第5章模拟调制系统1OK

5.1引言5.2幅度调制原理及抗噪声性能5.3非线性调制原理及抗噪声性能5.4各种模拟调制系统的性能比较5.5频分复用5.6复合调制及多级调制第5章模拟调制系统2/6/20231第四章模拟调制系统调制的研究对象问题：

为什么要对信号进行调制？什么是调制？2/6/20232第四章模拟调制系统调制的概念调制：就是将基带信号进行各种变换后，使信号转换成适合在信道中传输形式的过程。其中包括调制映射，频率搬移等等。频率搬移2/6/20233第四章模拟调制系统调制的目的：提高无线通信时的天线辐射效率。传输频率：3kHz，天线高度：25km传输频率：

900MHz，天线高度：8cm把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。2/6/20234第四章模拟调制系统调制分类调制信号：指来自信源的基带信号

载波信号：未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已调信号：载波受调制后称为已调信号。解调（检波）：调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。幅度调制频率调制相位调制线性调制非线性调制2/6/20235第四章模拟调制系统5.2幅度调制原理及抗噪声性能5.2.1幅度调制原理5.2.2线性调制系统的抗噪声性能2/6/20236第四章模拟调制系统图5–1线性调制的一般模型

5.2.1幅度调制的原理2/6/20237第四章模拟调制系统

5.2.1幅度调制的原理幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。已调信号的时域和频域一般表示式为Sm(t)=[m(t)cosωct］*h(t)Sm(ω)=［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］H(ω)2/6/20238第四章模拟调制系统HPF：高通滤波器LPF：低通滤波器BPF：带通滤波器

DSB：doubleside-band，双边带调制SSB：singleside-band，单边带调制USB：upperside-band，上边带调制LSB：lowerside-band，下边带调制VSB:vestigialside-band，残留边带调制2/6/20239第四章模拟调制系统AM调制器模型1、调幅(AM)信号2/6/202310第四章模拟调制系统sAM(t)=［A0+m(t)］cosωct=A0cosωct+m(t)cosωctSAM(ω)=πA0［δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)］+［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］

2/6/202311第四章模拟调制系统AM信号的波形和频谱BAM=2fH2/6/202312第四章模拟调制系统

调幅信号的平均功率为：功率特性分析常规调幅信号的功率由载波功率Pc和边带功率Pf组成；边带功率与调制信号有关，是有用功率：载波功率？？因为2/6/202313第四章模拟调制系统

调制效率：边带功率与总功率之比，即：当时，有：此时：若，调制效率最大值为1/3。常规调幅调制效率低，载波分量不携带信息却占用大部分功率！

改进方案----抑制载波双边带调制2/6/202314第四章模拟调制系统AM小结优点：结构简单，实现容易。缺点：功率效率非常低，最大为1/3频谱效率也不高，为信号最高频率的2倍。应用：中短波段AM广播。2/6/202315第四章模拟调制系统思路：AM信号，载波分量占据了大部分功率，又不包含信息，造成功率浪费，可去除直流部分。原理：调制信号m(t)没有直流分量时，得到DSB信号。频谱：两个边带包含相同的信息。2、抑制载波双边带调制（DSB-SC）2/6/202316第四章模拟调制系统DSB信号的波形和频谱

2/6/202317第四章模拟调制系统DSB小结

优点：功率利用率较高（与AM相比）。缺点：解调复杂。DSB信号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。节省了载波功率，但频带与AM信号同，是调制信号带宽的2倍。

应用：FM立体声中的差信号调制，彩色TV系统中的色差信号调制，以及正交调制等。2/6/202318第四章模拟调制系统3、单边带调制(SSB)原理：

思路：DSB信号中，调制形成的两个边带互为对称，很自然的想到只传输一个边带，这就是SSB.原理：2/6/202319第四章模拟调制系统表示式：滤波器：

频域表示FLASH演示2/6/202320第四章模拟调制系统单边带信号时域表达式时域关系：滤波器：2/6/202321第四章模拟调制系统3、单边带调制(SSB)（1）用滤波法形成单边带信号产生SSB信号最直观的方法是让双边带信号通过一个边带滤波器，保留所需要的一个边带，滤除不要的边带。用滤波法形成SSB信号的技术难点在于滤波器的设计和制作有困难。（2）用相移法形成单边带信号相移法形成SSB信号的技术难点在于宽带相移网络的制作2/6/202322第四章模拟调制系统形成SSB信号的滤波特性

2/6/202323第四章模拟调制系统

相移法形成SSB信号设调制信号为：载波信号为：则DSB信号为：上边带信号为：下边带信号为：2/6/202324第四章模拟调制系统相移法形成单边带信号2/6/202325第四章模拟调制系统小结优点：调制前后带宽保持不变（与调制信号相同）。缺点：信号产生及其解调复杂。应用：

长途（载波）电话。2/6/202326第四章模拟调制系统

综上所述：SSB调制方式在传输信号时，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，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成为短波通信中的一种重要调制方式。SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，因为SSB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变化，所以仍需采用相干解调。2/6/202327第四章模拟调制系统

4、残留边带调制(VSB)思路：AM和DSB信号的带宽是原信号的两倍，而SSB调制系统实现较困难，因此提出了一种介于DSB和SSB之间的调制方式VSB。原理：2/6/202328第四章模拟调制系统频域表示FLASH演示2)]()()[(1)()()()(CCVSBVSBVSBDSBVSBFFHSthtStSwwwwww++-=*=2/6/202329第四章模拟调制系统解调采用相干解调解调不失真条件：

要求滤波器特性满足互补对称性。2/6/202330第四章模拟调制系统残留边带滤波器的传输特性2/6/202331第四章模拟调制系统

残留边带滤波器的几何解释2/6/202332第四章模拟调制系统满足互补对称特性的滚降形状并不是唯一的，目前应用最多的是直线滚降和余弦滚降。它们分别在电视信号传输和数据信号传输中得到应用。2/6/202333第四章模拟调制系统说明只要残留边带滤波器的截止特性在载频处具有互补对称特性，则采用同步解调法解调残留边带信号就能准确地恢复所需的基带信号。残留边带滤波器的截止特性具有很大的选择自由度。但有选择自由度并不意味着对“陡峭程度”就没有制约了。残留边带信号的带宽与滤波器的实现之间存在着矛盾，在实际中，需要恰当处理。

2/6/202334第四章模拟调制系统

5.2.2线性调制系统的抗噪声性能通信系统的质量指标模拟调制系统的性能评估指标

信噪比增益：说明：本节要讨论的问题是信道存在加性高斯白噪声时，各种线性调制系统的抗噪声性能。而抗噪声能力通常用“信噪比”来度量，即信号的平均功率与噪声的平均功率之比。2/6/202335第四章模拟调制系统图5-7解调器抗噪声性能分析模型5.2.2线性调制系统的抗噪声性能2/6/202336第四章模拟调制系统带通滤波器传输特性

2/6/202337第四章模拟调制系统2/6/202338第四章模拟调制系统线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型2/6/202339第四章模拟调制系统1、DSB调制系统

经低通滤波器后，输出信号为解调器输出端的有用信号功率为2/6/202340第四章模拟调制系统解调DSB时，接收机中的带通滤波器的中心频率ω0与调制载频ωc相同，因此解调器输入端的噪声ni(t)可表示为它与相干载波cosωct相乘后，得2/6/202341第四章模拟调制系统

解调器输入信号：

可得解调器的输入信噪比为：2/6/202342第四章模拟调制系统

解调器输出信号：

可得解调器的输出信噪比为：2/6/202343第四章模拟调制系统

GDSB=2由此可见，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用同步解调，使输入噪声中的一个正交分量ns(t)被消除的缘故。

2/6/202344第四章模拟调制系统

2SSB调制相干解调由于所以有

经低通后输出为：2/6/202345第四章模拟调制系统

输出信号功率为：输出噪声功率为：输出信噪比为：输入信号功率为：输入噪声功率为：信噪比增益为：2/6/202346第四章模拟调制系统物理意义分析GSSB=1，解调对信噪比没有改善。因为在SSB系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。2/6/202347第四章模拟调制系统GDSB=2GSSB这能否说明双边带系统的抗噪声性能比单边带系统好呢？回答是否定的。因为在上述讨论中，双边带已调信号的平均功率是单边带信号的2倍，所以两者的输出信噪比是在不同的输入信号功率情况下得到的。如果我们在同等条件下（相同的输入信号功率Si，相同输入噪声功率谱密度n0，相同基带信号带宽fH条件下），对这两种调制方式进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。但双边带信号所需的传输带宽是单边带的2倍。2/6/202348第四章模拟调制系统

例5-1对双边带信号和单边带进行相干解调，接收信号功率为2mW，噪声双边功率谱密度为，调制信号是最高频率为4kHz的低通信号。(1)比较解调器输入信噪比；(2)比较解调器输出信噪比。解：SSB信号的输入信噪比和输出信噪比分别为：

DSB信号的输入信噪比和输出信噪比分别为：2/6/202349第四章模拟调制系统

输入信噪比的比较为输出信噪比的比较为计算结果说明两种信号的抗噪声性能一致。2/6/202350第四章模拟调制系统3、AM包络检波的抗噪声性能分析模型2/6/202351第四章模拟调制系统

2/6/202352第四章模拟调制系统（1）大信噪比情况2/6/202353第四章模拟调制系统这里利用了近似公式

式中直流分量A0被电容器阻隔，有用信号与噪声独立地分成两项，因而可分别计算出输出信号功率及噪声功率比：

2/6/202354第四章模拟调制系统

显然，AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加。但对包络检波器来说,为了不发生过调制现象,应有A0≥|m(t)|max，所以GAM总是小于1。例如：100%的调制(即A0=|m(t)|max)且m(t)又是正弦型信号时），有

这是AM系统的最大信噪比增益。这说明解调器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。

2/6/202355第四章模拟调制系统

可以证明，若采用同步检波法解调AM信号，则得到的调制制度增益GAM与上式给出的结果相同。由此可见，对于AM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时的性能几乎一样。但应该注意，后者的调制制度增益不受信号与噪声相对幅度假设条件的限制。2/6/202356第四章模拟调制系统

其中R(t)及θ(t)代表噪声ni(t)的包络及相位（2）小信噪比时：2/6/202357第四章模拟调制系统E(t)近似表示为：2/6/202358第四章模拟调制系统

由以上分析可得如下结论：大