电子科大李晓峰通信原理课件第3章-模拟传输

1、2022-5-281/129通信原理第第3 3章章 模拟传输模拟传输2/1292022-5-28信源调制器发射机信道接收机解调器信宿 m t m t噪声发送设备接收设备 s t r ts tn t n t基带信号基带信号基带信号基带信号调制信号调制信号已调带通信号已调带通信号带通信号带通信号模拟通信系统模拟通信系统信道中传输模拟波形的通信系统。信道中传输模拟波形的通信系统。 3/1292022-5-28 a tta m ttm调制器调制器 m tcoscAt调制信号调制信号已调信号已调信号幅度调制幅度调制角度调制角度调制都是 的函数 ,csg txtxta tt m t被调信号被调信号2( )

2、( )cos2( )( )cos2( )sin2Re ( )ccccscjf ts ta tf ttx tf tx tf tg t e4/1292022-5-28已调带通信号已调带通信号:( )Re ( ) cjts tg t e 的谱的谱:( ) s t 1/2ccS fG ffGff 1/4 sgcgcPfPffPff : G fF g t其中 PSDgPfg t是的( )( )g ts t其中：为的复包络 的功率谱的功率谱:( )s t2221( )21( )( )2Ps tttag 的归一化平均功率为：的归一化平均功率为：( )s t5/1292022-5-28本章内容本章内容-模拟信

3、号的调制、解调模拟信号的调制、解调3.1 幅度调制幅度调制3.2 模拟角度调制模拟角度调制3.3 幅度调制系统的抗噪声性能幅度调制系统的抗噪声性能3.4 *角度调制系统的抗噪声性能角度调制系统的抗噪声性能3.5 各类通信系统的比较与应用各类通信系统的比较与应用 6/1292022-5-283.1 幅度调制(Amplitude Modulation)7/1292022-5-28已调带通信号的频谱是基带信号频谱的简单搬移已调带通信号的频谱是基带信号频谱的简单搬移幅度调制幅度调制-用信号去迫使高频载波瞬时幅度变化。用信号去迫使高频载波瞬时幅度变化。模拟常规调幅模拟常规调幅（AM）抑制载波双边带调幅（

4、抑制载波双边带调幅（DSB-SC）单边带调幅（单边带调幅（SSB）残留边带调幅（残留边带调幅（VSB）信号）信号8/1292022-5-28 (conventional AM)3.1.1 常规调幅常规调幅AM 1表达式：表达式： ( )1( ) cos2AMccstAm tf t调制：调制： 1cg tAm t复包络复包络:( )cos2( )cos2AMccccstAf tA m tf t9/1292022-5-28图（图（a）常规调幅）常规调幅图（图（b）过调幅）过调幅波形波形:10/1292022-5-28（常规调幅（常规调幅: ） maxAcA 1cAm t AMsttt 1m tt0

5、 tmt0tccoscA maxmax1max( )AMcAstAm t一般：一般： 0m t 常规调幅常规调幅: max1m t min1m t 11/1292022-5-28 tmt11 tscAt过调幅：过调幅： max1m t min1m t or载波反相点载波反相点12/1292022-5-28定义定义调幅指数：调幅指数： maxmaxAMcAMcstAm tA max1m t1AM：常规调幅：常规调幅其中其中1AM：临界调制：临界调制 1AM：过调制：过调制 max1m t max1m t波形如图（波形如图（b）所示。）所示。调幅指数影响功率分配调幅指数影响功率分配modulati

6、on index min1orm t min1orm t max1max( )AMcstAm t13/1292022-5-282. 频域分析频域分析 频谱：频谱： 2( )2cAMcccccAffASfMfffMfff频谱图：频谱图： fMfBB02AMBB fSfcfcfUpper sidebandLower sideband( )1( ) cos2( )cocos2s2AcccMcccAstAm tf tA mfttft14/1292022-5-28常规常规AM信号的波形及频谱信号的波形及频谱15/1292022-5-283. 功率与效率功率与效率 归一化功率：归一化功率： 2222222

7、2211122112222AMAMcccccmPstatAm tAm tmtAAmtPP( )( )1( )ca tg tAm tcos( )( )co2s2AMccccAf tstA m tf t16/1292022-5-2822211( )22ccAMPAAm t离散载波功率边带功率(上、下两个边带)调制效率：调制效率：AM22222221( )211( )1( )2)2ccAMcA m tAA m tm tm t边带功率总功率1AM maxAMm t17/1292022-5-28例：对于例：对于调福指数为调福指数为100的的AM信号信号1. 周期方波调制信号：周期方波调制信号：2201(

8、 )11Tm tdtT22( )50%1( )AMm tm t2. 单频正弦波调制信号：单频正弦波调制信号：22011( )sin2mTmmm ttdtT22( )1/233%1 1/21( )AMm tm t max1m tsinmt18/1292022-5-284. 接收接收 常规调幅常用的二极管常规调幅常用的二极管包络检波器包络检波器解调：解调： ( )1( )coutvtAm t非相干解调：接收机不需要产非相干解调：接收机不需要产生与接收信号中的载波同频同生与接收信号中的载波同频同相的本地载波的接收方式。相的本地载波的接收方式。 19/1292022-5-28总结：总结：AM 信号的特

9、点信号的特点:l 包络检波器包络检波器 用于检测用于检测 AM（常规调幅）（常规调幅） 信号（接收信号（接收机简单），这是机简单），这是离散载波项的功劳。离散载波项的功劳。l AM信号的信号的功率效率功率效率 很低，因为离散载波项浪费功率。很低，因为离散载波项浪费功率。l AM 信号的信号的带宽带宽是是 信息信号信息信号 m(t)带宽的带宽的2倍倍. 上下两个上下两个边带完全对称，带宽浪费一半。边带完全对称，带宽浪费一半。l 乘积检波器乘积检波器 用于检测用于检测 AM（常规调幅、过调幅）（常规调幅、过调幅） 信信号，接收机复杂，这是号，接收机复杂，这是调幅只用常规调幅的原因。调幅只用常规调幅

10、的原因。20/1292022-5-28例例 AM 信号的功率信号的功率 联邦通信委员会（联邦通信委员会（FCC）用）用平均载波功率平均载波功率对对AM 广播频广播频段发射机评级段发射机评级; 这种评级系统在这种评级系统在 AM 音频应用中很普通音频应用中很普通 . 假假设一个设一个 5,000-W AM 发射机发射机 与一个与一个 50- 负载相连负载相连. 如果如果发射机被一个发射机被一个1000hz的测试音的测试音 100% 调制调制. 我们计算一些我们计算一些参数参数未调制时载波未调制时载波 功率为功率为(设载波为电压信号设载波为电压信号)：212500050cA707cAV平均载波功率

11、平均载波功率cosccAt21/1292022-5-28调制信号调制信号:( )7071 cos200coscs ttt已调信号已调信号:AM 信号的归一化平均功率信号的归一化平均功率:22221111( )1.52222scccPs tAAA222211( )( )22ccs tAA m t coscosmmmm tAtt 22121000,22mmAmt22/1292022-5-28在在 50- 负载上负载上 AM 信号的实际功率信号的实际功率:221( )21.51.5 500075005050cAs tW 1max707 21414maxcAAm tV在在 50- 负载上负载上 AM

12、信号的峰值电压信号的峰值电压:调制效率调制效率:22( )1 233%1 1 21( )AMm tm t作业：2、3 23/1292022-5-283.1.2 抑制载波双边带调幅 Double-Sideband Suppressed Carrier (DSB-SC)1. DSB-SC信号信号 ( )( )cos2DSBccstA m tf t( )( )cg tA m t24/1292022-5-28 tscosccAt tmttt载波反相点载波反相点波形：波形：25/1292022-5-282. 频域分析频域分析 频谱：频谱：( )2cDSBccASfMffMff fMfBB0 DSBSf2

13、DSBBB( )( )cG fA M ffcfcfUpper sidebandLower sideband26/1292022-5-283. 功率与效率功率与效率 22222211222cDSBDSBcA mtPstatA mt调制效率调制效率: 归一化功率归一化功率: 1DSB( )( )cg tA m t27/1292022-5-284. 发射和接收发射和接收发射（调制）：发射（调制）： tmtAcccos cosDSBccstA m tt接收（解调）：相干解调（接收机本地载波与接收载波同接收（解调）：相干解调（接收机本地载波与接收载波同频同相）频同相）cos()cctLPF tr1 tm

14、 cos()incccrtA m tt28/1292022-5-28 cosincccrtA m tt trin00costLPF tr1 tm 1000000coscoscoscos2ccccccccr tA m tttAm tttttAfter LPF: 00cos2cos2cccccAm tm tttAm tt 相干解调原理：相干解调原理：乘积检波器乘积检波器29/1292022-5-28Discuss: 10 ,20 ,00 ,cos22,cccm tAm tm t若则失真若但则当反相当 cos2ccAm tm tt 同步检波同步检波同频 和 同相相干解调相干解调乘积检波乘积检波30/

15、1292022-5-28接收机产生本地相干载波的方法：接收机产生本地相干载波的方法：1. 发送端发射小功率离散载波发送端发射小功率离散载波（导频单音信号）（导频单音信号）2. 接收端用锁相环提取同频同相载波接收端用锁相环提取同频同相载波注意：常规注意：常规AMAM也可以用相干解调获取基带信息信号也可以用相干解调获取基带信息信号31/1292022-5-28总结：总结：DSB 信号的特点信号的特点:l 乘积检波器乘积检波器用于检测用于检测 DSB信号，信号，乘积检波器较包络乘积检波器较包络检波器昂贵检波器昂贵 。l DSB信号的信号的功率效率功率效率 高。高。l DSB信号的信号的带宽带宽是是

16、信息信号信息信号 m(t)带宽的带宽的2倍倍. 上下两上下两个边带完全对称，带宽浪费一半。个边带完全对称，带宽浪费一半。32/1292022-5-28single sideband signal (SSB)3.1.3 单边带调幅（单边带调幅（SSB） 1. SSB信号信号 只取只取DSB-SC信号中的上边带或下边带分量。信号中的上边带或下边带分量。 上边带信号上边带信号：( )USBst，频谱：，频谱：( )USBSf 下边带信号下边带信号：( )LSBst ，频谱：，频谱：( )LSBSf33/1292022-5-28频谱：频谱： 34/1292022-5-28 Mf USBSf11/2时域

17、表达式时域表达式: 截取基带信号的负频率部分或正频率部分再直接用截取基带信号的负频率部分或正频率部分再直接用DSB-SC调幅可产生单边带信号。如下：调幅可产生单边带信号。如下： 设设 的希尔伯特变换的希尔伯特变换为为 ，解析信号为，解析信号为 。 m t m t Zmt则则: 1122zmtmtm tjm t 22ZMfMf u fMf 12ZMfMf由图示可以看出：由图示可以看出：m+(t) 是是sUSB(t)的复包络的复包络35/1292022-5-28 1122Zmtmtm tjm t因为因为 是是 的复包络的复包络 mt USBSt 2Re11cos2sin222cjf tUSBccs

18、tmt em tf tm tf t cos211cos2sin222DSBUSBLSBLSBcUSBccststststm tf tstm tf tm tf t36/1292022-5-281( ) ( )cos( )sin2ccs tm ttm tt: USB LSB 其中表示表示单边带信号表达式：单边带信号表达式：SSB 信号的复包络信号的复包络: 1( ) ( )( )2g tm tjm t LSB USB 2. 单边带信号的产生：单边带信号的产生：(2) 相移法相移法 (1) 滤波法滤波法 (3) 维佛法维佛法( ) ( )cos( )sin2cccAs tm ttm tt37/129

19、2022-5-28(1)(1) 滤波法滤波法 保留上边带的边带滤波器：保留上边带的边带滤波器： 1,0,cSSBUSBcffHfHfff保留下边带的边带滤波器：保留下边带的边带滤波器： 1,0,cSSBLSBcffHfHfffcf0cf USBHf1cf0cf LSBHf1cf0cf DSBSf38/1292022-5-28(2) 相移法相移法 2/1/ t 12m t 12m t 1cos 22cm tf t 1sin 22cm tf tcos2cf t tsSSB1( ) ( )cos2( )sin22ccs tm tf tm tf t produce USSB produce LSSB

20、39/1292022-5-283. 单边带信号的接收单边带信号的接收 1( ) ( )( )2g tm tjm tSSB信号信号既有既有AM又有又有PM对于对于AM分量（实包络）分量（实包络）对于对于PM分量分量221( )( )( )( )2a tg tm tm t1( )( )( )tan( )m ttg tm t 40/1292022-5-28上边带信号的波形及频谱变换上边带信号的波形及频谱变换41/1292022-5-28相干解调接收：相干解调接收：乘积检波器乘积检波器: : tsSSBtccosLPF tsp tsd cos11cossincos22111cos2sin2444pSS

21、Bccccccststtm ttm tttm tm ttm tt /4dstm t：以基带信号：以基带信号 的最高频率为截止频率的低通滤波器。的最高频率为截止频率的低通滤波器。 LPF m t 42/1292022-5-28222211( )( )( )( )28s tg tm tm t4. 功率功率22( )( )m tm t221( )( )4s tm t 归一化平均功率归一化平均功率1( ) ( )( )2g tm tjm t调制效率调制效率: 1SSB43/1292022-5-28例：例： SSB-AM 发射机被一正弦信号发射机被一正弦信号 调调制制, 其中其中 。(a) 计算计算 。

22、(b) 确定下边带确定下边带 SSB 信号的表达式。信号的表达式。(c)确定确定SSB 信号的归一化平均功率。信号的归一化平均功率。(d) 确定确定SSB 信号的峰值。信号的峰值。(e)确定确定SSB 信号的均方根（信号的均方根（ rms）值。）值。 15cosm tt1112,500, 1cffHzA m t解解: 15sinam tt 111cossin5coscos5sinsin5coscccccbs tm ttm ttttttt 115cos5sing ttjt44/1292022-5-28 15coscs tt 252rmsdVstV 5PdVV 2252cstw 115cos5si

23、ng ttjt 222211112525cos25sin( )222stg tttw45/1292022-5-28总结：总结：SSB 信号的特点信号的特点:l 乘积检波器乘积检波器用于检测用于检测 SSB信号信号。而且。而且SSB信号的产生信号的产生比比AM、DSB复杂。复杂。l SSB信号的信号的功率效率功率效率 高。高。l SSB信号的信号的带宽带宽等于信息信号等于信息信号 m(t)的带宽。只有的带宽。只有 AM、DSB带宽的一半。带宽的一半。作业：4、1146/1292022-5-28 )()(thtstsVVSB( )( )( )1( )( )(1)2VSBDSBVcVcVSfSf H

24、fMffHfMffHf3.1.4 残留边带调幅残留边带调幅 (VSB)1. 用滤波法产生用滤波法产生 VSB 信号信号 VSBVHfHf令令47/1292022-5-28 DSBSf VSBHf fSVSBfffcfcfcfcfcfcff MfBB048/1292022-5-28DSB、SSB和和VSB信号的频谱信号的频谱 M( f )SDSB( f )SSSB( f )SVSB( f )ffff0000fc-fcfc-fcfc-fc都是基带都是基带信号频谱的简单平移信号频谱的简单平移 49/1292022-5-28残留下边带调制的波形及频谱变换残留下边带调制的波形及频谱变换50/129202

25、2-5-282. 接收机接收机 tsVSBcos2cf tLPF tsp tvout cos2pVSBcststf t 121(2)2pVSBccVSBcVSBcSfSfffffSffSff51/1292022-5-28 44224cpcVcVcVcVccccccccVcVccccVccVcASfMfHMfHMfHMfHAMfHffHffAMffHfffffffffffffffffMffHfff选择合适的LPF的截止频率可滤除第二项。After LPF: ,4coutVcVcAVfMfHffHfffB( )( )( )(1)2cVSBcVcVASfMffHfMffHf 1(2)2pVScBVS

26、BcSfSSffff52/1292022-5-28 为了恢复无失真调制信号为了恢复无失真调制信号 M( f ) , , HV( f ) 必须满足必须满足下面条件下面条件:()(),VcVcHffHffCfB互补对称性 tKmtsBffKMfSoutout,C 常数53/1292022-5-28 fHVfcfcff2cfcf2cfcf fMfBB02cVcMffHff2cVcMffHff54/1292022-5-283.2 模拟角度调制 55/1292022-5-283.2.1角调制的基本概念角调制的基本概念 角调信号表达式：角调信号表达式：随随 变化。变化。 t m t 1. 相位调制与频率调

27、制的概念相位调制与频率调制的概念 (PM and FM)（1）相位）相位 和和 频率频率瞬时相位瞬时相位: 2( )ctf tt)(t对对 的瞬时相位偏移的瞬时相位偏移 :2cf tcf：载波频率载波频率 ( )cos2( )coscccs tAf ttAt非线性调制，已调带通信号的谱不再是基带信号谱的简单搬移非线性调制，已调带通信号的谱不再是基带信号谱的简单搬移56/1292022-5-28瞬时频率瞬时频率: 1122iidtf ttdt 12icdtorf tfdt瞬时频率偏移瞬时频率偏移: 12idtf tdt 2( )ctf tt iidttdttt dtinstantaneous57

28、/1292022-5-28(2) (2) 相位调制（相位调制（PMPM）( )( )PMtkm t相位偏移正比于调制信号相位偏移正比于调制信号( )m t其中其中: 相偏常数相偏常数PMkPM 信号信号 表达式表达式:(调调相相器的灵敏度器的灵敏度)( )cos 2( )PMccPMstAf tkm t: rad/v单位 : m t 设是电压波形其含义是单位调制信号幅度引起其含义是单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量信号的相位偏移量58/1292022-5-28（3）调频）调频 (FM)( )2( )FMtkm t dt其中其中: 频偏常数（频偏常数（调频器灵敏度调频器灵敏度）FMk: H

29、z/v单位( )( )iFMf tkm t频率偏移正比于调制信号频率偏移正比于调制信号 。调频信号表达式：调频信号表达式：( )cos 22( )FMccFMstAf tkm t dt其含义是单位调制信号幅度引起其含义是单位调制信号幅度引起FM信号的频率偏移量信号的频率偏移量( )m t相位偏移正比于调制信号相位偏移正比于调制信号 的积分。的积分。( )m t59/1292022-5-28例例3.1 3.1 图示方波与锯齿波信号的调相与调频信号波形。图示方波与锯齿波信号的调相与调频信号波形。 PM( )( )2PMckdftfm tdtFM( )( )cFMtkffm t( )( )PPMMk

30、tm t( )2( )FMFMtkm t dt m t m t( )( )icFMf tfkm t( )PMickf tf( )FMcFMftfk( )icf tf解：解： 60/1292022-5-28用用 FM 器产生器产生PM信号信号2. FM 、 PM 之间的转换之间的转换 2pPMFMdmtkkdt s tc () FMkf调频器()载频 fmt Pmt( )cos2cos2c( )( )2(os )ccFMccFMccfPMPFMPMPs tAtkdtAtkmtkdmtkdtkmtdtAt对 是FM fmt对 是PM Pmt iFMf tkm t61/1292022-5-28 用用

31、 PM 器产生器产生FM信号信号 fmt对 是FM( )coscoscos( )( )2( )2ccPMccPMccFMfPFMfPMs tAtkAtkm tkmt dtkAtkmt dt对 是PM Pmt 2FMfPMkmt dtkc() PMkf调相器()载频 s t fmt Pmt iFMff tkmt62/1292022-5-283. 最大频偏、相偏与调制指数最大频偏、相偏与调制指数 (1) (1) 最大相偏（峰值相偏）最大相偏（峰值相偏）maxmax( ) t：调角信号瞬时相位偏移的最大值。：调角信号瞬时相位偏移的最大值。 PM信号信号： maxmax,PMkm tFM信号信号： m

32、axmax2FMkm t dt( )( )PMtkm t( )2( )FMtkm t dt( )( )iFMf tkm t63/1292022-5-28(2) (2) 最大频偏（峰值频偏）最大频偏（峰值频偏） maxmaxmaxiicfftftf 已调信号的瞬时频率偏移的最大值。已调信号的瞬时频率偏移的最大值。 PM信号信号： maxmax( )2PMkdfm tdtFM信号信号： maxmax( )FMfkm t( ),( )2PMikdm tf tdt( )( )PMtkm t( )( )iFMf tkm t64/1292022-5-28例例3.2 若消息信号：若消息信号： cos 2mm

33、 taf t可对可对 调频，又可调相。确定调频信号和调频，又可调相。确定调频信号和调相信号的表达式。调相信号的表达式。 cos 2ccAf t解解：PM调制： cos 2PMPMmtkm tkaf tFM调制： 2sin 2FMFMmmkatkm t dtf tf单频信号单频信号 iFMf tkm t cos 2ccs tAf tt65/1292022-5-28所以所以调频信号和调相信号的表达式调频信号和调相信号的表达式： cos 2cos 2PMccPMmstAf tkaf t( ):PMstmaxPMka( ):FMstmaxFMfka令令maxPM 与与 maxFMmff cos 2si

34、n 2FMFMccmmkastAf tf tf66/1292022-5-28于是有，于是有， cos 2cos 2cos 2sin 2PMccPMmFMccFMmstAf tf tstAf tf t定义定义调制指数：调制指数：1. 调相指数调相指数：maxPM 2. 调频指数调频指数：maxmaxFMmfffBB表示基带信号表示基带信号m(t)的带宽，等于它的最高频率的带宽，等于它的最高频率fm。 PM信号的最大相偏信号的最大相偏FM信号的最大相偏信号的最大相偏PM ,FM 都是最大相偏这一结论只对单频调制信号成立。都是最大相偏这一结论只对单频调制信号成立。67/1292022-5-28 73

35、42cos 104cos10cos10s tttt t例例3.3 3.3 已知调角波：已知调角波： （1 1）求）求 与与（2 2）若）若 是调相波，是调相波， ，求，求 与与（3 3）若）若 是调频波，是调频波， ，求，求 与与maxfmax( )s t2PMk( )m tPM( )s t2000FMk( )m tFM68/1292022-5-28解：（解：（1）此角调波的相位偏移为）此角调波的相位偏移为 344cos10cos10ttt34maxmax4cos10cos104 15tt 333412 10 sin105 10 sin102idtftttdt maxmax33343max2

36、10 sin105 10 sin106.975 10iff ttt 69/1292022-5-28（2）若为若为PMPM波，则波，则, , 344cos10cos10PMtkm ttt所以所以 34344cos10cos102cos100.5cos10PMttm tktt而且，而且，max5PM 70/1292022-5-28(3) (3) 若为若为FMFM波，则波，则, , 33442 10 sin100.5 10 sin10iFMf tkm ttt 3344342 10 sin100.5 10 sin102000sin102.5sin10ttm ttt 易见，易见，40.5 10B 3ma

37、x36.975 101.45 10FMfB 33342 10 sin105 10 sin10ifttt 71/1292022-5-284. *窄带角度调制窄带角度调制 cos 2ccs tAf tt角调信号：角调信号： 1t若：若： ，则称为窄带角调制，则称为窄带角调制此时：此时： cos1,sinttt cos 2coscos2sinsin2cos2sin2ccccccccccs tAf ttAtf tAtf tAf tAtf t角调信号可作如下近似：角调信号可作如下近似：恒包络恒包络包络有微小起伏包络有微小起伏 221ca tAt72/1292022-5-28 3.2.2 角度调制信号的频

38、谱特性角度调制信号的频谱特性 1. 基本结论基本结论 tjceAtg)(角调信号角调信号:复包络复包络:( )cos( )ccs tAtt非非 的线性函数的线性函数( )m t是是 的线性函数的线性函数( )m t :PMPtkm tM :2FMtkmtFtMd ( )jtcG fF g tF A e 1122ccS fG ffGff不再是基带信号谱的简单搬移不再是基带信号谱的简单搬移73/1292022-5-28角调信号带宽估计，角调信号带宽估计，卡森规则：卡森规则：21TBDBTB：已调信号带宽，：已调信号带宽，B：基带信号带宽，：基带信号带宽， 定义频偏比频偏比 :Dmaxmaxmax(

39、 )m tffDfB峰值频偏的最高频率2D 时，常用时，常用22TBDB公式。公式。 角调信号的全部功率角调信号的全部功率的的9898在卡森带宽内在卡森带宽内74/1292022-5-28对于单频正弦信号，对于单频正弦信号，PMFMD即或（1）PM信号的带宽信号的带宽： maxmax2(1)22TPMBBkm tBB（2）FM信号的带宽信号的带宽： maxmax2222TFMBfBkm tB 21TBDB 幅度调制的信号带宽幅度调制的信号带宽由调制信号的带宽决定。由调制信号的带宽决定。角度调制的角度调制的带宽带宽和调制信号带宽、幅度有关，和调制器的参数有关。和调制信号带宽、幅度有关，和调制器的

40、参数有关。传输同一基带信号，角度调制的已调信号带宽可宽可窄。传输同一基带信号，角度调制的已调信号带宽可宽可窄。FMFM信号的带宽较易控制信号的带宽较易控制 75/1292022-5-28 643632(210210 cos210 )21010sin210itf t dtt dttt例例3.4 3.4 单频调频波的振幅为单频调频波的振幅为10V10V，瞬时频率为，瞬时频率为 641010 cos2imf tf t3,10mfHz求：（求：（1 1）信号表达式与）信号表达式与 ；（2 2）若频率）若频率 fm 提高到提高到 ，求，求 。 TBTB32 10 Hz解：（解：（1 1） 基带信号带宽：

41、基带信号带宽：mBf 76/1292022-5-28 6321010sin210ttt cosFMcstAt 6310cos 21010sin210FMsttt434maxmax10 cos21010 ()ftHz4max3101010FMfB433max222 102 1022 10 ()TBfBHz 641010 cos2imf tf t21TFMBB77/1292022-5-28（2 2）若）若 32 10 ()mfHz434maxmax10 cos(22 10 )10 ()ftHz （不变）（不变） 4max31052 10FMfB（变为一半）（变为一半） 433max222 102

42、2 1024 10 ()TBfBHz （变化不大）（变化不大） 641010 cos2imf tf t78/1292022-5-28例例3.5 3.5 给定调相信号给定调相信号 3,10mfHz求：（求：（1 1）信号带宽）信号带宽 ；（2 2）若频率）若频率 fm 提高到提高到 ，求，求 。 TBTB32 10 Hz 610cos(21010sin2)PMmsttf t解：基带信号带宽：解：基带信号带宽：mBfmax1010PM（1 1），于是，于是，3321210 11022 10 ()TPMBBHzmax1010PM（2 2），于是，于是，3321210 12 1044 10 ()TPM

43、BBHz 带宽成倍增长带宽成倍增长 79/1292022-5-28作业：17、19、2180/1292022-5-28 sin2mmm tAf t2. *正弦信号角度调制的谱分析正弦信号角度调制的谱分析设设角调制信号的频谱：角调制信号的频谱： 2cncmcmnAS fJffnfffnf时域表达式：时域表达式： cos 22cncmns tAJfnftn - 第第n个频率分量个频率分量 - 调频（调相）指数调频（调相）指数81/1292022-5-28 nJ- 第一类第一类 n 阶阶 贝赛尔函数贝赛尔函数 2(1)(2)1n:n:(3)1nnnnnnnnnnnJJJJJJJJ 当为偶数当为奇数s

44、in12jnnJed82/1292022-5-28参见表参见表3.2.1图3.2.4 贝塞尔函数曲线83/1292022-5-281( )( ) ()2cmcnnS fA Jffnf 正频：正频：l PM 、 FM信号的谱信号的谱:0 0J 12cS fA 1J 1J 2J 2J1212334455f 3J 3J 4J 4Jmfl 002ccAnfJ分量，幅度为 =2.40; =5.52; 0J可以为零n为为 n次下边频。次下边频。n为为 n次上边频。次上边频。84/1292022-5-28mfcfTB 12cS fAf2TmBf010.20.210.20.02JJ 12cS fAfcfTB

45、0123110.765210.440110.114910.0196JJJJ1( )( ) ()2cmcnnS fA Jffnf 正频：正频：2(1)TmBf85/1292022-5-28 01234567550.177650.327650.0465750.364850.391250.261150.131050.05338JJJJJJJJ 2(1)TmBf 12cS fAfcfTBmfn为为 n次上边频。次上边频。n为为 n次上边频。次上边频。86/1292022-5-28u 角调信号的功率：角调信号的功率：角调信号角调信号:( )cos2( )ccs tAf tt未调时：未调时：221( )2

46、cs tA已调时：已调时： 2222211222( )ccnnAAJs tg t 即即 MF、MP不改变总功率不改变总功率对于单频调制，可以证明对于单频调制，可以证明87/1292022-5-28角调信号的离散载波功率：角调信号的离散载波功率： 2202cAJ角调信号的各次边频功率：角调信号的各次边频功率： 222cnAJ 不同时，载波功率和各边频功率的分配关系也发生变化。不同时，载波功率和各边频功率的分配关系也发生变化。已调后：已调后： ，载波功率，载波功率 ，转变为各边频，转变为各边频功率，而总功率不变。功率，而总功率不变。 01J22cA 2222( )122ccnns tAAJ88/1

47、292022-5-28（1 1） ：窄带角调制；：窄带角调制； 变大时为宽带角调制；变大时为宽带角调制；（）图中的（）图中的 是以是以CarsonCarson公式估算的结果，准确地反映了公式估算的结果，准确地反映了信号的带宽，信号的带宽， 对应的功率包括约对应的功率包括约98%98%的功率；的功率；（3 3）载波的强度由）载波的强度由 决定，选择合适的决定，选择合适的 ，可使载，可使载波功率减小或为零。波功率减小或为零。（4 4） 为单一频率，由它产生的为单一频率，由它产生的FMFM或或PMPM信号包含无穷多信号包含无穷多个边频分量，产生了新的频率分量，该调制为非线性调制。个边频分量，产生了新

48、的频率分量，该调制为非线性调制。 1TB 0J m tTB总结总结:89/1292022-5-28 cos 22FMccFMstAf tkm t dt icFMf tfkm t未调时，未调时， icf tf调制后，调制后，3.2.3 调角信号的产生调角信号的产生 1. 直接调频法直接调频法 用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。原理框图：用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。原理框图： 倍频器倍频器VCO m t FMst90/1292022-5-282. *间接调频法（阿姆斯特朗法）间接调频法（阿姆斯特朗法） 原理图：原理图： m t stNBFM FMstcos2ccAf t cos2

49、sin2ccccstAf tAtf tNBFM产生产生NBFM信号信号产生产生WBFM信号信号 2FMtkm t dt 2st 1s t91/1292022-5-28 NBFMcos2sin2cos 2cccccstAf tAtf tA tf tt倍频后：倍频后： 2cos2cos 2kkckcstAf ttAf ktktother上述信号通过带通滤波器上述信号通过带通滤波器, 获得获得k倍频输出倍频输出:限幅后：限幅后： 1cos 2cs tAf tt cos 2kFMcstAf ktktmaxTkfkDkB 瞬时相偏倍倍倍宽带调频 2FMtkm t dtmaxmaxfDf92/129202

50、2-5-283.2.4 调角信号的接收调角信号的接收 cos 22FMccFMstAf tkm t dtFM的非相干接收机框图：的非相干接收机框图： 低通滤波器低通滤波器限幅及限幅及BPF微分器微分器包络检波器包络检波器sFM( t )sd( t )so( t )鉴频器鉴频器 22sin 22dccFMcFMstAfkm tf tkm t dt 解调不必产生同步的本地参考载波，是非相干方法。解调不必产生同步的本地参考载波，是非相干方法。 ostKm t（K为常数）为常数）93/1292022-5-28 cos 2PMccPMstAf tkm tPM信号的接收：信号的接收：在在FMFM接收机后增

51、加一个积分器，便可接收接收机后增加一个积分器，便可接收PMPM信号。信号。 2sin 2dccPMcPMdm tstAfkf tkm tdt 经包络检波、隔直与低通滤波和积分器后得到，经包络检波、隔直与低通滤波和积分器后得到， ostKm t（K为常数）为常数） 低通滤波器低通滤波器限幅及限幅及BPF微分器微分器包络检波器包络检波器鉴频器鉴频器积分器积分器sPM( t )sd( t )so( t )94/1292022-5-283.3 幅度调制系统的抗噪声性能 95/1292022-5-283.3.1 模拟传输中的噪声问题模拟传输中的噪声问题1. 基带传输系统：基带传输系统： 直接传输模拟消息

52、信号的系统。直接传输模拟消息信号的系统。 m tLPFB 0nNPf2 n t带宽为带宽为 BAWGN信道信道接收机接收机 1tm tntor 200SNmomtPN BN B tm tn trLPF平滑滤波r(t)ro(t)96/1292022-5-282. 频带传输系统频带传输系统issin0TPPSNPN BPS - 接收信号功率接收信号功率解调器输入信噪比：解调器输入信噪比：解调器输出信噪比：解调器输出信噪比： 22oonk mtSNP 0nNPf =2 s tBPFBW=BT n tBW =B信道信道 r ts tn t解调解调调制调制 m tBW =BT iir ts tnt km

53、 t ont97/1292022-5-28解调增益解调增益DEMG：反映某种解调器对信噪比的改善能力。：反映某种解调器对信噪比的改善能力。 oDEMiS NGS N为比较各种频带传输系统的总体性能，通常与基带传输系统作为比较各种频带传输系统的总体性能，通常与基带传输系统作比较。假定：比较。假定：（1）实际系统与虚拟系统接收到的信号功率）实际系统与虚拟系统接收到的信号功率 相同；相同；（2）实际系统与虚拟系统的噪声功率谱密度）实际系统与虚拟系统的噪声功率谱密度 相同。相同。 基带系统基带系统rP02NrsPP98/1292022-5-28基带信噪比与解调器输入信噪比（注意到基带信噪比与解调器输入

54、信噪比（注意到 ）之间）之间的关系：的关系：0rbasebandPSNN BrsPP0sTTbasebandiTPBBSSNN BBNB99/1292022-5-28系统增益：系统增益：反映某一调制解调系统相对于基带传输系反映某一调制解调系统相对于基带传输系统的总体增益，定义为统的总体增益，定义为 oSYSDEMTbasebandS NBGGS NBTbasebandiBSSNNB对比对比 ：了解不同频带传输系统的解调器对信噪比的：了解不同频带传输系统的解调器对信噪比的改善；改善；对比对比 ：了解不同频带传输系统之间在信噪比上的整：了解不同频带传输系统之间在信噪比上的整体优劣。体优劣。即比较不

55、同频带传输系统抗噪性能的优劣即比较不同频带传输系统抗噪性能的优劣 DEMGSYSG100/1292022-5-283.3.2 常规常规AM系统（非相干解调）系统（非相干解调） 0nNPf2BPFBT=2B r ts tn t ost ont包络检波器inSNoutSN iir ts tnt inpf02Nfcfcf2B 02iinnPpf dfN B101/1292022-5-28 2212AMcPAmt于是，于是， 220122ciAmtSNN B输入信噪比：输入信噪比：输出信噪比：输出信噪比：（如（如15dB以上）以上）出现门限效应的输入信噪比称为门限值门限值，约为0dB(1)(1)输入信

56、噪比输入信噪比 : :1iS N 2202coA mtSNN B(2)(2)输入信噪比输入信噪比 ，则，则 很小，通信无法很小，通信无法正常进行。表现为一个正常进行。表现为一个“门限效应门限效应”。 1iS NoS N102/1292022-5-28解调增益解调增益： 2_2221oDEMAMAMiS NmtGS Nmt对调制达对调制达100%的正弦消息信号，的正弦消息信号， 20.5mt ， _23DEMAMG 2_2221oSYSAMAMbasebandS NmtBGS NBmt对调制达对调制达100%的正弦消息信号，的正弦消息信号，_1 34.77SYSAMGdB AM系统的抗噪声能力较

57、差系统的抗噪声能力较差。 SYSDEMTBGGB系统增益系统增益：103/1292022-5-283.3.3 DSB-SC与与AM（相干解调）系统（相干解调）系统 0nNPf2BPFBW=2B r ts tn tLPFBW=B乘积检波器乘积检波器inSNoutSN iir ts tnt ooortstnt2cos2cf t 2BPFHf1fcfcf2B104/1292022-5-28 222cos2sin20iccscicsicsn tntf tntf tn tntntntntnt 02iinnPpf dfN B niPf02Nfcfcf2B105/1292022-5-28 cos21cos2

58、DSBccAMccstA m tf tstAm tf tDSB： 2212scPA mt ，2TBBAM： 22112scPAmt2TBB ，输入信噪比分别为输入信噪比分别为， 2222_0011122,22cciDSBiAMA mtAmtSSNN BNN B输入信噪比输入信噪比:106/1292022-5-28接收信号接收信号 ： iir ts tn t cos2cos2sin2icccscr tx tf tntf tntf t输出信噪比输出信噪比:输出信号分量输出信号分量 ： 22cos22cos 21 cos4cccs tf tx tf tx tf t :1:ccAM x tAm tDS

59、B x tA m t107/1292022-5-28低通隔直流后低通隔直流后: ocstA m t 222ocstAmt 22cos22cos 22sin2cos21 cos4sin4icccsccccscn tf tntf tntf tf tntf tntf t输出噪声分量输出噪声分量 ：108/1292022-5-28LPF后后: 2022222oioccointntntnntntnttN B 2202coutAmtSNN B输出信噪比为输出信噪比为， 2222_0011122,22cciDSBiAMA mtAmtSSNN BNN B109/1292022-5-28结论结论： _2DEMD

60、SBG 2_221DEMAMmtGmt_212SYSDSBBGB 22_222211SYSAMmtmtBGBmtmtoDEMiS NGS NSYSDEMTBGGB110/1292022-5-283.3.4 *SSB系统系统 0nNPf2BPFBW=B r ts tn tLPFBW=B s t int ost ont乘积检波器乘积检波器2cos2cf tinSNoutSN 222cos2sin2,icosoicsicsn tntf tntf tn tntntntntnt 2BPFHf1fcfcfB0f0f111/1292022-5-28输入信噪比输入信噪比: 20intN B cos2sin2S