CT_EE3樊昌信《通信原理》(第六版)

1、通信原理通信原理电子信息工程学院电子信息工程学院 郎百和郎百和5/8/2022 3:47:11 PM第第三三章章 模模拟线性调制拟线性调制通信原理通信原理25/8/2022 3:47:11 PM引言引言p基本概基本概念念n调制调制 :把把信号转换成适信号转换成适合信道传合信道传输形式的过程。输形式的过程。n调制信号调制信号 :来来自信源的基带信号。自信源的基带信号。 n载载波波 :未未受调制的周期性振荡信号受调制的周期性振荡信号，可，可以是正弦波，也可以以是正弦波，也可以是是脉冲脉冲波波。n已调信号已调信号 :载载波受调制后称为已调信号。波受调制后称为已调信号。n解解调调: 调调制的逆过程，其

2、作用是将已调信号中的调制信号恢复制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。出来。 35/8/2022 3:47:11 PM引言引言p电电信号信号 n基带信号基带信号 （携（携带信息，频谱的低端有较大能量）带信息，频谱的低端有较大能量）n频带信号频带信号 （基带信号经过某种调（基带信号经过某种调制，频谱带通）制，频谱带通）p传输方式传输方式n基带传输基带传输n调制（频带）传输调制（频带）传输p模拟调制模拟调制n线性调制：线性调制：AM、DSB、SSB、VSB n非线性调制：非线性调制：PM、FMp数字调制：数字调制：ASK、FSK、PSK 45/8/2022 3:47:11 PM引言引

3、言p调制的目的调制的目的-调制的实质是调制的实质是频谱搬移频谱搬移n将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调信号形将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调信号形式（频带信号）；式（频带信号）；n提高通信时的天线辐射效率提高通信时的天线辐射效率u传输频率：传输频率：3kHz，天线高度：，天线高度：25kmu传输频率：传输频率： 900MHz ，天线高度：，天线高度：8cmn把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路多路复用复用，提高信道利用率。，提高信道利用率。n扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力。实现传输带宽扩

4、展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力。实现传输带宽与信噪比之间的互换。与信噪比之间的互换。55/8/2022 3:47:11 PM6振幅键控ASK相移键控PSK、 DPSK、 QPSK等 频移键控FSK其他高效数字调制QAM、 MSK等连续波调制模拟调制数字调制线性调制非线性调制脉冲调制模拟调制数字调制脉冲编码调制 PCM增量调制 M差分脉码调制DPCM其他编码方式ADPCM、 LPC脉幅调制PAM脉宽调制PDM(PWM)脉位调制PPM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频率调制FM相位调制PM5/8/2022 3:47:11 PM目目 录录p3

5、.1 双边带调幅双边带调幅p3.2 单边带调制（单边带调制（SSB）p3.3 残留边带调制（残留边带调制（VSB）p3.4 线性调制和解调的一般模型线性调制和解调的一般模型p3.5 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能75/8/2022 3:47:11 PM3.1 双边带调幅双边带调幅p幅度调制（线性调制）的原幅度调制（线性调制）的原理理幅幅度调制器的一般模度调制器的一般模型型n输输出已调信号的时域和频域一般表示式为出已调信号的时域和频域一般表示式为8h(t)m(t)sm(t)cosct)(cos)()(thttmtscm)()()(21)(HMMSccm5/8/2022 3:47

6、:11 PM3.1.1 常规调幅常规调幅(AM)p常规调幅常规调幅(AM)n时域时域n频谱频谱9m(t)A0cosctsAM(t)ttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)()(00)()(21)()()(0ccccAMMMAS5/8/2022 3:47:11 PM3.1.1 常规调幅常规调幅(AM)10HAMfB20max)(Atm上边带上边带下边带下边带载频分量载频分量5/8/2022 3:47:11 PM3.1.1 常规调幅常规调幅(AM)n设调制信号为单频余弦信设调制信号为单频余弦信号号n则调幅信号则调幅信号为为p调幅指数（调调幅指数（调制指制指数）数）n 正正常调制，一

7、般在常调制，一般在30-60%之之间间n 满满调调制制n 过过调调制制n带宽带宽:为基带信号最高频率为基带信号最高频率fH的二倍的二倍11)cos()(mmmtAtm00( )cos() cos()1cos() cos()AMmmmcAMmmcStAAttAtt max0AMm tA1AM1AM1AM2AMHBf5/8/2022 3:47:11 PM3.1.1 常规调幅常规调幅(AM)p功功率率n设调设调制信号无直流分制信号无直流分量量n则则n只只有边带功率才与调制信号有关。有边带功率才与调制信号有关。因此，从功率上讲，因此，从功率上讲，AM信信号的功率利用率比较低。号的功率利用率比较低。12

8、22202222200( )( )coscos( )cos2( )cosAMAMccccPstAm ttAtm ttA m tt0)(tmscAMPPtmAP2)(22205/8/2022 3:47:11 PM3.1.1 常规调幅常规调幅(AM)p调制效率调制效率(边带功率与总功率之比边带功率与总功率之比)n若若n则则n当当n则则13)()(2202tmAtmPPAMSAM( )cos()mmmm tAt22222022mAMAMmAMAAA1AM1/3AM5/8/2022 3:47:11 PM3.1.1 常规调幅常规调幅(AM)n【例例】已已知一个知一个AM广播电台输出功率是广播电台输出功率

9、是50KW，采用单频余，采用单频余弦信号进行调制，调制幅度为弦信号进行调制，调制幅度为0.707。n计算调制效率和载波功率；计算调制效率和载波功率；n如果天线用如果天线用50电阻负载表示，求载电阻负载表示，求载波的波的峰值幅峰值幅度。度。145/8/2022 3:47:11 PM3.1.1 常规调幅常规调幅(AM)p【例例】解：解：152 . 02707. 022AMAMAMAMKWPPPPPPPAMAMCAMCAMAMSAM40)1 (2 . 0KVRPAKWRAPCC224020205/8/2022 3:47:11 PM3.1.2 抑制载波双边带调制（抑制载波双边带调制（DSB-SC）pD

10、ouble-sideband Suppressed Carrierp将将AM信号中的信号中的A0去掉，即可输出去掉，即可输出DSB信号。信号。165/8/2022 3:47:11 PM3.1.2 抑制载波双边带调制（抑制载波双边带调制（DSB-SC）p表达表达式式p频频谱谱p带宽：带宽：为基带信号最高频率为基带信号最高频率fH的二倍的二倍p功率功率p调调制效率制效率17ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMS222( )( )cosDSBDSBcPstm tt22( )1( )SDSBDSBPm tPm t5/8/2022 3:47:11 PM3.1.2 抑制载波双边带

11、调制（抑制载波双边带调制（DSB-SC）pDSB-SC信号的波形和频谱信号的波形和频谱185/8/2022 3:47:12 PM3.1.2 抑制载波双边带调制（抑制载波双边带调制（DSB-SC）pDSB-SC信号的特点（与信号的特点（与AM信号相比信号相比）n需需采用相干解调采用相干解调(同步检波同步检波)，不能采用简单的包络检波。，不能采用简单的包络检波。n在调制信号在调制信号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180的突变。的突变。 nDSB-SC信号功率利用率提高了信号功率利用率提高了 ，但，但它的频带宽度它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与仍是调制信号带宽的两

12、倍，与AM信号带宽相同。信号带宽相同。 191DSB5/8/2022 3:47:12 PM3.1.3 调制与解调调制与解调p1.调制调制nDSB与与AM调制过程均是相乘运算。核心部件是相乘器，调制调制过程均是相乘运算。核心部件是相乘器，调制过过程是程是频谱搬移过程。频谱搬移过程。n设设任意周期双任意周期双极性信号极性信号c(t)，其傅，其傅氏级数氏级数为为n与与调制信号调制信号相乘输出表达式相乘输出表达式 n频谱频谱n无无载频分量和调制信号，只有载频分量和调制信号，只有nC分量。分量。20tjnnnCeCtc)(tjnnnCeCtmtctm)()()()()()(CnnnFCtctm5/8/2

13、022 3:47:12 PM3.1.3 调制与解调调制与解调p集成模拟乘法器集成模拟乘法器215/8/2022 3:47:12 PM3.1.3 调制与解调调制与解调p集成模拟乘法器的调制电路集成模拟乘法器的调制电路225/8/2022 3:47:12 PM3.1.3 调制与解调调制与解调p集成模拟乘法器的调制电路集成模拟乘法器的调制电路235/8/2022 3:47:13 PM3.1.3 调制与解调调制与解调p双平衡环形调幅双平衡环形调幅器器实现实现DSBn当当载波为正半周时载波为正半周时D1、D3导通，导通，D2、D4截止，相乘器输出信截止，相乘器输出信号极性与号极性与K(t)相同相同，相，

14、相当当K(t) 乘乘+1；n当载波为负半周时当载波为负半周时D2、D4导通，导通，D1、D3截止，相乘器输出信截止，相乘器输出信号极性与号极性与K(t)相反相反，相，相当当K(t)乘乘-1。 245/8/2022 3:47:13 PM3.1.3 调制与解调调制与解调p2解调解调p解调的目的解调的目的n时域：恢复调制波形；时域：恢复调制波形；n频域：提取调制信号频谱，频谱搬回原点。频域：提取调制信号频谱，频谱搬回原点。p（1）相干解）相干解调调n难点：难点：提载提载，相干载波，相干载波，DSB只能用相干解只能用相干解调。调。25ttmtmttmttsCCCDSB2cos)(21)(21cos)(

15、cos).(2)(21)(tmtSd5/8/2022 3:47:13 PM3.1 双边带调幅双边带调幅p若若本本地载波与发送载波，频差为地载波与发送载波，频差为，相差为，相差为。分。分析对解调结析对解调结果的影果的影响响。n设本地载波信号设本地载波信号为为 ci(t)=cos(Ct+t+)n相相乘后得乘后得 SDSB(t) ci(t)=m(t) cosCtcos(Ct+t+) =1/2m(t)cos(t+)+1/2m(t)cos(2Ct+t+)n经经低通滤波后输出为低通滤波后输出为 Sd(t)= 1/2m(t)cos(t+) 265/8/2022 3:47:13 PM3.1 双边带调幅双边带调

16、幅p讨讨论：二种特殊情论：二种特殊情况：况：设设=0，0。Sd(t)= 1/2m(t)cos()当当二载波只存在相差时二载波只存在相差时（=常数），解调后输出信号幅度常数），解调后输出信号幅度被衰减，但信号不失真；当被衰减，但信号不失真；当=/2时时Sd(t)=0；/2时时Sd(t)不仅幅度衰减，且反号，对模拟信号无影响，但数字信号不仅幅度衰减，且反号，对模拟信号无影响，但数字信号会引会引起错误。起错误。275/8/2022 3:47:13 PM3.1 双边带调幅双边带调幅p讨讨论：二种特殊情论：二种特殊情况：况：设设0，=0。Sd(t)= 1/2m(t)cos(t)当二当二载波只存在频差时，

17、解调输出仍为双边带调幅信号（此载波只存在频差时，解调输出仍为双边带调幅信号（此时载频为时载频为），故有明显失真。），故有明显失真。较小较小时时,输输出受到时变衰出受到时变衰减。如为话音输出，音量会有周期性变化减。如为话音输出，音量会有周期性变化。285/8/2022 3:47:13 PM3.1.3 调制与解调调制与解调p（2）包络检波（）包络检波（包平包平方率检波方率检波）nRC的取值范围为的取值范围为：其中，其中，fm是调制信号的最高频率，是调制信号的最高频率，fC是载频。是载频。 29CmfRCf15/8/2022 3:47:13 PM3.1.3 调制与解调调制与解调p（2）包络检波（）包

18、络检波（包平包平方率检波方率检波）n检检波器输出近似为：波器输出近似为： n为为了简化载波分量的提取，可在发送端插入载波（了简化载波分量的提取，可在发送端插入载波（插入导插入导频频相干载波相干载波）方式（载波功率可小于方式（载波功率可小于AM 中载波功率），这样可中载波功率），这样可用包络检波。用包络检波。30 0dstAm t5/8/2022 3:47:13 PM目目 录录p3.1 双边带调幅双边带调幅p3.2 单边带调制（单边带调制（SSB）p3.3 残留边带调制（残留边带调制（VSB）p3.4 线性调制和解调的一般模型线性调制和解调的一般模型p3.5 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统

19、的抗噪声性能315/8/2022 3:47:13 PM3.2 单边带调制（单边带调制（SSB）p(Single-sideband)n双边带信号中任一边带都含调制信号的全部信息，从传输信息双边带信号中任一边带都含调制信号的全部信息，从传输信息目的看目的看，传，传送其中一个边带就足够了。这种方式称单边带调制送其中一个边带就足够了。这种方式称单边带调制。p单边带信号的产生方法：单边带信号的产生方法：滤波法滤波法和和相移法相移法。 p技术难点：技术难点：n滤波滤波法：法：滤滤波器要求在波器要求在fc具具有陡峭的截止特有陡峭的截止特性。改进：采性。改进：采用多用多级调制滤波的方法。级调制滤波的方法。n相

20、移相移法：法：宽带相移网络。改进宽带相移网络。改进：Hilbert滤波器滤波器325/8/2022 3:47:13 PM3.2.1. 用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号pHSSB()为单边带滤波器的传递函为单边带滤波器的传递函数数n上边带滤波器和下边带滤波器的传递函数为：上边带滤波器和下边带滤波器的传递函数为：33CCUSBSSBHH, 0, 1)()(CCLSBSSBHH, 1, 0)()(5/8/2022 3:47:13 PM3.2.1. 用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号34H()10ccH()0cc1(a)(b)CCUSBSSBHH, 0, 1)()(CCLSBSS

21、BHH, 1, 0)()(5/8/2022 3:47:13 PM3.2.1. 用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号35M()HHSM()ccOO 上边带 下边带 下边带 上边带ccO上边带频谱Occ下边带频谱5/8/2022 3:47:13 PM3.2.1. 用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号n实实际滤波器有过渡带际滤波器有过渡带f，要，要求调制信号上求调制信号上、下边带间有一定、下边带间有一定间隔间隔B。仅当。仅当fB时滤波器方可实现时滤波器方可实现。n归归一化衰减系一化衰减系数数=f/fC，愈小滤波器愈难实现愈小滤波器愈难实现(要求要求10-3). 365/8/2022

22、3:47:13 PM3.2.1. 用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号p改进：改进：多级滤波多级滤波法法371cL1c2222fffB1L2BfFilterBBSfB 5/8/2022 3:47:13 PM3.2.1. 用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号p【例例】载载频频fC2=10MHz,话音话音3003400Hz, 滤波器归一滤波器归一化衰减系数化衰减系数10-3 .试设试设计计SSB方方案案。p解解 若采用一级调制若采用一级调制、B=600Hz，此时，此时，=610-5 10-3，无法实现。，无法实现。若采用二级调制、滤波方案，取若采用二级调制、滤波方案，取2=210-

23、2 B2=2fC2=200kHzfC1=1/2（B2）=100kHz1=f/fC1=B1/fC1=600/（10010-3）=610-3如如图：图：385/8/2022 3:47:13 PM3.2.1. 用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号n本本方法的缺点是：即使采用多级滤波法加宽了边带间隔，也要方法的缺点是：即使采用多级滤波法加宽了边带间隔，也要求信号低频求信号低频fL不能太低。不能太低。n当调制信号中含有直流或低频分量时滤波法不适用。当调制信号中含有直流或低频分量时滤波法不适用。395/8/2022 3:47:14 PM3.2.2. 用相移法形成单边带信号用相移法形成单边带信号p（

24、1） 单频调制单频调制p（2） Hilbert变换变换405/8/2022 3:47:14 PM3.2.2. 用相移法形成单边带信号用相移法形成单边带信号p（1） 单频调制单频调制n单单频调制信号：频调制信号：41tAtmmmcos)(tAtAttAtsmcmmcmcmmDSB)cos(21)cos(21coscos)(ttAttAtAtSCmmCmmmCmUSBsinsin2cos2)cos(21)(1( )cos()cossinsin222mmLSBmcmmCmCAAStAttttt ttAttAtscmmcmmSSBsinsin21coscos21)(5/8/2022 3:47:14 P

25、M3.2.2. 用相移法形成单边带信号用相移法形成单边带信号p（1） 单频调单频调制制42ttAttAtscmmcmmSSBsinsin21coscos21)(5/8/2022 3:47:14 PM3.2.2. 用相移法形成单边带信号用相移法形成单边带信号p（2） Hilbert变换变换n引人引人Hilbert变换的意义：变换的意义：1.实信号复数表示的必要性，利用实信号复数表示的必要性，利用解析信号解析信号简化窄带信号的分析。简化窄带信号的分析。2.利用利用Hilbert传递函数的相移特性实现传递函数的相移特性实现SSB调调制。制。43sgn1jt1,0sgn1,05/8/2022 3:47

26、:15 PM3.2.2. 用相移法形成单边带信号用相移法形成单边带信号p（2） Hilbert变换变换p单频单频SSB调制信号调制信号：n任任意一个基带波形总可以表示成许多正弦信号之和意一个基带波形总可以表示成许多正弦信号之和。44ttAttAtscmmcmmSSBsinsin21coscos21)(ttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(5/8/2022 3:47:15 PM3.2.2. 用相移法形成单边带信号用相移法形成单边带信号p（2） Hilbert变换变换4511( )( )cos( )sin22SSBccstm ttm tt5/8/2022 3:47:15 PM3

27、.2.3. 单边带信号的解调单边带信号的解调p单边带信号包络不能反映调制信号波形。单边带信号包络不能反映调制信号波形。n单单频正弦调制时单边带信号也是单频正弦信号，但频率改变。频正弦调制时单边带信号也是单频正弦信号，但频率改变。p单单边带信边带信号也是号也是一种抑制载波信号，只能用相干解调。一种抑制载波信号，只能用相干解调。465/8/2022 3:47:15 PM3.2.3. 单边带信号的解调单边带信号的解调n单边带信号时域单边带信号时域为为n相乘后输相乘后输出出n低低通滤波器输出通滤波器输出 n【例例】用用03000Hz的信号调制载频为的信号调制载频为20.000MHz的载波产生的载波产生

28、SSB信号，用下图超外差接收机解调，两级混频器的本机振荡信号，用下图超外差接收机解调，两级混频器的本机振荡频率分别为频率分别为f0和和fd， f0高于输入信号频率高于输入信号频率，中频放大器通带，中频放大器通带10.00010.003 MHz。求。求n如是上边带信号，试确定如是上边带信号，试确定f0和和fd n如是下边带信号，试确如是下边带信号，试确定定f0和和fd 4711( )( )cos( )sin22SSBccstm ttm tt111( )( )cos( )( )cos2( )sin2222PSSBCCCStSttm tm ttm tt)(21)(tmtSd5/8/2022 3:47

29、:15 PM3.2.3. 单边带信号的解调单边带信号的解调 解解 上边上边带时，带时，输入为输入为20.00020.003 MHz，因，因f0高高于输入于输入信号频率，有：信号频率，有： f0 -(20.00020.003)= (10.00310.000) MHz f0 =30.003MHz fd-(10.00310.000)= (00. 003) MHz fd=10.003MHz485/8/2022 3:47:16 PM3.2.3. 单边带信号的解调单边带信号的解调 解解 下边带信号时，输入为下边带信号时，输入为20.00019.997 MHz，因，因f0高于高于输入信号频率，有输入信号频率

30、，有: f0-(20.00019.997)= (10.00010.003) MHz f0=30.000MHz (10.00010.003)-fd = (00. 003) M Hz fd=10.000MHz495/8/2022 3:47:16 PM3.2 单边带调制（单边带调制（SSB）pSSB信号的特点：信号的特点：n不但可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为不但可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为BSSB=fH=BDSB/2。 nSSB信号的解调和信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，需采用一样不能采用简单的包络检波，需采用相干解调。相干解调。n滤波法中的滤波法中的滤波

31、器滤波器和相移法中的和相移法中的宽带相移网络宽带相移网络较难制作。较难制作。 505/8/2022 3:47:16 PM目目 录录p3.1 双边带调幅双边带调幅p3.2 单边带调制（单边带调制（SSB）p3.3 残留边带调制（残留边带调制（VSB）p3.4 线性调制和解调的一般模型线性调制和解调的一般模型p3.5 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能515/8/2022 3:47:16 PM3.3 残留边带调制（残留边带调制（VSB）pVestigial Sidebandn介于介于SSB与与DSB之之间间折中折中的的一一种调种调制方式制方式，它，它既克服了既克服了DSB信信号占用频

32、带宽的缺点，又解决了号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上信号实现上的的难点难点。n保留一个边带的保留一个边带的绝大部绝大部分（分（不是全部不是全部），同时保，同时保留另一个边带留另一个边带的的一小部一小部分（分（其残留一小部分其残留一小部分）。525/8/2022 3:47:16 PM3.3 残留边带调制（残留边带调制（VSB）pDSB、 SSB和和VSB信号的频谱信号的频谱53M()2B2BODSB()ccO(a)(b)SSB()OccccVSB()O(c)(d)5/8/2022 3:47:16 PM3.3.1.残留边带信号的产生残留边带信号的产生n从原理从原理上，上，VSB可可用移

33、相法，但一般采用滤波法。用移相法，但一般采用滤波法。 54 ( )( )*VSBDSBVSBststht)()()(21)(VSBccVSBHMMS5/8/2022 3:47:16 PM3.3.2.残留边带信号的解调残留边带信号的解调n残留边带信号也是抑制载波的已调信号残留边带信号也是抑制载波的已调信号只能用相干解调只能用相干解调。n乘乘法器法器输出输出n频谱频谱nLPF选择选择合合适的截止频适的截止频率，得率，得到到 55( )( ) cosPVSBCS tStt1( )()()2PVSBCVSBCSSS11( )() (2 )( )() ( )(2 )4411 ( )()() (2 )()

34、 (2 )44PVSBCCVSBCCVSBCVSBCVSBCCVSBCCSHMMHMMMHHHMHM )()()(41)(CVSBCVSBdHHMS5/8/2022 3:47:16 PM3.3 残留边带调制（残留边带调制（VSB）n为为保证相干解调结果不失真保证相干解调结果不失真，必，必须满须满足足n其中，其中，H为调为调制信号的最高频制信号的最高频率率n要要求：求：n滤波器的衰减特滤波器的衰减特性（滚性（滚降特降特性）满性）满足足互补对称互补对称性。性。56)()()(41)(CVSBCVSBdHHMSHCVSBCVSBHH )()(常数，5/8/2022 3:47:16 PM575/8/2

35、022 3:47:17 PM3.3 残留边带调制（残留边带调制（VSB）pVSB的的特点：特点：nBVSB=BSSB;n实现容易；实现容易；n只要只要HVSB()在在c处滚降形状具有互补对处滚降形状具有互补对称称特性特性（奇对称奇对称），），采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。带信号。 585/8/2022 3:47:17 PM目目 录录p3.1 双边带调幅双边带调幅p3.2 单边带调制（单边带调制（SSB）p3.3 残留边带调制（残留边带调制（VSB）p3.4 线性调制和解调的一般模型线性调制和解调的一般模型p3

36、.5 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能595/8/2022 3:47:17 PM3.4 线性调制和解调的一般模型线性调制和解调的一般模型p线性调制的规律线性调制的规律n线线性调制性调制是指已调信号与调制信号的频谱呈线性对应关是指已调信号与调制信号的频谱呈线性对应关系。系。p线性调制信号产生的一般模线性调制信号产生的一般模型型n滤波法一般模型滤波法一般模型n相移法一般模型相移法一般模型p线性调制信号解调的一般模型线性调制信号解调的一般模型n相干解相干解调调n非相干解非相干解调包调包络检络检波波n载波插入法解载波插入法解调（需要相干载波）调（需要相干载波）605/8/2022 3:

37、47:17 PM3.4.1 线线性调制信号产生的一般模性调制信号产生的一般模型型p1.滤滤波法一般模波法一般模型型n时时域域n频域频域61( ) ( )cos( )( ) ()cos()CCs tm tth th t m ttd)()()(21)(CCMMHS5/8/2022 3:47:17 PM3.4.1 线线性调制信号产生的一般模性调制信号产生的一般模型型p2.相相移法一般模移法一般模型型n已调信号时域已调信号时域n展开展开n设设n令令n上上式两项均为双边调制。第一项为同相分量，第二项为正交分式两项均为双边调制。第一项为同相分量，第二项为正交分量。量。n SI(t) 、SQ(t)分别为同相

38、分量和正交分量的幅度。分别为同相分量和正交分量的幅度。62( ) ( )cos( )( ) ()cos()CCs tm tth th t m ttddttmthdttmthtsCCCCsinsin)()(coscos)()()(tththCIcos)()(tththCQsin)()( )( )( )cos( )( )sinICQCs th tm tthtm tt)()()(tmthtsII)()()(tmthtsQQ( )( )cos( )sinICQCs ts ttstt5/8/2022 3:47:17 PM3.4.1 线线性调制信号产生的一般模性调制信号产生的一般模型型pI:in-phas

39、e，Q:quadraturenHI()和和HQ()是同相和正交基带滤波是同相和正交基带滤波器器pDSBnHI()=1，HQ()=0pSSBnHI()=1，HQ()为为Hilbert滤波器滤波器pVSBnHI()=1，HQ()为正交滤波器为正交滤波器63( )( )( )cos( )( )sinICQCs th tm tthtm tt( )Is t( )Qst5/8/2022 3:47:17 PM3.4.2 线线性调制信号解调的一般模型性调制信号解调的一般模型p1.相相干解干解调调相干解调适合所有线性相干解调适合所有线性调制，但接收必须产生调制，但接收必须产生与调制载波与调制载波同频同相的同频同

40、相的相干载波相干载波。64( )( )cos ( )cos( )sincos111 ( )( )cos2( )2sin222PCICQCCIICQCsts tts ttsttts tS ttstt)()(21)(tmtstsId5/8/2022 3:47:18 PM3.4.2 线线性调制信号解调的一般模型性调制信号解调的一般模型p2.非相干解调包络检波非相干解调包络检波n仅适用于仅适用于AM调制，因包络中含有调制信号的信息。调制，因包络中含有调制信号的信息。p3.载波插入解调载波插入解调n在接收端插入足够大的相干载波，再用包络检波解调在接收端插入足够大的相干载波，再用包络检波解调n瞬时幅度与瞬

41、时相位瞬时幅度与瞬时相位:65(t)tA(t)cos sin)(cos)( cossin)(cos)()()()(CttstAtstAttsttstctstsCQCdICdCQCIda212222)()(2)()(tstsAtsAtAQIdId)()(arctan)(tsAtstIdQ5/8/2022 3:47:18 PM3.4.2 线线性调制信号解调的一般模型性调制信号解调的一般模型n由于由于载载波幅度远大于信号幅波幅度远大于信号幅度度n瞬时幅瞬时幅度简化度简化n对对sa(t)包络检包络检波，得波，得A(t)；再；再滤去直流滤去直流，得，得n载载波波可在接可在接收端插入，也收端插入，也可在发

42、可在发送端插入。后者使接收机简化，送端插入。后者使接收机简化，如地面电视广播如地面电视广播亮度信号亮度信号采用残留边带调制，可用包络检波。采用残留边带调制，可用包络检波。6622( )( )( )dIQA ts tst112222ddI2( )( )2( )1( ) 1As (t)IddIddIds tA tAA s tAAs tAA)()()(tmtstsId5/8/2022 3:47:18 PM目目 录录p3.1 双边带调幅双边带调幅p3.2 单边带调制（单边带调制（SSB）p3.3 残留边带调制（残留边带调制（VSB）p3.4 线性调制和解调的一般模型线性调制和解调的一般模型p3.5 线

43、性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能675/8/2022 3:47:18 PM3.5 线性调制系统的抗噪声性线性调制系统的抗噪声性能能p用用dB值表示信噪比值表示信噪比:10lg(S/N)，无量无量纲纲p声音功率倍数：声音功率倍数：n增强增强10倍；增强倍；增强100倍；增强倍；增强1000倍倍 p人耳的感觉：人耳的感觉：n增加增加1倍；增加倍；增加2倍；增加倍；增加3倍倍n人耳的感觉与声音功率倍数的对数成正比，使用人耳的感觉与声音功率倍数的对数成正比，使用dB值符合人体值符合人体感官规律感官规律。p对对于不同调制方式，定义信噪比增益于不同调制方式，定义信噪比增益n在相同的输入功率条

44、件下，通过比较不同系统的信噪比增益在相同的输入功率条件下，通过比较不同系统的信噪比增益，能能说明系统的抗噪声性能。说明系统的抗噪声性能。68iiooNSNSG/5/8/2022 3:47:18 PM带通滤波器中心频率3.5.1 通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型nni(t)为平稳窄带高斯白噪为平稳窄带高斯白噪声声n均均值值 n方差方差n平平均功率均功率69ttnttntttVtttVtttVtnOQOIOOoisin)(cos)( sin)(sin)(cos)(cos)( )(cos)()(0)()()(tntntnsciiIQnnn222( )( )( )iIQin tn

45、tntN5/8/2022 3:47:18 PM3.5.1 通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型p带通滤波器传递函带通滤波器传递函数数n若若白噪声的白噪声的双边功率谱密度双边功率谱密度为为n0/2，则有，则有70|H( f )|1.00f0f0fBBnNi05/8/2022 3:47:18 PM3.5.2 线性调制相干解调的抗干扰性能线性调制相干解调的抗干扰性能p1双边带调制相干解双边带调制相干解调调n解调器输入信解调器输入信号号n窄窄带噪声带噪声71 ( )cosCs tm tt00( )( )cos( )siniIQn tn ttntt5/8/2022 3:47:18 PM3

46、.5.2 线性调制相干解调的抗干扰性能线性调制相干解调的抗干扰性能n相乘输相乘输出出n低通低通滤波器输出滤波器输出 n输入信号平均功输入信号平均功率率n输入噪声平均功输入噪声平均功率（率（ W为调制信号为调制信号m(t)带宽带宽）n输输入信噪比入信噪比 72 ( )( )cos ( )cos( )cos( )sincos11111 ( )( )cos2( )( )cos2( )sin22222iCCICQCCCIICQCs tn ttm ttn ttntttm tm ttn tn ttntt)(21)(21)()(tntmtntSIOO22222211( )( )( )cos( )( )cos

47、2222iCCmtSStmttmtmtt002iDSBNn BnW221( )( )224iioOm tSm tNn Wn W5/8/2022 3:47:18 PM3.5.2 线性调制相干解调的抗干扰性能线性调制相干解调的抗干扰性能n输出信号平均功输出信号平均功率率n输输出噪声平均功率出噪声平均功率n输输出信噪比出信噪比nDSB信噪比增信噪比增益益n结结论：论：DSB信噪比增益为信噪比增益为2，即用，即用DSB方式信噪比改善一倍。方式信噪比改善一倍。这是因为用相干解调，使输入噪声中的一个正交分量被消除。这是因为用相干解调，使输入噪声中的一个正交分量被消除。7322211( )( )( )24O

48、OSStm tmt22000111( )( )442OIDSBNn tn tn BnW221( )( )4122OOOOmtSmtNn Wn W2OOiiSNGSN5/8/2022 3:47:18 PM3.5.2 线性调制相干解调的抗干扰性能线性调制相干解调的抗干扰性能p2单边带调制相干解单边带调制相干解调调n解解调器输入信调器输入信号（号（“-”为上边带，为上边带，“+”为下边为下边带）带） n窄窄带噪带噪声声742)(21WCO11( )( )cos( )sin22CCS tm ttm tt( )( )cos( )siniIOQOn tn ttntt5/8/2022 3:47:18 PM3

49、.5.2 线性调制相干解调的抗干扰性能线性调制相干解调的抗干扰性能p2单边带调制相干解单边带调制相干解调调n相相乘输出乘输出 （以上边带为例以上边带为例） 75002000 ( )( )cos11( )cos( )sin( )cos( )sincos2211( )cos( )sincos22 ( )coscos( )sincos111( )( )cos2( )sin 24441 ( )cos2iCCCIQCCCCICQCCCIs tn ttm ttm ttnttntttm ttm tttntttntttm tm ttm ttnt0001( )cos211 ( )sin( )sin22CICQC

50、QCtnttnttntt5/8/2022 3:47:18 PM3.5.2 线性调制相干解调的抗干扰性能线性调制相干解调的抗干扰性能n低低通滤波器输通滤波器输出出n输出信号平均功输出信号平均功率率n输输出噪声平均功出噪声平均功率率n输输出信噪出信噪比比76)sin()(21)cos()(21)(41)()(WttnWttntmtntSQIOO221( )( )16OOSStmt22222222001( )cos()( )sin()41 ( )cos ()( )sin ()( )( )sin2()41 11111 ( )( )( )4 22444OIQIQIQIQISSBNn tWtntWtn t

51、Wtntwtn t ntWtn tntn tn Bn W221( )( )16144OOOOmtSmtNn Wn W5/8/2022 3:47:18 PM3.5.2 线性调制相干解调的抗干扰性能线性调制相干解调的抗干扰性能n输入信号平均功输入信号平均功率率n 与与 两两者幅度谱相同，只是相位谱不者幅度谱相同，只是相位谱不同。同。n输入噪声平均功率输入噪声平均功率7722222222211( )cos( )sin221( )cos( )sin2 ( ) ( )cossin41 1111( )( )cos2( )( )cos2( ) ( )sin24 2222CCCCCCCCCm ttm ttmt

52、tmttm t m tttmtmttmtmttm t m tt2211( )( )88iSmtmt2 ( )mt2( )mt21( )4iSm tiOSSBONn Bn W5/8/2022 3:47:18 PM3.5.2 线性调制相干解调的抗干扰性能线性调制相干解调的抗干扰性能n输入信噪输入信噪比比nSSB信噪比增信噪比增益益nDSB、SSB的抗干扰性能比较：的抗干扰性能比较：GSSB=1， GDSB=2 n并不等于并不等于DSB的抗干扰性能优于的抗干扰性能优于SSB。nDSB输入信号平均功输入信号平均功率率nSSB输入信号平均功率输入信号平均功率7822001( )( )44iim tSm

53、tNn Wn W1OOiiSNGSN221( )( )2iSStmt21( )4iSm t5/8/2022 3:47:18 PMDSBSSBSSBBG211相干解调抗相干解调抗噪声性能比较噪声性能比较79iN2WiS0NiiNS /00/ NS0SWWDBn0SBn02/ )(2tmSBn04/ )(2tm4/ )(21tm)2/()(02DBntm0/ 2Dn B4/0SBn4/0SBn)4/()(02SBntm210( )/(4)Sm tn B4/ )(2tm16/ )(2tm16/ )(21tm)/()(02DBntm)4/()(02SBntm210( )/(4)Sm tn B)(2)(

54、1tmtm5/8/2022 3:47:19 PM3.5.3 常常规调幅包络检波的抗干扰性能规调幅包络检波的抗干扰性能n解解调器输入信号调器输入信号 n输输入信号功率入信号功率n输输入噪声入噪声 n输输入噪声功率入噪声功率 80 coscS tAm tt22222( )( )( ) cos22iiCAmtSStAm tt00( )( )cos( )siniIQn tn ttntt200( )2iiAMNn tn Bn W5/8/2022 3:47:19 PM3.5.3 常常规调幅包络检波的抗干扰性能规调幅包络检波的抗干扰性能n解解调器输入信噪调器输入信噪比比n解解调器输入端信号和噪声合成波调器输

55、入端信号和噪声合成波形形n理理想包络检波器输出为想包络检波器输出为E(t) ,它与它与信号和噪声间存在非线性关信号和噪声间存在非线性关系，系，分两分两种情况讨论。种情况讨论。8122( )4iioSAmtNn W cos cossin cossin cosiicIcQcIcQccS tn tAm ttnttnttAm tnttnttE ttt22( )( )( )( )IQE tAm tntnt( )( )( )( )QInttarctgAm tn t5/8/2022 3:47:19 PM3.5.3 常常规调幅包络检波的抗干扰性能规调幅包络检波的抗干扰性能n1.大信噪比情大信噪比情况况n输输出

56、信号平均功率出信号平均功率n输出噪声平均功率输出噪声平均功率8222( )( )( )IQAm tn tnt2222222212( )( )( )( )( )2( ) ( )( )( )( )( )2( )( ) 1( )( )2( )( ) 1( )( )( )1( )( ) (1)1( )2IQiiQIQIIIIE tAm tn tn tAm tAm t n tn tn tn tn tn tAm tAm tAm tn tAm tAm tn txAm tAm tn txxAm t 级数，1 时2( )OSmt2200( )( )2IiAMNon tn tn Bn W5/8/2022 3:47

57、:19 PM3.5.3 常常规调幅包络检波的抗干扰性能规调幅包络检波的抗干扰性能n输输出信噪比出信噪比 n信信噪比增益噪比增益n结结论论：n1.一般情况一般情况 所所以以GAM总小于总小于1，说明解调器对，说明解调器对输入信噪比无改善，而是恶化了。输入信噪比无改善，而是恶化了。n2. 调制信号为单频调制信号为单频时时n信信噪比增益噪比增益GAM恰恰好是调制效率好是调制效率AM的二的二倍。倍。8320( )2OOSmtNn W2222( )( )OOAMiiSNmtGSAmtNMAXtmA)( cosmmm tAt1mAMAA222222222222232mmAMAMmmAMAAGAAAA5/8

58、/2022 3:47:19 PM3.5.3 常常规调幅包络检波的抗干扰性能规调幅包络检波的抗干扰性能n3. 可以证明，若采用相干解调时，可以证明，若采用相干解调时，AM信号的信噪比增益信号的信噪比增益GAM与上面给出的结果相同。与上面给出的结果相同。 n由由此可见，对于此可见，对于AM调制系统，在大信噪比时，采用包络检波调制系统，在大信噪比时，采用包络检波器解调时的性能与同步检波器（相干解调）时的性能几乎一样。器解调时的性能与同步检波器（相干解调）时的性能几乎一样。但应该注意，后者的信噪比增益不受信号与噪声相对幅度假设但应该注意，后者的信噪比增益不受信号与噪声相对幅度假设条件的限制条件的限制。

59、p2.小信噪比情况小信噪比情况8422( )( )( )IQAm tn tnt5/8/2022 3:47:19 PM3.5.3 常常规调幅包络检波的抗干扰性能规调幅包络检波的抗干扰性能n式中式中n幂级数展开得幂级数展开得8522222222222( )( )( )( )( )2( ) ( )( )( )2( )( )( )( )2( )( )( )( )1( )( )2( )( ) 1cos ( ) ( )IQiiQIIQIIQIQE tAm tntntAm tAm t n tn tntAm t n tn tntAm t n tn tntn tntAm tR ttR t22( )( )( )I

60、QR tntnt( )( )( )IQnttarctgnt)()()(costRtntI( )( )( )1cos ( )( ) R(t)Am(t)cos (t)Am tE tR ttR t5/8/2022 3:47:19 PM3.5.3 常常规调幅包络检波的抗干扰性能规调幅包络检波的抗干扰性能n信噪比小到一定程度，上式中不存在单独的信噪比小到一定程度，上式中不存在单独的m(t)项，即信号与项，即信号与噪声无法分开。这时无法通过包络检波恢复出信号（信号被噪噪声无法分开。这时无法通过包络检波恢复出信号（信号被噪声淹没声淹没）。）。n这种现象称这种现象称。是由。是由包络检波的非线性解调引起包络检波