第3章模拟调制线性调制

1、第第3章章 模拟调制系统模拟调制系统 本章主要研究问题：本章主要研究问题： 3.1 3.1 概述（调制的作用、概念、分类和原理）；概述（调制的作用、概念、分类和原理）； 3.23.2、3.3 3.3 线性调制系统（线性调制系统（AMDSBAMDSBSSBVSBSSBVSB）及其性能；）及其性能； 3.43.4、3.5 3.5 非线性调制系统（非线性调制系统（FMFMPMPM）及其性能。）及其性能。 3.1 概述概述 l1 1、信道、信道 l2 2、调制的作用、调制的作用 l3 3、调制的概念、调制的概念 l4 4、调制的分类、调制的分类 1、信道（了解）、信道（了解） l信道可分为信道可分为:

2、 :低通信道低通信道和和带通信道带通信道。 l低通信道低通信道：用于传输低通（基带、低频）信号，这样的系统被称：用于传输低通（基带、低频）信号，这样的系统被称 为基带传输系统。为基带传输系统。 l带通信道带通信道：用于传输带通（高频）信号，这样的系统被称为频带：用于传输带通（高频）信号，这样的系统被称为频带 传输系统。传输系统。 注解：注解：基带信号不能直接通过带通信道传输，要使基带信号基带信号不能直接通过带通信道传输，要使基带信号 通过带通信道进行传输，就必须对基带信号进行变换，变通过带通信道进行传输，就必须对基带信号进行变换，变 换为适合带通信道传输的频带信号的形式。换为适合带通信道传输的

3、频带信号的形式。 2、调制的作用（为什么需要调制？）、调制的作用（为什么需要调制？） l（1）实现有效的辐射）实现有效的辐射 l为了充分发挥天线的辐射能力，为了充分发挥天线的辐射能力， 一般要求天线的尺寸和发送信一般要求天线的尺寸和发送信 号的波长在同一个数量级，即天线的长度应为所传信号波长的号的波长在同一个数量级，即天线的长度应为所传信号波长的1/ 4。 l例如，例如， 如果把语音信号如果把语音信号( 0.33.4 kHz ) 直接通过天线发射，直接通过天线发射， 那那 么天线的长度应为么天线的长度应为 8 3 3 10 22 444 3.4 10 c lkm f l（2）实现频率分配；）实

4、现频率分配； l为使各个无线电台发出的信号互不干扰，每个电台都被分配给不为使各个无线电台发出的信号互不干扰，每个电台都被分配给不 同的频率。这样利用调制技术把各种基带信号调制到不同的载频同的频率。这样利用调制技术把各种基带信号调制到不同的载频 上，以便用户任意选择各个电台，收看、收听所需节目。上，以便用户任意选择各个电台，收看、收听所需节目。 l例如语音、音乐信号，它们的频率都是一样的，如果你所在的城例如语音、音乐信号，它们的频率都是一样的，如果你所在的城 市有二套电台广播信号、其它邻近的城市也各有二套电台广播信市有二套电台广播信号、其它邻近的城市也各有二套电台广播信 号。如果都将这些频率相同

5、的电台语音信号、音乐信号直接放大号。如果都将这些频率相同的电台语音信号、音乐信号直接放大 发射出去，那你的收音机听谁的？怎么去选台？发射出去，那你的收音机听谁的？怎么去选台？ l（3）实现多路复用）实现多路复用 l如果传输信道的通带较宽，可以用一个信道同时传输多路基带信如果传输信道的通带较宽，可以用一个信道同时传输多路基带信 号，只要把各个基带信号的频率分别调制到相应的频带上，然后号，只要把各个基带信号的频率分别调制到相应的频带上，然后 将它们合为一起送入信道传输即可。将它们合为一起送入信道传输即可。 l（4）提高系统的抗噪性能）提高系统的抗噪性能 l通过调制使已调信号的传输带宽变宽。通过调制

6、使已调信号的传输带宽变宽。 说明：用说明：用增加带宽增加带宽的方法换取的方法换取噪声影响的减少噪声影响的减少，这是通信系统设计，这是通信系统设计 中常采用的一种方法。中常采用的一种方法。 3、调制的概念、调制的概念 l调制调制 l将基带信号变换为频带信号的过程。调制就是让基带信将基带信号变换为频带信号的过程。调制就是让基带信 号去控制载波的某个（或某些）参数，使该参数按照基号去控制载波的某个（或某些）参数，使该参数按照基 带信号的规律变化。带信号的规律变化。 l载波载波:正弦波或脉冲序列。正弦信号作载波的调制叫连续波正弦波或脉冲序列。正弦信号作载波的调制叫连续波 （CW）调制，连续波调制已调信

7、号：）调制，连续波调制已调信号： )(cos)()( 0 tttAt 注意注意3个参数个参数 4、调制的分类、调制的分类 l分类分类 按调制信号分类按载波分类按被调参数分类按已调信号频谱结构分类 模拟调制 数字调制 连续波调制 脉冲调制 幅度调制 频率调制 相位调制 线性调制 非线性调制 注：除此之外，还有其他的调制方式 知识引入知识引入 学习本章需要注意的几个方面：学习本章需要注意的几个方面： l基本概念，包括已调信号基本概念，包括已调信号数学表达式数学表达式（时域和频域），（时域和频域）， 波形图、频谱波形图、频谱以及相互之间的关系等；以及相互之间的关系等； l信号信号产生（调制）产生（调

8、制）的原理、方框图，信号的原理、方框图，信号接收（解调）接收（解调） 的原理、方框图；的原理、方框图； l信号的信号的频带宽度（带宽）频带宽度（带宽）； l调制系统调制系统抗噪声性能抗噪声性能分析（信噪比的计算）。分析（信噪比的计算）。 讨论有效性 讨论可靠性 3.2 3.2 线性调制（幅度调制）线性调制（幅度调制） l定义：定义：输出已调信号的频谱和输入已调信号的频谱之间满输出已调信号的频谱和输入已调信号的频谱之间满 足线性搬移的关系。足线性搬移的关系。 l幅度调制幅度调制分为分为： 1 1、标准调幅、标准调幅(AM)(AM) 2 2、抑制载波双边带调幅、抑制载波双边带调幅(DSB-SC)(

9、DSB-SC) 3 3、单边带调幅、单边带调幅(SSB)(SSB) 4 4、残留边带调幅、残留边带调幅(VSB)(VSB) 1、标准振幅调制（、标准振幅调制（AM） l用用信号信号f(t) 控制控制载波载波c(t)的振幅，使已调波的包络按照的振幅，使已调波的包络按照f(t)的的 规律线性变化。规律线性变化。 l调制信号为调制信号为f(t)，载波为，载波为c(t) = A0 cos0t，已调信号：，已调信号： lA0未调载波振幅；未调载波振幅；0载波角频率。载波角频率。 ttfAt AM00 cos)()( AM信号时域表达式 l已调波频谱已调波频谱 )()( 2 1 )()( 00 000 F

10、F A )()(2 2 1 )( 000 FA AM )()(2 2 1 000 FA AM信号频域表达式 调制前后信号频谱形状没有发生变化，仅仅是信号频谱的位调制前后信号频谱形状没有发生变化，仅仅是信号频谱的位 置和幅度发生了变化；置和幅度发生了变化； AM信号的频谱由位于信号的频谱由位于w0的冲激（载波分量）和边带频的冲激（载波分量）和边带频 谱（边带分量）组成；谱（边带分量）组成； 调制信号带宽为调制信号带宽为Wm，调制后的带宽为，调制后的带宽为2Wm。 将频率绝对值小于将频率绝对值小于w0的信号频谱称为下边带，频率绝对值的信号频谱称为下边带，频率绝对值 大于大于w0的信号频谱称为上边带

11、。的信号频谱称为上边带。 AM信号频谱特点信号频谱特点 AM信号频域波形（频谱）信号频域波形（频谱） 假定调制信号频谱：假定调制信号频谱： 则则AM信号频谱：信号频谱： 为了保证为了保证 要求要求 假设假设 （单频信号）（单频信号） 则则 0)( 0 tfA max 0 )(tfA tAtf mm cos)( )(coscos1 )(coscos)( 00 00 ttA ttAAt mAM mmAM -0 -m-0+m0000+m AM() A0 Am/2 -0 -m (a) 已调信号波形(b) 频谱 A0 Am t AM(t) 思考：为什么？ 调制指数定义为：调制指数定义为： 通常：通常：

12、0 A A m （临界调幅） 过调幅 正常调幅 1 )( 1 )( 1 AM信号的调制信号的调制 数学模型数学模型 从时域数学表达式可以直接建立 AM信号的产生（调制）和接收（解调）信号的产生（调制）和接收（解调） 思考：思考：BPF和和LPF的作用？的作用？ 信道 数学描述数学描述 0000 ( )( )cos()cos() p utAf ttt 0000 ( )cos()cos(2)/ 2Af tt 00 1 ( )( )cos() 2 d utAf t LPF滤波之后，可得：滤波之后，可得： 非相干解调法（包络检波法）非相干解调法（包络检波法） l实现简单、成本低，不需要同步载波，但系统

13、存在门限效应；实现简单、成本低，不需要同步载波，但系统存在门限效应； lLED、BPF和和LPF作用。作用。 LPF)(tsAM)(tsoBPFLED 所谓门限效应，就是当包络检波器所谓门限效应，就是当包络检波器 的输入信噪比降低到一个特定的数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值后，检波器的输出信噪比出现急 剧恶化的一种现象。剧恶化的一种现象。 说明：说明： 包络检波要求包络检波要求AM信号不能信号不能 出现过调，即调制指数小出现过调，即调制指数小 于于1。 也就是包络线必须对应为也就是包络线必须对应为 基带信号的线性关系。基带信号的线性关系。 )()( 0 tfA

14、tud 信号信号m(t)的频谱范围为的频谱范围为0到到Wm，将其与一载波信号，将其与一载波信号 相乘实现频率搬移，试求搬移后的信号带宽为相乘实现频率搬移，试求搬移后的信号带宽为 的的 1/100时时 为多少为多少? t 0 cos 0 0 l总总平均功率平均功率 l由于由于 l假设假设f ( t )不含直流分量，则：不含直流分量，则： ttfA 0 2 0 cos)(2)( 2 tP AMAM ttftA 0 22 0 22 0 cos)(cos )2cos1 ( 2 1 cos 00 2 tt 02cos 0 t 0)(tf fCAM PPtfAP)( 2 1 2 1 22 0 AM信号的平

15、均功率和效率信号的平均功率和效率 l载波功率载波功率 l边带功率边带功率 l效率效率 2/ 2 0 AP C 2/)( 2 tfP f )( )( 22 0 2 tfA tf PP P fc f AM 定义定义 和载波信号有关 和基带信号有关 l已知已知f(t)为正弦信号，为正弦信号，100%调制，则其调制效率分别为多调制，则其调制效率分别为多 少？少？ l若若f(t)为方波，其调制效率又为多少？为方波，其调制效率又为多少？ 结论结论 l缺点：在满调制情况下，缺点：在满调制情况下，AM调幅的信号调制效率是非常低调幅的信号调制效率是非常低 的（的（1/31/2） l优点：接收端可以用包络检波法解

16、调信号，不需要本地同优点：接收端可以用包络检波法解调信号，不需要本地同 步载波。步载波。 l寻找其它的调制手段（寻找其它的调制手段（DSB）解决调制效率低的问题。）解决调制效率低的问题。 2、抑制载波双边带（、抑制载波双边带（DSB）调制）调制 lAM中的载波本身并不携带有用信息，却占据中的载波本身并不携带有用信息，却占据50%以上的功以上的功 率。将载波抑制掉，可提高效率（达到率。将载波抑制掉，可提高效率（达到100% ）。称为）。称为抑抑 制载波双边带调幅制载波双边带调幅(DSB-SC) 。 数学描述：数学描述： l时域：时域： l频域：频域： ttft DSB0 cos)()( )()(

17、 2 1 )( 00 FF DSB DSB信号时域波形及频谱图信号时域波形及频谱图 f(t) 0 t F() Wm-Wm0 (a) 0-00 (+0)(-0) 0-00 DSB(t) DSB() F(+0) 1 2 1 2F(-0) USB LSB LSB USB (b) (c) 0 t 反相点 cos0t t 1 -1 0 调制模型调制模型 ttft DSB0 cos)()( 解调模型解调模型 lDSB信号不含有载波，只能进行相干解调，解调输出信号：信号不含有载波，只能进行相干解调，解调输出信号： （推导同（推导同AMAM信号）信号） )( 2 1 )(tftud DSB信号只能采用相干解调

18、，则乘法器输出为：信号只能采用相干解调，则乘法器输出为： 滤除高次项，得：滤除高次项，得： ttftf ttftttz DSB 0 0 2 0 2cos)( 2 1 )( 2 1 cos)(cos)( )( 2 1 )(tftud AM和和DSB比较比较 lDSB调制效率达到了调制效率达到了100%； l二者频谱带宽相同，均为基带信号带宽的二者频谱带宽相同，均为基带信号带宽的2倍（带宽不够节倍（带宽不够节 约）；约）； l频谱中都包含了信息完全相同的上下频谱中都包含了信息完全相同的上下2个边带，需要较高的个边带，需要较高的 发射功率（功率不够节约）。发射功率（功率不够节约）。 设调制信号（基带

19、信号）：设调制信号（基带信号）： 载波：载波： 请写出请写出DSBDSB信号的数学表达式，并画出其频谱图。信号的数学表达式，并画出其频谱图。 tAtm m cos)( ttc C cos)( 波形。时的）调制指数（ 信号的波形）试画出相应的（ ，载波频率为 ，调制信号 AM0.752 DSB1 H8 )2000cos()( zk tAtm m 3、单边带调幅（、单边带调幅（SSB） l由于由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了 调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑， 仅传输其中

20、一个边带就够了。仅传输其中一个边带就够了。 l不能只传输其中一个频谱，因为实际信号的频谱都是对原点对称不能只传输其中一个频谱，因为实际信号的频谱都是对原点对称 的。的。 lSSB调制就是只传送上边带或只传送下边带调制就是只传送上边带或只传送下边带,从而达到从而达到节省节省 发射功率发射功率和和系统频带系统频带的目的。的目的。 设调制信号（基带信号）：设调制信号（基带信号）： 载波：载波： 所以有所以有: : ( )cos m f tt 0 ( )cosc tt 000 000 000 11 ( )coscoscos()cos() 22 111 ( )cos()coscossinsin 222

21、111 ( )cos()coscossinsin 222 DSBmmm USBmmm LSBmmm sttttt stttttt stttttt 单边带信号表达式的推导一般比较困难，但是当调制信号为单音时，单边带信号表达式的推导一般比较困难，但是当调制信号为单音时， 比较便于推出：比较便于推出： 可以证明，可以证明，SSB信号的时域表示式为：信号的时域表示式为： “”对应上边带信号，对应上边带信号，“+”对应下边带信号。对应下边带信号。 ttfttft SSB00 sin)( cos)()( f(t)的希尔伯特变换（相移器）表示将的希尔伯特变换（相移器）表示将f(t) 的所有频率分量相移了的所

22、有频率分量相移了-/2后的结果。后的结果。 SSB信号的功率和带宽信号的功率和带宽 SSB信号的功率和信号的功率和 1 2 S S BD S BmH BBBf带 宽 ： 2 11 ( ) 24 S S BD S B PPft功 率 ： SSB信号的产生（一）：滤波法信号的产生（一）：滤波法 边带滤波器原理简单，实现困难，制作陡峭的边带滤波器，边带滤波器原理简单，实现困难，制作陡峭的边带滤波器， 尤其是在频率较高时更加困难，要求过渡带宽与载波工作频率的尤其是在频率较高时更加困难，要求过渡带宽与载波工作频率的 比值不小于比值不小于0.010.01，即，即 实际中多是通过多级频谱的搬移实现。实际中多

23、是通过多级频谱的搬移实现。 01.0 2 c f 多级频谱搬移原理框图多级频谱搬移原理框图 多级频谱搬移示意图多级频谱搬移示意图 滤波法特点滤波法特点 l适用于适用于音乐和语音信号音乐和语音信号等基带信号（频谱中低频成分没等基带信号（频谱中低频成分没 有或者很少）；有或者很少）； l例：语音信号频谱为：例：语音信号频谱为：300Hz3400Hz l对数字信号和图像信号，滤波法不适合（频谱低端接近对数字信号和图像信号，滤波法不适合（频谱低端接近 零频）。零频）。 SSB信号的产生（二）：信号的产生（二）：相移法相移法 00 11 ( )f ( ) cosf ( ) sin 22 SSB sttt

24、tt l相移法的图形分析相移法的图形分析 频率符号函数，正频域为频率符号函数，正频域为1，负频域，负频域 为为-1。 实际中宽带相移网络不易实现，通实际中宽带相移网络不易实现，通 常采用近似相移来实现。常采用近似相移来实现。 SSB信号的解调信号的解调 )2sin()()2cos()( 2 1 0000 ttfttf 乘法器输入为：乘法器输入为： 经低通滤波后：经低通滤波后： 若载波同步若载波同步 ，解调输出为，解调输出为 )sin()()cos()()( 0000 ttfttft SSB )sin()()cos()( 2 1 )( 00 tftftu p )sin()()cos()( 2 1

25、 )( 00 tftftu d 0 )( 2 1 )(tftu d DSB和和SSB对比对比 lDSB特点特点：传送上下：传送上下2个边带，频带宽，个边带，频带宽，有效性差有效性差（频带利（频带利 用率低），但容易获取。用率低），但容易获取。 lSSB特点特点：只传送上边带或者下边带，有效性好，缺点是：只传送上边带或者下边带，有效性好，缺点是 当低频分量比较丰富的时候当低频分量比较丰富的时候上下边带很难分离上下边带很难分离，不宜获取。，不宜获取。 l因此需要在因此需要在DSB和和SSB之间采取一种折中的方法，即残留之间采取一种折中的方法，即残留 边带调制（边带调制（VSB调制）。调制）。 残留

26、边带调制残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之间的一是介于单边带调制与双边带调制之间的一 种调制方式，它既克服了种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的问题，又解信号占用频带宽的问题，又解 决了单边带滤波器不易实现的难题。决了单边带滤波器不易实现的难题。 不像不像SSBSSB那样让一个边带完全抑制，也不像那样让一个边带完全抑制，也不像DSBDSB那样让两那样让两 个边带完全保存，而是介于二者之间。个边带完全保存，而是介于二者之间。 让一个边带绝大部分顺利通过，而让另外一个边带残留让一个边带绝大部分顺利通过，而让另外一个边带残留 一小部分一小部分。 4、残留边带信号（、残留边带信号（VS

27、B） 残留边带信号（残留边带信号（VSB） lVSB不是对一个边带完全抑制，而是使它逐渐截止。截止特性使传不是对一个边带完全抑制，而是使它逐渐截止。截止特性使传 输边带在载频附近被衰减的部分由残留部分精确地补偿。解调时两输边带在载频附近被衰减的部分由残留部分精确地补偿。解调时两 个频谱搬到一起就可以不失真地恢复调制信号个频谱搬到一起就可以不失真地恢复调制信号 f( t ) 。 VSB调制调制 l调制模型同调制模型同SSB调制模型，不同的是滤波器的特性，调制模型，不同的是滤波器的特性，VSB 滤波器要求在正负载频点的半幅度处呈现奇对称特性滤波器要求在正负载频点的半幅度处呈现奇对称特性（互（互 补

28、对称特性）。补对称特性）。 l将将HV()分别搬移分别搬移-0和和0，HV(0)和和HV(-0）相加，）相加， 在在|0|Wm范围内为常数。范围内为常数。 常数)()( 00 VV HH VSB滤波器特性图解滤波器特性图解 )( VSB H c c 0 1 （a） c c 0 1 0.5 0.5 （b） 图3 -15 残留边带滤波器特性 )( VSB H )( VSB H c c 0 1 （a） c c 0 1 0.5 0.5 （b） 图3 -15 残留边带滤波器特性 VSB解调（同步相干解调）解调（同步相干解调） l数学推导同数学推导同AM、DSB和和SSB相干解调，在此不再详述。相干解调，

29、在此不再详述。 发送功率发送功率PVSB和频带宽度和频带宽度BVSB PSSB PVSBPDSB BSSB BVSBBDSB BVSB=(12)fm VSB功率和带宽功率和带宽 l比较比较 所以所以DSB、SSB、 VSB产生原理相同。产生原理相同。 只是只是滤波器的特性滤波器的特性 不同。不同。 线性调制参数比较线性调制参数比较 lAM l带宽带宽 BAM=2fm lDSB l带宽带宽 BDSB=2fm lSSB l带宽带宽 BSSB=fm lVSB l带宽带宽 fmBVSB2fm )( 2 1 2 1 22 0 tfAP AM )( 2 1 2 tfP DSB )( 4 1 2 tfP S

30、SB )( 2 1 )( 4 1 22 tfPtf VSB 结论及应用结论及应用 lAMAM技术可以实现包络检波器进行检波，不需要同步，实现技术可以实现包络检波器进行检波，不需要同步，实现 最简单。最简单。 lDSBDSB、SSBSSB、VSBVSB？ l针对针对有效性有效性来讲，来讲，SSBSSB最好，最好，VSBVSB次之，次之，DSBDSB和和AMAM最差。最差。 l目前，在电视广播系统，图像信号大多采用目前，在电视广播系统，图像信号大多采用大载波残留边大载波残留边 带调制带调制，便于在接收机中采用包络检波器进行解调。，便于在接收机中采用包络检波器进行解调。 对比分析对比分析 lAM、D

31、SB、SSB和和VSB lAM：带宽为：带宽为2Wm，频谱利用率较低，含有载波，功率利用率最差，频谱利用率较低，含有载波，功率利用率最差， 设备复杂度最简；设备复杂度最简； lDSB：带宽为：带宽为2Wm，频谱利用率较低，不含载波，功率利用率较，频谱利用率较低，不含载波，功率利用率较 高，设备复杂度次之；高，设备复杂度次之； lSSB：带宽为：带宽为Wm，频谱利用率最高，不含载波，功率利用率较高，频谱利用率最高，不含载波，功率利用率较高， 设备复杂度较复杂；设备复杂度较复杂； lVSB：带宽为：带宽为12Wm，频谱利用率较高，不含载波，功率利用率，频谱利用率较高，不含载波，功率利用率 较高，设

32、备复杂度最复杂。较高，设备复杂度最复杂。 3.3 线性调制的抗噪性能分析 l对模拟通信系统，衡量对模拟通信系统，衡量可靠性指标可靠性指标时，通常用输出信噪比或均方误时，通常用输出信噪比或均方误 差来衡量。差来衡量。 l输出信噪比越大可靠性越好。输出信噪比越大可靠性越好。 l本章只研究本章只研究加性噪声加性噪声对通信系统的影响，认为调制器、解调器和滤对通信系统的影响，认为调制器、解调器和滤 波器等都是理想的。波器等都是理想的。 信噪比增益信噪比增益 输入信噪比输入信噪比定义为定义为 输出信噪比输出信噪比定义为定义为 2 ii 2 i i Ss (t) = N n (t) 解调器输入已调信号平均功

33、率 解调器输入噪声的平均功率 )( )( 2 2 tn ts N S o o o o 功率解调器输出噪声的平均 平均功率解调器输出有用信号的 ii oo NS NS G / / 为了比较各种调制系统的好坏，可用为了比较各种调制系统的好坏，可用信噪比增益（调制制度增益）信噪比增益（调制制度增益）表示，表示， 定义如下。定义如下。 调制系统性能分析模型调制系统性能分析模型 lBPF的作用允许信号通过，同时抑制的作用允许信号通过，同时抑制带外噪声带外噪声； l假定假定BPF输出信号输出信号 与已调信号的表达式相同。与已调信号的表达式相同。)(t 相加器表示信道相加器表示信道 噪声为加性噪声。噪声为加

34、性噪声。 窄带高斯白噪声窄带高斯白噪声 l高斯白噪声高斯白噪声 W/Hz（双边功率谱密度）（双边功率谱密度） l窄带高斯白噪声窄带高斯白噪声的数学表达式：的数学表达式： ttnttntn cscci sin)(cos)()( iisc Ntntntn)()()( 222 2 )( 0)( 0 n p tnE n l性能分析按照不同的解调方式来进行性能分析按照不同的解调方式来进行: l相干解调相干解调 l非相干解调非相干解调 可表示各种调幅信号：可表示各种调幅信号：AM、DSB、SSB和和VSB。 )(t 3.3.1 相干解调相干解调 1、输入信噪比、输入信噪比（解调器输入端信号功率与噪声功率之

35、比）（解调器输入端信号功率与噪声功率之比） （1）信号功率）信号功率： )( 2 1 cos)()( 22 0 2 tfttftS DSBi DSB性能分析性能分析 （2）噪声功率）噪声功率：假定信道噪声为高斯白噪声，则解调器的输：假定信道噪声为高斯白噪声，则解调器的输 入噪声功率谱如图：入噪声功率谱如图： m nii Wn BnB n dSN 0 0 0 2 2 )( 2 1 因此可得因此可得DSB系统的输入信噪比：系统的输入信噪比： mDSB i i Wntf N S 0 2 2/)()( 2、输出信噪比、输出信噪比 解调器输出信号功率：解调器输出信号功率： ttft 0 cos)()(

36、ttftfttf 00 2 2cos)( 2 1 )( 2 1 cos)( )( 2 1 )(tftu d )( 4 1 2 tfS o 已知：已知： 将窄带噪声加入到解调器（乘法器和将窄带噪声加入到解调器（乘法器和LPF）后输出噪声信号为）后输出噪声信号为 推导如下：推导如下： ttnttntn sci00 sin)(cos)()( 2sin)(2cos)( 2 1 )( 2 1 cossin)(cos)( cos)( 00 000 0 ttnttntn tttnttn ttn scc sc i )( 2 1 tnc 由上可知，解调器输出噪声为：由上可知，解调器输出噪声为： 所以噪声功率：所

37、以噪声功率： )( 2 1 )(tntn cd iico NtntnN 4 1 )( 4 1 )( 4 1 22 4/ 0m Wn 输出信噪比：输出信噪比： 由：由： 所以调制制度增益：所以调制制度增益： 2 / / ii oo DSB NS NS G mDSB WntfNS 0 2 00 /)()/( mDSBii WntfNS 0 2 2/)()/( AM调制性能分析调制性能分析 l同理可得：同理可得： l所以所以 mAMii WntfANS 0 22 0 2/ )()/( mAM WntfNS 0 2 00 /)()/( )( )(2 / / 22 0 2 00 tfA tf NS NS

38、 G ii 对于对于100调制（即调制（即 ），且又是单音频正弦），且又是单音频正弦 信号时：信号时： max 0 )(tfA 2/)( 2 0 2 Atf 3 2 2 2 2 2 2 0 2 0 2 0 22 0 2 A A A tfA tf G AM SSB、VSB调制性能分析调制性能分析 l同理可得出：同理可得出： l所以：所以： mVSBSSBii WntfNS 0 2 , /)(2)/( mVSBSSB WntfNS 0 2 ,00 /)(2)/( 1 / / 00 ii VSBSSB NS NS G 、 幅度调制噪声性能对比分析幅度调制噪声性能对比分析 调制制度增益调制制度增益G用

39、作评价同类调制系统，作为衡量用作评价同类调制系统，作为衡量 不同调制器的参数，不同调制系统不具有可比性。不同调制器的参数，不同调制系统不具有可比性。 表面来看，DSB的 S/N增益为SSB的2倍，会 认为DSB优于SSB，这是不 正确的。SSB信号的带宽 为DSB的一半，所以DSB的 Ni是SSB时的2倍。尽管 DSB的S/N增加了1倍，但 在解调中S/N的增加被2倍 的输入噪声所抵消。 实际上，对给定的 输入信号功率，DSB和SSB 输出S/N是相同的。 输入信噪比：输入信噪比： )( 2 1 2 )( 2 2 0 2 tf A tS mi mii fntnN 0 2 2)( AMi i f

40、n tfA N S 0 22 0 4 )( 3.3.2 AM系统非相干解调系统非相干解调 输出信噪比输出信噪比 解调器解调器（包络检波）（包络检波）输入的信号加噪声合成波形是：输入的信号加噪声合成波形是： 其中其中合成包络合成包络： tttA ttnttntfA tnttz sc iAM 0 000 cos sin)(cos)()( )()( )()( )( arctan)( )()()()( 0 22 0 tntfA tn t tntntfAtA c s sc )()( )( )( 1)( )( )( 21)( )()()()(2)( )()()()( 0 0 0 0 0 22 0 2 0

41、22 0 tntfA tfA tn tfA tfA tn tfA tntntntfAtfA tntntfAtA c c c scc sc 大输入信噪比情况大输入信噪比情况 )()()()( 22 0 tntntntfA si c (1)1,1 m xmxx )( 2 tfS o mico fntntnN 0 22 2)()( m AM o o fn tf N S 0 2 2 )( 调制制度增益调制制度增益： 结论结论：在大信噪比情况下，：在大信噪比情况下，AMAM信号包络检波器的性能几乎与相信号包络检波器的性能几乎与相 干接收法的性能相同。干接收法的性能相同。 tfA tf NS NS G i

42、i oo AM 22 0 2 2 / / 小输入信噪比情况小输入信噪比情况 条件条件: : 化简化简 )()()()( 22 0 tntntntfA si c 22 0 222 00 22 0 22 0 22 ( )( )( )( ) ( )2( )( )( )( ) 2( )( )( )( ) ( ) ( )( )( ) ( )( ) cs ccs ccs c cs cs tAm tntnt Am tAm tntntnt Am tntntnt nt ntntAm t ntnt 门限效应门限效应: : 随着输入信噪比的变小随着输入信噪比的变小, , 解调器的输出解调器的输出 信噪比将会出现急剧

43、变坏的现象，称之为门限效应。信噪比将会出现急剧变坏的现象，称之为门限效应。 思考思考 l相干解调是否存在门限效应？相干解调是否存在门限效应？ lAM信号在什么情况下才会出现门限效应，为什么？信号在什么情况下才会出现门限效应，为什么？ 结论结论 l当解调器输入信噪比低于一定的数值（临界值）时，信号当解调器输入信噪比低于一定的数值（临界值）时，信号 与噪声无法分开处理，解调器的输出信噪比会急剧恶化，与噪声无法分开处理，解调器的输出信噪比会急剧恶化， 这种效应称为这种效应称为门限效应门限效应。这个临界输入信噪比被称为。这个临界输入信噪比被称为门限门限 值值。 l需要指出，门限效应是所有非相干解调器都

44、存在的一种特需要指出，门限效应是所有非相干解调器都存在的一种特 性，在相关解调器中不存在这种效应，因而小输入信噪比性，在相关解调器中不存在这种效应，因而小输入信噪比 下包络检波器的性能较相干解调器差，所以在噪声条件恶下包络检波器的性能较相干解调器差，所以在噪声条件恶 劣的情况下应采用相干解调。劣的情况下应采用相干解调。 练习练习1 l设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度P Pn n(f(f)=0.5)=0.5* *1010-3 -3 W/HzW/Hz，在该信道中传输抑制载波的双边带信号，并设调制，在该信道中传输抑制载波的双边带信号，并设调制 信号信号m(tm(t) )的频带限制在的频带限制在5kHz5kHz，而载波为，而载波为100kHz100kHz，已调信号，已调信号 的功率为的功率为10kW.10kW.若接收机的输入信号在加至解调器之前，先若接收机的输入信号在加至解调器之前，先 经过一理想带通滤波器滤波，试问：经过一理想带通滤波器滤波，试问： l该理想带通滤波器应具有怎样的传输特性该理想带通滤波器应具有怎样的传输特性H(wH(w)?)? l解调器输入端的信噪功率比为多少解调器输入端的信噪功率比为多少? ? l解调器输出端的信噪功