载波分量抑制将载波分量抑制就形成就形成抑制抑制载波的双边带信号载波的双边带信号,简称双边带信号,它可以,简称双边带信号,它可以用载波和调制用载波和调制信号直接相乘得到信号直接相乘得到,即:,即:ttUkUttUkUucccDSB)cos()cos(21coscos00 nncnnncnccnnncDSBtUtUkUttUkUu)cos()cos(21coscos 调制信号为单一频率信号调制信号为单一频率信号:调制信号为限带信号的调制调制信号为限带信号的调制:)()(tutkuucDSB
12、5.2.2双边带双边带(double sideband DSB)调幅调幅信号信号、数学表达式数学表达式2.波形与频谱波形与频谱5.2.2双边带双边带(double sideband DSB)调幅调幅信号信号 tU cos(1)DSB信号的包络正比于调制信号信号的包络正比于调制信号(2)DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性,信号载波的相位反映了调制信号的极性,即在调制信号负半周即在调制信号负半周时,已调波高频与原载波反相。时,已调波高频与原载波反相。因此严格地说,因此严格地说,DSB信号已非单纯的振信号已非单纯的振幅调制信号,而是既调幅又调相的信号幅调制信号,而是既调幅又调相的信号。(3)D
13、SB波的频谱成份中抑制了载波分量,全部功率为边带占有,功率利波的频谱成份中抑制了载波分量,全部功率为边带占有,功率利用率高于用率高于AM波。波。maxmax22FB (4)占用频带占用频带 调制信号调制信号 载波载波c 上边频上边频下边频下边频 ttUkUtucccDSB)cos()cos(21)(tUtUkUtucccSSBU)cos()cos(21)(tUtUkUtucccSSBL)cos()cos(21)(单单边带边带(SSB)信号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个信号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带部分,即可成为单边带调幅信号。其单频调制时的表示式边带部分,即可成为单边带调幅
14、信号。其单频调制时的表示式为:为:上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号5.2.3 单边带单边带(single sideband SSB)信号信号 1.SSB信号的信号的性质性质 在现代电子通信系统的设计中,为节约频带,提高系统的在现代电子通信系统的设计中,为节约频带,提高系统的功率和带宽效率,常采用单边带(功率和带宽效率,常采用单边带(SSB)调制系统)调制系统 max 限带限带信号信号c c载波载波c c-max 下边频带信号下边频带信号 c c+max上边频带信号上边频带信号c c+maxc c-max ttUkUtucccDSB)cos()cos(21)(tUtUkUtucccSSB
15、U)cos()cos(21)(tUtUkUtucccSSBL)cos()cos(21)(由由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成,信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成,如:如:上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号2.单边带调幅信号的实现单边带调幅信号的实现 上边带滤波器上边带滤波器SSBUu下边带滤波器下边带滤波器SSBLu乘法乘法 器器 ucuDSBu(1)(1)滤波法滤波法 有三种基本的电路实现方法:滤波法、相移法有三种基本的电路实现方法:滤波法、相移法:下边频带信号下边频带信号DSB信号信号c c-max c c+max上边频带信号上边频带信号c c+maxc c-max
16、另外由三角公式:另外由三角公式:(2)相移法相移法 ttUttUtUtucccSSBUsinsincoscos)cos()(ttUttUtUtucccSSBLsinsincoscos)cos()(利用上三角公式的实现电路如下图所示:利用上三角公式的实现电路如下图所示:tU cosSSBUuSSBLutUcc cos乘法乘法 器器乘法乘法 器器00相移相移00相移相移加法加法 器器减法减法 器器tUcc sintU sin 习惯上将没有抑制载波和边带的幅度调制方式称为普通习惯上将没有抑制载波和边带的幅度调制方式称为普通调幅方式,简称调幅方式,简称AM,于是就有三种幅度调制方式:,于是就有三种幅度
17、调制方式:AM、DSB和和SSB调制,下表给出了三种调幅方式性能的比较。调制,下表给出了三种调幅方式性能的比较。三种幅度调制方式的比较三种幅度调制方式的比较抑制载波的双边带调幅和单边带调幅(抑制载波的双边带调幅和单边带调幅(VSBVSB)通常分为:通常分为:调频调幅信号调相调幅信号纯调幅信号,)sinsincos(cos)cos(U:,coscos:cos)cos1(:ttttUtuSSBttUkUuDSBttmUuAMcccSSBccDSBccAM5.3 振幅调制电路振幅调制电路 三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项,所以,所以振幅调制振幅调制电路的实
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