通信原理范馨月fanxy3

1、通信原理课件通信原理课件第三章：模拟调制系统第三章：模拟调制系统3.1 3.1 引言引言3.2 3.2 线性调制的原理线性调制的原理3.3 3.3 线性调制系统的解调线性调制系统的解调3.4 3.4 线性调制系统的抗噪声性能分析线性调制系统的抗噪声性能分析3.5 3.5 非线性调制系统的原理及抗噪声性能非线性调制系统的原理及抗噪声性能3.6 3.6 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较通信原理课件通信原理课件3.1 3.1 引言引言 什么是调制？什么是调制？调制的目的是什么？调制的目的是什么？通信原理课件通信原理课件调制：调制：就是使基带信号（调制信号）就是使基带信号（调制信号）控制载

2、波的某个（或几个）参数，使控制载波的某个（或几个）参数，使这一（或几个）参数按照基带信号的这一（或几个）参数按照基带信号的变化规律而变化的过程。变化规律而变化的过程。调制后所得到的信号称为已调信号调制后所得到的信号称为已调信号或频带信号。或频带信号。通信原理课件通信原理课件调制的作用：调制的作用：1 1、把基带信号的频谱搬移到所希望的位置、把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去，从而将调制信号转换成适合于信道传输上去，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。或便于信道多路复用的已调信号。2 2、可以提高信号通过信道传输时的抗干扰、可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力，

3、同时，不同的调制方式产生的已调信号能力，同时，不同的调制方式产生的已调信号的带宽不同，因此的带宽不同，因此调制影响传输带宽的利用率。调制影响传输带宽的利用率。通信原理课件通信原理课件调制的类型：调制的类型：1 1、根据调制信号的形式可分为模拟调制和、根据调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制；数字调制；2 2、根据载波的不同可分为以正弦波作为载、根据载波的不同可分为以正弦波作为载波的连续载波调制和以脉冲串作为载波的脉冲波的连续载波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制；调制；3 3、根据调制器频谱搬移特性的不同可分为、根据调制器频谱搬移特性的不同可分为线性调制和非线性调制。线性调制和非线性调制。通信

4、原理课件通信原理课件思考：思考：什么是线形调制呢？什么是线形调制呢？常见的线形调制有哪些呢？常见的线形调制有哪些呢？通信原理课件通信原理课件3.23.2线性调制的原理线性调制的原理 3.2.13.2.1幅度调制（幅度调制（amam）1 1、amam信号的数学模型信号的数学模型幅度调制（幅度调制（amam）是指用调制信号去）是指用调制信号去控制高频载波的幅度，使其随调制信控制高频载波的幅度，使其随调制信号呈线性变化的过程。号呈线性变化的过程。amam信号的数学信号的数学模型如图模型如图3-13-1所示。所示。 通信原理课件通信原理课件图中，图中，m(t)m(t)为基带信号，它可以是确知为基带信号

5、，它可以是确知信号，也可以是随机信号，但通常认为信号，也可以是随机信号，但通常认为平均值为平均值为0 0。载波为。载波为: :)cos()(00tatcc（3. 1） 上式中，上式中， a a0 0为载波振幅，为载波振幅， 为载波角为载波角频率，频率， 为载波的初始相位。为载波的初始相位。c0通信原理课件通信原理课件图图3-1 am3-1 am信号的数学模型信号的数学模型 通信原理课件通信原理课件2 2、amam信号的时域表达信号的时域表达由图由图3-13-1可得可得amam的时域表达式为的时域表达式为00( ) ( )cos()amcstamtt（3.2） 为了分析问题的方便，令为了分析问题

6、的方便，令 =0=0，这，这样假设并不影响我们讨论的一般性。样假设并不影响我们讨论的一般性。0通信原理课件通信原理课件3 3、调制信号为确知信号时、调制信号为确知信号时amam信号的频谱信号的频谱特性特性虽然实际模拟基带信号虽然实际模拟基带信号m(t)m(t)是随机的，但是随机的，但我们还是从简单入手，先考虑我们还是从简单入手，先考虑m(t)m(t)是确知是确知信号时信号时amam信号的傅氏频谱，然后再分析信号的傅氏频谱，然后再分析m(t)m(t)是随机信号时调幅信号的功率谱密度。是随机信号时调幅信号的功率谱密度。由式（由式（3.23.2）可知）可知 00( )( )coscos( )cosa

7、mcccstam ttatm tt通信原理课件通信原理课件 设设m(t)m(t)的频谱为的频谱为m() ，由傅氏变换的，由傅氏变换的理论可得已调信号理论可得已调信号sam(t)的频谱的频谱sam()为为 )()(21)()()(0ccccammmas（3. 3） 图图3-23-2所示为所示为amam的波形和相应的频谱图。的波形和相应的频谱图。通信原理课件通信原理课件由图由图3-23-2可以看出，第一：可以看出，第一：amam波的频谱与波的频谱与基带信号的频谱呈线性关系，只是将基基带信号的频谱呈线性关系，只是将基带信号的频谱搬移到带信号的频谱搬移到wcwc处，并没有产生处，并没有产生新的频率成分

8、，因此新的频率成分，因此amam调制属于线性调调制属于线性调制；第二：制；第二：amam信号波形的包络与基带信信号波形的包络与基带信号成正比，所以号成正比，所以amam信号的解调既可采用信号的解调既可采用相干相干通信原理课件通信原理课件解调，也可采用非相干解调（包络检解调，也可采用非相干解调（包络检波）。第三：波）。第三：amam的频谱中含有载频和上、的频谱中含有载频和上、下两个边带，无论是上边带还是下边带，下两个边带，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息，故已调波都含有原调制信号的完整信息，故已调波的带宽为原基带信号带宽的两倍，即的带宽为原基带信号带宽的两倍，即hamfb2上式

9、中，上式中，f fh h为调制信号的最高频率。为调制信号的最高频率。 （3. 4） 通信原理课件通信原理课件图图3-2 3-2 调幅过程的波形及频谱调幅过程的波形及频谱 通信原理课件通信原理课件4 4、amam信号的功率分配与调制效率信号的功率分配与调制效率幅度调制（幅度调制（amam）信号在）信号在1 1电阻上的平均电阻上的平均功率应等于功率应等于s samam(t)(t)的均方值。当的均方值。当m(t)m(t)为确为确知信号时，知信号时，s samam(t)(t)的均方值即为其平方的的均方值即为其平方的时间平均，即时间平均，即22202222200()() cos()cos()cos2 (

10、) cosamamccccpsta mttat m ttmt at（3. 5） 通信原理课件通信原理课件前面已假设调制信号没有直流分量，即前面已假设调制信号没有直流分量，即 , ,而且而且m(t)m(t)是与载波无关的较是与载波无关的较为缓慢变化的信号。为缓慢变化的信号。 0)(tm所以所以 mcampptmap2)(2220通信原理课件通信原理课件式中式中220apc为不携带信息的载波功率为不携带信息的载波功率 2)(2tmpm为携带信息的边带功率为携带信息的边带功率 （3. 6） （3. 7） 可见，可见，amam调幅波的平均功率由不携带调幅波的平均功率由不携带信息的载波功率与携带信息的边

11、带功率信息的载波功率与携带信息的边带功率通信原理课件通信原理课件)()(2202tmatmppammam（3. 8） 显然，显然，amam信号的调制效率总是小于信号的调制效率总是小于1 1。 两部分组成。所以涉及到调制效率的两部分组成。所以涉及到调制效率的概念。概念。 定义边带功率定义边带功率pmpm与与pampam的比值为调制效的比值为调制效率，记为率，记为 。即。即am通信原理课件通信原理课件 例例3. 1 3. 1 设设m(t)m(t)为正弦信号，进行为正弦信号，进行100%100%的幅度调制，求此时的调制效率。的幅度调制，求此时的调制效率。解：依题意可设解：依题意可设 而而100%10

12、0%调制就是调制就是a a0 0 = = |m(t)|m(t)|max max 的调制，的调制，即即a a0 0 =a=am m 因此因此tatmmmcos)(22)(2022aatmm%3 .3331)()(2202tmatmam通信原理课件通信原理课件结论：结论：amam信号的总功率包括载波功率信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，载波分量不携带信与调制信号有关，载波分量不携带信息，所以，调制效率低是息，所以，调制效率低是amam调制的一调制的一个最大缺点。个最大缺点。通信原理课件通信原理课件 3.2.2 3.2.2 双边带

13、调制（双边带调制（dsbdsb） 1 1、dsbdsb信号的模型信号的模型在在amam信号中，载波分量并不携带信信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果将载息，信息完全由边带传送。如果将载波抑制，只需在图中将直流波抑制，只需在图中将直流a a0 0去掉，去掉，即可输出抑制载波双边带信号，简称即可输出抑制载波双边带信号，简称双边带信号（双边带信号（dsbdsb）。）。 通信原理课件通信原理课件图图3-3 dsb3-3 dsb调制器模型调制器模型 通信原理课件通信原理课件2 2、dsbdsb信号的表达式、频谱及带宽由图信号的表达式、频谱及带宽由图3-33-3可得可得dsbdsb信号的

14、时域表达式为信号的时域表达式为ttmtscdsbcos)()(当调制信号当调制信号m(t)m(t)为确知信号时，已调信为确知信号时，已调信号的频谱为号的频谱为 )()(21)(ccdsbmms其波形和频谱如图其波形和频谱如图3-43-4所示。所示。 （3. 15） （3. 16） 通信原理课件通信原理课件图图3-4 dsb3-4 dsb调制过程的波形及频谱调制过程的波形及频谱通信原理课件通信原理课件 dsb dsb信号的包络不再与调制信号的变化规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律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，恢复调制信号， 需采用相干解调需

15、采用相干解调( (同步检同步检波波) )。另外，在调制信号。另外，在调制信号m(t)m(t)的过零点处，的过零点处，高频载波相位有高频载波相位有180180的突变。的突变。通信原理课件通信原理课件除不再含有载频分量离散谱外，除不再含有载频分量离散谱外，dsbdsb信号的频谱与信号的频谱与amam信号的频谱完全相同，信号的频谱完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。所以仍由上下对称的两个边带组成。所以dsbdsb信号的带宽与信号的带宽与amam信号的带宽相同，信号的带宽相同，也为基带信号带宽的两倍，也为基带信号带宽的两倍， 即即hamdsbfbb2式中，式中，f fh h为调制信号的最高频率。为调

16、制信号的最高频率。 （3. 17） 通信原理课件通信原理课件3 3、dsbdsb信号的功率分配及调制效率信号的功率分配及调制效率由于不再包含载波成分，因此，由于不再包含载波成分，因此，dsbdsb信号的功率就等于边带功率，是调制信信号的功率就等于边带功率，是调制信号功率的一半，即号功率的一半，即221( )( )2dsbdsbmpstpm t 式中，式中，p pm m为边带功率，显然，为边带功率，显然，dsbdsb信信号的调制效率为号的调制效率为100%100%。 （3. 18） 通信原理课件通信原理课件 例例3.2 3.2 已知已知amam已调信号表达式已调信号表达式tttscamcos)s

17、in5 . 01 ()(式中，式中， 。试分别画出它们的波形。试分别画出它们的波形图和频谱图。图和频谱图。 6c解：解： s samam(t)(t)的波形如图的波形如图3-53-5（a a）所示，其频）所示，其频谱表达式为谱表达式为 通信原理课件通信原理课件( ) ()() ()()()()4 (6 )(6 ) (7 )(7 )(5 )(5 )4amccccccsjj 通信原理课件通信原理课件图图3-5 3-5 波形图和频谱图波形图和频谱图 通信原理课件通信原理课件3.2.3 3.2.3 单边带调制（单边带调制（ssbssb） dsbdsb信号虽然节省了载波功率，调制信号虽然节省了载波功率，调

18、制效率提高了，但它的频带宽度仍是调效率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与制信号带宽的两倍，与amam信号带宽相信号带宽相同。由于同。由于dsbdsb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，它们都携带了调制信号完全对称的，它们都携带了调制信号通信原理课件通信原理课件的全部信息，因此仅传输其中一个边带的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可，这是单边带调制能解决的问题。即可，这是单边带调制能解决的问题。 产生产生ssbssb信号的方法有很多，其中最信号的方法有很多，其中最基本的方法有滤波法和相移法。基本的方法有滤波法和相移法。通信原理课件通信原理课件一、一、ssbssb

19、信号的产生信号的产生1 1、用滤波法形成单边带信号、用滤波法形成单边带信号由于单边带调制只传送双边带调制信号由于单边带调制只传送双边带调制信号的一个边带。因此产生单边带信号的最直的一个边带。因此产生单边带信号的最直观的方法是让双边带信号通过一个单边带观的方法是让双边带信号通过一个单边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。我们把这种方法称为滤波法，它带信号。我们把这种方法称为滤波法，它是最简单的也是最常用的方法。是最简单的也是最常用的方法。通信原理课件通信原理课件图图3-6 ssb3-6 ssb信号的滤波法产生信号的滤波法产生 通信原理课件通信原理课件

20、由图由图3-63-6可见，只需将滤波器可见，只需将滤波器hssb()设设计成如图计成如图3-73-7所示的理想高通特性所示的理想高通特性husb()或理想低通特性或理想低通特性hlsb() ，就，就可以分别得到上边带信号和下边带信号。可以分别得到上边带信号和下边带信号。显然，显然，ssbssb信号的频谱可表示为信号的频谱可表示为 1( )( )( )()()( )2ssbd sbssbccssbsshmmh 滤波法的频谱变换关系如图滤波法的频谱变换关系如图3-83-8所示。所示。 （3. 19） 通信原理课件通信原理课件图图3-7 3-7 形成形成ssbssb信号的滤波特性信号的滤波特性 通信

21、原理课件通信原理课件图图3-8 3-8 单边带信号的频谱单边带信号的频谱 通信原理课件通信原理课件用滤波法形成用滤波法形成ssbssb信号的技术难点是：信号的技术难点是： 由于一般调制信号都具有丰富的低频由于一般调制信号都具有丰富的低频成分，成分，经调制后得到的经调制后得到的dsbdsb信号的上、下信号的上、下边带之间的间隔很窄，这就要求单边带边带之间的间隔很窄，这就要求单边带滤波器在滤波器在fcfc附近具有陡峭的截止特性，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。这就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，使滤波器的设计和制作很困难，通信原理课件通信原理课件

22、有时甚至难以实现。为此，在工程中往有时甚至难以实现。为此，在工程中往往采用多级调制滤波的方法，即在低载往采用多级调制滤波的方法，即在低载频上形成单边带信号，然后通过变频将频上形成单边带信号，然后通过变频将频谱搬移到更高的载频。实际上，频谱频谱搬移到更高的载频。实际上，频谱搬移可以连续分几步进行，直至达到所搬移可以连续分几步进行，直至达到所需的载频为止，如图需的载频为止，如图3-93-9所示。所示。 通信原理课件通信原理课件图图3-9 3-9 滤波法产生滤波法产生ssbssb的多级频率搬移过程的多级频率搬移过程 通信原理课件通信原理课件2 2、用相移法形成、用相移法形成ssbssb信号信号（1

23、1）、）、ssbssb信号的时域表达式信号的时域表达式单边带信号的时域表达式的推导比较单边带信号的时域表达式的推导比较困难，一般需借助希尔伯特变换来表述。困难，一般需借助希尔伯特变换来表述。但我们可以从简单的单频调制出发，得但我们可以从简单的单频调制出发，得到到ssbssb信号的时域表达式，然后再推广信号的时域表达式，然后再推广到一般表示式。到一般表示式。通信原理课件通信原理课件 设单频调制信号设单频调制信号 tatmmmcos)(ttcccos)(载波为载波为 则双边带信号的时域表达式为则双边带信号的时域表达式为 11()coscoscos()cos()22d sbmmcmcmmcmstat

24、tatat 式（式（3. 203. 20）中，保留上边带的单边带调）中，保留上边带的单边带调制信号为制信号为 )sinsincos(cos2)cos(21)(ttttatatsmcmcmmcmusb（3. 20） （3. 21） 通信原理课件通信原理课件式（式（3.203.20）中，保留下边带的单边带调）中，保留下边带的单边带调制信号为制信号为 将式（将式（3.213.21）和式（）和式（3.223.22）合并起来可）合并起来可以表示为以表示为 ( )coscossinsin22mmssbcmcmaasttttt（3. 22） （3. 23） 12cos()coscossinsin22mmmc

25、mcmcmaaattttt通信原理课件通信原理课件式中，式中，“”表示上边带信号，表示上边带信号，“”表示下边带信号。表示下边带信号。 可以看成是可以看成是 相移相移 , ,而幅度大小保持不变。我们将这而幅度大小保持不变。我们将这种变换称为希尔伯特变换，记为种变换称为希尔伯特变换，记为“ ”，即即 tacmsintacmcos/2tatacmcmsincos通信原理课件通信原理课件 上述关系虽然是在单频调制下得到的，上述关系虽然是在单频调制下得到的，但是它不失一般性，因为任一个基带信但是它不失一般性，因为任一个基带信号波形总可以表示成许多正弦信号之和。号波形总可以表示成许多正弦信号之和。因 此

26、 ， 将 上 述 表 示 方 法 运 用 到 式因 此 ， 将 上 述 表 示 方 法 运 用 到 式（3.233.23），就可以得到调制信号为任意），就可以得到调制信号为任意信号的信号的ssbssb信号的时域表达式信号的时域表达式ttmttmtsccssbsin)(21cos)(21)(式中，式中， 是是 的希尔伯特变换的希尔伯特变换。 )(tm)(tm（3. 24） 通信原理课件通信原理课件为更好地理解单边带信号，这里有必要为更好地理解单边带信号，这里有必要简要叙述希尔伯特变换的概念及其性简要叙述希尔伯特变换的概念及其性质。质。（2 2）、希尔伯特变换）、希尔伯特变换设设f(t)f(t)为

27、实函数，称为实函数，称为为f(t)f(t)的希尔伯特变换，记为的希尔伯特变换，记为 dtf)(1通信原理课件通信原理课件1( )( ) ( )ff th f tdt其反变换为其反变换为 11( )( ) ( )ff thf tdt由卷积的定义由卷积的定义 1212( )( )( )()f tf tff td（3. 25） （3. 26） （3. 27） 通信原理课件通信原理课件不难得出希尔伯特变换的卷积形式不难得出希尔伯特变换的卷积形式 ttftf1)()(由式（由式（3.283.28）可见，希氏变换相当于）可见，希氏变换相当于f(t)f(t)通过一个冲激响应为通过一个冲激响应为的线性网络，其

28、等效系统模型如图的线性网络，其等效系统模型如图3-103-10所示。所示。tthh1)(（3. 28） 通信原理课件通信原理课件图图3-10 3-10 希尔伯特变换等效系统希尔伯特变换等效系统 又因为又因为)sgn(1jt所以可得所以可得 00sgn)(jjjhh由式（由式（3.243.24）可画出单边带调制相移法）可画出单边带调制相移法的模型，如图的模型，如图3-113-11所示。所示。 （3. 29） （3. 30） 通信原理课件通信原理课件图图3-11 3-11 相移法形成相移法形成ssbssb信号信号 通信原理课件通信原理课件二、二、ssbssb信号的带宽、功率和调制效率信号的带宽、功

29、率和调制效率从图从图3-83-8可以清楚地看出，可以清楚地看出，ssbssb信号的信号的频谱是频谱是dsbdsb信号频谱的一个边带，其带信号频谱的一个边带，其带宽为宽为dsbdsb信号的一半，与基带信号带宽信号的一半，与基带信号带宽相同，即相同，即hdsbssbfbb21（3. 31） 通信原理课件通信原理课件式中，式中，f fh h为调制信号的最高频率。为调制信号的最高频率。由于由于ssbssb信号仅包含一个边带，因此其功信号仅包含一个边带，因此其功率为率为dsbdsb信号的一半，即信号的一半，即)(41212tmppdsbssb显然，显然， ssbssb信号的调制效率也为信号的调制效率也为

30、100%100%。（3. 32） 通信原理课件通信原理课件 由于由于ssbssb信号也是抑制载波的已调信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号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以变化，所以ssbssb信号的解调和信号的解调和dsbdsb一样不一样不能采用简单的包络检波，仍需采用相干能采用简单的包络检波，仍需采用相干解调。解调。通信原理课件通信原理课件 例例3.33.3已知调制信号已知调制信号载波为载波为 ，进行单边带调制，请，进行单边带调制，请写出上边带信号的表达式。写出上边带信号的表达式。)4000cos()2000cos()(tttmt410cos解：根据单边带

31、信号的时域表达式，可解：根据单边带信号的时域表达式，可确定上边带信号确定上边带信号 通信原理课件通信原理课件4411( ) cos( )sin221cos(2000)cos(4000)cos21sin(2000)sin(4000)sin211cos(12000)cos(14000)221010usbccm ttm tttttttttsww通信原理课件通信原理课件3.2.4 3.2.4 残留边带调制（残留边带调制（vsbvsb） 单边带传输信号具有节约一半频单边带传输信号具有节约一半频谱和节省功率的优点。但是付出的谱和节省功率的优点。但是付出的代价是设备制作非常困难，如用滤代价是设备制作非常困难

32、，如用滤波法则边带滤波器不容易得到陡峭波法则边带滤波器不容易得到陡峭的频率特性，如用相移法则基带信的频率特性，如用相移法则基带信号各频率号各频率通信原理课件通信原理课件成分不可能都做到成分不可能都做到- -的移相等。如果传输的移相等。如果传输电视信号、传真信号和高速数据信号的电视信号、传真信号和高速数据信号的话，由于它们的频谱范围较宽，而且极低话，由于它们的频谱范围较宽，而且极低频分量的幅度也比较大，这样边带滤波器频分量的幅度也比较大，这样边带滤波器和宽带相移网络的制作都和宽带相移网络的制作都更为困难，为了更为困难，为了通信原理课件通信原理课件解决这个问题，可以采用残留边带调制解决这个问题，可

33、以采用残留边带调制（vsbvsb）。）。vsbvsb是介于是介于ssbssb和和dsbdsb之间的一之间的一个折中方案。在这种调制中，一个边带个折中方案。在这种调制中，一个边带绝大部分顺利通过，而另一个边带残留绝大部分顺利通过，而另一个边带残留一小部分，如图一小部分，如图3-123-12（d d）所示。）所示。通信原理课件通信原理课件图图3-12 dsb3-12 dsb、ssbssb和和vsbvsb信号的频谱信号的频谱 通信原理课件通信原理课件1 1、vsbvsb信号的产生与解调信号的产生与解调残留边带调制信号的产生与解调框图残留边带调制信号的产生与解调框图如图如图3-133-13所示。所示。

34、图图3-13 vsb3-13 vsb信号的产生与解调信号的产生与解调 通信原理课件通信原理课件由图由图3-133-13（a a）可以看出，）可以看出，vsbvsb信号的产信号的产生与生与dsbdsb、ssbssb的产生框图相似，都是由的产生框图相似，都是由基带信号和载波信号相乘后得到双边带基带信号和载波信号相乘后得到双边带信号，所不同的是后面接的滤波器。不信号，所不同的是后面接的滤波器。不同的滤波器得到不同的调制方式。同的滤波器得到不同的调制方式。通信原理课件通信原理课件如何选择残留边带滤波器的滤波特性如何选择残留边带滤波器的滤波特性使残留边带信号解调后不产生失真使残留边带信号解调后不产生失真

35、呢？从图呢？从图3-123-12我们直观可以想象，如我们直观可以想象，如果解调后一个边带损失部分能够让另果解调后一个边带损失部分能够让另一个边带保留部分完全补偿的话，那一个边带保留部分完全补偿的话，那么输出信号是不会失真的。么输出信号是不会失真的。通信原理课件通信原理课件为了确定残留边带滤波器传输特性应满为了确定残留边带滤波器传输特性应满足的条件，我们来分析接收端是如何从足的条件，我们来分析接收端是如何从该信号中恢复原基带信号的。该信号中恢复原基带信号的。2 2、残留边带滤波器传输特性、残留边带滤波器传输特性hvsb()的的确定确定通信原理课件通信原理课件图图3-133-13（b b）中，）中

36、， svsb(t)信号经乘法器信号经乘法器后输出后输出sp(t)的表达式为的表达式为 ( )( )cospvsbcststt上式对应的傅氏频谱为上式对应的傅氏频谱为 （3. 33） 通信原理课件通信原理课件1( )( ) ()()21()()2pvsbccvsbcvsbcssss 由图由图3-133-13（a a）知）知 1( )()()( )2vsbccvsbsmmh 将式（将式（3. 353. 35）带入式（）带入式（3. 343. 34）得）得 （3. 34） （3. 35） 通信原理课件通信原理课件1( )(2)( )()41(2)( )()4pcvsbccvsbcsmmhmmh 理想

37、低通滤波器抑制上式中的二倍载理想低通滤波器抑制上式中的二倍载频分量，其输出信号的频谱为频分量，其输出信号的频谱为01( )( )()()4ccmmhh（3. 36） （3. 37） 通信原理课件通信原理课件显然，为了在接收端不失真地恢复原显然，为了在接收端不失真地恢复原基带信号，要求残留边带滤波器传输特基带信号，要求残留边带滤波器传输特性必须满足下述条件性必须满足下述条件hcvsbcvsbhh常数)()(（3. 38） 通信原理课件通信原理课件上式中，上式中， 是基带信号的最高截止角频是基带信号的最高截止角频率。式（率。式（3.383.38）的物理含义是：残留边）的物理含义是：残留边带滤波器的

38、传输函数在载频带滤波器的传输函数在载频 附近附近必须具有互补对称性。图必须具有互补对称性。图3-143-14示出的是示出的是满足该条件的典型实例：上边带残留的满足该条件的典型实例：上边带残留的下边带滤波器传输函数如图下边带滤波器传输函数如图3-143-14（a a）所示，下边带残留的上边带滤波器的传所示，下边带残留的上边带滤波器的传递函数如图递函数如图3-143-14（b b）所示。）所示。hc通信原理课件通信原理课件(a)a)上边带残留的下边带滤波器特性上边带残留的下边带滤波器特性 （b b）下边带）下边带残留的上边带滤波器特性残留的上边带滤波器特性 图图3-14 3-14 残留边带滤波器特

39、性残留边带滤波器特性通信原理课件通信原理课件3.33.3线性调制系统的解调线性调制系统的解调 调制过程是一个频谱搬移的过程，调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。出原始基带信号。通信原理课件通信原理课件 解调的方式有两种：相干解调与非相解调的方式有两种：相干解调与非相干解调。相干解调适用于各种线性调制干解调。相干解调适用于各种线性调制系统，非相干解调一般只适用幅度调制系统，非相干解调一般只适用幅度调制（ama

40、m）信号。）信号。通信原理课件通信原理课件3.3.1 3.3.1 线性调制系统的相干解调线性调制系统的相干解调 所谓相干解调是为了从接收的已调所谓相干解调是为了从接收的已调信号中，不失真地恢复原调制信信号中，不失真地恢复原调制信号，要求本地载波和接收信号的载号，要求本地载波和接收信号的载波保证同频同相。相干解调的一般波保证同频同相。相干解调的一般数学模型如图数学模型如图3-153-15所示。所示。 通信原理课件通信原理课件图图3-15 3-15 相干解调器的数学模型相干解调器的数学模型 通信原理课件通信原理课件1 1、幅度调制（、幅度调制（amam）和双边带调制）和双边带调制（dsbdsb）信

41、号的解调）信号的解调设图设图3-153-15的输入为的输入为amam信号信号 00( )( )( )cos()mamcststam tt乘法器输出为乘法器输出为 00000( )( )cos()cos()1( )cos() cos(2)2ccctam tttam tt（3. 39） 通信原理课件通信原理课件通过低通滤波器后通过低通滤波器后 0001( )( )cos()2m tam t当当 常数时，解调输出信号为常数时，解调输出信号为0001( )( )2m tam t（3. 40） （3. 41） 通信原理课件通信原理课件上式含有直流分量，通常在低通滤波上式含有直流分量，通常在低通滤波器后加

42、一简单隔直流电容，隔去无用的器后加一简单隔直流电容，隔去无用的直流，从而恢复原信号。直流，从而恢复原信号。可见，只有当本地载波与接收的已调可见，只有当本地载波与接收的已调信号同频同相时，信号才能正确地恢复，信号同频同相时，信号才能正确地恢复，否则就会产生失真。否则就会产生失真。同理，当时同理，当时 ，上述分析即，上述分析即为为dsbdsb的结果。其解调输出信号为的结果。其解调输出信号为 00a)(21)(0tmtm（3. 42） 通信原理课件通信原理课件2 2、单边带（、单边带（ssbssb）信号的解调）信号的解调设图设图3-153-15的输入为的输入为ssbssb信号信号 00sin)(21

43、cos)(21)()(ttmttmtstsccssbm与本地载波与本地载波 相乘后输出为相乘后输出为 )cos(tc通信原理课件通信原理课件00001( ) ( )cos( )sin41 ( )cos 2( )sin 24cctmtmtmttmtt经低通滤波后的解调输出为经低通滤波后的解调输出为 0001( ) ( )cos( )sin4m tm tm t当当 常数时，解调输出信号为常数时，解调输出信号为0)(41)(0tmtm（3. 43） 通信原理课件通信原理课件可见，只有当本地载波与接收的已调信可见，只有当本地载波与接收的已调信号同频同相时，才能得到无失真的调制号同频同相时，才能得到无失

44、真的调制信号。信号。vsbvsb信号的解调方式与上面类似。当满信号的解调方式与上面类似。当满足同步条件时，经分析可得解调输出信足同步条件时，经分析可得解调输出信号为号为: :)(41)(0tmtm通信原理课件通信原理课件3.3.2 3.3.2 线性调制系统的非相干解调线性调制系统的非相干解调 所谓非相干解调就是在接收端解调所谓非相干解调就是在接收端解调信号时不需要本地载波，而是利用已信号时不需要本地载波，而是利用已调信号中的包络信息来恢复原基带信调信号中的包络信息来恢复原基带信号。因此，非相干解调一般只适用幅号。因此，非相干解调一般只适用幅度调制（度调制（amam）系统。由于包络解调器）系统。

45、由于包络解调器电路简单，效率高，所以几乎所有的电路简单，效率高，所以几乎所有的幅度调制（幅度调制（amam）接收机都采用这种电）接收机都采用这种电路。图路。图3-163-16为串联型包络检波器的具为串联型包络检波器的具体电路。体电路。 通信原理课件通信原理课件图图3-16 3-16 串联型包络检波器电路串联型包络检波器电路 通信原理课件通信原理课件当当rcrc满足条件满足条件 时，时，包络检波器的输出基本上与输入信号的包络检波器的输出基本上与输入信号的包络变化呈线性关系，即包络变化呈线性关系，即 hcrc/ 1/ 1)()(00tmatm其中，其中， 。隔去直流后就得到。隔去直流后就得到原信号

46、原信号m(t)m(t) 。 max0)(tma 例例3.4 3.4 某调制系统如图某调制系统如图3-173-17所示。为所示。为了在输出端同时分别得到了在输出端同时分别得到f f1 1(t)(t)及及f f2 2(t), (t), 试确定接收端的试确定接收端的c c1 1(t)(t)及及c c2 2(t)(t) 。 （3. 44） 通信原理课件通信原理课件图图3-173-17 通信原理课件通信原理课件解：发送端的合成信解：发送端的合成信号号 。根据图。根据图3-163-16的原理框图可知，接收端采用的是的原理框图可知，接收端采用的是相 干 解 调 ， 若 假 设 相 干 载 波相 干 解 调

47、， 若 假 设 相 干 载 波为为 ，则解调后的输出，则解调后的输出1020( )( )cos( )sinf tf ttf tt0cost00( )( )cos|lpfftf tt10200( )cos( )sincos|lpff ttfttt11020111( )( )cos2( )sin 2|222lpff tf ttftt11( )2f t通信原理课件通信原理课件这时可以得到这时可以得到f f1 1(t) (t) 。 同理，假设接收端的相干载波为同理，假设接收端的相干载波为 则解调后的输出为则解调后的输出为 0sint通信原理课件通信原理课件00( )( )sin|lpfftf tt10

48、200( )cos( )sinsin|lpff ttfttt21020111( )( )sin2( )cos2|222lpff tf ttf tt21( )2ft综上所述，可以确定综上所述，可以确定10( )cosc tt20( )sinc tt通信原理课件通信原理课件3.43.4线性调制系统的抗噪声性能分析线性调制系统的抗噪声性能分析 3.4.13.4.1抗噪声性能的分析模型抗噪声性能的分析模型 各种线性已调信号在传输过程中不可各种线性已调信号在传输过程中不可避免地要受到噪声的干扰，为了讨论问避免地要受到噪声的干扰，为了讨论问题的简单起见，我们这里只研究加性噪题的简单起见，我们这里只研究加性

49、噪声对信号的影响。因此，接收端收到的声对信号的影响。因此，接收端收到的信号是发送信号与加性噪声之和。信号是发送信号与加性噪声之和。通信原理课件通信原理课件由于加性噪声只对已调信号的接收产生由于加性噪声只对已调信号的接收产生影响，因而调制系统的抗噪声性能主要影响，因而调制系统的抗噪声性能主要用解调器的抗噪声性能来衡量。为了对用解调器的抗噪声性能来衡量。为了对不同调制方式下各种解调器性能进行度不同调制方式下各种解调器性能进行度量，通常采用信噪比增益量，通常采用信噪比增益g g（又称调制制（又称调制制度增益）来表示解调器的抗噪声性能，度增益）来表示解调器的抗噪声性能，即即 iinsnsg/00输入信

50、噪比输出信噪比（3.45） 通信原理课件通信原理课件有加性噪声时解调器的数学模型如图有加性噪声时解调器的数学模型如图3-3-1818所示。所示。 图图3-18 3-18 有加性噪声时解调器的数学模型有加性噪声时解调器的数学模型 通信原理课件通信原理课件图中图中s sm m(t)(t)为已调信号，为已调信号，n(t)n(t)为加性高为加性高斯白噪声。斯白噪声。 s sm m(t)(t)和和n(t)n(t)首先经过一带首先经过一带通滤波器，滤出有用信号，滤除带外的通滤波器，滤出有用信号，滤除带外的噪声。经过带通滤波器后到达解调器输噪声。经过带通滤波器后到达解调器输入端的信号为入端的信号为s sm

51、m(t) (t) 、噪声为高斯窄带、噪声为高斯窄带噪声噪声n ni i(t) (t) ，显然解调器输入端的噪声，显然解调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相同的。最后带宽与已调信号的带宽是相同的。最后经解调器解调输出的有用信号为经解调器解调输出的有用信号为m mo o(t)(t)，噪声为噪声为n no o(t)(t)。通信原理课件通信原理课件由式（由式（2.1312.131）可知，高斯窄带噪声）可知，高斯窄带噪声n ni i(t)(t)可表示为可表示为 ttnttntncsccisin)(cos)()(其中，高斯窄带噪声其中，高斯窄带噪声n ni i(t)(t)的同相分量的同相分量n nc

52、c(t)(t)和正交分量和正交分量n ns s(t)(t)都是高斯变量，都是高斯变量，它们的均值都为它们的均值都为0 0，方差（平均功率）都，方差（平均功率）都与与n ni i(t)(t)的方差相同，即的方差相同，即222icsnnn或者记为或者记为 222( )( )( )csiin tn tn tn（3.46） （3.47） （3.48） 通信原理课件通信原理课件式中，式中，n ni i为解调器的输入噪声功率。为解调器的输入噪声功率。若高斯白噪声的双边功率谱密度为若高斯白噪声的双边功率谱密度为n n0 0/2 /2 ，带通滤波器的传输特性是高度，带通滤波器的传输特性是高度为为1 1、带宽为

53、、带宽为b b的理想矩形函数，其传的理想矩形函数，其传输特性如图输特性如图3-193-19所示，则所示，则通信原理课件通信原理课件bnni0为了使已调信号无失真地进入解调器，同为了使已调信号无失真地进入解调器，同时又最大限度地抑制噪声，带通滤波器的时又最大限度地抑制噪声，带通滤波器的带宽带宽b b应等于已调信号的带宽。应等于已调信号的带宽。 图图3-19 3-19 带通滤波器传输特性带通滤波器传输特性 （3.49） 通信原理课件通信原理课件3.4.2 3.4.2 相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能 各种线性调制系统的相干解调模型如各种线性调制系统的相干解调模型如图图3-203-20所示。

54、图中所示。图中s sm m(t)(t)可以是各种调幅可以是各种调幅信号，如信号，如amam、dsbdsb、ssbssb和和vsbvsb，带通滤波，带通滤波器的带宽等于已调信号带宽。下面讨论器的带宽等于已调信号带宽。下面讨论各种线性调制系统的抗噪声性能。各种线性调制系统的抗噪声性能。 通信原理课件通信原理课件图图3-20 3-20 有加性噪声的相干解调模有加性噪声的相干解调模型型 通信原理课件通信原理课件一、解调器的输入信噪比一、解调器的输入信噪比s si i1 1、解调器的输入信号功率、解调器的输入信号功率由前面的分析已知，各线性调制系统由前面的分析已知，各线性调制系统已调信号的时域表达式分别

55、为已调信号的时域表达式分别为0( )( )cosamcstam ttttmtscdsbcos)()(ttmttmtsccssbsin)(21cos)(21)(（3.50） （3.51） （3.52） 通信原理课件通信原理课件由前面的分析已知，各输入已调信号的平由前面的分析已知，各输入已调信号的平均功率为均功率为 2)(2)(220tmasami2)()(2tmsdsbi21()( )4issbsm t（3.53） （3.54） （3.55） 通信原理课件通信原理课件2 2、解调器的输入噪声功率、解调器的输入噪声功率n ni i由前面分析已知由前面分析已知 bnni0上式中，上式中，b b表示各

56、已调信号的带宽。表示各已调信号的带宽。3 3、解调器的输入信噪比、解调器的输入信噪比由上面的分析可得各种线性调制信号在由上面的分析可得各种线性调制信号在解调器的输入信噪比分别为解调器的输入信噪比分别为（3.56） 通信原理课件通信原理课件hamamiifntmabntmans022002204)(2)()/(hdsbdsbiifntmbntmns02024)(2)()/(hssbssbiifntmbntmns02024)(4)()/(（3.57） （3.58） （3.59） 通信原理课件通信原理课件二、解调器的输出信噪比二、解调器的输出信噪比s s0 01 1、解调器的输出信号功率、解调器的输

57、出信号功率由前面分析已知，由前面分析已知，amam、dsbdsb调制信号调制信号经相干解调器的输出信号为经相干解调器的输出信号为)(21)(0tmtm（3.60） 通信原理课件通信原理课件因此，因此，amam、dsbdsb解调后的输出信号的功解调后的输出信号的功率为率为)(41)()(2200tmtmsdsbam、由式（由式（3.433.43）可知，）可知，ssbssb调制信号经过调制信号经过相干解调器的输出信号为相干解调器的输出信号为)(41)(0tmtm（3.62） （3.61） 通信原理课件通信原理课件因此，因此，ssbssb解调后输出信号的功率为解调后输出信号的功率为 )(161)()

58、(2200tmtmsssb2 2、解调器的输出噪声功率、解调器的输出噪声功率n n0 0在图在图3-203-20中，各线性调制系统的输入噪中，各线性调制系统的输入噪声通过带通滤波器（声通过带通滤波器（bpfbpf）之后，变成）之后，变成窄带噪声窄带噪声n ni i(t) (t) ，经乘法器相乘后的输，经乘法器相乘后的输出噪声为出噪声为（3.63） 通信原理课件通信原理课件()()cos ()cos()sincos11() ()cos2()sin222picccscccccscn tn ttn tt n tttn tn tt n tt经经lpflpf后，后， )(21)(0tntnc因此，解调器

59、输出的噪声功率为因此，解调器输出的噪声功率为（3.64） icntntnn41)(41)(2200（3.65） 通信原理课件通信原理课件3 3、解调器的输出信噪比、解调器的输出信噪比由上面的分析可得各种线性已调信号经由上面的分析可得各种线性已调信号经过解调器后的输出信噪比分别为过解调器后的输出信噪比分别为hdsbamfntmbntmns0202002)()()/(、hssbfntmbntmns0202004)(4)()/(（3.67） （3.66） 通信原理课件通信原理课件三、解调器的信噪比增益三、解调器的信噪比增益由上面分析的解调器输入信噪比和输出由上面分析的解调器输入信噪比和输出信噪比，可

60、得各种线性调制系统的信噪信噪比，可得各种线性调制系统的信噪比增益为比增益为: :200220/2( )/( )amiisnmtgsnamt（3.68） 2dsbg1ssbg（3.69） （3.70） 通信原理课件通信原理课件四、四、vsbvsb调制系统的抗噪声性能调制系统的抗噪声性能vsbvsb调制系统抗噪性能的分析方法与上调制系统抗噪性能的分析方法与上面类似。但是，由于所采用的残留边带面类似。但是，由于所采用的残留边带滤波器的频率特性形状可能不同，所以滤波器的频率特性形状可能不同，所以难以确定抗噪性能的一般计算公式。不难以确定抗噪性能的一般计算公式。不过，在残留边带滤波器滚降范围不大的过，在