第四章 模拟调制系统_sxq1

1、南京航空航天大学信息科学与技术学院南京航空航天大学信息科学与技术学院 通信原理教研组通信原理教研组 第四章第四章 模拟调制系统模拟调制系统 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院2 引言引言 1 幅度调制的原理及抗噪声性能幅度调制的原理及抗噪声性能 2 非线性调制的原理及抗噪声性能非线性调制的原理及抗噪声性能3 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较4 本章内容本章内容: : 频分复用频分复用(FDM)5 复合调制及多级调制的概念复合调制及多级调制的概念6 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院3 本章重点本章重

2、点 模拟通信系统的原理，各种模拟调制模拟通信系统的原理，各种模拟调制 方式及抗噪声性能比较！方式及抗噪声性能比较！ 模拟调制模拟调制: : 线性调制线性调制:AM,DSB,SSB,VSB :AM,DSB,SSB,VSB 非线性调制非线性调制:FM,PM:FM,PM 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院4 4.1 4.1 引言引言 1、为了、为了有效地辐射电磁波有效地辐射电磁波，增加传输距离。，增加传输距离。 2、调制把基带信号、调制把基带信号频谱搬移频谱搬移到一定的频带范围以适到一定的频带范围以适 应信道的要求。应信道的要求。 3、通过调制可将多个信息信

3、号（它们的频谱分量处、通过调制可将多个信息信号（它们的频谱分量处 于同一频带范围内）移到不同频率或不同时间的各个于同一频带范围内）移到不同频率或不同时间的各个 载波信号上，从而能够实现载波信号上，从而能够实现多路和多址信息传输多路和多址信息传输。 4、提高信息传输系统的、提高信息传输系统的抗干扰能力和保密能力。抗干扰能力和保密能力。 一、调制的作用一、调制的作用 调制：用调制信号去控制载波某个参数调制：用调制信号去控制载波某个参数(幅度、频率、相位幅度、频率、相位)。 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院5 调制信号调制信号 m(t) （信息信号）（信息

4、信号） 调制器调制器 已调信号已调信号s(t) （传输信号）（传输信号） 载波信号载波信号c(t) (单音正弦波单音正弦波) 模拟量模拟量 模拟调制模拟调制 数字量数字量 (二进制数字脉冲二进制数字脉冲) 数字调制数字调制 (单频正弦波单频正弦波) 连续波形连续波形 连续波调制连续波调制 脉冲波形脉冲波形 脉冲调制脉冲调制 (矩形周期脉冲矩形周期脉冲) 调制的一般框图调制的一般框图 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院6 调制的分类调制的分类 载波信号不同：载波信号不同： 调制信号不同：调制信号不同： 模拟调制：调制信号是连续变化的模拟信号模拟调制：调制

5、信号是连续变化的模拟信号 数字调制：调制信号是离散的数字信号数字调制：调制信号是离散的数字信号 连续波调制：载波信号是连续波形连续波调制：载波信号是连续波形 脉冲调制：载波信号是脉冲波形脉冲调制：载波信号是脉冲波形 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院7 调制的分类调制的分类 被调制载波参数不同：被调制载波参数不同： 幅度调制：载波幅度随调制信号变化幅度调制：载波幅度随调制信号变化 频率调制：载波频率随调制信号变化频率调制：载波频率随调制信号变化 相位调制：载波相位随调制信号变化相位调制：载波相位随调制信号变化 频谱的变化：频谱的变化： 已调信号与输入信

6、号频谱之已调信号与输入信号频谱之间间 呈线性搬移呈线性搬移 已调信号与输入信号频谱之间已调信号与输入信号频谱之间 呈非线性搬移呈非线性搬移 线性调制：线性调制： 非线性调制：非线性调制： sm (f ) 线性调制 非线性调制 m (f ) sm (f ) 频谱之间呈线性搬移关系：频谱之间呈线性搬移关系： AM、ASK 频谱之间没有线性对应关系：频谱之间没有线性对应关系： FM、PM、FSK 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院8 4.2.1 4.2.1 幅度调制的原理幅度调制的原理 设正弦型载波为设正弦型载波为: : 式中，式中，A A 载波幅度；载波幅

7、度； c c 载波角频率；载波角频率； 0 0 载波初始相位。载波初始相位。 幅度调制信号幅度调制信号( (已调信号已调信号) )可表示成可表示成: : 式中，式中， m m( (t t)基带调制信号基带调制信号。 0 ( )cos c s tAt 0 ( )( )cos() mc stAm tt 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院9 假设假设m m( (t t)M M( ( ) )，则已调信号的频谱为，则已调信号的频谱为: : ( )()() 2 mcc A SMM 结论结论: :已调信号的幅度随基带信号正比变化已调信号的幅度随基带信号正比变化, ,

8、 频谱是基带信号频谱的简单搬移。频谱是基带信号频谱的简单搬移。由于这种搬移由于这种搬移 是线性的，因此幅度调制又称为线性调制。是线性的，因此幅度调制又称为线性调制。 注意注意: :“线性线性”并不意味着已调信号与调制并不意味着已调信号与调制 信号之间符合线性变换关系。信号之间符合线性变换关系。 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院10 O t m( (t) ) 调制信号调制信号 ( ) 0m t 叠加直流叠加直流m0 O t 0 0 m0+m(t) O t Amax O t s sAM( (t t) ) Amin 时域表示时域表示 （1）标准调幅）标准调

9、幅 AM 0 ( )( )coscos( )cos AMccc stm ttmtm tt 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院11 时域波形时域波形 当当 m m0 0| |mm( (t t)|)|max max时已 时已 调信号包络与调制信调信号包络与调制信 号波形相同，用包络号波形相同，用包络 检波法可以恢复出原检波法可以恢复出原 始调制信号。始调制信号。 否则否则, ,出现出现“过调过调 幅幅”现象现象，包络检波，包络检波 失效。失效。 Amin A max 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院12 m (t

10、) max m0将会出现过调幅现象而产生包络失真将会出现过调幅现象而产生包络失真, ,不能用包不能用包 络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用相干解调络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用相干解调 当满足条件当满足条件 m (t) max m0时，时，AM信号的包络与调制信号成正比，信号的包络与调制信号成正比， 可以用包络检波法很容易恢复出原始的调制信号可以用包络检波法很容易恢复出原始的调制信号 maxmin 0maxmin AM AAm mAA 重要参数：调幅指数 AMAM调制波形分析调制波形分析 O t m( (t) ) Amax O t s sAM AM ( (t t) )

11、Amin 满调幅满调幅, , =1，此时，此时m=m0 AM 欠调幅欠调幅，一般一般 小于小于1 AM 过调幅过调幅， 大于大于1 ，Amin为负值为负值 AM 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院13 频谱频谱 AM信号的频谱包含信号的频谱包含: 载频分量载频分量 上边带上边带 下边带下边带 上边带与原调制上边带与原调制 信号的频谱结构相信号的频谱结构相 同，下边带是上边同，下边带是上边 带的镜像。带的镜像。 载频分量载频分量 下边带下边带上边带上边带 单音调制单音调制 0 1 ( ) ()()()() 2 AMcccc SmMM 2008.8copy

12、right 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院14 带宽与功率分配带宽与功率分配 调制信号功率：调制信号功率： HAM fB2 222 0 22222 00 ( )( ) cos cos( )cos2( )cos AMAMc ccc Pstmm tt mtmttm m tt ( )0m t 22 0 ( ) 22 AMcS mmt PPP 调制信号带宽是基带信号带宽调制信号带宽是基带信号带宽f fH H的两倍：的两倍： 所以所以 载波功率载波功率边带功率边带功率 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院15 调制效率调制效率 有用功率（用于传输有用

13、信息的边带功率）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。占信号总功率的比例称为调制效率。 2 22 0 ( )/2 /2 ( )/2 S AM AM Pmt P mmt AM调制方式调制效率低！调制方式调制效率低！ “满调幅满调幅”时，如果时，如果m(t)为矩形波形，则最大可得到为矩形波形，则最大可得到 AM =50%，而，而m(t)为正弦波时可得到为正弦波时可得到 AM =33.3%。 一般情况下，一般情况下，调幅指数调幅指数都小于都小于1，调制效率很低，即，调制效率很低，即 载波分量占据大部分信号功率，有信息的两个边带占载波分量占据大部分信号功率，有信息的两

14、个边带占 有的功率较小。有的功率较小。 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院16 优点：可以采用包络检波法解调，不需本：可以采用包络检波法解调，不需本 地同步载波信号，接收机成本很低。地同步载波信号，接收机成本很低。 缺点：AM信号的调制效率比较低信号的调制效率比较低 AMAM调制的优缺点调制的优缺点 问题：能否去掉不带信息的载波，问题：能否去掉不带信息的载波， 提高调制效率？提高调制效率？ 抑制载波双边带调制抑制载波双边带调制 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院17 （2 2）双边带调制（）双边带调制（DSBD

15、SB） 时域表示式：无直流分量时域表示式：无直流分量A A0 0 频域表达式：无载频分量频域表达式：无载频分量 ttmts cDSB cos)()( )()( 2 1 )( ccDSB MMS 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院18 时域表示时域表示 抑制载波 O t O t m( (t) ) DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致信号的包络不再与调制信号的变化规律一致 需采用相干解调（同步检波）需采用相干解调（同步检波） 调制信号调制信号m(t)的过零点处高频载波相位有的过零点处高频载波相位有180o突变突变 （2 2）双边带调制（）双边带调制

16、（DSBDSB） ttmts cDSB cos)()( 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院19 DSBDSB信号频谱分析信号频谱分析 DSB信号节省了载波功率，调制效率为信号节省了载波功率，调制效率为100 频带宽度仍是调制信号带宽的两倍频带宽度仍是调制信号带宽的两倍 上、下两个边带是完全对称的上、下两个边带是完全对称的 问题：能否只传输其中一个边带，问题：能否只传输其中一个边带， 节省带宽？节省带宽？ 单边带调制单边带调制 )()( 2 1 )( ccDSB MMS 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院20 （

17、3 3）单边带调制（）单边带调制（SSBSSB） 双边带信号两个边带中的任意一个双边带信号两个边带中的任意一个 都包含了调制信号频谱都包含了调制信号频谱M M( ( ) )的所有频谱的所有频谱 信息，因此可以信息，因此可以只传输其中一个边带只传输其中一个边带。 既节省发送功率，还可节省一半传输频既节省发送功率，还可节省一半传输频 带，这种方式称为单边带调制。带，这种方式称为单边带调制。 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院21 F+(w)/2F-(w)/2 F+(w-wc)/4 F-(w+wc)/4 F+(w+wc)/4F-(w-wc)/4 低通滤波器低

18、通滤波器 高通滤波器高通滤波器 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院22 SSBSSB信号的频域表示式信号的频域表示式 1, ( )( ) 0, c USB c HH 1, ( )( ) 0, c LSB c HH 滤除下边带滤除下边带: 滤除上边带滤除上边带: 1 ( )()() 2 SSBcc SMMH 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院23 1 ( )()() 2 SSBcc SMMH 以下边带为例：以下边带为例： 1 sgn()sgn() 2 cc H其中，其中， 1 ()sgn()()sgn() 4 c

19、ccc MM 1 ()() 4 cc MM 1 ( )cos 2 c m tt 1 ( )sin 2 c m tt 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院24 SSBSSB信号的时域表示信号的时域表示 ttmttmts ccSSB sin)( 2 1 cos)( 2 1 )( SSB的时域表示式：的时域表示式： 所以所以: : 11 ( )( )cos( )sin 22 SSBcc stm ttm tt 上边带上边带 下边带下边带 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院25 SSBSSB时域波形时域波形 00.511.

20、522.533.544.55 -3 -2 -1 0 1 2 3 SSB调 制 信 号 t 00.511.522.533.544.55 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 SSB调 制 信 号 t 一般情况：一般情况： 单音调制：单音调制： 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院26 SSBSSB调制小结调制小结 SSBSSB信号信号DSBDSB一样，不能采用简单的包络检一样，不能采用简单的包络检 波，因为它的包络不能直接反映调制信号的变波，因为它的包络不能直接反映调制信号的变 化，所以需采用相干解调。化，所以需采用相干解调。 1 /2 SSB

21、 SSBH SSBDSB Bf PP 工程实现困难？工程实现困难？ 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院27 （4 4）残留边带调制（）残留边带调制（VSBVSB） 残留边带调制是介于残留边带调制是介于SSBSSB与与DSBDSB之间的一种折之间的一种折 中方式，它克服了中方式，它克服了DSBDSB信号占用频带宽的缺点，信号占用频带宽的缺点， 又解决了又解决了SSBSSB信号实现中的困难。信号实现中的困难。 损失部分损失部分 残留部分残留部分 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院28 滤波法实现残留边带调制滤波法实

22、现残留边带调制 滤波器的特性应按残留边带调制的要求进滤波器的特性应按残留边带调制的要求进 行设计，不需要十分陡峭的截止特性，因而它行设计，不需要十分陡峭的截止特性，因而它 比单边带滤波器容易设计。比单边带滤波器容易设计。 残留边带信号的频谱残留边带信号的频谱: : ( ) VSBDSB SSH 1 ()( ) 2 cc MMH 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院29 残留边带滤波器设计残留边带滤波器设计 从接收端分析滤从接收端分析滤 波器的设计条件波器的设计条件! VSB ( )cos pc ststt乘法器输出乘法器输出: (2)( )()/4 pc

23、c SMMH ( )(2)()/4 cc MMH 对应频谱对应频谱: 搬移到搬移到2 的高频分量的高频分量,低通滤波后去除低通滤波后去除! 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院30 残留边带滤波器设计残留边带滤波器设计: : 低通滤波器的输出低通滤波器的输出: 1 ( )( )()() 4 dcc SMHH 若输出无失真地恢复调制信号若输出无失真地恢复调制信号m(t)，则传递，则传递 函数必须满足：函数必须满足： ()() ccH HH常数， 其中，其中， H 调制信号的截止角频率。调制信号的截止角频率。 2008.8copyright 南航信息科学与技

24、术学院南航信息科学与技术学院31 残留边带滤波器的特性残留边带滤波器的特性H H( ( ) )在在 c c处必须具有处必须具有互补对称（奇对称）互补对称（奇对称） 特性特性, , 相干解调时才能无失真地从相干解调时才能无失真地从 残留边带信号中恢复所需的调制信残留边带信号中恢复所需的调制信 号。号。 ()() ccH HH常数， 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院32 残留边带滤波器特性的两种形式残留边带滤波器特性的两种形式 残留残留“部分上边带部分上边带” 残留残留“部分下边带部分下边带” 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信

25、息科学与技术学院33 VSBVSB时域波形时域波形 00.511.522.533.544.55 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 SSB调 制 信 号 t 00.511.522.533.544.55 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 SSB调 制 信 号 t 一般情况：一般情况： 单音调制：单音调制： 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院34 （5 5）线性调制的实现模型）线性调制的实现模型 )(cos)()(thttmts cm 1 ( )()()( ) 2 mcc SMMH 1) 滤波法模型滤

26、波法模型: 输出信号时域表示式：输出信号时域表示式： 输出信号频域表示式：输出信号频域表示式： 适当选择适当选择H( )便可得到各种幅度调制信号便可得到各种幅度调制信号! 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院35 s sm m( (t t) )可等效为两个互为正交调制分量的合成可等效为两个互为正交调制分量的合成! ! ( ) ( )cos( ) ( )cos( ) in mc IcQc stm tth t s ttst st ( )( )( ) II s th tm t ( )( )cos Ic h th tt ( )( )( ) QQ sthtm t

27、( )( )sin Qc hth tt 2) 移相法模型移相法模型 其中，其中， 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院36 移相法模型移相法模型 ( )( )cos( ) in mIcQc sts ttst st 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院37 0 cos c m tt m cossin cc m ttm tt cos c m tt cossin cc m ttm tt AM DSB SSB VSB 2fH 时域表达式时域表达式 带宽带宽 2fH fH fH2fH 调制方式调制方式 各种线性调制方式各种线

28、性调制方式 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院38 当残留部分为零时，正交变换同希尔伯特变换！当残留部分为零时，正交变换同希尔伯特变换！ 滤波器不唯一，常用直线滚降和余弦滚降特性。滤波器不唯一，常用直线滚降和余弦滚降特性。 /2 2( )2 j Uj Q jYY eH 1) 1) 正交变换正交变换 传输函数：传输函数： 用相移法产生用相移法产生VSBVSB信号信号 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院39 正交滤波器正交滤波器 唯一与唯一与SSB调制不同的地方！调制不同的地方！ 用相移法产生用相移法产生VSBVS

29、B信号框图信号框图 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院40 例例4-14-1 已知调幅信号的表达式为已知调幅信号的表达式为SAM(t)=1.25cos2(104)t +4cos2(1.1104)t+1.25 cos2(1.2104)t 试求：试求：1)载频为多少？载频为多少？ 2)调幅指数为多少？调幅指数为多少？ 3)调制频率为多少？调制频率为多少？ 1)载频为：载频为： 2)调幅指数为调幅指数为: 3)调制频率为：调制频率为： 34 ( )42.5cos(210 ) cos(21.1 10 ) AM sttt 解：解： 0 2.5 0.625 4 f

30、 AM A A 4 21.1 10 rad/s 3 210 rad/s 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院41 假设假设DSB和和AM调制的调制信号为调制的调制信号为 f(t)=0.8cos200t，载波信号为，载波信号为c(t)=10cos2fct ( fc100Hz) 调幅指数为调幅指数为0.8， 求：求：1）DSB和和AM的峰值功率；的峰值功率； 2）DSB和和AM的峰值功率与两个边带信号的功的峰值功率与两个边带信号的功 率之比。率之比。 ( )10.8cos(200) 10cos(2) AMc sttf t 解：解：( )0.8cos(200)

31、 10cos(2)8cos(200) cos(2) DSBcc sttf ttf t 1）DSB的峰值功率：的峰值功率：8*8=64 AM的峰值功率：的峰值功率：18*18=324 2）DSB的峰值功率与两个边带信号的功率之比：的峰值功率与两个边带信号的功率之比：64/（16）=4 AM的峰值功率与两个边带信号的功率之比：的峰值功率与两个边带信号的功率之比：324/（16）=20.2 例例4-24-2 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院42 幅度调制都属于线性调制，它的解调方式有两种：幅度调制都属于线性调制，它的解调方式有两种： 非相干解调：非相干解调

32、： 利用信号的幅度信息。仅适用于标准利用信号的幅度信息。仅适用于标准 调幅信号的解调。调幅信号的解调。 相干解调：有本地载波参与解调，利用信号的幅度相干解调：有本地载波参与解调，利用信号的幅度 信息和相位信息，可适用于各种幅度调信息和相位信息，可适用于各种幅度调 制方式信号的解调。制方式信号的解调。 (6) (6) 线性调制的解调线性调制的解调 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院43 原理：为了无失真地恢复基带信号，接收端原理：为了无失真地恢复基带信号，接收端 必须提供必须提供与发送端载波严格同步（同频同相）的与发送端载波严格同步（同频同相）的 本地载

33、波（称为相干载波），本地载波（称为相干载波），它与接收信号相乘它与接收信号相乘 低通滤波后，可得到原始的调制信号。低通滤波后，可得到原始的调制信号。 相干解调器的一般模型相干解调器的一般模型 I I、相干解调、相干解调 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院44 相干解调器时域分析相干解调器时域分析 ( )( )cos( ) in mIcQc sts ttst st ( )cos 111 ( )( )cos2( ) in2 222 pmc IIcQc sts tt s ts tts t st 1 ( ) 2 dI ststm t 已调信号的表达式已调信号的

34、表达式: : 与相干载波相乘与相干载波相乘: 低通滤波低通滤波: 各种线性调制方式各种线性调制方式sI(t)都包含了都包含了m(t)信息信息! 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院45 /2/2 IIQQ cccc Sj SSSS 1/2 p cc S S /222/4 III cc SSS 22/ 4 QQ cc j SS /2/2 dI M SS 经乘法器后：经乘法器后： 低通滤波：低通滤波： 相干解调利用了已调信号中的幅度和相位信息。提取相干解调利用了已调信号中的幅度和相位信息。提取 同相分量而抑制正交分量，能够无失真的恢复出原调制信同相分量而抑制

35、正交分量，能够无失真的恢复出原调制信 号，可用于各种调制方式。号，可用于各种调制方式。 相干解调器频域分析相干解调器频域分析 输入信号输入信号： 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院46 相干解调仿真相干解调仿真 00.511.522.533.544.55 -2 0 2 DSB调 制 信 号 t 00.511.522.533.544.55 -2 0 2 乘 法 器 后 信 号 t 00.511.522.533.544.55 -5 0 5 低 通 滤 波 后 信 号 t 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院47 不同

36、调制方式的相干解调不同调制方式的相干解调 0 coscos pcc stm ttt m 0 1cos2/2 c m tt m /2 d stm t低通滤波和隔直后，低通滤波和隔直后， 2 2）双边带信号）双边带信号 与本地载波与本地载波c(t)c(t)相乘相乘, , 2 cos pc stm tt cos2/2 c m tm tt 低通滤波后，低通滤波后， /2 d stm t 1 1）标准调幅信号）标准调幅信号 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院48 3 3、单边带信号、单边带信号 2 11 cossincos 22 pccc stm ttm ttt

37、 cos2sin2/4 cc m tm ttm tt /4 d stm t 本地载波本地载波c(t)c(t)相乘相乘 经低通滤波后，经低通滤波后， 4 4、残留边带信号、残留边带信号 与本地载波与本地载波c(t)c(t)相乘相乘 2 11 cossincos 22 pccc stm ttm ttt cos2sin2/4 cc m tm ttm tt 经低通滤波后，经低通滤波后， /4 d stm t 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院49 频率和相位误差的影响频率和相位误差的影响 当本地载波与接收信号载波有一定的频率和相位误差时，当本地载波与接收信号载

38、波有一定的频率和相位误差时， 会对解调产生影响。会对解调产生影响。 cos() c c tt 频率误差 相位误差 1）对于AM和DSB 0 coscos() pcc stm ttt m 此时， 1 cos() 2 d stm tt经低通和隔直流后 1 cos00 2 d tm tbs) 当，时，则 ( )0 2 ( ) 2 2 d d s t s t 减小 极性反转 /200 d tm tas)当，时，则 0 d t cs 出现差拍或同时有 )当时， 幅度衰减。 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院50 2）对于SSB和VSB（以SSB为例） cossi

39、ncos() pccc stm ttm ttt 1 cos(t)sin(t) 2 d stm tm t /200 d stm ta) 当，时，则 cossin/ 200 d tm tm tbs) 当，时，则 / 20 cossin/ 2 / 20 j d j Me MM S Me 即，输出信号将产生相位失真。 00c) 当，时，将有频率误差 cossin/ 2 d stm ttm tt 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院51 051015 -2 0 2 DSB调 制 信 号 t 051015 -2 0 2 乘 法 器 后 信 号 t 051015 -5

40、 0 5 低 通 滤 波 后 信 号 t 存在频率偏差存在频率偏差 0 0.01 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院52 00.511.522.533.544.55 -2 0 2 DSB调 制 信 号 t 00.511.522.533.544.55 -2 0 2 乘 法 器 后 信 号 t 00.511.522.533.544.55 -5 0 5 低 通 滤 波 后 信 号 t 存在相位偏差存在相位偏差 0.15 h 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院53 设一双边带信号设一双边带信号DSB=m(t)cos c

41、t，用相干解调，用相干解调 恢复恢复m(t)，本地载波为，本地载波为cos( ct+)，如果所恢复的信，如果所恢复的信 号是其最大可能值的号是其最大可能值的90%，相位，相位的最大允许值是的最大允许值是 多少？多少？ 例例4-34-3 经低通滤波器后：经低通滤波器后： ( )( )coscos() DSBcc stm ttt 解：解： 1 ( )cos( ) 2 m t arccos(0.9) 与本地载波相乘：与本地载波相乘： 于是可得： 25.8 即：本地载波与信号载波的相位偏差不能超过25.8，否则恢复值 将对原值有较大偏差。 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息

42、科学与技术学院54 0 cos AMc stm tt m 0 max mmt 00 p stmtmt mm d stm t 标准调幅信号的包络检波 输入信号是AM信号 且满足条件 则经包络检波和低通后取出的幅度为 再经隔直流电路，得到 包络检波非相干解调的最常用电路。具有电路简单、 检波效率高等优点。但只能用于AM波的解调。 D C R sd(t)sAM(t) II II、非相干解调、非相干解调( (包络检波包络检波) ) 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院55 4.2.2 4.2.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 cossin i

43、ccsc n tnttntt AWGN 平稳窄 带高斯 噪声 cos ic n tV ttt 222 icsi ntntntN 同相分量 正交分量 平均功率为N i 1.0 f 0 ff 0 B Hf 若白噪声的单边功率谱密度为n0 0i Nn B 带宽应等于已调信号的频带宽度， 当然也是窄带噪声ni(t)的带宽 ，若 （AM/DSB）带通滤波器的带宽是2fH 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院56 噪声分析噪声分析 ( )( )cos( )sin iccsc n tn ttn tt 222 0 ( )( )( ) iics Nn tn tn tn B

44、 n ni i( (t t) )为平稳窄带高斯噪声为平稳窄带高斯噪声: : 解调器输入噪声功率解调器输入噪声功率: : 带通滤波器带宽带通滤波器带宽单边功率谱密度单边功率谱密度 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院57 信噪比增益信噪比增益( (制度增益制度增益) ) 用用G G便于比较同类调制系统采用不同解调器便于比较同类调制系统采用不同解调器 时的性能时的性能, ,也反映了调制制度的优劣。也反映了调制制度的优劣。 2 oo 2 o o ( ) ( ) Sm t N n t 解调器输出有用信号的平均功率 解调器输出噪声的平均功率 ii NS NS G

45、/ / 00 )( )( 2 2 tn ts N S i m i i 功率解调器输入噪声的平均 平均功率解调器输入已调信号的 信噪比增益定义信噪比增益定义: 其中其中, 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院58 （1 1）DSBDSB调制系统的性能调制系统的性能 由于相干解调器是线性系统，可以分别计由于相干解调器是线性系统，可以分别计 算解调器输出的信号功率和噪声功率。算解调器输出的信号功率和噪声功率。 ( ) m s t LPF BPF )(tn ( ) m s t )(tni )(tno o( ) m t cos ct 2008.8copyright

46、 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院59 解调器输出端的信号功率解调器输出端的信号功率 解调器输入信号解调器输入信号: : 相干载波相乘相干载波相乘: : 低通滤波低通滤波: : 解调器输出信号功率解调器输出信号功率: : ttmts cm cos)()( 2 11 ( )cos( )( )cos2 22 cc m ttm tm tt o 1 ( )( ) 2 m tm t 22 oo 1 ( )( ) 4 Sm tm t 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院60 解调器输出端的噪声功率解调器输出端的噪声功率 解调器输入噪声解调器输入噪声: :

47、 相干载波相乘相干载波相乘: : 低通滤波低通滤波: : 输出噪声功率输出噪声功率: : ttnttntn cscci sin)(cos)( )( tttnttnttn ccsccci cossin)(cos)(cos)( ( )/2 ( )cos2( )sin2/2 cccsc n tn ttn tt o 1 ( )( ) 2 c n tn t 22 oo0 111 ( )( ) 444 ci Nn tn tNn B 带通滤波器带宽带通滤波器带宽2f2fH H 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院61 信噪比计算信噪比计算 解调器输入信号平均功率为解调

48、器输入信号平均功率为 输入信噪比输入信噪比: : 输出信噪比输出信噪比: : )( 2 1 cos)()( 2 2 2 tmttmtsS cmi Bn tm N S i i 0 2 )( 2 1 2 2 o o0 1 ( ) ( ) 4 1 4 i m t Sm t Nn B N 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院62 DSBDSB系统信噪比增益系统信噪比增益 DSBDSB调制系统的信噪比增益为调制系统的信噪比增益为2,2,即解调器即解调器 使信噪比改善一倍。使信噪比改善一倍。 原因是采用相干解调，使输入噪声中的正原因是采用相干解调，使输入噪声中的正

49、交分量被抑制。交分量被抑制。 oo / 2 / DSB ii SN G SN 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院63 （2 2）SSBSSB调制系统的性能调制系统的性能 输出噪声功率输出噪声功率: : o0 11 44 i NNn B o 1 ( )( ) 4 mtm t 22 oo 1 ( )( ) 16 Sm tm t 带通滤波器带宽带通滤波器带宽f fH H 22 o o00 ( )/16( ) /44 Sm tm t Nn Bn B 解调器输出信号解调器输出信号: : 平均功率平均功率: : 输出信噪比输出信噪比: : 2008.8copyri

50、ght 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院64 )( 2 1 )( 2 1 4 1 sin)(cos)( 4 1 )( 22 22 tmtm ttmttmtsS ccmi 输入信号平均功率输入信号平均功率: : 输入信噪比输入信噪比: : 2 1 ( ) 4 m t Bn tm Bn tm N S i i 0 2 0 2 4 )( )( 4 1 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院65 SSBSSB系统信噪比增益系统信噪比增益 SSBSSB系统中，信号和噪声有相同表示形系统中，信号和噪声有相同表示形 式，相干解调过程中，式，相干解调过程中，信号

51、和噪声中的正信号和噪声中的正 交分量均被抑制交分量均被抑制，故信噪比没有改善。，故信噪比没有改善。 oo / 1 / SSB ii SN G SN 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院66 DSBDSB和和SSBSSB两者的输出信噪比是在不同的输入信号功率情况下得两者的输出信噪比是在不同的输入信号功率情况下得 到的到的。 如果我们在相同的输入信号功率如果我们在相同的输入信号功率Si，相同输入噪声功率谱密度，相同输入噪声功率谱密度 n0，相同基带信号带宽条件下，对这两种调制方式进行比较，相同基带信号带宽条件下，对这两种调制方式进行比较， 可以发现它们的可以

52、发现它们的输出信噪比输出信噪比是相等的。是相等的。 结论：结论：DSBDSB和和SSBSSB信号的抗噪声性能是相同的，但双边带信信号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号所需的传输带宽是单边带的2 2倍倍 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院67 0 ( )cos AMc stmm tt m0为载波幅度，m(t)为调制信号。 这里仍假设m(t)的均值为0， ( )( )cossin iccsc n tn ttntt 2 2 2 0 22 iAM mtm Sst 2 0ii Nntn B 22 0 0 2 i i AM mmt S

53、Nn B 0 ( )/2stm t 解调器的输入信号解调器的输入信号 解调器的输入噪声解调器的输入噪声 解调器的输入信噪比解调器的输入信噪比 解调器的输出信号解调器的输出信号 解调器的输出噪声解调器的输出噪声 解调器的输出信噪比解调器的输出信噪比 (3) AM(3) AM相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能 2 2 0 ( )/2 4 mt Sm t 0 1 ( ) 2 c ntn t 22 000 11 44 c Nntntn B 2 0 00 AM mt S Nn B 2 00 22 0 /2 / AM AM ii AM SNmt G SN mmt 2008.8copyright 南航

54、信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院68 （4 4） AMAM包络检波的性能包络检波的性能 ( ) m st BPF )(tn ( ) i s t )(tni ( ) o n t o( ) s t 包络检波 检波输出电压正比于输入信号的包络变化检波输出电压正比于输入信号的包络变化 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院69 解调器输入信噪比计算解调器输入信噪比计算 输入信号功率输入信号功率: : 输入噪声功率输入噪声功率: : 输入信噪比输入信噪比: : 22 2 0 ( ) ( ) 22 im mmt Sst BntnN ii0 2 )( 22 0

55、0 ( ) 2 i i Smmt Nn B 带通滤波器带宽带通滤波器带宽2f2fH H 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院70 解调器输入是信号加噪声的混合波形解调器输入是信号加噪声的混合波形: : 当包络检波器的传输系数为当包络检波器的传输系数为1 1时，则检波器时，则检波器 的输出就的输出就E(t)。 输出信号包络的计算输出信号包络的计算 0 ( )( ) ( )( )cos( )sin ( )cos( ) miccsc c s tn tmm tn tt n tt E ttt 22 0 ( )( )( )( ) cs E tmm tn tn t 0

56、 ( ) ( ) ( )( ) s c n t tarctg mm tn t 其中其中, 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院71 输出信噪比计算输出信噪比计算 22 0 ( )( )( ) cs mm tn tn t 222 00 ( )( )2( )( )( )( ) ccs E tmm tmm t n tn tn t 2 00 12 0 0 0 0 ( )2( ) ( ) 2( ) ( ) 1 ( ) ( ) ( ) 1 ( ) c c c mm tmm t n t n t mm t mm t n t mm t mm t 0 ( )( ) c mm

57、 tn t 1 2 (1)1,1 2 x xx 当时 大信噪比情况大信噪比情况 有用信号与噪声独立分成两项有用信号与噪声独立分成两项 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院72 输出信号功率输出信号功率: : 输出噪声功率输出噪声功率: : 输出信噪比输出信噪比: : 信噪比增益信噪比增益: : 2 o ( )Smt 22 o0 ( )( ) ci Nn tn tn B 2 o o0 ( )Smt Nn B 2 oo 22 0 /2 ( ) / ( ) AM ii SNmt G SN mmt 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科

58、学与技术学院73 小信噪比情况小信噪比情况 22 0 ( )( )( ) cs mm tn tn t 222 00 ( )( )( )( )2( )( ) csc E tmm tn tn tn t mm t 22 0 ( )( )2( )( ) csc n tn tn t mm t 22 0 22 2( )( ) ( )( ) 1 ( )( ) c cs cs n t mm t n tn t n tn t 0 2( ) ( ) 1cos ( ) ( ) mm t R tt R t )()()( 22 tntntR sc )( )( )( tn tn arctgt c s 小信噪比情况小信噪比情

59、况 其中其中R(t) 和和 (t) 代表噪声的包络及相位：代表噪声的包络及相位： 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院74 输出信噪比不随着输入信噪比按比例下降，输出信噪比不随着输入信噪比按比例下降， 而是急剧恶化，这种现象称为解调器的而是急剧恶化，这种现象称为解调器的门限效门限效 应应, ,出现门限效应的输入信噪比称为出现门限效应的输入信噪比称为门限值门限值。 0 ( )( )R tmm t 0 ( ) ( ) 1cos ( ) ( ) mm t R tt R t 0 2( ) ( )( ) 1cos ( ) ( ) mm t E tR tt R t

60、0 ( ) ( )cos ( )R tmm tt 因为因为 输出没有单独的信号项，有用信号被噪声扰乱输出没有单独的信号项，有用信号被噪声扰乱 1 2 (1)1 2 x x 2008.8copyright 南航信息科学与技术学院南航信息科学与技术学院75 n在小信噪比情况下，包络检波无法提取有用在小信噪比情况下，包络检波无法提取有用 信号的现象称为解调器的信号的现象称为解调器的“门限效应门限效应”。 n开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。 n门限效应是由包络检波器的非线性解调作用门限效应是由包络检波器的非线性解调作用 所引起的。所引起的。 n相干解调的