《模拟带通传输系统》课件

模拟带通传输系统本课程将带您深入了解模拟带通传输系统的原理和应用通过学习，您将掌握带通信号的特性，调制解调技术，以及噪声对系统的影响等重要知识，并了解其在广播、电视、移动通信等领域的应用课程学习目标理解带通信号的定义、频掌握常见调制方式、分析噪声对带通系统的影探讨带通系统在广播、电AM谱特性和基本特征、、、响，了解抗噪声性能视、移动通信等领域的应DSB SSBFM PM用基本概念回顾信号与系统信号传递信息的物理量，例如声音、图像、电信号系统对信号进行处理的装置，例如放大器、滤波器时域信号随时间的变化规律，例如波形图频域信号频率成分的分布，例如频谱图带通信号的定义带通信号是指其频谱集中在一个有限频带内的信号通常，带通信号的频率范围在载波频率的附近，带宽较窄，例如广播AM信号带通信号的频谱特性带通信号的频谱特性可以用频谱图来描述典型的带通信号频谱图呈对称形状，在中心频率附近有较高的功率密度，而其他频率的功率密度很低带通系统的基本特征选择性只允许特定频率范放大功能增强信号的功率围的信号通过，抑制其他频，提高信号强度率的信号抗噪声性能抑制噪声信号，提高信号质量载波通信的基本原理载波通信是指利用高频载波信号来承载低频信息信号的通信方式载波信号本身不包含信息，但可以被调制，使其包含信息信号例如，无线电广播和电视广播调制的概念和必要性调制是指改变载波信号的某些参数（例如幅度、频率、相位），使之包含信息信号调制是载波通信的关键技术，它能够将信息信号转换为适合于无线传输的信号形式调制的基本类型幅度调制频率调制相位调制AM FMPM改变载波信号的幅度改变载波信号的频率改变载波信号的相位幅度调制的原理幅度调制是通过改变载波信号的幅度来承载信息信号的一种调制AM方式在中，信息信号的幅度决定了载波信号的幅度变化AM调制的时域表达式AM调制信号的时域表达式为，其中AM st=[A+mt]cosωct A是载波信号的幅度，是信息信号，是载波信号的角频率mtωc调制的频域分析AM调制信号的频谱包含载波信号的频率和信息信号的频率由于信号是载波信号和信息信号的乘积，所以其频谱是两AM AM者的卷积调制的功率分析AM调制信号的功率包含载波信号功率和信息信号功率载波信号功率AM占总功率的绝大部分，信息信号功率只占很小一部分信号的带宽计算AM信号的带宽为，其中是信息信号的最高频率AM BW=2fm fm信号的带宽与信息信号的频率范围相同AM调制原理DSB调制是一种将信息信号的双边频谱直接搬移DSB DoubleSideband到载波频率上的调制方式的频谱包含两部分上边带和下边带DSB与的区别DSB AM信号包含上边带和下边带，而信号只包含上边带的功率效率更高，但需要更复杂的解调器DSB AMDSB调制器的实现方式DSB调制器可以使用乘法器来实现，它将信息信号与载波信号相乘，得DSB到调制信号DSB解调原理DSB解调需要使用相干解调技术，即使用与载波信号完全相同的参考信DSB号，与接收到的信号相乘，恢复原始信息信号DSB相干解调技术相干解调需要使用一个与载波信号同频率、同相位的参考信号该参考信号可以从接收信号中提取，也可以通过专门的载波同步电路产生载波同步问题载波同步是指接收端获得与发射端载波信号完全相同的参考信号载波同步是相干解调的关键问题，需要使用专门的载波同步电路来实现调制的产生SSB调制是一种只保留信息信号的单边频谱的调制SSB SingleSideband方式它可以节省带宽，提高功率效率信号的频谱特性SSB信号的频谱只包含信息信号的单边频谱，即上边带或下边带与SSB相比，信号的带宽减半DSB SSB的功率效率分析SSB信号的功率效率比信号高得多，因为信号只包含信息SSB DSBSSB信号的单边频谱，而信号包含双边频谱DSB滤波器法产生SSB滤波器法产生使用滤波器将信号中不需要的边带滤除，从而SSB DSB得到信号SSB相移法产生SSB相移法产生使用相移器将信号的两个边带进行相移，然后通SSB DSB过加法器得到信号SSB调制原理VSB调制是一种保留一部分边带的调制方式，VSB VestigialSideband它兼顾了和的优点AM SSB应用场景VSB通常用于电视广播和数据传输系统，它能够在保留较好音质和图像质量的同时，节省带宽VSB频率调制的基本概念频率调制是通过改变载波信号的频率来承载信息信号的一种调制FM方式在中，信息信号的幅度决定了载波信号的频率变化FM信号的时域表达式FM调制信号的时域表达式为，其中FM st=Acos[ωct+∫mτdτ]A是载波信号的幅度，是信息信号，是载波信号的角频率mtωc信号的频谱分析FM调制信号的频谱包含载波信号的频率和信息信号的频率由于FM FM信号是载波信号的频率被信息信号调制，所以其频谱是载波信号频谱的扩展窄带特性FM窄带是指调制指数较小的信号，其频谱主要集中在载波频率附近，带宽较窄FM FM宽带特性FM宽带是指调制指数较大的信号，其频谱扩展到载波频率附近很FM FM宽的范围，带宽较大贝塞尔函数与频谱FM信号的频谱可以用贝塞尔函数来描述贝塞尔函数的阶数决定了频FM谱中各谐波的幅度调制指数越大，谐波的阶数越高信号的带宽估算FM信号的带宽可以用卡森规则来估算，其中FM BW=2Δf+fmΔf是频率偏移，是信息信号的最高频率fm调制器设计FM调制器可以使用各种电子元件来实现，例如反应式调频器和变容二FM极管调频器反应式调频器反应式调频器利用电感或电容的反应性随电压变化的特性来实现调FM制信息信号控制电感或电容的值，从而改变载波信号的频率变容二极管调频器变容二极管调频器利用变容二极管的电容值随电压变化的特性来实现调制信息信号控制变容二极管的电压，从而改变FM载波信号的频率信号解调原理FM解调是指从调制信号中恢复原始信息信号的过程解调可FM FM FM以使用鉴频器来实现，它可以将频率变化转换为电压变化鉴频器工作原理鉴频器的工作原理是利用振荡电路的频率与输入信号频率之间的关LC系来实现频率变化的检测当输入信号频率变化时，振荡电路的频率也随之变化，从而产生电压变化，代表了原始信息信号比率检波器比率检波器是一种常用的解调器，它通过比较两个振荡电路的FM LC频率来实现解调两个振荡电路的频率分别由输入信号的频率和一FM个固定频率的参考信号控制当输入信号频率变化时，两个振荡电路的频率差也随之变化，从而产生电压变化，代表了原始信息信号锁相环解调PLL锁相环是一种常用的解调器，它使用PLL Phase-Locked LoopFM反馈控制系统将一个振荡器的频率锁定在输入信号的频率上当输入信号频率变化时，锁相环会调整振荡器的频率，从而使输出信号与输入信号保持同步锁相环的输出电压代表了原始信息信号相位调制原理相位调制是通过改变载波信号的相位来承载信息信号的一种调制方式在中，信息信号的幅度决定了载波信号的PM PM相位变化信号特性分析PM信号的频谱与信号的频谱类似，但其频谱的扩展程度与调制指PM FM数有关调制指数越大，频谱扩展越广与的关系PM FM和之间存在着密切的关系对于窄带信号，信号和信号的频谱几乎相同但对于宽带信号，信号的频PM FMPM FMPM谱扩展程度更大噪声对带通系统的影响噪声是带通系统中不可避免的干扰信号，它会对信号的传输造成影响，降低信号质量噪声可以来自各种来源，例如热噪声、散粒噪声、闪烁噪声等高斯白噪声模型高斯白噪声是一种常见的噪声模型，它假设噪声信号服从高斯分布，且各个频率上的噪声功率密度相同热噪声分析热噪声是一种由于电子元件的热运动而产生的噪声，它与电子元件的温度和带宽有关温度越高，带宽越宽，热噪声越大系统的抗噪声性能AM系统的抗噪声性能较差，因为噪声会直接叠加在信息信号上，导致AM信号失真系统的抗噪声性能与信噪比有关，越高，AM SNR SNR抗噪声性能越好系统的抗噪声性能DSB系统的抗噪声性能比系统好，因为噪声信号不会直接叠加在DSB AM信息信号上，而是被载波信号掩盖系统的抗噪声性能也与“”DSB有关，越高，抗噪声性能越好SNR SNR系统的抗噪声性能SSB系统的抗噪声性能是最好的，因为它只保留了信息信号的单边频谱，噪声信号被有效地抑制了系统的抗噪声性能SSB SSB与有关，越高，抗噪声性能越好SNRSNR系统的抗噪声性能FM系统的抗噪声性能比系统好，因为它使用频率变化来承载信息信号，噪声信号对频率变化的影响很小系统的FM AMFM抗噪声性能与信噪比和调制指数有关，越高，越大，抗噪声性能越好SNR mSNR m门限效应分析门限效应是指系统在信噪比低于一定门限值时，抗噪声性能急剧下FM降的现象门限效应是由解调器中的非线性特性引起的FM预加重与去加重技术预加重与去加重技术可以提高系统的抗噪声性能预加重是指在调制之前，对信息信号进行高频成分的增强，去加FM FM重是指在解调之后，对信号进行高频成分的补偿预加重与去加重可以有效地抑制噪声的影响，提高信号质量FM各种调制方式的比较简单易实现抗噪声性能差，带AM宽大功率效率高抗噪声性能一般，DSB需要相干解调抗噪声性能好，带实现复杂，需要载SSB宽小波同步抗噪声性能好，可带宽大，实现复杂FM提供高保真音频抗噪声性能好，可带宽大，实现复杂PM提供高保真音频带通系统的应用实例模拟带通传输系统在各种通信领域中都有广泛的应用，例如广播、电视、移动通信等调幅广播系统调幅广播系统使用调制方式来传输音频信号广播系统具有简AM AM单易实现的特点，但抗噪声性能较差调频广播系统调频广播系统使用调制方式来传输音频信号广播系统具有抗FMFM噪声性能好、音质清晰的特点，是目前最主要的广播系统电视广播系统电视广播系统使用调制方式来传输视频信号和音频信号广VSB VSB播系统能够在保留较好音质和图像质量的同时，节省带宽移动通信系统移动通信系统使用各种调制方式来传输语音、数据和视频等信息例如，系统使用调制GSM GMSKGaussian MinimumShift Keying方式，系统使用CDMA DSSSDirect SequenceSpread调制方式Spectrum未来发展趋势随着数字技术的快速发展，数字带通传输系统将成为未来通信系统的主流数字带通传输系统具有抗噪声性能好、效率高、带宽利用率高等优点未来的模拟带通传输系统将逐渐被数字带通传输系统所取代。