工学第5章模拟调制系统

1工学第5章模拟调制系统21、调制的概念调制：把信号转换成适合在信道中传输的形式的过程。载波调制：用调制信号去控制载波参数的过程，即使载波信号的某一个或几个参量随调制信号改变。在通信系统的接收端那么需要由解调过程。调制信号(基带信号)调制(发送端〕解调〔接收端〕已调信号(带通信号)5.0调制32、调制的作用和目的将调制信号〔基带信号〕转换成适合于信道传输的已调信号〔频带信号〕；实现信道的多路复用，提高信道利用率；扩展信号带宽，提高系统抗干扰能力，实现传输带宽与信噪比之间的互换；5.0调制43、调制的分类 分类方法一：根据调制信号的形式：

模拟调制

数字调制 分类方法二：根据载波的选择：以正弦波作为载波的连续波调制以脉冲串作为载波的脉冲调制本章介绍以正弦波为载波的模拟调制5.0调制55.1幅度调制〔线性调制〕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。频谱是基带信号频谱的简单搬移，是线性的，也称线性调制载波：调制信号：已调信号：65.1.1调幅〔AM〕载波分量载波分量载波分量边带分量调制信号m(t)叠加直流A0后与载波相乘E[m(t)]=0;7——载波分量——上边带——下边带5.1.1调幅〔AM〕85.1.1调幅〔AM〕通常假设m(t)无直流分量〔因为直流不携带任何信息〕，因此：功率计算：载波功率边带功率〔含信息〕95.1.1调幅〔AM〕调制效率：用于传送消息的功率与已调信号的总功率的比【注】AM信号的功率利用率比较低，但解调方便〔包络解调〕。举例：105.1.2双边带调制〔DSB〕载波分量边带分量（无载波分量）115.1.2双边带调制〔DSB〕上边带上边带上边带下边带125.1.3单边带调制〔SSB〕DSB两边带占用带宽两边带所含的信息相同SSB优点:

较DSB节省带宽和发射功率135.1.3单边带调制〔SSB〕1、滤波法

缺点：

理想滤波器不易实现;通常信号具有丰富的低频成分,因此,失真严重。141、滤波法——一级DSB调制和边带滤波5.1.3单边带调制〔SSB〕151、滤波法——两级DSB调制和边带滤波5.1.3单边带调制〔SSB〕165.1.3单边带调制〔SSB〕希尔伯特变换:缺点：所有频率分量严格π/2的相移是很困难的;

2、相移法175.1.4残留边带调制〔VSB〕残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题:传送一个边带,保存另一个边带的一局部;不需要理想滤波器;代价是频带增宽了一些，略大于fH;181.DSB,SSB和VSB

信号的频谱比较5.1.4残留边带调制〔VSB〕H()192.VSB调制和解调模型5.1.4残留边带调制〔VSB〕202.VSB调制和解调模型无失真,要求:5.1.4残留边带调制〔VSB〕213.

残留上边带的滤波器的几何解释5.1.4残留边带调制〔VSB〕在c处具有互补对称特性225.1.4残留边带调制〔VSB〕4.残留边带滤波器特性残留下边带的滤波器残留上边带的滤波器235.2线性调制系统的抗噪声性能

分析模型

由于加性噪声只对已调信号的接收产生影响，因而调制系统的抗噪声性能可以用解调器的抗噪声性能来衡量。分析解调器的抗噪声性能的模型如图:n(t):平稳高斯白噪声，双边功率谱密度为n0/2;输入信噪比输出信噪比24

1.输入信噪比5.2.1分析模型ni(t)：平稳窄带高斯白噪声sm(t)：已调信号已调信号sm(t)的带宽25评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看解调器的输出信噪比。输出信噪比定义为:

2.输出信噪比5.2.1分析模型26

3.调制制度增益5.2.1分析模型为了便于衡量同类调制系统不同解调器对输入信噪比的影响，还可用输出信噪比和输入信噪比的比值G来表示，即:G越大，解调器的性能越好！！，但不能表示整个调制系统的抗噪声性能！！27输入信噪比输出信噪比调制制度增益5.2.1分析模型4.分析方法28相干解调器5.2.2DSB调制系统的性能〔相干解调〕相干解调的分析模型(1)输入信噪比B=2fH295.2.2DSB调制系统的性能〔相干解调〕〔2〕输出信噪比低通305.2.2DSB调制系统的性能〔相干解调〕〔2〕输出信噪比窄带随机过程低通315.2.2DSB调制系统的性能〔相干解调〕〔3〕调制制度增益解调器使信噪比改善2倍325.2.3SSB调制系统的性能〔相干解调〕〔1〕输入信噪比B=fH335.2.3SSB调制系统的性能〔相干解调〕〔2〕输出信噪比345.2.3SSB调制系统的性能〔相干解调〕〔3〕调制制度增益解调器对信噪比没有改善355.2.3SSB调制系统的性能〔相干解调〕〔4〕DSB,SSB调制系统抗噪声性能比较GDSB=2GSSB。这能否说明DSB的抗噪声性能比SSB好呢？衡量一个系统的抗噪声性能，要在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，对这两种调制方式的输出信噪比进行比较：一样

【注】SSB所需带宽是DSB的一半，因此，有效性更好！！365.2.4AM包络检波的性能B=2fH〔1〕输入信噪比375.2.4AM包络检波的性能〔2〕输出信噪比包络检波器的输入:包络检波器的输出:包络检波器输出中有用信号与噪声无法完全分开。因此，计算输出信噪比是件困难的事。我们来考虑两种特殊情况:385.2.4AM包络检波的性能〔2〕输出信噪比大信噪比395.2.4AM包络检波的性能〔2〕输出信噪比大信噪比直流分量,被电容阻隔有用信号噪声100%调制，且m(t)是正弦信号:405.2.4AM包络检波的性能〔2〕输出信噪比小信噪比令:415.2.4AM包络检波的性能〔2〕输出信噪比小信噪比分析:(t)是一个随机噪声,使m(t)被其扰乱,调制信号m(t)无法与噪声分开,有用信号淹没在噪声中,使输出信噪比不再与输入信噪比成比例,而是急剧恶化,这种现象被称为门限效应.门限效应定义:当包络检波的输入信噪比降低到一个特定的数值后,检波器的输出信噪比出现急剧恶化的一种现象.

425.2.4AM包络检波的性能〔3〕总结包络检波的抗噪声性能： 大信噪比情况下，几乎与相干解调法相同〔AM的相干解调的性能大家可以自行分析〕;小信噪比情况下，出现门限效应;43附：线性调制的抗噪声性能小结调制方式信号带宽Si/NiSo/NoG设备复杂度DSB2fH2中等SSBfH1复杂VSB略大于fH近似SSB近似SSB近似SSB复杂AM2fH简单[注]AM:只考虑大信噪比情况445.3非线性调制〔角度调制〕原理基带信号调制频带信号即载波信号的某一参量随基带信号变化,从而携带信息时域频域线性调制载波的幅度随基带信号变化频带信号的频谱是基带信号的线性平移非线性调制载波的频率或相位随基带信号变化频带信号的频谱产生与频谱平移不同的新的频率分量[注]:非线性调制中的调频和调相又统称为角度调制455.3.1角度调制的根本概念1、FM和PM信号的一般表达式未调制的正弦波角调制信号时域表达式瞬时相位瞬时相位偏移瞬时频率瞬时频率偏移465.3.1角度调制的根本概念1、FM和PM信号的一般表达式相位调制(PM)频率调制(FM)时域表达式瞬时相位瞬时相位偏移瞬时频率瞬时频率偏移Kp:调相灵敏度(rad/V)；Kf:调频灵敏度(rad/s·V)；475.3.1角度调制的根本概念 由于角度调制系统的非线性，即使对于简单的基带信号，数学上也很难求出其精确频谱，因此一般在非常简单的基带信号〔单一频率〕情况下，分析其频谱特性，然后进行推广。2、单音调制FM与PM(1)PMmP=KPAm:调相指数，表示最大的相位偏移；485.3.1角度调制的根本概念2、单音调制FM与PM(2)FMmf:调频指数，最大的相位偏移；:最大角频偏，f:最大频偏；493、

FM与PM的关系5.3.1角度调制的根本概念505.3.2窄带调频窄带调频(NBFM)定义为最大瞬时相位偏移满足:反之,即为宽带调频(WBFM).首先看一下窄带调频信号:NBFMx很小时有：cosx≈1sinx≈x515.3.2窄带调频AM和NBFM的比较： AM和NBFM都有载波和两个边带，带宽相同；AM已调信号频谱是基带信号频谱的线性搬移;NBFM已调信号频谱是基带信号频谱的非线性搬移：两个边带分别乘了因式：1/(c)一个边带与AM反相；525.3.3宽带调频FM53Jn(mf):第一类n阶贝塞尔(Bessel)函数Jn(mf)随着n的增大而逐渐减小，取适当的n值使边频分量小到可以忽略的程度，调频信号可近似认为具有有限频谱:卡森公式窄带调频大指数宽带调频5.3.3宽带调频545.3.3宽带调频帕塞瓦尔定理〔附录A〕【注】调频过程只是进行载波功率的重新分配，而分配

的原那么与调频指数mf有关。功率：555.3.4调频信号的产生与解调1.调频信号的产生直接调频法:压控振荡器调制器间接调频法〔阿姆斯特朗法〕:565.3.4调频信号的产生与解调1.调频信号的产生间接调频法〔阿姆斯特朗法〕:NBFM信号的产生57①②③kd:鉴频器灵敏度，V/(rad/s)〔滤去直流后的输出〕2.调频信号的解调——非相干解调：5.3.4调频信号的产生与解调④58①5.3.4调频信号的产生与解调②③2.调频信号的解调——相干解调：仅适用于NBFM①②③④④595.4调频系统的抗噪声性能5.4.1输入信噪比605.4.2大信噪比时的解调增益以单音调制信号为例:

m(t)=Amcoswmt=coswmt61附：FM与AM的抗噪声性能比较设FM与AM信号均为单音调制，AM信号:大信噪比100%调制,FM信号:大信噪比宽带调频。当两者的输入信号功率Si相等，信道噪声功率谱密度n0相同，基带信号带宽fm相同条件下时，比较调频系统与调幅系统的抗噪声性能。62附：FM与AM的抗噪声性能比较FM抗噪声性能优于AMFM性能的提高是以增加带宽为代价的!63当输入信噪比减小到一定程度时，解调器的输出中不存在单独的有用信号项，信号被噪声扰乱，因而输出信噪比急剧下降。我们称之为门限效应。出现门限效应时所对应的输入信噪比值被称为门限值。

小信噪比时的门限效应mf,门限值；在门限值以上,mf,S0/N0；在门限值以下,mf,S0/N0下降越快；645.5各种模拟调制系统的性能比较调制方式传输带宽设备复杂度主要应用AM2fm简单中短波无线电广播DSB2fm中等应用较少SSBfm复杂短波无线电广播、话音频分复用、载波通信、数据传输VSB略大于fm近似SSB复杂电视广播、数据传输FM2(mf+1)fm中等超短波小功率电台(窄带FM)；调频立体声广播等高质量通信(宽带FM)655.6频分复用和调频立体声5.6.1频分复用66每路信号的频带：300～3400HzCCITT建议采用S