第三章--模拟调制系统

1、概述：概述： 调制的功能及分类调制的功能及分类一、调制的功能一、调制的功能1 1、信道传输频率特性的需要、信道传输频率特性的需要2 2、把基带信号调制到较高的频率使天线容易辐射、把基带信号调制到较高的频率使天线容易辐射3 3、便于频率分配、便于频率分配4 4、有利于实现信道多路复用，提高系统的传输有效性、有利于实现信道多路复用，提高系统的传输有效性5 5、可减少噪声和干扰的影响，提高系统的传输可靠性、可减少噪声和干扰的影响，提高系统的传输可靠性二、调制的分类二、调制的分类1 1、根据调制信号的分类、根据调制信号的分类 模拟调制模拟调制 数字调制数字调制2 2、根据载波分类、根据载波分类 连续波

2、调制：高频载波是正弦波连续波调制：高频载波是正弦波 脉冲波调制：载波是脉冲序列脉冲波调制：载波是脉冲序列4 4、根据调制前后信号的频谱结构关系分类、根据调制前后信号的频谱结构关系分类 线性调制线性调制 非线性调制非线性调制 3 3、根据调制器的功能分类、根据调制器的功能分类 幅度调制幅度调制 频率调制频率调制 相位调制相位调制3.1 模拟信号的线性调制载波： )cos()(0tAtcc幅度角频率初相位调制信号f(t)调制后：)(cos)()(0tttAtsc瞬时幅度载波的相位偏移A(t)随f(t)作线性变换，称线性调制或幅度调制线性调制或幅度调制；(t)或(t)的导数随f(t)作线性变换，称非

3、线性非线性调制或角度调制；调制或角度调制；一、抑制载波双边带调幅（一、抑制载波双边带调幅（DSB-SCDSB-SC）1 1、时域表达式及频谱图、时域表达式及频谱图ttftscDSBcos)()()(21)(21)(ccDSBFFSf(t)t调制信号时域波形图s(t)t输出信号时域波形图时域波形图 1F()B01/2 0SDSB()2B频谱图)()(21cos)(cccFFttfc(t)t载波信号时域波形图c()0-03 3、平均功率及效率、平均功率及效率)(2tsPDSBDSBfDSBPtfP 2)(21ffDSBfDSBPPPP2 2、带宽、带宽BDSB=2B线性调制：在时域内已调信号 随着

4、调制信号的变化而变化；频域内：频谱的平行搬移。ttftscDSBcos)()(f(t)sDSB(t)cosct双边带调幅调制模型4 4、抑制载波的双边带信号的调制与解调、抑制载波的双边带信号的调制与解调F()10SDSB()1/2cc双边带调制F()1/2cc2c2c低通滤波器双边带信号的解调LPFsDSB(t)cosctsd(t)相干解调练习题练习题：0),400cos()(),100cos()(cttcttf若调制信号f(t)，载波信号为c(t)，若采用抑制载波的双边带调制，画出调制信号、载波信号、已调信号的时域波形图和频谱图。0),400cos()(),100cos()(cttcttff

5、(t)t01t01c(t)sDSB（t)t01C()F()00SDSB()0100100400400300 500 500 300 1/21二、常规双边带调制系统二、常规双边带调制系统1、常规双边带调制（AM）信号的时域表达式及波形调制信号f(t),其平均值为0，即f(t)=0;载波的初相位为0，振幅为1调制后表达式：)cos()()(0ccAMttfAts0),400cos()(),100cos()(cttcttf若调制信号为余弦波信号，载波频率为调制信号频率的4倍，其振幅均为1，其表达式为：A0=2A+f(t)t0132t012sAM（t）3正常调幅正常调幅| )(|0tfA f(t)t0

6、1t01c(t)A0+f(t)A0=1t012t012sAM（t）A0=0sAM（t)t01f(t)t01满调幅过调幅| )(|0tfA | )(|0tfA 调幅指数ttfmAttfAAtstfAtAtfcmacmmAMmmmmcos)2cos(1 cos)2cos()()2cos()cos()(AAmma/2 2、频谱特性、频谱特性ttftAttfAtscccAMcos)(coscos)()()()(Ftf)()(coscccAtA)()(21cos)(cccFFttfF()10BSAM()1/20AA-cc2B4 4、功率分配、功率分配)(2tsPAMAMfcAMPPtfAP 2)(222

7、调制效率fcfAMfAMPPPPP载波功率边带功率3 3、带宽、带宽BAM=2BtAtctAtfcmmcos)(,cos)(0若例：例：则，经则，经AMAM调制后的调制后的AMAM信号功率为多少？信号功率为多少？其调制效率为多少？最大调制效率可达多少其调制效率为多少？最大调制效率可达多少？4 4、应用、应用调幅广播（调幅广播（AMAM）常规调幅方式，收音机常规调幅方式，收音机波段：中波波段：中波535KHz1605KHz,535KHz1605KHz,自由空间，自由空间， 地区性广播地区性广播 短波短波3.9MHz18MHz3.9MHz18MHz，电离层反射，电离层反射， 距离数千公里距离数千公

8、里ttftAttfAtscccAMcos)(coscos)()(00f(t)sAM(t)cosctA0常规调幅调制模型F()10常规调幅调制SAM()1/2ccA0A0t012sAM（t）35 5、常规调幅的调制与解调、常规调幅的调制与解调常规调幅信号的解调t012sd（t）3ACRR1CsAM（t）sd（t）非相干解调包络检波F()10SAM()1/2ccA0A0三、单边带调制（三、单边带调制（SSBSSB）频谱图SHSB() C- C C- CHLSB() C- CB1/2 C- CSLSB()B1/2HHSB() C- CSDSB()2B1/2上边带调制下边带调制四、残留边带调制（四、残

9、留边带调制（VSBVSB）频谱图 C- CSDSB()2B1/2HVSB()SVSB() C- CB1/2 C- CB1/2HVSB()SVSB()残留上边带残留下边带练习题1.已知：调制信号f(t)=cos 0t；载波信号c(t)=cos4 0t;请画出调制信号、载波信号及AM、DSB 、HSB 、LSB调制时的频谱图(AM时直流电平为A0) 0- 0F( )w0-w0F(w)4w0-4w0w 0- 0SDSB( )4 0-4 0w5 03 0-3 0-5 0ww0-w0SAM(w)4w0-4w0w5W03W0-3W0-5W0练习题ww0-w0SUSB(w)4w0-4w0w5W0-5W0ww

10、0-w0SLSB(w)4w0-4w0w3W0-3W0作业p66 1、已调信号为 试画出该信号的频谱及其经过包络检波得厚输出波形。 2、试比较常规双边带调制和抑制载波的双边带调制的异同。)(10cos)100cos2()(6Vttts3.3 模拟信号的非线性调制系统)(cos)()(ttAts瞬时相角瞬时幅度一、调频信号与调相信号一、调频信号与调相信号)(cos)(0ttAtsc常量)(cos)(0tfKtAtsPMcPM)()(tfKtPM相移常数1 1、相位调制（、相位调制（ PM:Phase ModulationPM:Phase Modulation ）2 2、频率调制频率调制(FM:Fr

11、equency Modulation(FM:Frequency Modulation) )(cos)(0dttfKtAtsFMcFM)()()(tfKdttdtFM频偏常数（表征调频器的灵敏度）载波频率(常数)AMFM各种调制时的时域波形图时域波形图f(t)f(t)f(t)结论： 1、FM信号是一个等幅波，它的幅度与调制信号无关； 2、FM信号的频率与调制信号电压有比例关系二、频率调制二、频率调制FM（p59）1、窄带调频和宽带调频的定义、窄带调频和宽带调频的定义(P59)5.0(6|)(|max或dttfKFM由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30 o时，就称为窄带调频（NBFM:narr

12、ow band frequency modulation）不满足窄带条件的调频称为宽带调频（WBFM:Wide Band frequency modulation）(3-3-9)2、窄带调频的带宽（P60） m0F() m c0 c m c + m- c- c m- c + mSNBFM( ) c0 c m c + m- c- c m- c + mSAM()mNBFMfB23 3、宽带调频的带宽、宽带调频的带宽(P61)(P61) c+ m c c m FM=0.5 c+3 m c c 3 m FM=2 c c+10 m c-10 mFM=8max22 )1 (2fffBmmFMFM卡森公式（

13、3-3-14） c+9 m c-9 m18 m6 mmax22 )1 (2fffBmmFMFM1FM1FMmFMfB2窄带调频max22 )1 (2fffBmmFMFM宽带调频4 4、调频信号的功率、调频信号的功率coscos coscos)(ttAdttAKtAtsmFMcmmFMcFM 已调信号的总功率未调载波的功率已调信号的总功率未调载波的功率 A2/2 总功率与调制过程及调频指数无关总功率与调制过程及调频指数无关cfFMPPP 5 5、调频信号的应用、调频信号的应用1、调频广播（WBFM）2、超短波电台（NBFM）（一）、调频信号的产生1、直接调频法FMf(t)sFM(t)VCCf0变

14、容管f(t)sFM(t)电压/电流f(t)sFM(t)载波发生器6 6、调频信号调制与解调、调频信号调制与解调2、间接调频法p32积分器调相器f(t)sFM(t)dttf)(（二）、调频信号的解调非相干解调调频信号有相干解调和非相干解调两种方式相干解调窄带调频信号非相干解调窄带和宽带调频信号)(cos)(dttfKtAtsFMCFM)()(tfKtsFMo)(sin)()(dttfKttfKAtsFMCFMCdfc斜率为Kd输入频率输出电压限幅器及带通微分器包络检波低 通滤波器sd(t)鉴频器鉴频器特性及组成3.2，3.4 模拟调制系统的抗噪声性能 一、线性调制系统的调制与解调ttftscDS

15、Bcos)()(ttftAttfAtscccAMcos)(coscos)()(00f(t)sAM(t)cosctA0常规调幅调制模型f(t)sDSB(t)cosct双边带调幅调制模型讲解内容1、相干解调的分析模型？2、抗噪声性能通过什么质量指标描述？其意义是什么？3、AM、DSB、SSB抗噪声性能的比较？（用指标G、带宽、解调方式说明）4、不同调制方式之间如何比较其抗噪声性能？我们的问题？单边带调制的实现采用滤波法二、线性调制相干解调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型带 通滤波器低 通滤波器s(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)cd(t)=cosct高斯白噪声窄

16、带高斯白噪声1、抗噪声性能分析模型（p52）我们的目标；在给定s (t)及n (t)的情况下，1、确定各种解调器的输入及输出信噪比；2、对各种调制系统的抗噪声性能作出评价nsppns10log102 2、信噪比（、信噪比（SNR:singal noise ratioSNR:singal noise ratio）p52p52信号功率噪声功率3 3、信噪比增益（、信噪比增益（G:GainG:Gain）衡量系统抗噪声性能的重要参数衡量系统抗噪声性能的重要参数iiOONSNSG 表征信号通过系统传输后信噪比的改善情况，G越大抗噪声性能越好回顾：能量谱密度和功率谱密度TFTTP2)(| )(|lim2)

17、()(FEn0/2高斯白噪声双边功率谱密度Pn() 噪声功率谱密度窄带高斯白噪声（AM、DSB）n0/2 0- 0Pn()2B B窄带高斯白噪声（USB）n0/2 0- 0Pn()B窄带高斯白噪声（LSB）n0/2 0- 0Pn()注意；我们遇到的绝大多数噪声都是高斯白噪声。我们在分析问题时都将噪声作为高斯白噪声处理！n0高斯白噪声单边功率谱密度Pn() 1w|F(w)|2B调制信号功率谱图功率谱图信号功率谱图注意这里哦！表示的是功率谱密度面积表示功率功率谱图 01/4 0|SDSB()|22B 01/4 0|Sam()|22B 01/4 0|SLSB()|2B 01/4 0|SUSB()|2

18、B调制后信号功率谱叠加噪声的调制信号（输入信号）功率谱图 1|F()|2Bn0/2功率谱图输入信噪比功率谱图 叠加噪声的输出信号功率谱 01/4 0|SDSB()|22B 01/4 0|SAM()|22B 01/4 0|SLSB()|2B 01/4 0|SUSB()|2B信噪比4、结论：SDB解调器的信噪比改善了一倍，原因是相干解调把噪声中的正交分量抑制掉了，从而使噪声功率减半的缘故SSB中信号和噪声有相同的表示形式，所以在相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制调，故信噪比没有改善，即G=1AM在大信噪比时G1总结调制方式带宽SNRiSNRoG典型解调方式DSB2B2相干解调SSBB1相

19、干解调VSB略大于BAM2B包络检波B：基带信号带宽Bntf02)(Bntf022)(Bntf02)(Bntf024)(Bntf024)(BntfA02202/)(1)()(22202tfAtff(t)为单频正弦信号时2/3例：若某一通信系统输入信号为f(t),经下列调制后求：（1）合成信号g(t)的频谱表达式，并画出其频谱图（2）写出已调波s(t)频域表达式，并画出其频谱图f(t)s(t)cosctg(t)cosmt)(21)(21)(mmFFGF()m-m0)(21)(2121)(21)(2121)(21)(21)(cmcmcmcmccFFFFGGS解:G()m-m0-2m2m1/2S()

20、m-m0-cc1/21/4c 2mc -2mc 2m作业 1、page66 ,二大题1，4，5fc斜率为Kd输入频率输出电压限幅器及带通微分器包络检波低 通滤波器sd(t)鉴频器鉴频器特性及组成三、非线性调制系统的抗噪声性能P62带 通滤波器低 通滤波器sFM(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)高斯白噪声限幅鉴频解调器宽带调频系统抗噪声性能分析模型FMFMFMG33 1时有近似式：当AMFMFMBB29292)1 (32FMFMFMG模拟调制性能比较调制方式带宽G典型应用DSB2B2较少应用SSBB1短波无线电广播话音频分多路VSB略大于B商用电视广播AM2B中短波无线电广播

21、FM2(1+FM)fm超短波电台(窄带FM)调频立体声广播（宽带FM）B：基带信号带宽)()(22202tfAtf)1 (32FMFM作业总结模拟调制的知识，用图表形式画出。内容包括调制类型 调制方式带宽信噪比增益 解调方式应用本章主要内容线性与非线性调制就是调制前后信号频谱之间是否存在线性关系。即频谱是否是线性搬移来确定。AM、DSB调制的时域波形如何？AM、DSB调制的频谱特性如何？AM解调采用包络检波方法，DSB解调采用相干解调。在输入信号功率相同的情况下，线性调制中抗噪声性能DSB与SSB同DSB优于AM调制。线性调制系统频带利用率较高，但抗干扰能力较差；非线性调制系统频带利用率较差，

22、但抗干扰能力较好。小结 1、通常按照调制前、后信号频谱之间是否存在线性关系来将模拟调制分为线性调制和非线性调制两大类。线性调制常规双边带调制AM、抑制载波的双边带调制DSB、 单边带调制SSB和残留边带调制VSB；非线性调制频率调制和相位调制。 2、优缺点：线性调制系统频带利用率较高，但抗干扰能力较差；非线性系统则正好与此相反。 3、从抗噪声能力的角度出发： 调频系统性能最好，单边带系统和抑制载波的双边带系统次之，常规双边带调制信号由于绝大部分功率都分配在载波功率上，其抗声性能最差。 调频系统的调频指数越大，其抗噪声性能越好，但传输信号所需的带宽也越宽，常用于高质量要求的远距离通信系统如微波接

23、力、卫星通信系统以及调频广播系统中。3.5 频分复用（FDM） 所谓多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互所谓多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。不干扰的一种技术。为了在接收端能够将不同路的信号区分开来，必须使不同为了在接收端能够将不同路的信号区分开来，必须使不同路的信号具有不同的特征。最常用的多路复用方式是频分路的信号具有不同的特征。最常用的多路复用方式是频分复用（复用（FDMFDM）、时分复用（）、时分复用（TDMTDM）和码分复用（）和码分复用（CDMCDM）。）。按频段区分信号的方法叫频分复用；按时隙区分信号的方按频段区分信号的方法叫频分复用；按时隙区分信号的方法叫时分复用；按相互正交的码字区分信号的方法叫码分法叫时分复用；按相互正交的码字区分信号的方法叫码分复用。传统的模拟通信中都采用频分复用；随着数字通信复用。传统的模拟通信中都采用频分复用；随着数字通信的发展，时分复用和码分复用通信