第三章模拟调制系统1

1、第第3章章 模拟调制系统模拟调制系统 3.1 3.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理 3.2 3.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 3.3 3.3 非线性调制（角调制）的原理非线性调制（角调制）的原理 3.4 3.4 各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较 3.3.5 5 频分复用系统频分复用系统 模拟调制系统 调制的实质是调制的实质是 ，其作用和目的是，其作用和目的是： n将将调制信号（基带信号）调制信号（基带信号）转换成转换成适合于信道传输适合于信道传输 的已调信号（频带信号）；的已调信号（频带信号）； n实现信道的多路复用，实现信道

2、的多路复用，提高信道利用率提高信道利用率； n减少干扰，减少干扰，提高系统抗干扰能力提高系统抗干扰能力； n实现实现传输带宽与信噪比之间的互换传输带宽与信噪比之间的互换。 频谱搬移频谱搬移 1 ()()()() 2 mcc SMMH 3.1 幅度调制原理 输出已调信号的时域和频域一般表示式为 )(cos)()(thttmts cm h(t)m(t)s m(t) c cost FT 调 幅(AM) 0 ( )()() 1 ()() 2 AMcc cc SA MM 0 max ( ) ( )0 m tA m t 0 0 ( )cos cos( ) ( ) cos AMc cc stt Atm tt

3、 Am t 3.1 幅度调制原理 AM调制器模型 m(t)平均平均 值为值为0 AM信号的波形和频谱 2 AMH Bf O t O t O O t t A0 c A 0 SAM() 0 2 1 1 M() H H 0 A0 m(t) cosct SAM(t) 2 22 0 22222 00 ( )( )cos cos( )cos2( )cos AMAMc ccc PstAm tw t Aw tm tw tA m tw t 由于由于 只有边带功率才与调制信号有关只有边带功率才与调制信号有关 从功率上讲，从功率上讲，AMAM信号的功率利用率比较低。信号的功率利用率比较低。 0 22 ( 2 ) 2

4、 AMsc mtA PPP 调幅(AM)信号功率PAM 计算 载波功率 边带功率 信号信号功率计算功率计算 dttsE)( 2 /2 2 /2 1 lim( ) T TT Ps t dt T l在通信理论中，把功率定义为在通信理论中，把功率定义为在单位电阻上在单位电阻上(1)(1) 消耗的功率（归一化功率）。消耗的功率（归一化功率）。 /()= 2222 PVRI RVIw l这样，这样，电流的平方和电压的平方电流的平方和电压的平方都都等于功率等于功率。 l用用s(t)代表时间代表时间t时刻的电流或电压，则时刻的电流或电压，则s2(t)代表瞬代表瞬 时功率。时功率。 l信号能量为：信号能量为：

5、 l信号平均功率为：信号平均功率为： 2 ( )s t )cos()( mmm tAtm )( )( 22 0 2 tmA tm P P AM S AM 2 2 22 0 2 22 AM AM m m AM AA A 1 0 A Am AM 为调幅指数（或调制幅度） 1 AM 3/1 AM 调幅调幅(AM)(AM)调制效率调制效率计算计算 例1 设m(t)为正弦信号，进行100%的幅度调制，求 此时的调制效率。 解：依题意可设 而100%调制就是 tAtm mm cos)( 22 )( 2 0 2 2 AA tm m %3.33 3 1 )( )( 22 0 2 tmA tm AM A0 =

6、|m(t)|max 的调制，即A0 =Am 因此 结论：结论：AMAM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部信号的总功率包括载波功率和边带功率两部 分。只有边带功率才与调制信号有关，载波分量不携带分。只有边带功率才与调制信号有关，载波分量不携带 信息，信息，所以，调制效率低是所以，调制效率低是AMAM调制的一个最大缺点。调制的一个最大缺点。 A0 c A 0 SAM() 0 2 1 2 AMH Bf 式中，式中，f fH H为调制信号的最高频率。为调制信号的最高频率。 3.1.2 抑制载波双边带调制（DSB-SC） ttmts cDSB cos)()( )()( 2 1 )( ccDSB MM

7、S 将AM信号中的A0去掉，即可输出DSB-SC信号 cos 0t O t t O m(t) sDSB(t) O t O c c M() O H H SDSB() O c c 载波反相点 2 H cos 0t O t t O m(t) sDSB(t) O t O c c M() O H H SDSB() O c c 载波反相点 2 H 抑制载波双边带调制（DSB-SC） DSB信号的波形和频谱信号的波形和频谱 2 DSBH Bf 除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信 号的频谱完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。所所 以以DSBDSB信号的带宽与信号的带宽与AMAM信号的带宽相

8、同，也为基带信号信号的带宽相同，也为基带信号 带宽的两倍，即带宽的两倍，即 HAMDSB fBB2 式中，式中，f fH H为调制信号的最高频率。为调制信号的最高频率。 由于不再包含载波成分，因此，DSB信号的功率就 等于边带功率，是调制信号功率的一半，即 22 1 ( )( ) 2 DSBDSBm PstPm t 式中，式中，P Pm m为边带功率， 为边带功率，DSBDSB信号的调制效率信号的调制效率 为为 。 DSB信号的功率分配及调制效率信号的功率分配及调制效率 100% 需采用相干解调需采用相干解调( (同步检波同步检波) )，不能采用简单的，不能采用简单的 包络检波。包络检波。 在

9、调制信号在调制信号m(tm(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 180180的突变。的突变。 DSBDSB信号功率利用率提高了，但信号功率利用率提高了，但它的频带宽度它的频带宽度 仍是调制信号带宽的两倍仍是调制信号带宽的两倍，与，与AMAM信号带宽相信号带宽相 同。同。 DSB信号的特点（与AM信号相比）： 抑制载波双边带调制（DSB-SC） 3.1.3 3.1.3 单边带调制（单边带调制（SSBSSB） 由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的， 它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其 中一个边带即可，即单边带调制能解决这个问题。 产生SSB信号的方法有很多

10、，其中最基本的方 法有滤波法和相移法。 SSBSSB信号的产生信号的产生 1 1、用滤波法形成单边带信号、用滤波法形成单边带信号 由于单边带调制只传送双边带调制信号的一个边带。由于单边带调制只传送双边带调制信号的一个边带。 因此因此产生单边带信号的最直观的方法是让双边带信号产生单边带信号的最直观的方法是让双边带信号 通过一个单边带滤波器通过一个单边带滤波器，滤除不要的边带滤除不要的边带，即可得到，即可得到 单边带信号。我们把这种方法称为滤波法，它是最简单边带信号。我们把这种方法称为滤波法，它是最简 单的也是最常用的方法。单的也是最常用的方法。 图图 SSBSSB信号的滤波法产生信号的滤波法产生

11、 单边带调制（SSB） 单边带滤波器单边带滤波器 形成形成SSB信号的滤波特性信号的滤波特性 M() H H SM() c c O O 上边带 下边带 下边带 上边带 c c O 上边带频谱 O c c 下边带频谱 M() H H SM() c c O O 上边带 下边带 下边带 上边带 c c O 上边带频谱 O c c 下边带频谱 上边带滤波器 M() H H SM() c c O O 上边带 下边带 下边带 上边带 c c O 上边带频谱 O c c 下边带频谱 下边带滤波器 由图可见，只需将滤波器由图可见，只需将滤波器HSSB()设计成理想设计成理想高通特高通特 性性HUSB()或或理

12、想低通特性理想低通特性HLSB() ，就可以分别得，就可以分别得 到上边带信号和下边带信号。到上边带信号和下边带信号。 显然显然，SSBSSB信号的频谱可表示信号的频谱可表示为为 1 ( )( )( )()()( ) 2 SSBDSBSSBccSSB SSHMMH 滤波法的频谱变换关系如下图所示。滤波法的频谱变换关系如下图所示。 单边带调制（SSB） 用滤波法形成SSB信号的技术难点技术难点是： 要求单边带滤波器在fc附近具有陡峭的截止特性， 才能有效地抑制无用的一个边带。这就使滤波器的滤波器的 设计和制作很困难设计和制作很困难。 为此，为此，在工程中往往采用多级调制滤波的方法。在工程中往往采

13、用多级调制滤波的方法。 图图 滤波法产生滤波法产生SSBSSB的多级频率搬移过程的多级频率搬移过程 用相移法形成单边带信号 考虑单频调制信号：考虑单频调制信号： tAtm mm cos)( 11 ( )coscossinsin 22 SSBmmcmmc stAttAtt ( )coscos 11 cos()cos() 22 DSBmmc mcmmcm stAtt AtAt 90900 0相移相移 用相移法形成单边带信号 宽带宽带90900 0相相 移网络移网络 ttmttmts ccSSB sin)( 2 1 cos)( 2 1 )( 由于SSB只含一个边带,所以其功率为DSB的一半; 即 不

14、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。 SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检 波，需采用相干解调。 滤波法中的滤波器和相移法中的宽带相移网络较难 制作。 SSB信号的特点： 单边带调制（SSB） )( 4 1 2 1 2 tmPP DSBSSB 残留边带调制（残留边带调制（VSB）是介于）是介于SSB与与DSB之之 间的一种调制方式，间的一种调制方式， 它它既克服了既克服了DSB信号占用频信号占用频 带宽的缺点带宽的缺点，又，又解决了解决了SSB信号实现上的难题信号实现上的难题。 基本原理基本原理： 在在VSB中，不是完全抑制一个边带（如同中

15、，不是完全抑制一个边带（如同SSB 中那样），而是逐渐切割，使其残留一小部分。中那样），而是逐渐切割，使其残留一小部分。 3.1.3 残留边带调制（VSB，Vestigial Sideband) M() 2B2BO DSB () c c O (a) (b) SSB( ) O c c c c VSB( ) O (c) (d) DSB、 SSB和VSB信号的频谱 DSB SSB VSB 如何选择残留边带滤波器的滤波特性如何选择残留边带滤波器的滤波特性, 使残留边带信号解调后不产生失真呢？使残留边带信号解调后不产生失真呢？ HVSB() m(t) c(t)cos ct sVSB(t) LPF mo(

16、t) 2cos ct sVSB(t) (a)(b) 1 ( )()()( ) 2 VSBccVSB SMMH ()(). VSBcVSBcH HHconst 1 ( )( )()() 2 oVSBcVSBc MMHH 2( )cos()() VSBcVSBcVSBc sttSS 残留边带信号解调后不产生失真条件残留边带信号解调后不产生失真条件 HVSB() m(t) c(t) cos ct sVSB(t) LPF mo(t) 2cos ct sVSB(t) (a)(b) 常数常数 边带滤边带滤 波器传波器传 输特性输特性 残留边带滤波器的几何解释 c O c HVSB() HVSB( c) c

17、 O c HVSB( c) HVSB( c) HVSB( c) O O c c (a) (b) (c) (d) c O c HVSB() HVSB( c) c O c HVSB( c) HVSB( c) HVSB( c) O O c c (a) (b) (c) (d) c O c HVSB() HVSB( c) c O c HVSB( c) HVSB( c) HVSB( c) O O c c (a) (b) (c) (d) c O c HVSB() HVSB( c) c O c HVSB( c) HVSB( c) HVSB( c) O O c c (a) (b) (c) (d) 实现容易； 只

18、要HVSB()在c处具有互补对称（奇对称）（奇对称）特性，那 么，采用相干解调法解调残留边带信号就能够准确地恢复 所需的基带信号。 VSB信号的特点： 残留边带调制 (a) 残留部分上边带的滤波器特性;(b) 残留部分下边带的滤波器特性 HVSB() 1 0.5 0 c c c c 0 0.5 1 HVSB() (a) (b) 残留边带滤波器特性 3.1.5 线性调制系统的解调线性调制系统的解调 解调的方式有两种：解调的方式有两种：相干解调相干解调与与非相干解调非相干解调。 u相干解调相干解调适用于各种线性调制系统；适用于各种线性调制系统； （Coherent Detection)Cohere

19、nt Detection) u非相干解调非相干解调一般只适用幅度调制（一般只适用幅度调制（AMAM）信号。）信号。 包络检波（包络检波（Envelope Detection)Envelope Detection) 相干解调器的数学模型相干解调器的数学模型 1. 相干解调相干解调 1、AMAM和和DSBDSB信号的解调信号的解调 设上图的输入为AM信号 00 ( )( )( )cos() mAMc StStAm tt 乘法器输出为乘法器输出为 00 000 ( )( )cos()cos() 1 ( )cos()cos(2) 2 cc c tAm ttt Am tt 通过低通滤波器后通过低通滤波器

20、后 000 1 ( )( ) co s() 2 mtAm t 当当 常数时常数时，解调输出信号为，解调输出信号为 0 00 1 ()() 2 mtAmt 同理，当同理，当 时，上述分析即为时，上述分析即为DSB的结果。的结果。 其解调输出信号为其解调输出信号为 0 0 A )( 2 1 )( 0 tmtm 相干解调的基本原理：相干解调的基本原理： 接收端提供一个与发射端接收端提供一个与发射端严格同步的本严格同步的本 地载波地载波，它与接收的以调信号相乘它与接收的以调信号相乘后，经后，经低低 通滤波器取出低频分量通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基，即可得到原始的基 带调制信号。带调制信号。

21、同频同相同频同相 已调信号 3.2 线性调制系统的抗噪声性能 3.2.1 分析模型分析模型 带通 滤波器 sm(t) n(t) sm(t) ni(t) 解调器 mo(t) no(t) 加性白噪声 窄带加性白噪声 已调信号 解调后的 调制信号 解调后的 噪声信号 BPF：滤除带外噪声，滤除带外噪声， 取有用信号。取有用信号。 ( )n t:加性高斯白噪声加性高斯白噪声 功率谱密度：功率谱密度： ( )( )cos( ) ic n tV ttt ni(t)为平稳窄带高斯白噪声 Ni为解调器输入噪声ni(t)的平均功率平均功率 ( )( )( )0 ics n tn tn t 222 ( )( )(

22、 ) icsi n tn tn tN 均值均值 方差方差 BPF：滤除带外噪声，滤除带外噪声， 取有用信号。取有用信号。 BndffPN B c B c i f f ni0 )(2 2 2 双边功率谱密度双边功率谱密度 )( )( 2 0 2 0 0 0 tn tm N S 功功率率解解调调器器输输出出噪噪声声的的平平均均 平平均均功功率率解解调调器器输输出出有有用用信信号号的的 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(SNR)。 )( )( 2 2 tn ts N S i m i i 功率解调器输入噪声的平均 平均功率解调器输入已调信号的 模拟调制系统的性能评估指

23、标模拟调制系统的性能评估指标 解调后解调后 解调前解调前 信噪比信噪比 增益增益 线性调制相干解调的抗噪声性能 3.2.2 DSB调制系统的性能 带通 滤波器 sm(t) sm(t) n(t) ni(t) mo(t) no (t) 低通 滤波器 cosct 线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型 0 1 ( )( ) 2 m tm t 2 11 ( )cos( )( )cos2 22 cc m ttm tm tt 22 00 1 ( )( ) 4 Sm tm t 乘法器 LPF 有用信号 输出功率 3.2.2 DSB调制系统的性能 乘法器 LPF 3.2.2 DSB调制系统的性能 )( 2 1

24、cos)()( 2 2 2 tmttmtsS cmi Bn tm N S i i 0 2 2/ )( 3.2.2 DSB调制系统的性能 Bn tm N tm N S i0 22 0 0 )( 4/ 4/ )( ttmttmts ccm sin)( 2 1 cos)( 2 1 )( SSB调制系统的性能 3.2.3 SSB调制系统的性能 乘法器 LPF Bn tm Bn tm N S i i 0 2 0 2 4 )(4/ )( Bn tm N tm N S i0 22 0 0 4 )( 4/ 16/ )( )( 16 1 )( 22 00 tmtmS 00 11 44 () Hi NNn BBf

25、 3.2.3 SSB调制系统的性能 信噪比增益信噪比增益G G (Gain)(Gain) 定义定义 ii oo NS NS G / / )( )(2 22 0 2 tmA tm G AM )3(2dBG DSB )0(1dBG SSB 小结：各种线性调制系统性能比较小结：各种线性调制系统性能比较 本质上抗噪声能力相同本质上抗噪声能力相同 条件条件: 当当 、 、 相同时，则有相同时，则有 iS 0 2 n m 可见可见: :AMAM系统抗噪声性能最差，系统抗噪声性能最差，DSBDSB与与SSBSSB系统相同。系统相同。 但但SSBSSB传输带宽比传输带宽比AMAM、DSBDSB窄，频带利用率最

26、高。窄，频带利用率最高。 m i AM o o n S tmA tm N S 0 22 0 2 )( )( )( m i i m DSB o o n S tm S n tm Bn tm N S 0 2 0 2 0 2 )( 2 2 )()( )( m i SSB o o n S N S 0 )( 各种线性调制系统性能比较各种线性调制系统性能比较 i S 1 例例22某线性调制系统的某线性调制系统的输出信噪输出信噪比为比为20dB20dB， 输出噪声功率为输出噪声功率为1010-9 -9W W，由发射机输出端到，由发射机输出端到 解调器输入之间总的传输损耗为解调器输入之间总的传输损耗为100dB

27、100dB，试，试 求：求： （1 1）DSBDSB时的发射机输出功率；时的发射机输出功率； （2 2）SSBSSB时的发射机输出功率。时的发射机输出功率。 解：（解：（1 1）在）在DSBDSB方式中，信噪比增益方式中，信噪比增益G=2G=2，则调，则调 制器输入信噪比为制器输入信噪比为 20 10 11 1050 22 io io SS NN 同时，在相干解调时同时，在相干解调时 9 44 10 io NNW 因此解调器输入端的信号功率因此解调器输入端的信号功率 7 502 10 ii SNW 考虑发射机输出端到解调器输入端之间的考虑发射机输出端到解调器输入端之间的 100dB100dB传

28、输损耗，可得发射机输出功率传输损耗，可得发射机输出功率 100 3 10 102 10 oi SSW （2 2）在）在SSBSSB方式中，信噪比增益方式中，信噪比增益G=1,G=1, 则调制器输入信噪比为则调制器输入信噪比为 100 io io SS NN 9 44 10 io NNW 因此，解调器输入端的信号功率因此，解调器输入端的信号功率 7 100410 ii SNW 发射机输出功率发射机输出功率 103 104 10 oi SSW AM信号可采用相干解调和包络检波。相信号可采用相干解调和包络检波。相 干解调时干解调时AM系统的性能分析方法与前面双系统的性能分析方法与前面双 边带（或单边

29、带）的相同。边带（或单边带）的相同。 实际中，实际中，AM信号常用简单的信号常用简单的包络检波法包络检波法 解调解调。 3.2.3 调幅信号包络检波的抗噪声性能 已调信号 分析模型分析模型 带通 滤波器 sm(t) n(t) sm(t) ni(t) 包络检波 mo(t) no(t) 加性白噪声 窄带加性白噪声 已调信号 解调后的 调制信号 解调后的 噪声信号 AM包络检波的抗噪声性能分析模型 3.2.3 调幅信号包络检波的抗噪声性能 你能 直接 写出 来了 吗？ 2 )( 2 )( 22 0 2 tmA tsS mi Bn tmA N S i i 0 22 0 2 )( ttnttntn cs

30、cci sin)(cos)()( ttmAts cm cos)()( 0 BntnN ii0 2 )( 带通 滤波器 sm(t) n(t) sm(t) ni(t) 包络检波 mo(t) no(t) )()( )( arctan)( 0 tntmA tn t c s )()()()( 2 2 0 tntntmAtE sc 0 ( )( )( ) cos( )sin ( )cos( ) mic csc c stnAm tnt tntt E ttt E(t)是理想包络检波器的输出 包络检波是 信号和噪声 的包络 3.2.3 调幅信号包络检波的抗噪声性能 )()()( 22 0 tntntmA sc

31、1. 大信噪比情况(Large signal-to-noise ratio) (Large signal-to-noise ratio) 此时， 输入信号幅度远大于噪声幅度， 即 2 00 22 ( )2( )( ) ( ) ( )( ) c cs Am tAm t nt E t ntnt )()(2)( 0 2 0 tntmAtmA c )( )(2 1)( 0 0 tmA tn tmA c )( )( 1)( 0 0 tmA tn tmA c )()( 0 tntmA c 1, 2 11 2 1 x x x 3.2.3 调幅信号包络检波的抗噪声性能 式中直流分量A0被电容器阻隔，有用信号与

32、噪声 独立地分成两项独立地分成两项 ，因而可分别计算出输出有用信号功 率及噪声功率 )( 2 0 tmS BntntnN ic0 22 0 )()( Bn tm N S 0 2 0 0 )( 3.2.3 调幅信号包络检波的抗噪声性能 可见可见: :大信噪比时，大信噪比时，AMAM系统的系统的包络检波与相干解调包络检波与相干解调抗抗 噪声噪声性能相同。性能相同。而包络检波电路具有电路简单的优势。而包络检波电路具有电路简单的优势。 2. 2. 小信噪比小信噪比 (Small signal-to-noise ratio)(Small signal-to-noise ratio) 可见：可见：小信噪比

33、时小信噪比时，有用信号被，有用信号被“淹没淹没”在噪声中，在噪声中，无无 法正常解调。法正常解调。 )()()( 0 22 tmAtntn sc )()(2)()()()( 0 222 0 tntmAtntntmAtA csc 即即 )( )()( )( )()( 0 22 22 tmA tntn tn tntn sc c sc 不能独立地分成两项 不能解调 3. 3.包络检波的门限效应包络检波的门限效应 （2 2）解决方法解决方法 增大发射功率，增大发射功率， 减小信道噪声，减小信道噪声， 缩短通信距离等。缩短通信距离等。 （1 1）门限效应）门限效应(Threshold effect )(

34、Threshold effect ) 当当输入信噪比下降到一个特定数值输入信噪比下降到一个特定数值后，检波器后，检波器 输出信噪比急剧恶化的现象。输出信噪比急剧恶化的现象。 小信噪比时存在门限效应；小信噪比时存在门限效应； 相干解调不存在门限效应；相干解调不存在门限效应； 结论：在大信噪比情况下，包络检波的性能与相干解调结论：在大信噪比情况下，包络检波的性能与相干解调 相同；但随着信噪比的减小，包络检波会才出现门限效相同；但随着信噪比的减小，包络检波会才出现门限效 应，致使解调器的输出信噪比急剧下降。应，致使解调器的输出信噪比急剧下降。 AM信号包络检波抗噪声性能的特点： 3.2.3 调幅信号

35、包络检波的抗噪声性能 不仅可以把调制信号的信息寄托在载波的幅度变化中，不仅可以把调制信号的信息寄托在载波的幅度变化中， 还可以寄托在载波的频率或相位变化中。还可以寄托在载波的频率或相位变化中。 这种使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化这种使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化 而而振幅保持恒定的调制方式振幅保持恒定的调制方式，称为频率调制（，称为频率调制（FM）和相位）和相位 调制调制(PM) 。因为频率或相位的变化都可以看成是载波角度因为频率或相位的变化都可以看成是载波角度 的变化，故调频和调相又统称为角度调制的变化，故调频和调相又统称为角度调制。 3.3 非线性调制（角调制）的原

36、理 幅度调制 角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原 调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产 生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制非线性调制。 由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，故调 频与调相之间存在密切的关系，即调频必调相，调相必调调频必调相，调相必调 频频。 3.3 非线性调制（角调制）的原理 3.3 3.3 非线性调制的原理非线性调制的原理 一、非线性调制的原理 (Principle of Nonlinear Modulation)Principle of Nonlinear Modulation) 1.1.频率调制频率调制（FM : Frequen

37、cy ModulationFM : Frequency Modulation） )()(tmKt fc dttmKtt fc )()( )(cos)( 0 dttmKtAts fcFM 积分 瞬时频偏随调制信号瞬时频偏随调制信号m(t)m(t)成比例变化成比例变化 2.2.相位调制相位调制（PM : Phase ModulationPM : Phase Modulation） )()(tmKtt Pc )(cos)( 0 tmKtAts pcPM m m m mf f AK m sincos)( 0 tmtAts mfcFM mfmfm fmAKf tAtm mm cos)(当当 调频指数调频

38、指数 瞬时相偏随调制信号瞬时相偏随调制信号m(t)m(t) 成比例变化成比例变化 由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，故调频与调相之由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，故调频与调相之 间存在密切的关系，即间存在密切的关系，即调频必调相，调相必调频调频必调相，调相必调频。 t fcFM mKtAtsd)(cos)( )()(tmKtm fo 由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅 度，度， 因而因而调频信号的解调器必须能产生正比于输入调频信号的解调器必须能产生正比于输入 频率的输出电压频率的输出电压。 调频信号的解调 二、二、FMFM非相干解调非

39、相干解调系统的抗噪声性能分析系统的抗噪声性能分析 1.1.分析模型分析模型 (Analysis Model)(Analysis Model) )(cos)( 0 dttmKtAts fcFM 已知 鉴频器鉴频器 2.2.输入信噪比分析输入信噪比分析 2 0 0 2 i iFM SA Nn B )(cos)( 0 dttmktAts fcFM 2 )(S 2 0 2 A tsFM i FMii Bntn 0 2 )(N而 3.3.输出信噪比分析输出信噪比分析 ttnttndttmKtA tnts csccfc ii sin)(cos)()(cos )()( 0 )(cos)( )(cos)()(

40、cos 0 tttB tttVttA c cc 鉴频器输入端合成信号：鉴频器输入端合成信号： 鉴频输出鉴频输出: : 1 1( ) ( )( ) 2 k o dt utk f t dt 011 cos( )cos c Atta 22 ( )cos( )cos c V ttta ( )cos( )cos c B ttta 令令 (1) (1) 大信噪比大信噪比情况情况 )( 0 tVA dt tdn Adt td dt td tu s o )( 2 1)( 2 1)( 2 1 )( 0 则：则： )( 2 1 )( 2 1 0 tn A tmK sf 可证：可证： 0 )( )()( A tn

41、tt s 输出信号功率 0 S )( 4 )( 2 2 2 2 tm K tsS f oo 输出噪声功率 o N 可证：可证： 2 )( 2 0 2 FMo n B f A fn fP o )( 2 1 )( 0 tn A tn so 可见：可见： 鉴频器输出噪声功率谱为抛物线分布，并随着输出频鉴频器输出噪声功率谱为抛物线分布，并随着输出频 率增加而平方地增大。率增加而平方地增大。 2 )( 2 0 2 FMo n B f A fn fP o m o n ff A fn fP o 2 0 2 )( 2 0 3 0 3 2 )( A fn dffPN mo f f n m m o 经经LPFLP

42、F后：后： 输出信噪比 单音调频时的 0 0 S N 和和 FM G 则则 222 0 23 0 3( ) 8 f o om A K mt S Nn f tAtm mm cos)(设设 m mf m mf f m A fm A m K Atm 2 2 1 )( 22 m f o o fn A m N S 0 2 0 2 22 3 可见：可见：大信噪比时，加大调频指数，可以迅速改善宽带调大信噪比时，加大调频指数，可以迅速改善宽带调 频系统的抗噪声性能。频系统的抗噪声性能。 例如：FM 广播 mfFM fmn A Bn A ) 1(222N S 0 2 0 0 2 0 i i ) 1(3 2 ff

43、FM mmG 。，4505 FMf Gm （2）小信噪比时 0 ( )( )sin( )( ) ( ) A tttt V t 可见，可见，鉴频器不能正常解调，出现门限效应。鉴频器不能正常解调，出现门限效应。 )( 0 tVA 4.4.门限效应门限效应(Threshold Effect(Threshold Effect) （1 1）现象（只发送载波时）现象（只发送载波时） 大信噪比：起伏噪声，沙沙声音。大信噪比：起伏噪声，沙沙声音。 小信噪比：脉冲噪声，喀喇声音。小信噪比：脉冲噪声，喀喇声音。 60 50 40 30 20 10 0 05101520 20 10 7 4 3 FM2 ( )FM

44、/ dB Si Ni ( )FM / dB S0 N0 1)1) m mf f不同，门限值不同。不同，门限值不同。m mf f越大，门限越大，门限 点点(S(Si i/ /N Ni i) )b b越高。越高。(S(Si i/ /N Ni i) )FM FM (S(Si i/ /N Ni i) )b b 时，时，(S(So o/ /N No o) )FM FM与 与(S(Si i/ /N Ni i) )FM FM呈线性关系， 呈线性关系， 且且m mf f越大，输出信噪比的改善越明显。越大，输出信噪比的改善越明显。 2)2) (S(Si i/ /N Ni i) )FM FM (S(Si i/ /

45、N Ni i) )b b时，时，(S(So o/ /N No o) )FM FM将随 将随 (S(Si i/ /N Ni i) )FM FM的下降而急剧下降。且 的下降而急剧下降。且m mf f越越 大，大，(S(So o/ /N No o) )FM FM下降得越快，甚至比 下降得越快，甚至比 DSBDSB或或SSBSSB更差。更差。 非相干解调的门限效应 调频系统的抗噪声性能 (Si/Ni)b 1.去加重 鉴频鉴频 去加重去加重 sFM(t) H(f) m(t) 噪声功率谱噪声功率谱 三、改善调频系统的抗噪声性能方法加重技术 三、改善调频系统的抗噪声性能方法加重技术 2.预加重 预加重预加重

46、FM m(t) H(f) sFM(t) 加重技术可使输出信噪比提高加重技术可使输出信噪比提高13dB13dB左右。左右。 3.4 3.4 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较 一、抗噪声性能比较 可见：可见： 1.1.从抗噪声性能看从抗噪声性能看,FM,FM系统性能最好，系统性能最好，AMAM系统最差。系统最差。 2.2.从频带利用率看，从频带利用率看，SSBSSB系统是最佳的。系统是最佳的。 二、频带利用率比较 mDSBAM fBB2 mSSB fB mfFM fmB)1(2 调制调制 方式方式 信号带宽信号带宽优点优点缺点缺点主要应用主要应用 DSB功率利用率高功率利用率高 接收要

47、同步解接收要同步解 调，设备复杂调，设备复杂 较少应用较少应用 SSB 抗干扰能力较高抗干扰能力较高 频带利用率高频带利用率高 发送、接收设发送、接收设 备复杂备复杂 短波无线电广播，短波无线电广播， 话音频分多路话音频分多路 VSB略大于略大于 近似近似SSB 抗干扰能力较高抗干扰能力较高 频带利用率高频带利用率高 接收要同步解接收要同步解 调，设备复杂调，设备复杂 商用电视广播商用电视广播 AM接收机简单接收机简单 功率利用率低功率利用率低 抗干扰能力差抗干扰能力差 中短波无线电广播中短波无线电广播 FM 抗干扰能力高抗干扰能力高 抗快衰落能力强抗快衰落能力强 频带利用率低频带利用率低 超

48、短波小功率电台，超短波小功率电台， 微波中继，调频立微波中继，调频立 体声广播，卫星通体声广播，卫星通 信信 mf fm) 1( 2 m f m i f fn S m 0 2 2 3 m i fn S 0 3 1 m i fn S 0 m f o o N S m f2 m i fn S 0 m f2 三、模拟调制系统的特点与应用三、模拟调制系统的特点与应用 3.5 3.5 频分复用频分复用 （FDM: Frequency-division multiplexingFDM: Frequency-division multiplexing） 2.FDM 2.FDM 组成框图组成框图 一、一、FDM

49、 FDM 原理原理 1.1.概念概念 采用采用频率分割频率分割的方法，将的方法，将若干个相互独立的若干个相互独立的信号信号复复 合在同一个信道合在同一个信道中，同时传送到接收端的技术。中，同时传送到接收端的技术。 3.频分复用中的串扰(Crosstalk(Crosstalk）问题及解决措施 4.4.用途用途 FDMFDM广泛用于长途载波电话、立体声调频、电视广播和广泛用于长途载波电话、立体声调频、电视广播和 空间遥测等。空间遥测等。 串扰串扰：FDMFDM主要问题是各路信号之间的相互干扰。主要问题是各路信号之间的相互干扰。 解决措施解决措施： （1 1）发送端带通限带）发送端带通限带 （2 2

50、）对系统线性度要求很高）对系统线性度要求很高 （3 3）合理选择副载波频率）合理选择副载波频率12 ,., cccn fff （相邻信号间留有一定防护频带相邻信号间留有一定防护频带） 在多路载波电话中采用单边带调制频分复用，主要在多路载波电话中采用单边带调制频分复用，主要 是为了最大限度地节省传输频带。每路电话信号限带于是为了最大限度地节省传输频带。每路电话信号限带于 300-3400Hz,300-3400Hz,单边带调制后其带宽与调制信号相同。为了单边带调制后其带宽与调制信号相同。为了 在邻路已调信号间留有保护频带，以便滤波器有可实现在邻路已调信号间留有保护频带，以便滤波器有可实现 的过渡带

51、，的过渡带，通常每路话音信号取通常每路话音信号取4kHz4kHz作为标准频带。作为标准频带。 F B f fc1 fcn 保护频带 信道带宽 信号带宽 :f :F :B 例：例：M M路具有路具有f fm m最高频率的信号进行频分复用，并采用最高频率的信号进行频分复用，并采用 单边带调制，邻路间保持单边带调制，邻路间保持0.25f0.25fm m的防护频带，试求整个的防护频带，试求整个 信号频带宽度应为多少？信号频带宽度应为多少？ 解：解： 51 (1)0.25 44 mmmm BMfMff Mf 二、载波电话系统二、载波电话系统(Carrier Telephone System)(Carri

52、er Telephone System) 多路载波电路分群等级多路载波电路分群等级 分群等级分群等级容量容量 (路数路数)带宽带宽 (KHZ) 基本频带基本频带 (KHZ) 基群基群 超群超群 基本主群基本主群 基本超主群基本超主群 12MHZ系统系统 60MHZ系统系统 605 12 300560 9003300 27003900 1080012900 1248 240 1200 3600 10.8MHZ 43.2MHZ 60 108 312 552 812 2044 8516 12388 12路基群信号的频谱形成过程路基群信号的频谱形成过程 4个前群个前群 SSBSSB调制调制FMFM调制

53、调制 三、立体声广播三、立体声广播(Stereo broadcasting)(Stereo broadcasting) DSB 19kHz导频导频 L+R FDM信号信号 FDM信号信号 L+R DSB-SCL-R 19kHz导频导频 38kHz载频载频 ttmttmts ccSSB sincos m m m m m ff ff f fn fP 0 2 )( 一、某模拟通信系统接收机输入端的接收信号为： 其中m(t)的功率谱密度为: 设信道噪声双边功率谱密度Pn (f)=n0/2。 （1）试画出发送端产生该信号的原理框图； （2）试画出接收端对该信号解调的原理框图； （3）求解调器的输入信噪比；（4）求解调器的输出信噪比。 二、设所需传输的单音调制信号为Amcos2fmt，其中fm=15KHz， 先用载频fc=38KHz的载波进行SSB-SC调制，并取下边带；然后 再进行调频，形成SSB/FM的发送信号。已知调频信号的幅度为2V， 调频信号的带宽为184KHz，信道加性高斯白噪声单边功率谱密度 n0=410-7W/Hz，载波载频为100MHz。试求： （1）单边带的数学表示式（下边带）； （2）发送信号调频波的数学表示式； （3） 鉴频器