通信原理—模拟调制系统6讲

1、模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系第3章 模拟调制系统1 1模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系一、一、 基本要求基本要求1.1.掌握掌握模拟调制、载波、调制

2、信号、已调信号、模拟调制、载波、调制信号、已调信号、调制器的定义；调制器的定义；2.2.掌握掌握调制的目的及模拟调制的分类；调制的目的及模拟调制的分类；3.3.掌握掌握线性调制器的原理模型，会分析线性调制器的原理模型，会分析AMAM、 DSBDSB、SSBSSB、VSBVSB调制与解调特性；调制与解调特性；4.4.掌握掌握非线性调制器的原理，及非线性已调信非线性调制器的原理，及非线性已调信号的频谱和带宽特性。号的频谱和带宽特性。2 2模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗

3、噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系二、重点和难点1. 1. 重点是：重点是： 掌握线性调制与解调的原理模型，及其数学掌握线性调制与解调的原理模型，及其数学分析、波形分析、频谱分析，理解各种调制分析、波形分析、频谱分析，理解各种调制方式的特点。方式的特点。 2. 2. 难点是：难点是： 非线性调制频谱和带宽特性的分析和理解。非线性调制频谱和带宽特性的分析和理解。 3 3模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能

4、抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系模拟调制系统调制的实质是调制的实质是频谱搬移频谱搬移，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。4 4模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调

5、制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系线性调制原理幅度调制器的一般模型输出已调信号的时域和频域一般表示式为h(t)m(t)sm(t)coswctFT5 5模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系调 幅(AM)m(t)A0coswctsAM(t)AM调制器模型

6、0max( )( )0m tAm tm(t)平均值为平均值为06 6模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系AM信号的波形和频谱OtOtOOttpA0wcp A0SAM(w)021w1M(w)-wHwHw0A0m(t)cosctSAM(t)7 7模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解

7、调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系由于由于只有边带功率才与调制信号有关从功率上讲，AM信号的功率利用率比较低。调幅(AM)信号功率PAM载波功率边带功率8 8模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系)cos()(mmmtAtmw)()(2202tmAtmPPAMSAM22220222AMAMmmAM

8、AAA10AAmAM为调幅指数（或调制幅度）1AM3/1AM调幅(AM)调制效率9 9模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系例3. 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A0 = |m(t)|max 的调制，即A0 =Am 因此tAtmmmwcos)(22)(2022AAtmm%3.3331)()(2202tmAtm

9、AM1010模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系结论：结论：AMAM信号的总功率包括载波功率和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，载波分量不携带信息，所以，信号有关，载波分量不携带信息，所以，调制效率低是调制效率低是AMAM调制的一个最大缺点。调制的一个最大缺点。1111模拟调制系统线性调制原理线性调制原理

10、线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系调制信号为随机信号的频谱特性调制信号为随机信号的频谱特性调制信号为具有各态历经性的宽平稳随机过程，假设调制信号为具有各态历经性的宽平稳随机过程，假设均值为均值为0，其统计平均与时间平均相同，通过乘法器，其统计平均与时间平均相同，通过乘法器，输出为一非平稳随机过程。其功率谱密度与自相关函输出为一非平稳随机过程。其功率谱密度与自相关函数的时间平均是一对傅立叶变换。数的时间平均是一对

11、傅立叶变换。所以先求出其自相关函数所以先求出其自相关函数RAM(t,t+)。再求其时间平均，对其进行傅立叶变换得到功率谱密再求其时间平均，对其进行傅立叶变换得到功率谱密度度PAM()结论结论与确知信号的功率表达式相同，模拟系统的可与确知信号的功率表达式相同，模拟系统的可靠性用信噪比来表示，所以后面均假设信号为靠性用信噪比来表示，所以后面均假设信号为确知信号，不失一般性确知信号，不失一般性1212模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原

12、理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系抑制载波双边带调制（DSB-SC）将AM信号中的A0去掉，即可输出DSB-SC信号1313模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系cosw0tOttOm(t)sDSB(t)OtOwcwcwM(w)OwwHwHSDSB(w)Owcwcw载波反相点2wH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1414

13、模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系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。所以DSB信号的带宽与AM信号的带宽相同，也为基带信号带宽的两倍， 即HAMDSBfBB2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。 1515模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪

14、声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系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221( )( )2DSBDSBmPstPm t 式中，式中，P Pmm为边带功率，显然，为边带功率，显然，DSBDSB信号信号的调制效率为的调制效率为100%100%。 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1616模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性

15、调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系 需采用相干解调需采用相干解调( (同步检波同步检波) )，不能采用简单的包，不能采用简单的包络检波。络检波。 在调制信号在调制信号m(t)m(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，但它的频带宽度仍信号功率利用率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与是调制信号带宽的两倍，与AMAM信号带宽相同。信号带宽相同。 DSB信号的特点（与AM信号相比）：抑制载波

16、双边带调制（DSB-SC）1717模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系 例例3.2 3.2 已知已知AMAM已调信号表达式已调信号表达式tttScAMwcos)sin5 . 01 ()(式中，式中， 。试分别画出它们的。试分别画出它们的波形图和频谱图。波形图和频谱图。 6cw1818模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原

17、理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系( ) ()() ()()()()4 (6 )(6 ) (7 )(7 )(5 )(5 )4AMccccccSjjwp w w w wp ww ww ww wwp w wp w w w w- - - - - 解：解： S SAMAM(t)(t)的波形如图的波形如图3-53-5（a a）所示，其）所示，其频谱表达式为频谱表达式为 1919模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性

18、调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系2020模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系单边带调制（SSB） DSB信号虽然节省了载波功率，调制效率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与AM信号带宽相同。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

19、制信号的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可，这是单边带调制能解决的问题。 产生SSB信号的方法有很多，其中最基本的方法有滤波法和相移法。2121模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系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由于单边带调制只传送双边带调制信号的一个边带。因此产生单边带信号的号的一个边带。

20、因此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最直观的方法是让双边带信号通过一个单边带滤波器，滤除不要的边带，即可单边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。我们把这种方法称为得到单边带信号。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滤波法，它是最简单的也是最常用的方法。法。2222模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系图图3-6 SSB3-6 SSB信号

21、的滤波法产生信号的滤波法产生 单边带调制（SSB）2323模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系由图由图3-63-6可见，只需将滤波器可见，只需将滤波器HSSB()设计成如设计成如图图3-73-7所示的理想高通特性所示的理想高通特性HUSB()或理想低通或理想低通特性特性HLSB() ，就可以分别得到上边带信号和，就可以分别得到上边带信号和下边带信号。下边带信号。显然显然，SSB

22、SSB信号的频谱可表示为信号的频谱可表示为 1( )( )( )()()( )2SSBDSBSSBccSSBSSHMMHwwww ww ww-滤波法的频谱变换关系如图滤波法的频谱变换关系如图3-83-8所示。所示。 单边带调制（SSB）2424模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系H(w)10wcwcwH(w)0wcwcw1(a)(b)形成SSB信号的滤波特性H(w)10wcwc

23、wH(w)0wcwcw1(a)(b)上边带下边带2525模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系单边带调制（SSB）M(w)wHwHSM(w)wcwcwwOO 上边带 下边带 下边带 上边带wcwcO上边带频谱wOwcwcw下边带频谱2626模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调

24、频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系用滤波法形成SSB信号的技术难点是： 由于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄，这就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。这就使滤波器的设计和制作很困难，2727模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系

25、电 子 技 术 系图图3-9 3-9 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 有时甚至难以实现。为此，在工程中往往采用有时甚至难以实现。为此，在工程中往往采用多级调制滤波多级调制滤波的方法，即在低载频上形成单边的方法，即在低载频上形成单边带信号，然后通过变频将频谱搬移到更高的载带信号，然后通过变频将频谱搬移到更高的载频。实际上，频谱搬移可以连续分几步进行，频。实际上，频谱搬移可以连续分几步进行，直至达到所需的载频为止，如图直至达到所需的载频为止，如图3-93-9所示。所示。 2828模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性

26、能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系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：tAtmmmwcos)(2929模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系用相移法形成单边带信号3030模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线

27、性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系 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=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。 由于SSB只含一个边带,所以其功率为DSB的一半;即SSB信号的特点：单边带调制（SSB）)(41212tmPPDSBSSB3131模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系

28、统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系例3.3已知调制信号载波为 ，进行单边带调制，请写出上边带信号的表达式。)4000cos()2000cos()(tttmpptp410cos解：根据单边带信号的时域表达式，解：根据单边带信号的时域表达式，可确定上边带信号可确定上边带信号 3232模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系

29、统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系4411( ) cos( ) sin221cos(2000)cos(4000)cos21sin(2000)sin(4000)sin211cos(12000)cos(14000)221010U SBccm ttm tttttttttSwwpppppppp-=3333模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术

30、系电 子 技 术 系残留边带调制是介于残留边带调制是介于SSB与与DSB之之间的一种调制方式，间的一种调制方式， 它既克服了它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解信号占用频带宽的缺点，又解决了决了SSB信号实现上的难题。在信号实现上的难题。在VSB中，不是完全抑制一个边带中，不是完全抑制一个边带（如同（如同SSB中那样），而是逐渐切中那样），而是逐渐切割，使其残留一小部分，如图割，使其残留一小部分，如图 所示。所示。 残留边带调制（VSB，Vestigial Sideband)3434模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调

31、制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系M(w)w2pB2pBODSB(w)wcwcO(a)(b)SSB(w)OwcwwwcwcwcVSB(w)Ow(c)(d)DSB、 SSB和VSB信号的频谱3535模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能非线性调制原理非线性调制原理调频信号的解调调频信号的解调调频系统的调频系统的抗噪声性能抗噪声性能性能比较性能比较通信原理课件通信原理课件电 子 技 术 系电 子 技 术 系如何选择残留边带滤波器的滤如何选择残留边带滤波器的滤波特性波特性, ,使残留边带信号解调使残留边带信号解调后不产生失真呢？后不产生失真呢？3636模拟调制系统线性调制原理线性调制原理线性调制系统线性调制系统的抗噪声性能的抗噪