模拟信号的调制传输及其抗噪声性能的分析.docx
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模拟信号的调制传输及其抗噪声性能的分析
南京交通职业技术学院
毕业论文
论文题目：
模拟信号的调制传输及其抗噪声性能的分析
专业：
电子信息工程技术
班级：
08431学号：
25
姓名：
周煜
指导教师：
郑莹
实习时间：
2010年11月至2011年5月
模拟信号的调制传输及其抗噪声性能分析【摘要】：
论文简述了模拟信号的基本涵义及存在的必要性，具体分析了模拟信号的调制与其基本解调方法，从而分析模拟信号的传输。
并且对模拟信号的调传
输中所遇到的干扰问题做出了详细的分析。
【关键词】：
模拟信号；调制；抗噪声性能
Analogsignalsmodulationtransmissionandanti-noiseperformanceanalysis
【Abstract】:
thepaperdescribesthebasicmeaningoftheanalogsignalandthenecessityofexistence,analyzesitsbasicanaloguemodulationanddemodulationmethodanalysisoftheanalogsignaltransmission.Andthemodulationofanalogsignaltransmission.Theinterferenceproblemsthatareencounteredmadedetailedanalysis.
【Keywords】:
analogsignals;Modulation;Anti-noiseperformance
目录
1前言1
2模拟信号的简介1
3模拟信号的调制1
3.1调制、解调及调制目的1
3.2模拟信号的调制传输2
4模拟信号的抗噪声性能分析5
4.1模拟通信5
4.2干扰模拟信号的因素5
4.3干扰因素的分析5
4.4噪声的处理方法6
5结束语7
参考文献8
致谢9
1前言
模拟技术发展至今已有百年历史，对系统通信的作用尤为重要。
但随着社会科技的进步，通信技术正不断强大。
众所周知，数字技术的发展正改变着我们的工作与生活，但被很多人所忽略的是：
模拟技术也随着数字技术的扩大而日益发展。
在生活中，模拟信号与我们息息相关。
为此，对于电子线路中模拟信号的传输做出研究与分析也更具意义。
2模拟信号的简介
模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。
或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。
模拟信号最主要的特点就是连续性：
其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化。
模拟信号只管且容易实现，但传播距离较短，传递容量小，保真性较差。
3模拟信号的调制
3.1调制、解调及调制目的
调制就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为合适于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。
一般来说，信号源的信息含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。
基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。
这个信号叫做已调信号，而基带信号作为调制信号，调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的
调制的方式有模拟调制、数字调制、脉冲调制等。
解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。
在各种信息传输处理或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一信息的信号。
接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。
解调的方式有正弦波幅度解调、正弦波角度解调和共振解调。
调制的目的：
1）有效抑制传输中的噪声；
2）频分复用，即同一信道传输多路信号而不混叠；
3）可传播更远距离，有利于接受。
3.2模拟信号的调制传输
调制是工程测试信号在传输过程中常用的一种调理方法,主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。
调制的方法是先将微弱的信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。
常见的模拟调制技术包括幅度调制、频率调制、相位调制，以及将以上调制方法结合的符合调制技术和多级调制技术。
1）幅度调制：
幅度调制（如图1）就是用调制信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着调制信号变化。
已调波称为调幅波。
调幅波的频率仍是载波频率，调幅波包络的形状反映调制信号的波形调幅系统实现简单，但抗干扰性能差，传输时信号容易失真。
常用的幅度调制法有双边带调制，抑制载波双边带调制，单边带调制和残留边带调制。
双边带调制的接收设备简单，但是功率利用率低，抗干扰能力差；抑制载波双边带调制的功率利用率高，且带宽与双边带调制相同，但接受要求同步解调，设备较复杂；单边的带调制的有点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力优于双边带调制，且带宽只有其一半，缺点是发送和接受设备复杂；对于残留边带调制而言，抗噪声性能和频带利用率都较好，就是发送和接受设备较复杂。
图1:
信号调制
幅度调制的解调有两种：
包络检波解调和相干解调。
①包络检波解调：
包络检波器的组成如图2所示，其基本原理是用电容器的充放电过程来跟踪输入的已调信号包络的变化。
当输入信号的正向周期时，二极管导通，电容C充电；当输入信号的负向周期时，二极管截止，电容C放电；当下一个正向周期到来时，电容C在此被充电。
经过包络检波器后的输出信号中包含直流分量，隔掉直流后，即可恢复基带信号。
包络检波器的设计需要注意合理选择RC时间常数，防止拖尾现象；也可以再加一级低通滤波器，将包络锯齿滤去。
（输入幅度调制信号，输出基带信号）
图2：
包络检波器
②相干解调，就是在接受端用一个与发送载波同频同相的本地载波与接受到的已调信号相乘。
相干解调器的结构如图3所示。
图3：
相干解调器
2）频率调制：
用调制信号控制载波的振荡频率，使载波的频率随着调制信号变化。
已调波称为调频波。
调频波的振幅保持不变，调频波的瞬时频率偏离载波频率的量与调制信号的瞬时值成比例。
调频系统抗干扰性能好，传输时信号失真小，设备利用率也较高。
但也存在着严重缺点，调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要求带宽的20倍；调频系统较之调幅系统复杂，因为频率调制是一种非线性调制，它不能运用叠加原理。
常用的频率调制法有直接调频法和间接调频法。
直接调频法就是用调制信号对压控振荡器进行电压控制，利用其振荡频率与控制电压成线性变化的特性，改变压控振荡器的输出频率，从而达到频率调制的目的。
间接调频法就是对调频波进行解调，将信号的频率变化再变换为电压幅值的变化。
间接调频法的方法也有许多，常用的有变压器耦合的谐振回路法。
如图4所示。
图中L1、L2是变压器耦合的原、副线圈，它们和C1、C2组成并联谐振回路。
ef为输入的调频信号，在回路的谐振频率fn处，线圈L1、L2的耦合电流最大，副边输出电压ea也最大；ef频率离fn越远，线圈L1、L2的耦合电流越小，副边输出电压ea也越小；从而将调频波信号频率的变化转化为电压幅值的变化。
图4：
谐振回路
频率调制较之幅度调制的一个重要的优点是改善了信噪比。
分析表明，在调幅情况下，若干扰噪声与载波同频，则有效的调幅波对干扰波的功率比（S／N），必须在35dB以上。
但在调频的情况下，在满足上述调幅情况下的相同性能指标时，有效的调频波对干扰波的功率比只要6dB即可。
3）相位调制：
用调相信号控制载波的相位，使载波的相位随着调制信号变化。
已调波称为调相波。
调相波的振幅不变，调相波的瞬时相角偏离载波相角的量与调制信号的瞬时值成比例。
在调频时相角也有相应的变化，但这种频率变化并不与调制信号成比例。
在模拟调制过程中已调波的频谱中除了载波分量外在载波频率两旁还各有一个频带，因调制而产生的各频率分量就落在这两个频带之内。
这两个频带统称为边频带或边带。
位于比载波频率高的一侧的边频带，称为下边带。
在单边带通信中可用滤波法、向移法或相移滤波法取得调幅波中一个边带，这种调制方法称为单边带调制。
单边带调制常用于有线载波电话和短波无线电多路通路。
4模拟信号的抗噪声性能分析
4.1模拟通信
利用正弦波的幅度、频率或相位的变化，或者利用脉冲的幅度、宽度或者位置变化来模拟原始信号，以达到通信的目的，称为模拟通信。
模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点。
1）保密性差
模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。
只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。
2）抗干扰能力弱
电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。
线路越长，噪声的积累也就越多
4.2干扰模拟信号的因素
形成干扰的因素有三个：
1干扰源，指产生干扰的原件、设备或信号。
2传播途径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。
3敏感器件，指容易被干扰的对象。
4.3抗干扰分析
抗干扰设计的基本原则是：
抑制干扰源，切断干扰途径，提高敏感原件的抗干扰性能。
1）抑制干扰源
抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的电压，这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。
这一目的主要是通过在干扰源两端并联电容来实现的。
减小干扰源的电流主要是通过在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现的
2）按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。
所谓传导干扰是指通过传播到敏感器件的干扰。
高频干扰噪声和有用信号
的频带不通，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有事业可加隔离光耦来解决。
电源噪声的危害最带，要特别注意处理。
所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。
一般的解决方法是增肌干扰源于敏感器件的距离，用底线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。
3）提高敏感器件的抗干扰性能
提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取以及从不正常状态尽快恢复的方法。
4.4噪声的处理方法
1）系统的正确连接。
在通信系统中，一般连接的设备很多。
不同设备有不同的接口形式，使用的接插件各不相同。
有平衡和不平衡的输入输出形式，为有效的屏蔽外界的电磁辐射干扰，必须统一使用屏蔽电缆并采用正确的连接方式。
建议采取的方法是，无论采用平衡或不平衡的传输，都采用双芯屏蔽电缆，并且屏蔽层只在平衡输出或输入的一端接地。
当两端都是不平衡的连接时，最好使用转换器。
2）良好的接地处理。
为使屏蔽层的电缆能够屏蔽外界的杂散电磁干扰，屏蔽层必须要有正确的连接和良好的接地。
实践中，所有的设备悬浮，是在没有专门的地线条件下最常采用的一种措施。
但这是一种不稳定的随机噪声，所以整个系统要良好接地，首先应设有专门的地线。
不能采用电源的零线作为系统设备的地线。
在室外场所，可以考虑埋设临时性地线。
一般的系统都是很多台身背通过电缆连接起来的系统，很容易有由其屏蔽系统组成链式接地方式。
当某台设备上产生电磁辐射或静电感应噪声时，会由于传输线的屏蔽层和铁质设备外壳组成的接地系统使得整个系统产生感应电压。
进而使系统产生一定的噪声电平，此类干扰链路较长的系统尤为明显。
所以系统要尽量避免使用链式接地方式，而应使用星型接地方式。
接屏蔽层处各设备的电线通过专门的导线一个接地点连接，如果信号传输线两端的屏蔽层都接地，必然形成接地回路。
当该回路收到其他设备的电磁干扰时，在电缆屏蔽层必然会出现感应电流，以致产生严重的干扰噪声，形成回路噪声干扰。
保证系统不出现地环路结构，要求设备间只能有一条接地导线互连，在要求不严谨的场合，可以让步平衡设备悬浮。
3）系统的隔离。
在一些大型的系统中，往往由很多系统互连，有事还要向远端传输信号，这些远距离的链接，由于不同子系统都有独立的接地系统，每个子系统一旦地线相连，必然形成接地噪声。
另一方面，由于传输距离较长，传输线屏蔽层的接地电阻会增大，甚至用了非屏蔽传输线等等，就容易引入大量的外界电磁场辐射干扰噪声。
如果每个系统单独工作，噪声可通过合理的连接和接地控制在允许的电平内，但当多个子系统互连后，即使用了单端屏蔽接地或长线分段接地处理，也没有办法解决长距离传输造成的辐射干扰噪声。
这时最好的措施就是采用隔离的办法。
在多个系统间装变压器使之互相隔离。
4）电源净化。
为了隔离公共网形成的干扰噪声，最好或一般采用隔离净化电源。
净化电源的接地端一定要保证有可靠、良好的接地。
否则隔离效果不好。
要和一些干扰强大的大功率电器隔离，单独供电，或在输入端加装滤波器将干扰噪声滤除。
还要注意传输线不得和电源线平行布线，要将其交叉布线，这样也可以减低交流噪声干扰。
5结束语
本文概述了模拟信号的基本特征，对模拟信号的优点、缺点做出了详细的描述，从而对模拟信号有了更深层次的认识。
随着科技的不断发展，我国电子产业不断的进步，数字化将逐步取代模拟化，但是模拟产品的存在必定有其存在的意义，所以对模拟信号做出研究有一定的必要性。
模拟信号的传输与数字信号的传输相比，存在很大的不足之处，但也有其一定的优越性，相信在模拟信号的传输上做出一定的优化和改进后，定会使模拟信号的用途更加广泛。
当然，首要解决的问题就是模拟信号传输中的干扰问题。
不管是数字信号还是模拟信号，干扰这一问题对信号的运用和发展起着决定性的促进作用，所以要认真研究，争取做出更好的解决对策，为模拟信号这一领域的发展做出更大的贡献。
参考文献
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模拟与数字信号、系统及滤波器，机械工业出版社
[2].郑治真，数字信号处理基础，地震出版社
[3].国家知识产权局专家编写组，回路模拟信号,模拟信号类，知识产权出版社
[4].白云，高育鹏，基于LabVIEW的数据采集与处理技术，西安电子科技大学出版社
[5].李中建、陈渝，系统、信号处理，计算机研究与发展
致谢
三年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。
三年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走的辛苦却收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。
伟人，名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的指导老师。
我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。
您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。
授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导，经由您悉心的点拨，再思考后的领悟，常常让我有“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。
感谢我的爸妈，焉的谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！
同时也感谢学院为我们提供良好的做毕业设计的环境。
最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。
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