第5章模拟调制系统

1、整理整理ppt整理整理pptv5.1 幅度调制（线性调制）的原理v5.2 线性调制系统的抗噪声性能v5.3 非线性调制（角度调制）原理v5.4 调频系统的抗噪声性能v5.5 各种模拟调制系统的比较v5.6 频分复用整理整理ppt 了解 调制的定义、功能和分类； 掌握 线性调制(AM、DSB、SSB和VSB)原理(表达 式、频谱、带宽、产生与解调)； 掌握 调频和调相的基本概念；了解 频分复用、复合调制和多级调制的概念重点：1.线性调制原理； 2.各种调制方式的性能比较。难点：各种调制方式的抗噪声性能；整理整理ppt 基带信号 具有 较低的频率分量较低的频率分量 ，不宜 通过 无线信道传输 。

2、因此，在通信系统 的 发送端 需要由 一个载波 来运载运载 基带信号 ，也就是使 载波信号载波信号 的 某一个 ( 或 几个 ) 参量参量 随 基带信号 改变 ，这一过程 就称为 调制调制 。 在通信系统 的 接收端 则需要有 解调过程解调过程 。 整理整理ppt 调制的 目的目的 是： 1. 将 调制信号调制信号（基带信号）转换成 适合于 信道传输的 已调信号已调信号（频带信号）； 2. 实现 信道的 多路复用多路复用 ， 提高 信道利用率 ； 3. 减小干扰 ，提高 系统 抗干扰能力抗干扰能力 ； 4. 实现 传输带宽传输带宽 与 信噪比信噪比 之间 的 互换 。 整理整理ppt调制的分类

3、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整理整理ppt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

4、化：频谱的变化：已调信号与输入信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 整理整理ppt模拟调制模拟调制线性调制线性调制非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)常规调幅常规调幅AMAM双边带双边带DSBDSB调幅调幅单边带单边带SSBSSB调幅调幅残留边带残留边带VSBVSB

5、调幅调幅相位调制相位调制频率调制频率调制 本章 重点讨论重点讨论 用 去控制 正弦载波参数 的 模拟调制 。 主要内容有： 各种 已调信号 的 时域波形时域波形 和 频谱频谱结构结构 ， 调制 和 解调 的 原理原理 及 系统的 抗噪声性能抗噪声性能 。整理整理ppt 幅度调制幅度调制 是 用 调制信号 去控制 高频载波 的 幅幅度度 ，使之 随 调制信号 作线性 变化的过程 。幅度调制幅度调制器器 的一般模型 如图所示 ：图 5-0 幅度调制器的一般模型 图中， 是是 基带信号基带信号， 是 滤波器 的 冲激响应冲激响应 为载波幅度， 为载波角频率； 为载波初始相位；为方便分析，一般假定 ，

6、 。c 0 00 1A A整理整理ppt 更为一般的情况是滤波器的 冲激响应 ，或者不采用滤波器。这时幅度调制信号可以表示为：( )( )h tt (s( ) cocmstm tt 如果调制信号m(t)的频谱为 ，则容易得到已调信号 的频谱 为：()M ( )mst()mS 1()()()2mccSMM 幅度调制信号，在 波形波形 上，它的幅度(包络) 随基带信号规律而变化；在 频谱结构频谱结构 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 。整理整理ppt 由于 这种搬移 是 线性的 ，因此，幅度调制 通常又称为 线性调制线性调制 。适当选择 滤波器滤波器 的的 特性特性

7、H () ，便可以 得到 各种幅度各种幅度调制信号调制信号。 常规双边带调幅（AM） 抑制载波双边带调幅（DSB-SC） 单边带调幅（SSB） 残留边带调幅（VSB） 这里的“线性”并不意味着已调信号和信号之间符合线性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。整理整理ppt5.1.1 调幅调幅 ( AM ) 假设 调制信号 m(t) 的平均值为0，将其 叠加叠加 直流直流 A0 后 ，与 载波 相乘相乘 ，就可形成 调幅 (AM) 信号 。AMcccstAm ttAm ttt00c( )(os) cos( )cos AMccccASMM0()(1( )()()2) 图 5-1AM

8、 调制模型其中，这里假设m(t) 为确知信号；如果m(t) 为随机信号，则已调信号的频域须用功率谱来描述。整理整理ppt5.1 幅度调制(线性调制)原理图 5-2AM 信号 的 波形 和 频谱HAMBf2 下边带上边带载频载频整理整理ppt整理整理ppt整理整理ppt整理整理ppt( )m tAM( )st0( )Am t OtOtOOttcosct m tA0max( ) 通过调制信号的波形可以看出，如果 ，则AM波的包络与调制信号 m(t)的形状完全一样，因此用包络检波的方法就很容易从已调信号中恢复出原始调制信号； 如果调制信号 ，就会出现“过调幅”现象，这时用包络检波将会发生失真，需要采

9、用其他的解调方法。0max( )m tA 整理整理ppt 调制效率调制效率 已调信号中，有用功率（承载信息所用的功率）占信号总功率的比例称为调制效率，用 表示。 AMAcccMctttPstAm tAtmmtAt22222220020cosc( )oscosc2( )( )s)o m t ( )0 假定cAMsmtPPPA2202( )2则式中， Pc 为 载波功率载波功率 ， Ps 为 边带功率边带功率 。21cos2cos2cctt /2/21( )lim( ) dTTTs ts ttT 0整理整理pptSAMAMPmtPAmt2220( )( ) 调制效率调制效率 ： 由此可见， AM

10、信号的 总功率总功率 包括 载波功率 和边带功率 两部分 。载波分量 不携带 信息 ，仍占据 大部分功率 ，因此， AM 信号的 功率利用率功率利用率 比较低 。 整理整理pptn 优点：可以采用包络检波法解调，不需本地同：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。步载波信号，接收机成本很低。n 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整理整理ppt5.1.2 双边带调制双边带调制 ( DSB) 在 AM 信号

11、 中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果在AM调制模型中将直流A0去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式 抑制载波双抑制载波双边带信号（边带信号（DSB-SC） ，简称 双边带信号双边带信号 ( DSB ) 。AMccccASMM0()(1( )()()2) DSB的频谱与AM相近，只是没有了在 处的 函数。 c DSBcstm tt( )( )cos 1( )()()2DSBccSMM 其 时域 和 频域 表示式 分别为 整理整理ppt 图 5-3DSB 信号 的 波形 和 频谱整理整理ppt 与AM信号比较，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信

12、息传输。 由 时间波形 可知，DSB 信号的包络信号的包络 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 调制信号，需采用 相干解调相干解调 ( 同步检波 ) 。 由频谱图可知， DSB 信号 虽然 节省了 载波功率 ,但 它的 频带宽度频带宽度 仍是 调制信号带宽 的 两倍两倍 ，上、下两个边带 是 完全对称完全对称 的，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。这样既节省发送功率，还可以节省一半传输频带，称为单边带调幅（SSB）。整理整理ppt 单边带信号 的 产生方法 通常有 滤波法滤波法 和 相移法相移法1. 滤波法及滤波法及S

13、SB信号的频域表示信号的频域表示 产生SSB信号最直观的方法 是先产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。 技术难点技术难点 是：由于 调制信号 常具有 丰富的 低频低频成分成分，使得 DSB 信号 的 上、下边带之间的 间隔很窄间隔很窄 ,这要求单边带滤波器在f c 附近具有 陡峭的截止特性陡峭的截止特性，这就使滤波器的设计和制作很困难。图 5-4 滤波法SSB信号调制器5.1.3 单边带调制单边带调制 ( SSB )整理整理ppt5.1 幅度调制(线性调制)原理5.1 幅度调制(线性调制)原理图 5-5 滤波法形成上、下边带信号的频谱图

14、整理整理pptcUSBc HH 1( )( )0 cLSBc HH 1( )( )0 SSBDSBSSH( )( )( ) SSB信号的频域表示信号的频域表示 上边带（USB）滤波器 下边带（LSB）滤波器 SSB信号的频域表示整理整理ppt 滤波器实现的技术难点：滤波器实现的技术难点： 实际的滤波器从通带到阻带总有一个过渡带实际的滤波器从通带到阻带总有一个过渡带 ，这就要求上下边带之间有一定的频率间隔这就要求上下边带之间有一定的频率间隔 。只有。只有当当 时，滤波器方可以实现。时，滤波器方可以实现。 定义滤波器的定义滤波器的归一化值归一化值： fc为载频为载频fBBfcff 归一化值反映了滤

15、波器衰减特性的陡峭程度。归一化值反映了滤波器衰减特性的陡峭程度。归一化的值愈小，滤波器愈难以实现。一般要求不归一化的值愈小，滤波器愈难以实现。一般要求不低于低于10-3。整理整理ppt 多级调制滤波多级调制滤波1cc 整理整理ppt2. 相移法和相移法和SSB信号的时域表示信号的时域表示 在 单频调制 情况下，可简单推导出 SSB 信号 的 时时域表示式域表示式 。而 任意一个任意一个 基带波形基带波形 总可以 表示成 许多正弦信号 之和之和 ，所以可进行 推广 。 设单频调制信号m(t)和载波c(t)分别为mmcm tAt c tt( )cos( )cos 则DSB信号的时域表示式为mcDS

16、mcmBmmcmstAtt AAtt( )coscos1cos()1co ()22s 整理整理pptmcmmDSBcmAAsttt1cos(1cos()2( )2 上边带信号时域表达式为下边带信号时域表达式为LSBmcmmmcmmcstAt AttAtt1( )cos()211coscossinsin22USBmcmmmcmmcstAt AttAtt1( )cos()211coscossinsin22整理整理ppt把上下边带表达式合并起来可以写成SSBmmcmmcstAttAtt11( )coscossinsin22 希尔伯特(Hilbert)变换 为了将上面的结果推广到 任意的 调制信号m(

17、t)上，需要引入 Hilbert变换 的概念。则若m tM( )() 为 傅立叶变换对 MjtMm( )(s n(g) 则称 为 的 Hilbert变换。m t ( )m t ( ) 符号函数整理整理ppt式中 符号函数符号函数1,0sgn1,0 Hilber变换的含义：对 中所有的频率分量均相 移 ，即得到其Hilber变换 。m t ( )m t ( )2 Hilber变换的性质 cos()sin()cctt sin()cos()cctt 整理整理pptmmSSBccmmAtAtsttt11( )cossisin22ncos 运用Hilbert变换，上面SSB信号的时域表达式可以写成SSB

18、cmmcmmAstttAtt11( )ccossinosos2c2 推广到一般情况，即可得到调制信号为任意信号时的SSB信号的时域表达式SSBccm tm tsttt11( )co( (2)sn2)si 其中， 是 的Hilbert变换。m t ( )m t ( )整理整理ppt 相移法得到SSB信号图 5-6 相移法SSB信号调制器Hilbert滤波器hHj( )sgn SSBccm tm tsttt11( )co( (2)sn2)si 整理整理ppt 相移法得到SSB信号的几何解释整理整理ppt 相移法 形成 SSB信号 的 困难困难 在于 Hilbert滤波器滤波器的 制作 ，要求对 m

19、 (t) 的 所有频率分量 都必须 严格严格 相相移移/ 2 ，这一点 即使 近似达到 也是困难的。 为解决该难题，可采用 混合法混合法 ( 也叫 维弗法 ) 。 SSB 调制方式在传输信号时，不但可 节省 载波载波 发发射功率射功率 ，而且 它 所占用的 频带宽度频带宽度 为 BSSB = f H ，因此 目前 已成为 短波通信 中 一种重要 调制方式 。 SSB 信号的解调 和 DSB 一样 不能采用 简单的 包络检波 ， 仍需 采用 相干解调相干解调 。 整理整理ppt5.1.4 残留边带调制残留边带调制 (VSB ) 用 滤波法滤波法 实现 残留边带调制残留边带调制 的 原理原理 与图

20、5-4相同 。不过滤波器 的 特性 应按 残留边带调制 的 要求 来进行 设计 ，而不再要求十分陡峭的 截止特性，因而相对容易实现。 残留边带调制 是 介于 SSB 与 DSB 之间 的 一种 折中方式 ，它既 克服了 DSB 信号 占用频带宽占用频带宽 的 缺点缺点 ，又 解决了 SSB 信号 实现中实现中 的 难题难题 。 在VSB中，不是完全 抑制 一个边带 ( 如同 SSB 中那样 ) ，而是 逐渐 切割 ，使其 残留 一小部分 。整理整理ppt5.1 幅度调制(线性调制)原理图 5-7DSB、 SSB 和 VSB 信号的频谱整理整理ppt5.1 幅度调制(线性调制)原理 将 式(5.

21、1-24) 代入上式，得到( )2( )cos()()VSBcVSBVccpSBSststtS cVSBcSMMH1()( )( )2 (5.1-24)(2)(21( )( )()21( )()2)cpcccSMH MMMH 整理整理ppt(1( )( )2)()ccdHSHM 选择 合适的 ,消掉 2c 处 的 频谱，则 低通滤波器低通滤波器 的 输出 为 ：().()ccHconsHHt 通过上面的分析得出，为了保证相干解调输出无失真地恢复调制信号m(t)，必须要求上式中， 是调制信号的截止角频率。H 整理整理ppt5.1 幅度调制(线性调制)原理(a) 残留部分上边带的滤波器特性; (b

22、) 残留部分下边带的滤波器特性图 5-9 残留边带的滤波器特性低通低通带通带通 或 高通高通两种形式整理整理ppt5.1 幅度调制(线性调制)原理 以 残留上边带残留上边带 的 滤滤波器波器为例，它是一个低低通通滤波器。使上边带上边带小部分残留，而使下边带下边带绝大部分通过 。 在 = = 0 处 具有 互补互补对称的滚降特性对称的滚降特性 残留边带滤波器的特性：在c 处 具有 互互补补 对称对称 ( 奇对称奇对称 ) 特性特性 . 那么， 采用 相干解相干解调法调法 解调 残留边带信号 就能够准确地 恢复所需的 基带信号 。整理整理ppt5.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型 图

23、5-10 线性调制(滤波法)一般模型 滤波法一般模型 适当选择滤波器的特性 ，便可得到各种幅度调制信号。( )H 整理整理ppt( )( )cos* ( )(cos()dcmcstm tth thm tt ( )()d coscos sin(sin)()dcccchm thmttt 设( )( )cos ( )( )sinIcQch th tthth tt ( )cossin c( )*( )()*( )os)in)s(QcImcccQIsttttth tm tmttttssh 相移法一般模型(不作要求)coscocos()ssinsincccccttt 整理整理ppt图 5-11 线性调制(

24、相移法)一般模型( )cossin c( )*( )()*( )os)in)s(QcImcccQIsttttth tm tmttttssh ( )( )( )cosIIcHh th tt ( )( )( )sinQQcHhth tt 同相滤波器：正交滤波器：整理整理ppt 0coscm ttm cossinccm ttm tt coscm tt cossinccm ttm ttAMDSBSSBVSB2fH时域表达式时域表达式带宽带宽2fHfHfH2fH调制方式调制方式各种线性调制方式各种线性调制方式整理整理ppt5.1.6 相干解调与包络检波相干解调与包络检波 调是调制的逆过程，其作用是从接收

25、到得已调信号中恢复出原基带信号（调制信号）。解调的方法可以分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。1. 相干解调（同步检波）相干解调（同步检波）图 5-12 相干解调器的一般模型整理整理ppt 相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，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（称为相干载波）。 相干解调器适用于所有线性调制信号的解调。 以DSB信号的解调为例( )( )cosmcstm tt 21( )cos( )1( )( )22cos(s2)copcmccststtm ttm tm t t LPF1( )2m t21cos2cos2cctt 整理整理ppt0 0

26、M M Sm( cccos ct2 2 c 2 2 cSp( 0 整理整理ppt 以SSB信号的解调为例(11 ( )( )con)ssi22mccm ttttstm ( )( )cos11cossincos221( )11( )cos2( )sin2 (44( )4)pmccccccststt ttt mm tm ttm tmttt 1(4)(dsmtt 高频分量整理整理ppt 以AM信号的解调为例0( )( )cosmcstAm tt 2000( )( )cos()cos1( )2) cos22cpmccststtAm ttA Am t m tt 01( )( )22dAstm t 高频分

27、量 直流分量需要滤除整理整理ppt2. 包络检波包络检波图 5-13 包络检波器 AM信号在满足| m(t) |max A0 的条件下，其包络与调制信号m(t) 的形状完全一样。因此AM信号除了可以采用相干解调外，一般都采用简单的 包络检波法 来恢复信号。整理整理ppt 利用包络检波器对AM信号解调时的各点波形 包络检波器结构简单，且解调出的信号是相干解调时输出的两倍。因此一般AM信号均采用包络检波的方法进行解调。整理整理ppt 在大信号检波时（一般大于 0.5V），二极管处于受控开关状态。选择 RC 满足如下关系1HcffRC其中，fH 是调制信号的最高频率；fc 是载波的频率。 包络检波器

28、结构简单，且解调出的信号是相干解调时输出的两倍。因此一般AM信号均采用包络检波的方法进行解调。整理整理ppt 前面的分析（解调）都是在没有噪声的条件下进行的，而实际的系统都避免不了噪声的影响。因此本节将要研究的问题是：在信道加性高斯白噪声的背景下，各种线性调制系统的抗噪声性能。5.2.1 分析模型分析模型 整理整理ppt 带通滤波器带通滤波器 的 作用作用 是 滤除 已调信号 频带以外 的噪声噪声 ，因此，经过 带通滤波器 后 到达 解调器解调器 输入输入端端的 信号 仍可认为 是 sm(t) ，噪声为 ni(t) 。 sm(t) 为 已调信号，n(t) 为信道 加性高斯白噪声。 解调器输出的

29、 有用信号 为 mo(t)，噪声为 no(t)。整理整理ppt 当 带通滤波器 带宽 远小于 其 中心频率中心频率 时 ( 窄带窄带滤波器滤波器 ) ， n i (t) 为 平稳窄带高斯白噪声平稳窄带高斯白噪声 。icsn tn ttn tt00( )( )cos( )sin0( )( )cos( )in tV ttt 或者icsn tn tn t( )( )( )0 icsin tn tn tN222( )( )( ) Ni 为 解调器 输入噪声输入噪声 n i (t) 的 平均功率平均功率 。整理整理pptiNn B0 这里的带宽B应等于已调信号的频带宽度，以保证已调信号无失真地进入解调器

30、，同时又最大限度地抑制噪声。 若白噪声 的 双边功率谱密度双边功率谱密度 为 n0 / 2 ，带通滤波器传输特性传输特性 是 高度 为 1 、带宽 为 B 的 , 则整理整理ppt *通信系统的性能指标有两个：通信系统的性能指标有两个：有效性和可靠性有效性和可靠性。有有效性指的是系统传输信号效率的高低；可靠性指的效性指的是系统传输信号效率的高低；可靠性指的是系统传输信号抗干扰能力的强弱。是系统传输信号抗干扰能力的强弱。* 调制系统的抗噪声性能主要由调制系统的抗噪声性能主要由解调器解调器的抗噪声性的抗噪声性能体现。具体来说是指解调后的输出信噪比与解调能体现。具体来说是指解调后的输出信噪比与解调前

31、相比是改善还是恶化了。前相比是改善还是恶化了。*可靠性通常用可靠性通常用输出信噪比输出信噪比来衡量。输出信噪比指信来衡量。输出信噪比指信号的平均功率与噪声平均功率的比值。号的平均功率与噪声平均功率的比值。整理整理ppt200200( )( )SmtNn t 输输出出输输解解调调器器有有用用信信号号的的平平均均功功率率解解调调器器噪噪声声的的平平均均功功出出率率 为 衡量 同类调制系统 不同解调器 对 输入 信噪比的 影响 ，可用 输出和输入信噪比输出和输入信噪比 的 比值比值 G 来表示，即iiSNGSN00/ 22( )( )imiiSstNn t输输入入输输解解调调器器已已调调信信号号的的

32、平平均均功功率率解解调调器器噪噪声声的的平平均均功功入入率率 G 称为 调制制度增益调制制度增益 。G 越大，表明 解调器 的 抗噪声性能 越好 。整理整理ppt整理整理ppt5.2.2 DSB调制系统的性能调制系统的性能 在 分析 DSB 、SSB 、VSB 系统 的 抗噪声性能抗噪声性能 时 ，应采用 相干解调器相干解调器 ，如图所示： 相干解调 属 线性解调线性解调 ，所以可以分别计算解调器输出的 信号功率 和 噪声功率 。 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 整理整理ppt 设 解调器 输入信号输入信号 为mcs

33、tm tt( )( )cos 与 相干载波 相乘相乘 后ccm ttm tm tt211( )cos( )( )cos222 经 低通滤波器低通滤波器 后m tm t01( )( )2 输出端 的 信号功率信号功率 为Smtmt22001( )( )4整理整理ppt 解调 DSB 时 ，接收机中 的 带通滤波器 的 中心频率中心频率0 与 调制载频调制载频 c 相同 ， 即 coscos11( )( )cos2sin22( )( )cos( )sin)2(iccsccccccscnnttn tn ttttn ttnttt 经 低通滤波器低通滤波器 后cn tn t01( )( )2 故 输出输

34、出 噪声功率噪声功率 为 ：cHiNntntBfn BN2200011( )( )4414(2) 正交分量正交分量 被抑制整理整理ppt低通滤波器低通滤波器 的 带宽带宽 B2 f H ，为 双边带 信号的带宽 。 解调器 输入信号 平均功率平均功率 为 ：imcSstm ttmt2221( )( )cos( )2 iiSmtNn B20( )/2 iSmtmtNNn B22000( )/4( )/4DSBiiSNGSN00/2/ 制度增益制度增益 为 ： DSB 信号 解调器 使 ，这是因为 同步解调 使 输入的 缘故整理整理ppt通信原理 2008年5.2.3 SSB 调制系统的性能调制系

35、统的性能 的 解调方法 与 相同相同 ，区区别别 仅在于 解调器 之前的 带通滤波器带通滤波器 的 带宽带宽 和 中心中心频率频率 不同不同 。前者 带通滤波器带通滤波器 的 带宽带宽 是 后者的 一半 .iHBBNnfN00(1144) mccstm ttttm1( )21( )( )cossin2 m tm t01( )( )4 与 相干载波相干载波 相乘 后，再经 低通滤波低通滤波 可得 ：单边带单边带 信信号号 表示式表示式单边带单边带 带带通滤波器通滤波器 带宽带宽解调器解调器 输出输出噪声噪声 与 输入输入噪声噪声 的 功率功率正交分量正交分量 被抑制Smtmt22001( )(

36、)16整理整理ppt输入信号 平均功率平均功率imccSstm ttm ttmtmtmt2222211 111( )( )cos( )sin( )( )( )44 224 于是，单边带 解调器解调器 的 输入信噪比输入信噪比 为iiSmtmtNn Bn B2200( )/4( )4 输出信噪比输出信噪比 为：iSmtmtNNn B22000( )/16( )/44SSBiiSNGSN00/1/ 制度增益制度增益 为 ：整理整理ppt 这是因为 ，在 SSB 系统中， 信号 和 噪声 有 相同相同 表示形式表示形式 ，所以，相干解调过程 中， 信号 和 噪声 的 正交分量正交分量 均被抑制掉 ，

37、 故 信噪比信噪比 。 若在 相同相同 输入 信号功率 S i ，相同相同 输入 噪声功率谱密度 n0 ，相同相同 基带信号带宽 f H 条件下，对 这两种 调制方式 进行比较 ，它们的 输出信噪比输出信噪比 是 相等的相等的 。 因此 两者的 抗噪声性能抗噪声性能 是 相同的 ， 但 双边带信双边带信号号 所需的 传输带宽传输带宽 是 单边带单边带的 两倍 。 GDSB = 2 GSSB 。这 是否 说明 双边带系统双边带系统 的 抗噪声抗噪声性能性能 比 单边带系统单边带系统 好好 呢？整理整理ppt VSB 调制系统的性能调制系统的性能 VSB 调制系统 的 抗噪声性能抗噪声性能 的 分

38、析方法 与 上面的相似相似 。但是，由于 采用的 残留边带滤波器 的 频率特性频率特性形状不同形状不同 ，所以 是 比较复杂 的 。 但是 残留边带残留边带 不是 太大 的 时候，近似认为 与 SSB 调制系统 的 抗噪声性能抗噪声性能 相同相同 。5.2.4 AM包络检波的性能包络检波的性能 AM 信号 可采用 相干解调相干解调 和 包络检波包络检波 。相干解调时，分析方法分析方法 与 前面 双边带 ( 或 单边带 ) 的 相同相同 。 实际中，AM 信号 常用 解调 .整理整理pptmcsttAm t0( )( )cos icccsn tn tn tttco( )( )(sn)siimAS

39、mtst2220( )2)2(iiAmtn BSN2200( )2 iiNn tn B20( ) 整理整理ppt 解调器 输入 是 信号 加 噪声 的 混合波形混合波形 ，即 miccsccm tstAEnn ttn ttttt0( )( )cos( ) si( )cos)n( 合成包络合成包络csmE ttn tn tA022( )()( 合成相位合成相位 scn ttAm tn t0( )( )arctan( )( ) 是 理想包络检波器 的 输出输出 ，有用信号有用信号 与 噪声噪声 。因此，计算 是 困难的 。 我们来 考虑 两种两种 特殊情况特殊情况 ：整理整理ppt5.2 线性调制

40、系统的抗噪声性能 大信噪比情况大信噪比情况csn tnAm tt220)( )( cscE tAm tAm tntttnn20022( )( )2( )( )( )( ) cAm tAmntt002( )(2)( cAm tAmn tt002( )1( )( ) xxx1211,12 cAm tm tn tA00( )1( )( ) cAm tn t0( )( ) 合成包络合成包络022( )( )( )csE tn tmAtn t 整理整理ppt 式中 直流分量直流分量 被 电容器电容器 阻隔 ，有用信号有用信号 与 噪噪声声 ，因而 可分别 计算出 输出输出 有用信有用信号号 功率功率 及

41、 噪声功率噪声功率 ：Smt20( ) ciNn tn tn B2200( )( ) SmtNn B2000( ) 输出信噪比输出信噪比 iAMiSSANmtGmNt200220/2(/) 制度增益制度增益 显然 ，AM 信号 的 调制调制 制度增益制度增益 GAM 随 的 减小 而 增加增加 。2200( )2iiAmStNn B 整理整理ppt 但对 包络检波器 来说，为了 不发生 过调制现象过调制现象 ,应有 ，所以所以 GAM 总是总是 小于小于 1 。 例如：100% 的 调制调制 ( 即 A0 |m(t)|max ) ，且 又是 正弦型信号正弦型信号 时， 有Amt220( )2

42、代入 上式 可得：AMG23 这是 AM 系统 的 最大信噪比增益最大信噪比增益 。这说明 解调器解调器对 输入信噪比输入信噪比 没有 改善 ， 而是 恶化恶化 了 。 iAMiSSANmtGmNt200220/2(/) 整理整理ppt5.2 线性调制系统的抗噪声性能 可以证明，若 采用 同步检波法同步检波法 解调 AM 信号 ， 则 得到的 GAM 与 式(5.2-38) 给出的 结果相同相同 。 由此可见，对于 AM 调制 系统 ，在在 大信噪比大信噪比 时时，采用 解调 的 性能性能 与 时 的 性性能能 几乎一样 。 但应该注意 ， 后者的 调制调制 制度增益制度增益 不受 信号信号

43、与 噪声噪声 相对幅度相对幅度 假设条件假设条件 的 限制 。2220/2(/)( )oiioAMASNmSNtGmt 整理整理ppt 小信噪比情况小信噪比情况csAm tn tn t220( )( )( ) cscE tn tn tn tAm tAm t20220( )( )( )2( )( () ccsn tAmtn ttn0222( )( ()( ) ccscsn tn tn tn tAmn tt202222( )( )( )1( )( )( ) cscsccsAm tn tntntntntntnt22222202( )( )( )( )( )( )( )1( 整理整理pptcn tR

44、ttco( )s)( csR tn tn t22( )( )( ) 噪声包络噪声包络 ：scn ttn t( )( )arctan( ) 噪声相位噪声相位 ： Am tE tR ttR tR tAm tt( )( )( ) 1cos ( )c( )(os ( )( ) R tAm t0( )( ) xxx1211,12 ，再利用Am tRttR t02( )( ) 1( )cos ( ) 2222202( )( )( )( )( )2( )( )1( )cscsccsntntntAmntntntntt 整理整理ppt 因此 ，输出输出 信噪比信噪比 急剧下降急剧下降 ，这种现象 称为 解调器

45、的 门限效应门限效应 。 开始出现 门限效应 的 输入信噪比输入信噪比 称为 门限值门限值 。 这种 门限效应 是由 包络检波器 的 非线性非线性 解调解调 作用 所引起的 。 这时，E (t) 中 没有 , 只有受到调制的 项 。m tt( ) cos ( ) tcos ( ) 由于 是 一个 随机噪声随机噪声，因而 被噪声扰乱，致使 也 只能 看作是 噪声噪声 。tcos ( ) m tt( ) cos ( ) 整理整理ppt用 相干解调相干解调 的的 方法方法 解调 各种 线性调制信号线性调制信号 时 ，不存在 门限效应门限效应 。 原因是 信号信号 与 噪声噪声 可分别 进行解调 ，解

46、调器 输出端 总是 有用信号项有用信号项 。 以上分析 可得 如下 结论结论：大信噪比大信噪比 情况下，AM 信号 包络检波器 的 性能性能 几乎与 相干解调法 相同相同； 但 随着 的 ，包络检波器包络检波器 将在 一个 特特定定 输入 信噪比值 上 出现 ； 一旦 出现 门限效应 ，解调器 的 输出 信噪比 将 急急剧剧 恶化恶化 。 整理整理ppt* AM系统调制解调电路简单，但功率利用率低，抗噪系统调制解调电路简单，但功率利用率低，抗噪声性能差声性能差* SSB系统的功率利用率为系统的功率利用率为100%，抗噪声性能好，频，抗噪声性能好，频带利用率高，所占用的频带只是带利用率高，所占用

47、的频带只是AM和和DSB的一半，但的一半，但调制，解调电路复杂。调制，解调电路复杂。* DSB系统的功率利用率为系统的功率利用率为100%，抗噪声性能好，但，抗噪声性能好，但所占用的带宽仍和所占用的带宽仍和AM相同，都是相同，都是2fm，且相干解调电，且相干解调电路复杂。路复杂。总结：总结：整理整理ppt* VSB系统的性能基本和SSB系统性能相近，VSB信号比较容易产生，占用的频带比SSB稍宽。*不能因为不能因为DSB的的G值为值为2，SSB为为1，而说前者优，而说前者优于后者。因为于后者。因为SSB信号的带宽仅为信号的带宽仅为DSB的一半，所的一半，所以以DSB的输入噪声功率的输入噪声功率

48、Ni是是SSB的两倍。就信噪比的两倍。就信噪比而言，而言，DSB、SSB具有相同的性能具有相同的性能.整理整理ppt例例1 1：对抑制载波的双边带信号进行相干解调，设接：对抑制载波的双边带信号进行相干解调，设接收信号的功率为收信号的功率为2mW2mW，载波为，载波为100KHz100KHz，并设调制信，并设调制信号号m(t)m(t)的频带限制在的频带限制在4kHz4kHz，信道具有均匀的噪声的双，信道具有均匀的噪声的双边功率谱密度边功率谱密度P(f)= =（1 1）求该理想带通滤波器的传输特性）求该理想带通滤波器的传输特性H(W)H(W)（2 2）求解调器输入端的信噪功率比）求解调器输入端的信

49、噪功率比（3 3）求解调器输出端的信噪功率比）求解调器输出端的信噪功率比HZW /1023 整理整理ppt解解： （1 1）带通滤波器的宽度等于已调信号的宽度，）带通滤波器的宽度等于已调信号的宽度，即即 KHZ KHZ ，其中心频率为，其中心频率为100kHz100kHz，故，故有：有：8422mfB其它0104|96)(fKH 5 .621032102)(1032101021082)(2102263ii6633i3iNSWfPBNWS输入噪声功率）输入信号功率（整理整理ppt1255 .622223ii00NSNSGDSB，则有的增益）因为（整理整理ppt例例2 2：发射功率为：发射功率为0

50、.1W0.1W，信道噪声的单边带功率谱密，信道噪声的单边带功率谱密度度n n0 0=10=10-8-8，调制信号带宽为，调制信号带宽为5kHz5kHz。分别对。分别对DSBDSB和和SSBSSB计算计算S S0 0、N N0 0和和S S0 0/N/N0 0整理整理ppt 相位相位 与 频率频率( )cosm tAt 其中， 称为 ； 称为 ，即当 时的瞬时相位值。 ( ) tt 0t 频率频率 是 瞬时相位瞬时相位 对的 导数导数，反映了瞬时相位的变化速度；因此有 。( )d ( )/dttt 当瞬时相位为时间的一次函数时，其导数为一个常数，也就是说频率是一个和时间 t 无关的常数。瞬时相位

51、以恒定的速率随时间变化。例如上面的函数。整理整理ppt 幅度调制 属于 线性调制线性调制 ，它是 通过 改变 载波的载波的幅度幅度 ，以 实现 调制信号频谱调制信号频谱 的 平移 及 线性变换 的 . 使 高频载波 的 或 按 调制信号 的 规律 变化 而 振幅 保持 恒定 的 调制方式 ，称为 频率调制频率调制 ( FM ) 和 相位调制相位调制 ( PM ) ， 分别简称为 调频调频 和 调相调相 。 因为 频率 或 相位 的变化都表现为 载波瞬时相位载波瞬时相位 的 变化 ，故 调频 和 调相 又统称为 角度调制角度调制 。 角度调制 与 线性调制 不同 ，已调信号频谱 不再是 原调制信

52、号频谱 的 线性搬移 ，而是 ，会产生 与频谱搬移不同的 新的频率成分新的频率成分 ，故又称为 非线性调制非线性调制 。 整理整理ppt5.3.1 角度调制的基本概念角度调制的基本概念1. FM和和PM信号的一般表达式信号的一般表达式 的 一般表达式 为：mcstAtt( )cos( ) 为载波的 恒定振幅；恒定振幅；ctt ( ) 为信号的 瞬时相位瞬时相位t ( ) t ( ) 为相对于 载波相位 c t 的 瞬时相位偏移；瞬时相位偏移；cdttdt( ) / 是信号的 瞬时角频率，记为瞬时角频率，记为 ；( ) t 称为相对于 载频 c 的 瞬时频偏。瞬时频偏。dtdt( )/ 整理整理

53、ppt 所谓 相位调制相位调制 ，是指 瞬时相位偏移 随 调制信号 m(t) 作 线性变化，即ptKm t( )( ) 调相信号调相信号PMcpstAtK m t( )cos( ) 所谓 频率调制频率调制，是指 瞬时频率偏移 随 调制信号 m(t) 作 线性变化 ，即fdtKm tdt( )( ) 调频信号调频信号( )( )cosFMcfKmstAtd 调相灵敏度调相灵敏度rad/V调频灵敏度调频灵敏度rad/(s.V)整理整理ppt 瞬时相偏瞬时相偏 与与 瞬时频偏瞬时频偏 假设调制信号和载波分别为( )cosmmm tAt ( )coscc tAt 在没有进行调制之前，载波信号的瞬时相位

54、以固定的速率随时间增长，而频率则为一个常数。整理整理ppt 相位调制相位调制PM( )cos( )coscosPMcpcpmmstAtK m t AtK At 经过调制之后，瞬时相位变为：( )coscpmmttK At 其中，瞬时相位 相对于 调制前相位之间的差值称为 瞬时相位偏移瞬时相位偏移。即cospmmK At 瞬时相位偏移 其最大值称为最大相位偏移，简称 最大相偏最大相偏。最大相偏整理整理ppt 由于频率是瞬时相位的导数，而相位调制导致载波瞬时相位的变化速率瞬时相位的变化速率 随 调制信号的规律调制信号的规律 变化，所以也必将导致频率发生变化。( )coscpmmttK At d (

55、 )( )sindcpmmmttK Att 由此可见，调相的同时频率也被“调制”了，对于PM信号来说，其频率的变化规律与一致。因此，调相和调频实际上是的。整理整理ppt可以把PM信号和FM信号的时域表达式写为 调相信号调相信号( )( )cosPMcpK m tstAt 调频信号调频信号( )( )cosFMcfKmstAtd 可见，FM 和 PM 非常相似 ，其区别仅在于 PM是相位偏移随调制信号m(t)线性变化，FM 是相位偏移随m(t)的积分呈线性变化。如果m(t) ，则 无法判断 已调信号已调信号 是 调相信号 还是 调频信号 。整理整理ppt2. 单音调制单音调制FM与与PM 设调制

56、信号为 单一频率单一频率 的正弦波mmmmm tAtAf t( )coscos2PM( )cos( )cpstAtK m t 当它对载波进行 相位调制相位调制 时PM( )coscos coscoscpcpmmmstAtK AtAttm 式中， 称为 调相指数调相指数，表示 最大的 相相位偏移位偏移。ppmmK A 整理整理ppt 如果进行 频率调制频率调制，则 调频信号调频信号FM( )ds( )cocfKmstAt FM( )coscosd cossin cossincfmmcmcfmmmfK AstAtmK AAttAtt fmfmmmK Afmf式中， 称为 调频指数调频指数，表示最大

57、的相位偏移。fm 称为 最大角频偏最大角频偏， 称为 最大最大频偏频偏。fmK A fmfmf 整理整理ppt()sincP mmtmtwwww=-( )cosmmm tAtw=()coscfmmtmtwwww=+( )cosmmm tAtw=PM信号波形信号波形FM信号波形信号波形整理整理ppt3. FM与PM之间的关系FM调制器调制器PM调制器调制器PM调制器调制器积分器积分器FM调制器调制器微分器微分器(a) 直接调频(b) 间接调频(c) 直接调相(d) 间接调相图5-18 FM与PM之间的关系( )m t( )m t( )m t( )m t( )FMst( )FMst( )PMst(

58、 )PMst 调相信号调相信号( )( )cosPMcpK m tstAt 调频信号调频信号( )( )cosFMcfKmstAtd 整理整理ppt5.3.2 窄带调频窄带调频(6( )fkmd 或或） 如果 FM 信号的 最大瞬时相位偏移 满足以下条件 此时 FM 信号的 频谱宽度 比较窄，称为 窄带调频（NBFM）。反之，当不满足上述条件时，FM 信号 的频谱宽度 比较宽，称为 宽带调频（WBFM）。 由于 FM 信号 的频谱相对于 线性调制 来说比较复杂，因此下面 分别讨论 窄带调频 和 宽带调频 情况下的 FM信号 的 带宽问题。整理整理ppt 窄带调频时窄带调频时FM信号的带宽信号的

59、带宽( )( )cosFMcfKmstAtd cos()coscossinsin cos sin( )d sincos( )dfcfcKmtAmtKA 当 满足窄带调频的条件时( )d6 cos( )d1sin( )d( )dffffKmmKmKmK 整理整理ppt( )cos( )dsinNBFMcfcstAtAKmt cos( )( )cossinsin( )ddFMcffcsttKtAKmAm 对上面窄带调频信号的时域表达式作傅里叶变换( ) ()() () ()2NBFMfccccccAKSAMM 与AM信号的频谱比较( ) ()(1()()2 )ccAccMAMSM 整理整理ppt

60、当调制信号为单音信号时，即( )cosmmm tAt ( )cos( )dsinNBFMcfcstAtAKmt cos()cos()c s2ocmmfccmmtAtA KAt cos( )()cos() cos2mAMcmccmAtttstA 可以分别得到 NBFM 和 AM 信号的时域表达式为图5-19 单音调制的AM与NBFM频谱整理整理ppt图5-20 AM与NBFM的矢量表示 在 AM 中，两个边频的矢量与载波相同，所以载波只有幅度的变化，无相位变化；而在 NBFM 中，由于下边频为负，两个边频的合成矢量与载波则是正交相加，所以NBFM不仅有相位的变化 ，幅度也有很很小小的变化。整理整