通信原理第5章 模拟调制系统

1、5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 5.3 非线性调制（角度调制）的原理非线性调制（角度调制）的原理 5.4 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能 5.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较 5.6 频分复用频分复用(FDM) 第第 5 章章 模拟调制系统模拟调制系统 第第5章学习目标章学习目标 1、掌握幅度调制（、掌握幅度调制（AM、DSB、SSB与与VSB） 信号的时域与频域表达式、调制器一般模型，信号的时域与频域表达式、调制器一般模型， 信号频谱的特点、掌握线性调制的抗噪声性能信号频谱的特点

2、、掌握线性调制的抗噪声性能 的分析方法；的分析方法； 2、理解角度调制原理、大信噪比情况下角度调、理解角度调制原理、大信噪比情况下角度调 制的噪声性能分析方法；制的噪声性能分析方法； 3、了解频分复用、复合调制。、了解频分复用、复合调制。 作业作业P128 2、5、6、7、9、13、16、17 基本概念基本概念 调制调制把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种 过程。过程。 广义调制广义调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）分为基带调制和带通调制（也称载波调制） 狭义调制狭义调制仅指带通调制。仅指带通调制。 在无线通信和其他大多数场合，调制一词均指在

3、无线通信和其他大多数场合，调制一词均指 载波调制。载波调制。 载波调制载波调制按按调制信号调制信号的变化规律去改变的变化规律去改变载波载波某一某一 个或某几个参数的过程，使载波某一个或某几个参个或某几个参数的过程，使载波某一个或某几个参 数按照调制信号的规律而变化。数按照调制信号的规律而变化。 调制信号调制信号来自信源的消息信号，即基带信号。这来自信源的消息信号，即基带信号。这 些信号可以是模拟的，也可以是数字的。些信号可以是模拟的，也可以是数字的。 载波载波未受调制的周期性振荡信号。可以是正弦信未受调制的周期性振荡信号。可以是正弦信 号，也可以是脉冲序列。号，也可以是脉冲序列。 已调信号已调

4、信号载波调制以后的信号，含有调制信号的载波调制以后的信号，含有调制信号的 全部特征。全部特征。 调制的目的调制的目的 提高无线通信时的天线辐射效率。提高无线通信时的天线辐射效率。 把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以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。实现信道的多路复用，提高信道利用率。 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，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。还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。 在通信系统的发送端通常需要有在通信系统的发送端通常需要有调制调制过程，过程， 在接收端则需要有反调制过程

5、在接收端则需要有反调制过程解调解调（也称（也称检波检波） 过程。其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。过程。其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。 基带信号基带信号(调制信号调制信号) 包含信息、需要被传输的原始信号，具有包含信息、需要被传输的原始信号，具有 频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中 不适宜直接进行传输。不适宜直接进行传输。 频带信号频带信号(已调制信号已调制信号) 在信道中传输、载波的某些参数受调制信在信道中传输、载波的某些参数受调制信 号控制的信号。号控制的信号。 载波信号可以分为两类：载波信号可以分为两类： 用正弦型信号作为载波

6、；用正弦型信号作为载波； 用脉冲串或一组数字信号作为载波。用脉冲串或一组数字信号作为载波。 基带信号基带信号和和频带信号频带信号 模拟调制和数字调制模拟调制和数字调制 模拟调制模拟调制 在模拟调制中，调制信号的取值是连续的。在模拟调制中，调制信号的取值是连续的。 数字调制数字调制 数字调制中，调制信号的取值为离散的。数字调制中，调制信号的取值为离散的。 正弦波调制正弦波调制 调制方式调制方式用途举例用途举例 线性调制线性调制 常规双边带调制常规双边带调制AM广播广播 双边带调制双边带调制DSB立体声广播立体声广播 单边带调制单边带调制SSB载波通信、短波无线电话载波通信、短波无线电话 通信通信

7、 残留边带调制残留边带调制VSB电视广播、传真电视广播、传真 非线性非线性 调制调制 频率调制频率调制FM微波中继、卫星通信微波中继、卫星通信 相位调制相位调制PM中间调制方式中间调制方式 数字调制数字调制 振幅键控振幅键控ASK数据传输数据传输 频移键控频移键控FSK数据传输数据传输 相位键控相位键控PSK数据传输数据传输 其它高效数字调制其它高效数字调制 QAM、MSK 数字微波、空间通信数字微波、空间通信 脉冲调制脉冲调制 调制方式调制方式用途举例用途举例 脉冲模拟脉冲模拟 调制调制 脉幅调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测中间调制方式、遥测 脉宽调制脉宽调制PDM中间调制方式中间调制方

8、式 脉位调制脉位调制PPM遥测、光纤传输遥测、光纤传输 脉冲数字脉冲数字 调制调制 脉码调制脉码调制PCM市话中继线、卫星、空间市话中继线、卫星、空间 通信通信 增量调制增量调制DM （M） 军用、民用数字电话军用、民用数字电话 差分脉码调制差分脉码调制 DPCM 电视电话、图像编码电视电话、图像编码 其它编码方式其它编码方式 ADPCM 中速数字电话中速数字电话 正弦型载波正弦型载波 s(t) = Acos(ct+ 0) 式中，式中，c载波角频率；载波角频率； 0 载波的初始相位；载波的初始相位； A 载波的幅度。载波的幅度。 s(t) t S() -cc0 ( ) ()() cc FT s

9、 tA 5.1 幅度调制的原理幅度调制的原理 幅度调制幅度调制是正弦型载波的幅度随调制信号作线是正弦型载波的幅度随调制信号作线 性变化的过程。性变化的过程。 正弦载波：正弦载波： s(t) = Acos(ct+ 0) 基带信号：基带信号： m(t) （调制信号）（调制信号） 二者相乘，得幅度调制信号（已调信号）：二者相乘，得幅度调制信号（已调信号）： sm(t)=Am(t)cos(ct+0) 或：或：sm(t)=m(t)cos(ct) )()(Mtm )()(cos ccct )()( 2 1 cos)( ccc MMttm 则：则： )()( 2 )()( ccmm MM A tsFTS 5

10、.1.1 调幅（调幅（Amplitude Modulation, AM） 如果所输入的基带信号如果所输入的基带信号m(t)包含直流分量，即：包含直流分量，即： m(t)=A0+m(t) 当满足当满足A0|m(t)|max， 则得到的输出信号为调幅信号，或称则得到的输出信号为调幅信号，或称AM信号。信号。 AM信号的时域表达式：信号的时域表达式： ttmtA ttmAts cc cAM cos)(cos cos)( 0 0 AM调制器模型调制器模型 m(t) A0cos ct sAM(t) A AM信号信号SAM(t)的频域表达式：的频域表达式： 设设 m(t)M()， 而而 )()( 2 1

11、cos)( )()(cos 00 ccc ccc MMttm AtA 则则sAM(t) 的频域表达式为的频域表达式为 )()( 2 1 )()()( 0 cc ccAM MM AS AM信号的信号的波形波形及及频谱频谱 sAM(t) t S() -cc0 s(t) t t A0 m(t) M() -HH 0 SAM() -cc0 2H 1/2 A0 1 BAM=2 H ttmAts cAM cos)( 0 AM的特点的特点 调幅过程使原始频谱调幅过程使原始频谱M()搬移到搬移到c处，频谱中包含：处，频谱中包含： 载频分量载频分量 A0 (-c)+ (+c) 边带分量边带分量 1/2 M(-c)

12、 + M(+c) AM信号的频谱包含两个频带，且对于信号的频谱包含两个频带，且对于c是对称的。是对称的。 通常把大于通常把大于c或小于或小于- c的频带叫做上边带的频带叫做上边带 (Upper-side band, USB)， 把大于把大于- c且小于且小于c的频带叫做下边带的频带叫做下边带 (Lower-side band, LSB)。 AM波占用的带宽是原始信号带宽的波占用的带宽是原始信号带宽的2倍倍, 即即 BAM=2 H 为了实现不失真的调幅，必须满足两个条件为了实现不失真的调幅，必须满足两个条件: (a) 对于所有对于所有t，必须满足，必须满足 A0|m(t)|max (b) 载波频

13、率应远大于载波频率应远大于m(t)的最高频率分量的最高频率分量,即即 cH 由波形可以看出，当由波形可以看出，当 满足条件：满足条件：|m(t)| A0时，时， 其包络与调制信号波形相其包络与调制信号波形相 同，因此用同，因此用包络检波法包络检波法很很 容易恢复出原始调制信号。容易恢复出原始调制信号。 否则，出现否则，出现“过调幅过调幅” 现象。这时用包络检波将现象。这时用包络检波将 发生失真。但是，可以采发生失真。但是，可以采 用其他的解调方法，如用其他的解调方法，如同同 步检波。步检波。 AM信号的功率信号的功率 sAM(t)=A0+m(t)cosct，得，得: 由于由于m(t)没有直流分

14、量，即没有直流分量，即averm(t)=0， 载波功率载波功率边带功率（携带信息）边带功率（携带信息） 22 0 22222 00 ( ) cos =cos( )cos2( )cos AMc ccc PAm tt Atm ttA m tt 2 AM P( ) AM st 22 AM0 11 P( ) 22 CS Am tPP 调制效率调制效率 有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号有用功率（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：总功率的比例称为调制效率： 当当m(t) = Am cos mt时，时， 当当|m(t)|max = A0时（时（100调制），调制），即

15、即满调幅满调幅的条件下，的条件下， 调制效率的最大值为：调制效率的最大值为： max 1/3 2 22 0 S AM AM mtP P Amt 22 ( )/2 m mtA 2 2 22 22 0 0 2 m AM m mtA AA Amt 5.1.2 抑制载波的双边带调幅（抑制载波的双边带调幅（DSB-SC） 如果如果输入基带信号没有直流分量输入基带信号没有直流分量，则得到的，则得到的 输出信号便是无载波分量的双边带调制信号，或输出信号便是无载波分量的双边带调制信号，或 称抑制载波的双边带（称抑制载波的双边带（ Double Side Band- Suppressed Carrier）调制信

16、号，简称）调制信号，简称DSB信号。信号。 DSB信号的时域表达式：信号的时域表达式： sDSB(t)=m(t)cosct 若若m(t)M()， 则则DSB信号的信号的频域表达式为：频域表达式为： SDSB()=1/2M(-c) + M(+c) DSB信号的信号的波形波形及及频谱频谱 cos 0t O t t O m(t) sDSB(t) O t O c c M() O H H SDSB() O c c 载波反相点 2 H BDSB=2H DSB-SC调制特点调制特点 1、优点：、优点： 调制效率为调制效率为100，节省了载波功率。，节省了载波功率。 2、缺点：、缺点： DSB信号的包络不再与

17、调制信号的变化规律一信号的包络不再与调制信号的变化规律一 致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信 号，号， 需采用需采用相干解调相干解调(同步检波同步检波)，较复杂，较复杂。 由频谱图可知，由频谱图可知，DSB信号频带宽度是调制信号信号频带宽度是调制信号 带宽的两倍，带宽的两倍，由于由于DSB信号的上、下两个边带是信号的上、下两个边带是 完全对称的，完全对称的， 它们都携带了调制信号的全部信息，它们都携带了调制信号的全部信息， 因此仅传输其中一个边带即可，这就是因此仅传输其中一个边带即可，这就是单边带调单边带调 制制能解决的问题。能解决的问题。 5

18、.1.3单边带调制（单边带调制（SSB） 抑制载波的双边带调幅尽管节省了载波功抑制载波的双边带调幅尽管节省了载波功 率，但与常规双边带调幅一样，上下两个边带率，但与常规双边带调幅一样，上下两个边带 是完全对称的，所携带的信息完全相同，而用是完全对称的，所携带的信息完全相同，而用 一个边带就可以传输全部信息，这样就产生了一个边带就可以传输全部信息，这样就产生了 单边带调制单边带调制(Single side band )。SSB不仅节省不仅节省 了载波功率，而且还节省了一半传输频带。了载波功率，而且还节省了一半传输频带。 产生产生SSB信号的方法：信号的方法： 滤波法滤波法 相移法相移法 形成形成

19、SSB信号的滤波特性信号的滤波特性 H() 1 0 c c H() 0 c c 1 (a) (b) SSB调制频谱示意图调制频谱示意图 SSSB() -cc0 (c)SSB信号(USB) SSSB() -cc0 (d)SSB信号(LSB) M() -HH 0 (a)基带信号 SAM() -cc 0 2H USBUSBLSBLSB (b)DSB信号 DSB BSSB=H 1、滤波法滤波法产生单边带信号产生单边带信号 cosct HSSB() m(t) sSSB(t)sDSB(t) 当需要保留上边带时当需要保留上边带时 c c SSB H |,0 |,1 )( 当需要保留下边带时当需要保留下边带时

20、 c c SSB H |,0 |,1 )( 单边带信号的频域表达式单边带信号的频域表达式 SDSB()=1/2M(+c) + M(-c) )()()( SSBDSBSSB HSS 根据符号函数根据符号函数sgn的特性，的特性， 01 00 01 sgn 下边带下边带 )sgn()sgn( 2 1 )( ccSSB H )sgn()()sgn()( 4 1 )()( 4 1 )( cccc ccSSB MM MMS 其中其中“”表示取下边带，表示取下边带，“”表示取上边带。表示取上边带。 *希尔伯特滤波器希尔伯特滤波器(理想宽带相移网络理想宽带相移网络) 1, 0 ()s g n () , 0

21、j htHj j t h H 1 h 2/ 2/ *常用变换常用变换 ( ) mtm t 00 cossintt 00 sincostt 00 cossinmttmtt 00 sincosmttmtt 0 -,mt 注注 ：为为 低低 通通 信信 号号 ， 频频 率率 范范 围围 为为且且 单边带信号的时域表达式：单边带信号的时域表达式： 由于由于 的希尔伯特变换是)()( sin)( 2 1 )sgn()()sgn()( 4 1 cos)( 2 1 )()( 4 1 tmtm ttm MM ttmMM c cccc ccc ttmttmts ccSSB sin)( 2 1 cos)( 2 1

22、 )( 其中其中“”表示取下边带，表示取下边带，“”表示取上边表示取上边 带。带。 用滤波法形成用滤波法形成SSB信号的技术难点是，由信号的技术难点是，由 于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调 制后得到的制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔信号的上、下边带之间的间隔 很窄，这就要求单边带滤波器在很窄，这就要求单边带滤波器在fc附近具有陡峭附近具有陡峭 的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。 这就使滤波器的设计和制作很困难，有时甚至这就使滤波器的设计和制作很困难，有时甚至 难以实现。为此，在工程中往往

23、采用多级调制难以实现。为此，在工程中往往采用多级调制 滤波的方法。滤波的方法。 2、相移法相移法产生单边带信号产生单边带信号 Hh() 2 2 1 m(t) sSSB(t) 2 1 m(t) cos ct cos ct 2 1 m(t)cos ct 2 1 m(t) sin ttmttmts ccSSB sin)( 2 1 cos)( 2 1 )( 缺点：缺点：移法形成移法形成SSB信号的困难在于宽带相移信号的困难在于宽带相移 网络的制作，该网络要对调制信号网络的制作，该网络要对调制信号m(t)的所有的所有 频率分量严格相移频率分量严格相移/2，这一点即使近似达到，这一点即使近似达到 也是困难

24、的。为解决这个难题，可以采用混合也是困难的。为解决这个难题，可以采用混合 法（也叫维弗法（也叫维弗weaver法）。法）。 优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。 综上所述：综上所述： SSB调制方式在传输信号时，不但调制方式在传输信号时，不但 可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为 BSSB=fH，只有，只有AM、 DSB的一半，因此，它目前已的一半，因此，它目前已 成为短波通信中的一种重要调制方式。成为短波通信中的一种重要调制方式。 SSB信号的解调和信号的解调和DSB一样不能采用简单的包一样不能采用简

25、单的包 络检波，因为络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，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。采用相干解调。 例：（习题例：（习题5-3） 已知调制信号已知调制信号m(t)=cos(2000t)+cos(4000t)，载波为，载波为 cos104t，进行单边带调制，试确定该单边带信号的，进行单边带调制，试确定该单边带信号的 表示式，并画出频谱图。表示式，并画出频谱图。 解：解：DSB信号为信号为: SDSB(t)= m(t) cos104t =cos(2000t)+cos(4000t)co

26、s104t = (1/2)cos(12000t)+cos(8000t) +(1/2)cos(14000t)+cos(6000t) SSB信号为：信号为： 下边带下边带SLSB(t)= (1/2)cos(6000t)+(1/2)cos(8000t) -14000 -12000 0 12000 14000 -8000 -6000 0 6000 8000 上边带上边带SUSB(t)=(1/2)cos(12000t)+(1/2)cos(14000t) 5.1.4 残留边带调制（残留边带调制（VSB） 残留边带调制（残留边带调制（ Vestigial-side band） 不是对一个边带完全滤除不要，而

27、是使它逐渐不是对一个边带完全滤除不要，而是使它逐渐 截止，是一种介于双边带和单边带之间的截止，是一种介于双边带和单边带之间的“折折 衷衷”方法。方法。 VSB综合了单边带和双边带两者的优点：综合了单边带和双边带两者的优点： 在节省带宽方面几乎和在节省带宽方面几乎和SSB相同，其低频基带相同，其低频基带 特性同特性同DSB一样良好。一样良好。 HBVSB2H 滤波法产生滤波法产生VSB信号信号 cosct HVSB() m(t) sVSB(t)sDSB(t) 残留边带法分为残留边带法分为残留上边带残留上边带和和残留下边带残留下边带两种。两种。 M() O H H c O DSB S c O c

28、L S B S c O c U S B S c cO V S B S c cO V S B S c DSB、 SSB和和VSB信号的频谱信号的频谱 VSB调制和解调器模型调制和解调器模型 (a) VSB调制器模型调制器模型 （b) VSB解调器模型解调器模型 VSB信号显然也不能简单地采用包络检波，信号显然也不能简单地采用包络检波， 而必而必 须采用相干解调。须采用相干解调。 HVSB() m(t) c(t) cos ct sVSB(t) LPF mo(t) 2cos ct sVSB(t) (a)(b) 残留边带信号的频谱为残留边带信号的频谱为 )()()( 2 1 VSBccVSB HMMS

29、 为了确定上式中为了确定上式中残留边带滤波器传输特性残留边带滤波器传输特性 HVSB()应满足的条件，我们来分析一下接收端是应满足的条件，我们来分析一下接收端是 如何从该信号中恢复原基带信号的。如何从该信号中恢复原基带信号的。 解调器乘法器输出为：解调器乘法器输出为： sVSB(t) cosct )()2()( 2 1 )( )()()2( 2 1 )( cVSBccVSB cVSBccVSB HMMS HMMS )()2()( 4 1 )()()2( 4 1 cos)( cVSBc cVSBccVSB HMM HMMtts )()()( 4 1 )( cVSBcVSBo HHMM )()(

30、2 1 cos)( cVSBcVSBcVSB SStts 经低通滤波器的输出频谱经低通滤波器的输出频谱 )()()( 2 1 VSBccVSB HMMS 为了保证相干解调的输出无失真地重现调制信号为了保证相干解调的输出无失真地重现调制信号 m0(t) M()，必须要求，必须要求 HVSB(+c)+HVSB(-c)=C，|H 式中，式中，H是调制信号的最高频率。是调制信号的最高频率。 上式就是确定上式就是确定残留边带滤波器传输特性残留边带滤波器传输特性HVSB() 所所必须遵循的条件必须遵循的条件。 HVSB(+c)+HVSB(-c)=C的几何解释：的几何解释： 以残留上边带的滤波器为例，以残留

31、上边带的滤波器为例， HVSB()是一个是一个 低通滤波器。低通滤波器。 将将HVSB()进行进行c的频移，分别得到的频移，分别得到HVSB(-c) 和和HVSB(+c)，将两者相加，其结果在，将两者相加，其结果在|H范范 围内应为常数。围内应为常数。 为 了 满 足 这 一 要 求 ， 必 须 使为 了 满 足 这 一 要 求 ， 必 须 使 H V S B (- c )和和 HVSB(+c)在在=0处具有处具有互补对称（奇对称）互补对称（奇对称）的截的截 止特性。止特性。 残留边带滤波器的几何解释残留边带滤波器的几何解释 cO (b) cVSB H c c O HVSB() (a) c O

32、 (c) VSBc H c c Oc (d) VSBcVSBc HH c H H 由此我们得到如下重要概念：由此我们得到如下重要概念：只要残留边带滤波只要残留边带滤波 器的特性器的特性HVSB()在在c处具有互补对称特性，处具有互补对称特性，那么，那么， 采用相干解调法解调残留边带信号就能够准确地恢复采用相干解调法解调残留边带信号就能够准确地恢复 所需的基带信号。所需的基带信号。 显然，满足这种要求的滤波器并不是唯一的，而显然，满足这种要求的滤波器并不是唯一的，而 是有无穷多个。是有无穷多个。 如果滤波器的截止特性非常陡峭，所得到的残留边带如果滤波器的截止特性非常陡峭，所得到的残留边带 信号便

33、接近单边带信号，滤波器将难以制作；信号便接近单边带信号，滤波器将难以制作； 如果滤波器截止特性变差，则残留部分自然增多，信如果滤波器截止特性变差，则残留部分自然增多，信 号所占据带宽越来越逼近双边带信号。号所占据带宽越来越逼近双边带信号。 所以所以VSB信号的带宽与滤波器的实现之间存在着矛盾，信号的带宽与滤波器的实现之间存在着矛盾， 在实际中需要恰当处理。在实际中需要恰当处理。 例：习题例：习题5-4 将调幅波通过残留边带滤波器产生残留将调幅波通过残留边带滤波器产生残留 边带信号。若此滤波器的传输函数边带信号。若此滤波器的传输函数H()如图如图 所示（斜线段）为直线。当调制信号所示（斜线段）为

34、直线。当调制信号 m(t)=Asin100t+sin6000t时，时， 试确定所得残留边带信号的表达式。试确定所得残留边带信号的表达式。 1 0.5 10.5109.5 14-10.5 -10 -9.5 -14 f/KHz H() 分析：根据残留边带滤波器在分析：根据残留边带滤波器在fc处具有互补对称特性，处具有互补对称特性， 可以从可以从H()图上得知载频图上得知载频 fc10KHz。 设调幅波设调幅波 AM0c0 max stmm tcost, mm(t) AM0 0 0 0 stmm tcos20000 t = mA sin100 t+sin6000 tcos20000 t =m cos

35、20000 t+A sin100 t+sin6000 t cos20000 t A =m cos20000 t+sin20100 t-sin19900 t+sin26000 t-sin1400 2 0 t AM0 Sm2000020000 j A +20100201001990019900 2 j A + +26000260001400014000 2 1 0.5 10.5109.5 14-10.5 -10 -9.5 -14 f/KHz H() AM0 Sm2000020000 j A +20100201001990019900 2 j A + +26000260001400014000 2

36、f10KHzH0.5 f10.05KHzH0.5+0.05=0.55 f9.95KHzH0.5-0.05=0.45 f13KHzH1 f7KHzH0 时， 时， 时， 时， 时， VSBAM SSH f10KHZH0.5 f10.05KHZH0.5+0.05=0.55 f9.95KHZH0.5-0.05=0.45 f13KHZH1 f7KHZH0 时， 时， 时， 时， 时， VSB0 Sm0.52000020000 j A +0.55+20100201000.451990019900 2 j A +2600026000 2 所以 VSB0 1A stm cos20000 t+0.55sin2

37、0100 t0.45sin19900 tsin26000 t 22 VSBAM SSH 5.1.5 幅度调制的一般模型幅度调制的一般模型 在前的讨论中，可以归纳出滤波法线在前的讨论中，可以归纳出滤波法线 性调制的一般模型如下：性调制的一般模型如下： 调制器的一般模型中，适当选择滤波器的特性调制器的一般模型中，适当选择滤波器的特性 H()，便可以得到各种幅度调制信号。例如，调幅、，便可以得到各种幅度调制信号。例如，调幅、 双边带、单边带及残留边带信号等。双边带、单边带及残留边带信号等。 H() H() -c 0 c 1 (a)理想低通滤波器理想低通滤波器 H() -c 0 c 1 (c)理想高通

38、滤波器理想高通滤波器 -H -L 0 L H 1 (b)理想带通滤波器理想带通滤波器 h(t)H() ，根据其特性，可将其分为，根据其特性，可将其分为 低通、高通和带通滤波器。低通、高通和带通滤波器。 图图(a)所示的低通滤波器形式和图所示的低通滤波器形式和图 (b)所示的带通所示的带通 （或高通）滤波器形式。（或高通）滤波器形式。 HVSB() 1 0.5 0 c c c c 0 0.5 1 HVSB() (a) (b) 残留边带滤波器特性残留边带滤波器特性 (a) 残留部分上边带的滤波器特性残留部分上边带的滤波器特性;(b) 残留部分下边带的滤波器特性残留部分下边带的滤波器特性 dttmh

39、ts ccm )cos()()()( cos( ) ()cos sin( ) ()sin ( )cos( )sin cc cc IcQc thm td thm td s ttstt HMMS cc )()( 2 1 )( )(cos)()(thttmts cm 由此式可得线性调制相移法的一般模型由此式可得线性调制相移法的一般模型 ( )m t cos() ct ( ) I s t ( ) I H ( ) Q st 由表示式可见，对于幅度调制信号，由表示式可见，对于幅度调制信号， 在在波形波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；上，它的幅度随基带信号规律而变化； 在在频谱频谱结构上，它的频谱完全是

40、基带信号频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱 结构在频域内的简单搬移结构在频域内的简单搬移(精确到常数因子精确到常数因子)。 由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又 称为称为线性调制线性调制。 5.1.6 相干解调与包络检波相干解调与包络检波 相干解调相干解调 相干解调器的一般模型相干解调器的一般模型 相干解调器原理：为了无失真地恢复原基带信相干解调器原理：为了无失真地恢复原基带信 号，号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严接收端必须提供一个与接收的已调载波严 格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载 波）波

41、），它与接收的已调信号相乘后，经低通滤它与接收的已调信号相乘后，经低通滤 波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制 信号。信号。 相干解调器性能分析相干解调器性能分析 已调信号的一般表达式为已调信号的一般表达式为 与同频同相的相干载波与同频同相的相干载波c(t)相乘后，得相乘后，得 经低通滤波器后，得到经低通滤波器后，得到 ( )( )cos( ) in mIcQc sts ttst st ( )cos 111 ( )( )cos2( ) in2 222 pmc IIcQc sts tt s ts tts t st 1 ( ) 2 dI sts t 1

42、( ) 2 dI ststm t ( )( )cos ( )( ) ()cos ( )( ) Ic Ic I h th tt s thm td h tm t 包络检波包络检波 适用条件：适用条件：AM信号，且要求信号，且要求|m(t)|max A0 ， 包络检波器结构：包络检波器结构： 通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。 例如例如 性能分析性能分析 设输入信号是设输入信号是 选择选择RC满足如下关系满足如下关系 在大信号检波时（一般大于在大信号检波时（一般大于0.5 V），）， 检波器的输出为检波器的输出为 隔去直流后即可得到原信号隔去直流后即可得

43、到原信号m(t)。 ttmAts cAM cos)()( 0 cH fRCf /1 0 ( ) d stAm t 解调器抗噪声性能分析模型解调器抗噪声性能分析模型 带通 滤波器 sm(t) sm(t) n(t) ni(t) 解调器 mo(t) no(t) 5.2.1分析模型分析模型 分析解调器的抗噪声性能的模型如下图所示。分析解调器的抗噪声性能的模型如下图所示。 图中，图中，sm(t)为已调信号，为已调信号，n(t)为传输过程中叠加的为传输过程中叠加的 高斯白噪声。高斯白噪声。 带宽带宽B B=？ 已调信号带宽已调信号带宽 ( )cos( )sin ccsc n ttn tt 5.2 线性调制

44、系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 带通滤波器的作用是：取出信号，抑制噪声。带通滤波器的作用是：取出信号，抑制噪声。 带通滤波器的带宽带通滤波器的带宽B应等于已调信号的频带宽度，到应等于已调信号的频带宽度，到 达解调器输入端的信号仍可认为是达解调器输入端的信号仍可认为是sm(t) 。 |H( f )| 1.0 0f0f0f B cc |H( f )| 1.0 0f -fc fc BBB B n(t)是零均值的平稳高斯白噪声是零均值的平稳高斯白噪声，当带通滤波器带宽远小于，当带通滤波器带宽远小于 其中心频率其中心频率c时，时，n(t)经带通滤波器后，即解调器输入端为平经带通滤波器后，即解调

45、器输入端为平 稳的稳的窄带高斯白噪声窄带高斯白噪声 f Pni(f) 0 n0/2 fc-fc B B f Pnc(f)= Pns(f) 0 n0 -B/2B/2 ( )( )cos( )sin iccsc n tn ttn tt 设设Ni为解调器输入噪声为解调器输入噪声ni(t)的平均功率，白噪声的双边功率的平均功率，白噪声的双边功率 谱密度为谱密度为n0/2，则：，则： 222 ( )( )( ) iics0 N = ntntntn B 2 2 ( ) ( ) oo o o Sm t N n t 解调器输出信号的平均功率 解调器输出噪声的平均功率 )( )( 2 2 tn ts N S i

46、 m i i 功率解调器输入噪声的平均 功率解调器输入信号的平均 评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看解调解调 器的输出信噪比器的输出信噪比。输出信噪比定义为：。输出信噪比定义为： 输入信噪比定义为：输入信噪比定义为： 调制制度增益调制制度增益，用来比较，用来比较同类同类调制系统采用不同调制调制系统采用不同调制 器的性能：器的性能： / / oo ii SN G SN 线性调制线性调制相干解调相干解调的抗噪声性能分析模型的抗噪声性能分析模型 带通 滤波器 sm(t) sm(t) n(t) ni(t) mo(t) no(t) 低通 滤波器 cosc

47、t 解调器 带宽带宽B=B=？ 带宽？带宽？ 相干解调抗噪声性能分析模型相干解调抗噪声性能分析模型 已调信号带宽已调信号带宽 基带信号带宽基带信号带宽 5.2.2 DSB调制系统的性能调制系统的性能 解调器输入信号为解调器输入信号为 ttmtmtm c 2cos)( 2 1 )( 2 1 tcos)( c 2 1 ( )( ) 2 o m tm t ttmts cm cos)()( 与相干载波与相干载波cosct相乘后，得相乘后，得 经低通滤波器后，输出信号为经低通滤波器后，输出信号为 因此，因此， 解调器输出端的有用信号功率为解调器输出端的有用信号功率为 22 1 ( )( ) 4 oo S

48、m tm t ttnttntn cscci sin)(cos)()( 解调解调DSB时，接收机中的带通滤波器的中心频时，接收机中的带通滤波器的中心频 率为调制载频率为调制载频c，因此解调器输入端的噪声，因此解调器输入端的噪声ni(t)可可 表示为表示为 它与相干载波它与相干载波cosct相乘后，得相乘后，得 2sin)(2cos)( 2 1 )( 2 1 cossin)(cos)(cos)( ttnttntn tttnttnttn cscCc ccsccci 经低通滤波器后，经低通滤波器后， 解调器最终的输出噪声为解调器最终的输出噪声为 1 ( )( ) 2 oc n tn t 22 1 (

49、)( ) 4 ooc Nn tn t )()()( 222 222 tntntn sci nnn sci 2 11 ( ) 44 oii Nn tN 2 22 00 1 ( ) ( )( ) 4 1 2 4 o om i m t Sm tm t Nn Bn f N (只包含同相分量只包含同相分量) 故输出噪声功率为故输出噪声功率为 而而 则则 而而 2 00 ( )2 iim Nn tn Bn f 222 ( ) ( )cos 1 ( ) 2 imc Sstm ttm t 22 00 11 ( )( ) 22 2 i im m tm t S Nn Bn f 这里，这里，BPF的带宽的带宽B=2

50、fm，为双边带信号的带宽。，为双边带信号的带宽。 解调器输入信号平均功率为解调器输入信号平均功率为 得解调器的输入信噪比为得解调器的输入信噪比为 因而调制制度增益为因而调制制度增益为 0 / 2 / oooi DSB iiom DSB SNSS G SNNn f 由此可见，由此可见，DSB调制系统的制度增益为调制系统的制度增益为2。这就是说，。这就是说， DSB信号的解调器使信噪比改善一倍信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用。这是因为采用 同步解调，使输入噪声中的一个正交分量同步解调，使输入噪声中的一个正交分量ns(t)被消除被消除 的缘故。的缘故。 2 2 0 1 ( ) ( ) 4

51、1 2 4 o om i m t Sm t Nn f N 22 00 11 ( )( ) 22 2 i im m tm t S Nn Bn f 5.2.3 SSB调制系统的性能调制系统的性能 单边带信号的解调方法与双边带信号相同，单边带信号的解调方法与双边带信号相同， 其区别仅在于解调器之前的带通滤波器的带宽其区别仅在于解调器之前的带通滤波器的带宽 不同。不同。 前者的带通滤波器的带宽是后者的一半。前者的带通滤波器的带宽是后者的一半。 由于单边带信号的解调器与双边带信号的相同，由于单边带信号的解调器与双边带信号的相同， 单边带信号解调器的输出噪声与输入噪声的功率为：单边带信号解调器的输出噪声与

52、输入噪声的功率为： 00 111 444 oim NNn Bn f B=fm，单边带的带通滤波器的带宽。单边带的带通滤波器的带宽。 ttmttmts ccm sin)( 2 1 cos)( 2 1 )( 单边带信号时域表达式为：单边带信号时域表达式为： 与相干载波相乘后得：与相干载波相乘后得： 22 ( ) 1 ( ) 16 oo Sm tm t 2sin)(2cos)()( 4 1 cos)( ttmttmtmtts cccSSB 经经LPF后，其中的后，其中的2c频率分量被滤除，解调频率分量被滤除，解调 器输出信号：器输出信号： 1 ( )( ) 4 o m tm t 因此，输出信号平均功

53、率因此，输出信号平均功率 2 22 00 0 1 ( ) ( )( ) 16 1 44 4 o om m t Sm tm t Nn Bn f n B 输入信号平均功率为：输入信号平均功率为： 22 1 ( ) ( )cos( )sin 4 imcc Sstm ttm tt 2 1 ( ) 4 i Sm t 22 00 11 ( )( ) 22 2 i im DSB m tm t S Nn Bn f 2 22 000 1 ( ) ( )( ) 4 44 i im m t Sm tm t Nn Bn Bn f 22 111 =( ) +( )( ) ( )sin2 884 c m tm tm t

54、m tt m(t)和和 都是基带信号，其随时间的变化相对于以都是基带信号，其随时间的变化相对于以 为载频为载频 的载波的变化是十分缓慢的，所以第的载波的变化是十分缓慢的，所以第3项项=0。 与与m(t)幅度相同，所以两者具有相同的平均功率，幅度相同，所以两者具有相同的平均功率， 故上式变为：故上式变为： ( )m t ( )m t c 2 于是，于是， 单边带解调器的输入信噪比为单边带解调器的输入信噪比为 Bn tm Bn tm N S i i 0 2 0 2 4 )( )( 4 1 输出信噪比为输出信噪比为 Bn tm Bn tm N S 0 2 0 2 0 0 4 )( 4 1 )( 16

55、 1 因而调制制度增益为因而调制制度增益为 00 0 / 1 / oi SSB iiom SSB SNSS G SNNn f 00 0 / 2 / oi DSB iiom DSB SNSS G SNNn f 结论结论 GDSB=2GSSB， 这并不能说明双边带系统的抗噪声这并不能说明双边带系统的抗噪声 性能比单边带系统好。性能比单边带系统好。 因为双边带已调信号的平均功率是单边带信号的因为双边带已调信号的平均功率是单边带信号的2 倍，所以两者的输出信噪比是在不同的输入信号倍，所以两者的输出信噪比是在不同的输入信号 功率情况下得到的。功率情况下得到的。 如果在相同的输入信号功率如果在相同的输入信

56、号功率Si，对这两种调制方式，对这两种调制方式 进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。 两者的抗噪声性能是相同的，但双边带信号所需两者的抗噪声性能是相同的，但双边带信号所需 的传输带宽是单边带的的传输带宽是单边带的 2 倍。倍。 VSB调制系统的抗噪声性能调制系统的抗噪声性能 VSB调制系统的抗噪声性能的分析方法与上面调制系统的抗噪声性能的分析方法与上面 的相似。的相似。 但是，由于采用的残留边带滤波器的频率但是，由于采用的残留边带滤波器的频率 特性形状不同，特性形状不同， 所以，抗噪声性能的计算是比较复所以，抗噪声性能的计算是比较复 杂的。但

57、是杂的。但是残留边带不是太大的时候，近似认为与残留边带不是太大的时候，近似认为与 SSB调制系统的抗噪声性能相同。调制系统的抗噪声性能相同。 5.2.4 调幅信号的抗噪声性能调幅信号的抗噪声性能 AM信号可采用信号可采用包络检波包络检波和和相干解调相干解调。 实际中，实际中，AM信号常用简单的包络检波法解调信号常用简单的包络检波法解调， 其其 检波输出正比于输入信号的包络变化。检波输出正比于输入信号的包络变化。 带通 滤波器 sm(t)sm(t) n(t) ni(t) 包络 检波器 mo(t) no(t) AM包络检波的抗噪声性能分析模型包络检波的抗噪声性能分析模型: （1）包络检波解调）包络

58、检波解调 设设A0为直流分量，为直流分量，m(t)为调制信号。为调制信号。m(t)的均的均 值为值为0， 且且A0|m(t)|max 2222 00 00 ( )( ) 24 i im SAm tAm t Nn Bn f BntnN ii0 2 )( ttnttntn cscci sin)(cos)()( 0 ( )( )cosAM mc stAm tt信号 22 0 ( ) ( )0 22 i Am t Sm t 输入噪声为输入噪声为 输入信噪比输入信噪比 包络检波器输入合成：包络检波器输入合成： 0 ( )( )( )cos ( )cos( )sin mic ccsc stn tAm tt

59、 n ttn tt 合成包络及相位分别为：合成包络及相位分别为： 22 0 0 ( )( )( )( ) ( ) ( )arctan ( )( ) cs s c E tAm tn tnt n t t Am tn t 0 ( )( )cos( )sin ccsc Am tn ttn tt ( )cos( ) c E ttt 理想包络检波器的输出理想包络检波器的输出 可见，检波输出中有用信号与噪声无法完全分开。可见，检波输出中有用信号与噪声无法完全分开。 考虑两种特殊情况：考虑两种特殊情况： 1） 大信噪比情况大信噪比情况 此时，此时， 输入信号幅度远大于噪声幅度输入信号幅度远大于噪声幅度， 即即

60、 22 0 ( )( )( ) cs Am tnt +nt 22 0 ( )( )( )( ) cs E tAm tn tnt 22 0 222 00 ( )( )( )( ) ( )2( )( )( )( ) cs ccs E tAm tn tnt Am tAm t n tntnt 2 00 ( )2( )( ) c Am tAm t n t 12 0 0 2( ) ( ) 1 ( ) c n t Am t Am t 0 0 ( ) ( ) 1 ( ) c n t Am t Am t 0 ( )( ) c Am tn t 1|, 2 1 )1 ( 2/1 x x x 当 22 0 ( )(