第4章模拟调制系统

1、第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-41 西西 北北 工工 业业 大大 学学 2015.4 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通 信 原 理 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-42 4.1 4.1 引引 言言 调制是频带传输的基础。调制是频带传输的基础。 调制的定义调制的定义：是按原始电信号的变化规律去改变高频载波某：是按原始电信号的变化规律去改变高频载波某 些参量的过程。些参量的过程。 调制的方式调制的方式 ：模拟调制模拟调制和数字调制和数字调制 调制信号形式；调制信号形式； 载波的选择载波的选择： 正弦波正弦波和脉冲调制和脉

2、冲调制 高频载波形式。高频载波形式。 调制的作用调制的作用：可以进行频谱搬移，从而将调制信号转换成适：可以进行频谱搬移，从而将调制信号转换成适 合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号；对系统信息传合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号；对系统信息传 输的有效性和可靠性有很大的影响。调制方式往往决定了一个输的有效性和可靠性有很大的影响。调制方式往往决定了一个 通信系统的性能。通信系统的性能。 调制的分类调制的分类（模拟）：（模拟）： AM 、 DSB-SC、 SSB 、 VSB 、 FM和和PM。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-43 研究内容：研究内容： 主

3、要内容高频电子线路已经学过，从通信原理角度予以带主要内容高频电子线路已经学过，从通信原理角度予以带 有复习性质的介绍。有复习性质的介绍。 4.1 4.1 引言引言 4.2 4.2 幅度调制原理幅度调制原理 4.3 4.3 线性调制系统的抗操声性能线性调制系统的抗操声性能 4.4 4.4 角度调制（非线性调制）原理角度调制（非线性调制）原理 4.5 4.5 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能 4.6 4.6 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较 4.7 4.7 频分复用（频分复用（FDMFDM） 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-44 4.2 4.2

4、幅度调制的原理幅度调制的原理 4.2.1 4.2.1 幅度调制的一般模型幅度调制的一般模型 幅度调制幅度调制定义：定义：用调制信号去控制高频正弦载波的用调制信号去控制高频正弦载波的幅度幅度，使其，使其 按调制信号的规律变化的过程。按调制信号的规律变化的过程。 )(*cos)()(thttmts cm )()()( 2 1 )(HMMS ccm 模型：模型： 表达式：表达式： m(t)-调制信号（调制信号（一般为基带信号一般为基带信号）；）； cosct 高频载波（高频载波（幅度、相位幅度、相位）； sm(t)-已调信号；已调信号； h(t)-滤波器的冲激响应。滤波器的冲激响应。 ( )( )H

5、h t 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-45 模型：模型： 表达式：表达式： 讨论：讨论： 在在波形上波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；，它的幅度随基带信号规律而变化； 在在频谱上频谱上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单 搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线线 性调制性调制； 适当选择适当选择H( () )、m(t)，便可得到各种幅度调制信号，例如：，便可得到各种幅度调制信号，例如： 常规双边带调幅（常规双边带调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（

6、）、抑制载波双边带调幅（DSB-SC）、）、 单边带调制（单边带调制（SSB）和残留边带调制（）和残留边带调制（VSB）信号等。）信号等。 )(*cos)()(thttmts cm )()()( 2 1 )(HMMS ccm 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-46 0 0 ( )( )cos( ) cos( )( )cos( ) AMc cc stAm tt Atm tt )()( 2 1 )()()( 0ccccAM MMAS 5.1.2 5.1.2 常规双边带调幅常规双边带调幅（AM） 1. 1. AM信号的表达式、频谱及带宽信号的表达式、频谱及带宽 条件条件

7、（在一般模型的基础上）（在一般模型的基础上）： 滤波器滤波器为全通网络：为全通网络：H()=K(=1); 调制信号：调制信号：m(t)外加直流分量外加直流分量A0，且，且 0)(tm （1）模型模型 （2）表达式）表达式 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-47 （3）波形及频谱）波形及频谱 0 ( )( )cos( ) AMc stAm tt )()( 2 1 )()()( 0ccccAM MMAS 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-48 0)( 0 tmA 0 max ( )Am t或 HmAM fBB22 （4）讨论）讨论 AM信

8、号是信号是带有载波的双边带信号带有载波的双边带信号，它的，它的带宽带宽为基带信号带为基带信号带 宽的两倍，即宽的两倍，即 上边带、下边带。上边带、下边带。都含有原调制信号的完整信息都含有原调制信号的完整信息 。 包络检波包络检波不发生失真条件不发生失真条件 否则否则过调制。过调制。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-49 2.2.AM信号的功率分配及调制效率信号的功率分配及调制效率 已调信号功率为：已调信号功率为： 功率分配：功率分配： 注：注：Pc载波功率；载波功率；Ps边带功率；边带功率； 基带信号功率。基带信号功率。 调制效率：调制效率： 显然，显然，AM信

9、号的调制效率总是小于信号的调制效率总是小于1。 ttmAttmtA ttmAtsP ccc cAMAM 2 0 2222 0 22 0 2 cos)(2cos)(cos cos)()( scAM PP tmA P 2 )( 2 22 0 2 22 0 ( ) ( ) s A A M M Pm t P Am t 所载信息功率 已调信号总功率 2 ( ) m Pm t 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-410 22 )( 2 0 2 12 AA tm 22 0 22 22 00 0 /2( )1 33% /23 ( ) AM Am t AA Am t 例例4.1 设设

10、m(t)为正弦信号，进行为正弦信号，进行100的常规双边带调幅，求的常规双边带调幅，求 此时的调制效率。此时的调制效率。 解：解： 依题意无妨设依题意无妨设 而而100调制调制就是就是 的调制，即的调制，即 因此因此 tAtm 11 cos)( max 0 )(tmA 10 AA 由此可见，正弦波做由此可见，正弦波做100AM调制时，调制时，调制效率仅为调制效率仅为33.3%! 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-411 3.3.AM信号的解调信号的解调 调制的逆过程叫做调制的逆过程叫做解调解调。AM信号的解调方法有两种：相信号的解调方法有两种：相 干解调和包络检波

11、解调。干解调和包络检波解调。 2 0 00 ( )( ) cos( )cos 11 ( )( )cos2 22 pAMcc c ststtAm tt Am tAm tt )( 2 1 )( 0 tmAtmo 用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制信号：用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制信号： （1 1）相干解调）相干解调 原理：原理：乘法器移频。乘法器移频。 关键：关键：与调制器同频同相与调制器同频同相 位的载波。位的载波。 问问：同频不同相？：同频不同相？ 同相解调结果：同相解调结果：1/2幅度。幅度。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-412

12、（2 2）包络检波法）包络检波法 原理：原理：AM信号波形的包络与输入信号波形的包络与输入 基带信号成正比，故可以用包络基带信号成正比，故可以用包络 检波的方法恢复原始调制信号。检波的方法恢复原始调制信号。 )()( 0 tmAtmo 包络检波器：包络检波器：一般由半波一般由半波/全波整全波整 流器和流器和LPF组成。组成。 包络检波器的输出包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即：与输入信号的包络十分相近，即： 串联型包络检波串联型包络检波 器电路及其输出器电路及其输出 波形波形 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-413 （3 3）讨论）讨论 包络检波法属于

13、非相干解调法，特点：包络检波法属于非相干解调法，特点：解调效率高解调效率高，解调，解调 器输出近似为相干解调的器输出近似为相干解调的2倍；倍；解调电路简单解调电路简单，特别是接收，特别是接收 端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难 度。度。 故几乎所有的调幅（故几乎所有的调幅（AM）式接收机都采用包络检波法）式接收机都采用包络检波法。 采用采用AM传输信息传输信息 好处：好处：解调电路简单，可采用包络检波法。解调电路简单，可采用包络检波法。 缺点：缺点：调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据了调制效率低，载波分量不携带信息，但

14、却占据了 大部分功率。大部分功率。 改进措施：改进措施：如果抑制载波分量的传送，则可演变出另一如果抑制载波分量的传送，则可演变出另一 种调制方式，即抑制载波的双边带调幅（种调制方式，即抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）。）。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-414 5.1.3 5.1.3 抑制载波的双边带调幅（抑制载波的双边带调幅（DSB-SCDSB-SC） 1. 1. DSB信号的表达式、频谱及带宽信号的表达式、频谱及带宽 DSB ( )( )cos c stm tt DSB 1 ( )()() 2 cc SMM 条件条件（在一般模型的基础上）（在一般模型的

15、基础上）： 滤波器滤波器为全通网络：为全通网络：H()=K(=1); 调制信号：调制信号：均值为均值为0，依然，依然 （2）表达式）表达式 0)(tm （1 1）模型）模型 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-415 （3）波形及频谱波形及频谱 ttmts c cos)()( DSB )()( 2 1 )( DSBcc MMS 讨论：讨论：DSB信号不能进行包络检波，只能相干解调；信号不能进行包络检波，只能相干解调； 除不含载频分量离散谱外，除不含载频分量离散谱外，DSB信号频谱同于信号频谱同于AM（由上下对（由上下对 称的两个边带组成）称的两个边带组成）DSB信号

16、是不带载波的双边带信号信号是不带载波的双边带信号； 它的带宽为基带信号带宽的两倍：它的带宽为基带信号带宽的两倍： HmAMDSB fBBB22 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-416 2. 2. 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 由于不再包含载波成分，因此，由于不再包含载波成分，因此，DSB信号的功率就等于信号的功率就等于 边带功率，是调制信号功率的一半，即边带功率，是调制信号功率的一半，即 msDSB PtmPP 2 1 )( 2 1 2 显然，显然，DSB信号的调制效率为信号的调制效率为100%。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系

17、统 通信原理2021-7-417 3.3.DSB信号的解调信号的解调 DSB信号只能采用相干解调。信号只能采用相干解调。 乘法器输出为：乘法器输出为： )( 2 1 )(tmtmo经低通滤波器滤除高次项，得经低通滤波器滤除高次项，得 2 ( )( ) cos( )cos 11 ( )( )cos2 22 pDSBcc c ststtm tt m tm tt 即无失真地恢复出原始电信号。即无失真地恢复出原始电信号。 DSB调制的调制的好处：好处：节省了载波发射功率，节省了载波发射功率，调制效率高；调制调制效率高；调制 电路简单电路简单，仅用一个乘法器就可实现。，仅用一个乘法器就可实现。 缺点：缺

18、点：占用频带宽度比较宽，为基带信号的占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍。倍。 改进招数？改进招数？ 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-418 5.1.4 5.1.4 单边带调制（单边带调制（SSB） 考察：考察：由于由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携信号的上、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，带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑， 仅传输其中一个边带就够了。仅传输其中一个边带就够了。 1. SSB信号信号的产生的产生 产生产生SSB信号的方法很多，最基本的：信号的方法很多，最基本的：

19、滤波法滤波法和和相移法相移法。 （1 1）滤波法）滤波法据据一般模型而建一般模型而建 条件：条件： 滤波器滤波器为：为： 调制信号：调制信号：均值为均值为0，依然，依然 关键关键/注：注： 0)(tm ( )( ) SSB HH ( ) ( )( ) ( ) L SSB H H HH H 模型模型 只允许只允许DSB信号的一个边带通过！信号的一个边带通过！ 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-419 ( ) ( )( ) ( ) L SSB H H HH H 模型模型 频谱频谱 频域频域 表达式表达式 )()()( 2 1 )()()( SSBccSSBDSBSSB

20、 HMMHSS 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-420 （2 2）用相移法形成）用相移法形成SSBSSB信号信号据时域表达式而建立据时域表达式而建立 可以证明，可以证明， SSB信号的时域表示式信号的时域表示式为：为： 式中：式中：“”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； ttmttmts ccSSB sin)( 2 1 cos)( 2 1 )( ( )m t是是m(t)的的希尔伯特变换希尔伯特变换。 。 模型模型 Hh()为为希尔伯特滤波希尔伯特滤波 器器，它实质上是一个，它实质上是一个 宽带相移网络，对宽带相移网络，对 m(

21、t)中的所有频率分量中的所有频率分量 均相移均相移 -/2 。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-421 2. SSB2. SSB信号带宽、功率和调制效率信号带宽、功率和调制效率 HmDSBSSB fBBB 2 1 2 1 ( ) 4 1 2 DSBBSS PmtP 3. SSB3. SSB信号的解调信号的解调 SSB信号的解调也不能采用包络检波，只能采用相干解调，信号的解调也不能采用包络检波，只能采用相干解调， SSB信号不含载波成分，单边带幅度调制的信号不含载波成分，单边带幅度调制的效率也为效率也为100%。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理

22、2021-7-422 乘法器输出为：乘法器输出为： )( 4 1 )(tmtmo 经低通滤波后的解调输出为经低通滤波后的解调输出为 SSB信号的解调原理：信号的解调原理： ttmttmtm tttmttm tttmttmttsts cc ccc ccccSSBp 2sin)( 4 1 2cos)( 4 1 )( 4 1 sincos)( 2 1 cos)( 2 1 cossin)(cos)( 2 1 cos)()( 2 是是DSB时的二分之一。时的二分之一。 心得：心得：相干解调解出同相分量的一半，抑制正交分量。相干解调解出同相分量的一半，抑制正交分量。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系

23、统 通信原理2021-7-423 回顾回顾/ /小结：小结： AM调制：调制： 可采用包检，结构简单，但调制效率低，最大可采用包检，结构简单，但调制效率低，最大 为为33； DSB调制：调制：调制效率高，但调制效率高，但信号占用频带宽；信号占用频带宽； SSB调制：调制：调制效率高，信号占用频带低，同于基带信号。调制效率高，信号占用频带低，同于基带信号。 但但SSB调制实现难度大：调制实现难度大：采用滤波法时，单边带滤波器不采用滤波法时，单边带滤波器不 易实现；采用相移法时，希尔伯特宽带相移网络难以实现。易实现；采用相移法时，希尔伯特宽带相移网络难以实现。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制

24、系统 通信原理2021-7-424 4.2.5 4.2.5 残留边带调制（残留边带调制（VSB） 特点：特点：残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之间残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之间 的一种调制方式，它既克服了的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的问题，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。又解决了单边带滤波器不易实现的难题。 原理：原理：在残留边带调制中，除了传送一个边带外，还保留在残留边带调制中，除了传送一个边带外，还保留 了另外一个边带的一部分。了另外一个边带的一部分。 核心：核心：M()关于关于=0偶对称；偶对称； DSB信号频谱关于信号

25、频谱关于=c对称！对称！ 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-425 核心：核心：M()关于关于=0偶对称；偶对称； DSB信号频谱关于信号频谱关于=c对称！对称！ 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理 2021-7-4 26 )()()( 2 1 VSBccVSB HMMS 1. 1. 残留边带信号的产生残留边带信号的产生 ()() VSBcVSBcH HH常数， 模型模型 频谱频谱 频域表达式频域表达式 关键：残留边带滤波器关键：残留边带滤波器（待证）（待证） 时域表达式时域表达式 ? （4.2-22） 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通

26、信原理2021-7-427 几何含义：几何含义：HVSB()在载频附近在载频附近 必须具有必须具有互补对称性互补对称性。 互补对称滚降特性互补对称滚降特性是指：以是指：以 (c,1/2)为坐标原点，建立一坐标为坐标原点，建立一坐标 系，则残留边带滤波器的过渡带系，则残留边带滤波器的过渡带 关于原点关于原点(c,1/2)应呈现奇对称性。应呈现奇对称性。 因为此时，保留的下边带信号在因为此时，保留的下边带信号在 | | |c残留的上边带信号补充残留的上边带信号补充 回来。回来。 ()() VSBcVSBcH HH常数，（4.2-22） 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7

27、-428 满足互补对称特性的滚降形状可以有无穷多种，用的最多的满足互补对称特性的滚降形状可以有无穷多种，用的最多的 是是直线滚降直线滚降和和余弦滚降余弦滚降。 HcVSBcVSB HH常数，)()( HVSB()可以看作是对截止频率为可以看作是对截止频率为c的理想滤波器的进行的理想滤波器的进行 “平滑平滑”“滚降滚降”的结果。的结果。 由于由于“滚降滚降”，滤波器截止频率特性的，滤波器截止频率特性的“陡度陡度”变缓，变缓，实实 现难度降低，但滤波器的带宽变宽现难度降低，但滤波器的带宽变宽。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-429 2. 2. 残留边带信号的解调残

28、留边带信号的解调 只能采用相干解调。只能采用相干解调。 )()( 2 1 )( cVSBcVSBp SSS )()2()( 4 1 )(MMHS ccVSBp )2()()( 4 1 ccVSB MMH 1 ()()()() 4 oVSBcVSBc MMHH )()()( 2 1 VSBccVSB HMMS 乘法器输出：乘法器输出： 而：而： 代入上式得：代入上式得： 经经LPF： 11 ( )( ),( )( ) 44 Oo MMm tm t同于同于SSB调制系统。调制系统。 解调得：解调得： 为了保证相干解调的输出无失真地重现调制信号为了保证相干解调的输出无失真地重现调制信号，要求，要求

29、()() VSBcVSBcH HH常数， 此即式（此即式（4.2-22）成立！）成立！ 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-430 VSB与与SSB调制：调制： VSB带宽：带宽：介于介于BDSB、BSSB之间，但趋于之间，但趋于BSSB; 由于由于VSB基本性能基本性能接近接近SSB，而，而VSB调制中的边带滤波器比调制中的边带滤波器比 SSB中的边带滤波器容易实现，所以中的边带滤波器容易实现，所以VSB调制在广播电视、调制在广播电视、 通信等系统中得到广泛应用。通信等系统中得到广泛应用。 ( )( ) VSBSSB stst 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制

30、系统 通信原理2021-7-431 4.3 4.3 线性调制系统的抗操声性能线性调制系统的抗操声性能 引言引言 前面的分析都是在没有噪声的条件下进行的。实际上，前面的分析都是在没有噪声的条件下进行的。实际上， 任何任何通信系统都避免不了噪声的影响通信系统都避免不了噪声的影响。 从第从第2 2章的有关信道和噪声的内容可知，章的有关信道和噪声的内容可知，通信系统是把通信系统是把 信道加性噪声中的起伏噪声作为研究对象的信道加性噪声中的起伏噪声作为研究对象的。而起伏噪。而起伏噪 声又可视为声又可视为高斯白噪声高斯白噪声。 因此，本节将要因此，本节将要研究信道存在加性高斯白噪声时各种研究信道存在加性高斯

31、白噪声时各种 线性系统的抗噪声线性系统的抗噪声性能性能可靠性研究可靠性研究。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-432 4.3.1 4.3.1 通信系统抗噪性能分析模型通信系统抗噪性能分析模型 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用解调器的抗噪声性能来衡量。系统的抗噪声性能可用解调器的抗噪声性能来衡量。 分析解调器抗噪性能的分析解调器抗噪性能的一般模型一般模型： ( ) i n t 为传输过程中叠加的为传输过程中叠加的高斯白噪声高斯白噪声：0、n0/2； 为为窄带高斯噪声窄带高斯噪声。

32、 ( )n t sm(t)为已调信号；为已调信号； 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-433 窄带高斯噪声窄带高斯噪声ni(t) 0 f0 1 )( fH 0 ff B 图3-18 带通滤波器传输特 性 2 0i Nn B ttnttntn sci00 sin)(cos)()( )(cos)()( 0 tttVtni 功率：功率： 两种表达式两种表达式 0)()()(tntntn isc iisc Ntntntn)()()( 222 其中：其中： ni(t)的同相分量的同相分量nc(t)和正交分量和正交分量ns(t)都是高斯变量，它们的都是高斯变量，它们的 均值和

33、方差（平均功率）都与均值和方差（平均功率）都与ni(t)的相同，即的相同，即 ni(t)包络包络V(t)的一维概率密度函数为瑞利分布，相位的一维概率密度函数为瑞利分布，相位(t)的的 一维概率密度函数为均匀分布。一维概率密度函数为均匀分布。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-4 34 输出信噪比输出信噪比 输入信噪比输入信噪比 信噪比增益信噪比增益( (调制制度增益调制制度增益) )作为不同调制方式下解调器抗噪作为不同调制方式下解调器抗噪 性能的度量。定义为：性能的度量。定义为： ii oo NS NS G / / )( )( 2 2 tn tm N S o o

34、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 )( )( 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 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-435 4.3.2 4.3.2 线性调制相干解调系统的抗噪声性能线性调制相干解调系统的抗噪声性能 特点：特点：相干解调属于相干解调属于线性解调线性解调，故在解调过程中，故在解调过程中，输入输入 信号及噪声可分开单独解调。信号及噪声可分开单独解调。 适用：适用：所有线性调制（所有线性调制（DSB、SSB、VSB、AM）信号）信号 的解调的解调 。 相干解调时接

35、收系统相干解调时接收系统模型：模型：解调器为解调器为同步解调器同步解调器，由相乘，由相乘 器和器和LPF构成。构成。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-436 ttmts cm cos)()( ttmtmttm cc 2cos)( 2 1 )( 2 1 cos)( 2 )( 2 1 )(tmtmo )( 4 1 )( 22 tmtmS oo 1. 1. DSB调制系统的性能调制系统的性能 （1）求）求So输入信号的解调输入信号的解调 解调器解调器输入信号输入信号 乘法器输出乘法器输出 经经LPF输出信号输出信号 输出信号功率输出信号功率 可直接写出可直接写出 第第

36、4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-437 ttnttntn cscci sin)(cos)()( 2sin)(2cos)( 2 1 )( 2 1 cossin)(cos)(cos)( ttnttntn tttnttnttn csccc ccsccci )( 2 1 )(tntn co )( 4 1 )( 22 tntnN coo 22 1111 ( )= 4444 iio n tNn B （2）求）求NO输入噪声的解调输入噪声的解调 噪声输入噪声输入 乘法器输出乘法器输出 经经LPF输出噪声输出噪声 输出噪声功率输出噪声功率 可直接写出可直接写出 第第4 4章章 模拟

37、调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-438 （3）求求Si输入信号功率输入信号功率 解调器输入信号平均功率：解调器输入信号平均功率： )( 2 1 cos)()( 222 tmttmtsS cmi 2 0 1 ( ) 2i i mt S Nn B 、 Bn tm N tm N S i o o 0 2 2 )( 4 1 )( 4 1 2 / / ii oo DSB NS NS G 结论：结论： 解调器的解调器的输入和输出信噪比输入和输出信噪比： 调制制度增益调制制度增益： 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-439 2.2.SSB调制系统的抗噪声性能调制系统的

38、抗噪声性能 ttmttmts ccm sin)( 2 1 cos)( 2 1 )( )( 4 1 )(tmtmo )( 16 1 )( 22 tmtmS oo BnNtnN oiio 4 1 4 1 )( 4 1 2 （2）求）求No输出噪声的功率输出噪声的功率结论同于结论同于DSB 可直接写出可直接写出 但：但：B =？ （1）求）求So输出信号的功率输出信号的功率 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-440 （3）求）求Si输入信号的功率输入信号的功率 Bn tm Bn tm N S i i 0 2 0 2 4 )( )( 4 1 Bn tm Bn tm N S

39、 o o 0 2 0 2 4 )( 4 1 )( 16 1 1 / / ii oo SSB NS NS G 222 1 ( )( ) 1 ( 8 ) 4 m tmm tt 2sin) ( )(2cos)( 2 1 )( 2 1 2cos)( 2 1 )( 2 1 4 1 sin) ( 2 1 cos)( 2 1 )( 2222 22 ttmtmttmtmttmtm ttmttmtsS ccc ccmi 结论：结论： 解调器的解调器的输入和输出信噪比输入和输出信噪比： 调制制度增益调制制度增益： 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-441 问：问：DSB解调器的调制制

40、度增益是解调器的调制制度增益是SSB的二倍。因此就说：的二倍。因此就说：双双 边带系统的抗噪性能优于单边带系统？边带系统的抗噪性能优于单边带系统？ 1 / / ii oo SSB NS NS G2 / / ii oo DSB NS NS G 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-442 比较前提：比较前提：解调器的输入噪声功率谱密度解调器的输入噪声功率谱密度n0/2相同；相同； 输入信号的功率输入信号的功率Si也相等。也相等。 具体分析如下：具体分析如下： H i DSB i iDSB i DSB i i DSB DSB o o fn S Bn S N S N S G

41、 N S 00 22 H i SSB i iSSB i SSB i i SSB SSB o o fn S Bn S N S N S G N S 00 1 结论：结论：在相同的噪声背景和相同的输入信号功率条件下，在相同的噪声背景和相同的输入信号功率条件下， DSB和和SSB在解调器输出端的信噪比是相等的。这就是说，在解调器输出端的信噪比是相等的。这就是说，从从 抗噪声的观点，抗噪声的观点，SSB制式和制式和DSB制式是相同的。制式是相同的。 但：但：B ？ 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-443 3.3.VSB调制系统的抗噪声性能调制系统的抗噪声性能 VSB调制系

42、统抗噪性能的分析方法与上面类似调制系统抗噪性能的分析方法与上面类似相干解调。相干解调。 但但问题问题：采用的残留边带滤波器的频率特性形状可能不同，：采用的残留边带滤波器的频率特性形状可能不同， 难以确定抗噪性能的一般计算公式。难以确定抗噪性能的一般计算公式。 不过，不过，在残留边带滤波器滚降范围不大的情况下，可将在残留边带滤波器滚降范围不大的情况下，可将VSB 信号近似看成信号近似看成SSB信号，即信号，即 在这种情况下，在这种情况下，VSB调制系统的抗噪性能与调制系统的抗噪性能与SSB系统相同系统相同。 ( )( ) VSBSSB stst 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理

43、2021-7-444 例例4.2 用线性调制系统传输最高调制频率为用线性调制系统传输最高调制频率为15kHz的广播信号。已知的广播信号。已知 n0=10-10W/Hz，发射机到接收机之间总的传输损耗为，发射机到接收机之间总的传输损耗为60dB。若要。若要 求输出信噪比为求输出信噪比为20dB，试求采用，试求采用DSB方式时发射机的输出功率。方式时发射机的输出功率。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-445 例例4.2 用线性调制系统传输最高调制频率为用线性调制系统传输最高调制频率为15kHz的广播信号。已知的广播信号。已知 n0=10-10W/Hz，发射机到接收机

44、之间总的传输损耗为，发射机到接收机之间总的传输损耗为60dB。若要。若要 求输出信噪比为求输出信噪比为20dB，试求采用，试求采用DSB方式时发射机的输出功率。方式时发射机的输出功率。 解：解：在在DSB方式中，解调器输入信噪比方式中，解调器输入信噪比 20 10 11 1050 2 io iDSBo SS NGN 1036 00H 2102 15 103 10 W iDSB Nn Bnf 64 5050 3 10 =1.5 10 W ii SN 60 64 10 10101.5 10 =1500W Ti SS 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 考虑到考虑到60dB传输

45、损耗，可得发射机输出功率传输损耗，可得发射机输出功率 而解调器输入端的噪声功率而解调器输入端的噪声功率 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-446 解调器解调器输入信号为：输入信号为： 输入噪声为输入噪声为： 注：注：包络检波属于非线性解调，信号与噪声无法分开处理。包络检波属于非线性解调，信号与噪声无法分开处理。 0 ( )( )cos AMc stAm tt ttnttntn cscci sin)(cos)()( 4.3.3 4.3.3 常规调幅包络检波系统的抗噪声性能常规调幅包络检波系统的抗噪声性能 AM信号可采用相干解调或信号可采用相干解调或包络检波包络检波。

46、实际中，常用简单。实际中，常用简单 的包络检波法解调。的包络检波法解调。 1. 模型：模型：一般模型中的解调器具体为包络检波器。一般模型中的解调器具体为包络检波器。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-447 2. .输入信号功率输入信号功率Si、噪声功率、噪声功率Ni和输入信噪比和输入信噪比Si/ Ni 2 220 1 ( )( ) 22 iAM A Sstm t BntnN ii0 2 )( 22 0 0 ( ) 2 i i SAm t Nn B 0 ( )( )cos AMc stAm tt ttnttntn cscci sin)(cos)()( 第第4 4章

47、章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-448 3. 输出信号功率输出信号功率So、噪声功率、噪声功率No、输、输出出信噪比信噪比So/ No 、GAM 非线性解调，信号与噪声无法分开处理。非线性解调，信号与噪声无法分开处理。 解调器输入的信号加噪声的解调器输入的信号加噪声的合成波形合成波形是是 ： 其中其中合成包络：合成包络： 0 ( )( )( )( )cos( )sin ( )cos( ) AMiccsc c stn tAm tn ttn tt A ttt )()()()( 22 0 tntntmAtA sc 理想包络检波器的输出就是理想包络检波器的输出就是A(t)。 检波器

48、输出中检波器输出中有用信号与噪声无法完全分开有用信号与噪声无法完全分开，因此，计算输，因此，计算输 出信噪比是件困难的事。为简化起见，考虑两种特殊情况：出信噪比是件困难的事。为简化起见，考虑两种特殊情况： 大信噪比情况大信噪比情况 小信噪比情况小信噪比情况 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-449 （1）大信噪比情况）大信噪比情况 )()()( 22 0 tntntmA sc 大信噪比大信噪比（输入信号幅度远大于噪声幅度），即（输入信号幅度远大于噪声幅度），即 : 此时此时 22 0 2 00 ( )( )( ) ( ( ) ( )( )( ) c cs c Am

49、 tn tn t Am t A n t t Am tn t （4.3-30） 输出信号功率、噪声功率和信噪比：输出信号功率、噪声功率和信噪比： )( 2 tmSo BntntnN ico0 22 )()( Bn tm N S o o 0 2 )( 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-450 Bn tm N S o o 0 2 )( )( )(2 / / 22 0 2 tmA tm NS NS G ii oo AM 2/)( 2 0 2 Atm 3 2 AM G )()()( 0 tntmAtA c 调制制度增益：调制制度增益： 0 max ( )Am t l对于对于

50、100调制调制（即（即 ），且又是），且又是单音信号单音信号 输入时：输入时： 22 0 0 ( ) 2 i i SAm t Nn B 可以看出：可以看出： lAM的调制制度增益随的调制制度增益随A0的减小而增加。的减小而增加。 lGAM总是小于总是小于1。 这是包检法能够得到的最大信噪比改善值。这是包检法能够得到的最大信噪比改善值。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-451 )()()( 0 22 tmAtntn sc 小信噪比小信噪比（噪声幅度远大于输入信号幅度），（噪声幅度远大于输入信号幅度），即即: （2）小信噪比情况）小信噪比情况 此时此时 222 00

51、 22 0 22 0 22 0 ( )( )2( )( )( )( ) 2( )( )( )( ) 2( )( ) ( )( ) 1 ( )( ) 2( ) ( ) 1cos ( ) ( ) ccs ccs c cs cs A tAm tAm t n tntnt Am t n tntnt Am t n t ntnt ntnt Am t V tt V t )()()()( 22 0 tntntmAtA sc ( ) ( )arctan ( ) s c nt t nt 22 ( )( )( ) cs V tn tn t )(cos)()()( 0 ttmAtVtA即：即： 1 2 (1)1/2,1

52、xxx )(cos)()( 0 tttVtni 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-452 结论：结论： 在大信噪比情况下，在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几信号包络检波器的性能几 乎与同步检测器相同；但随着信噪比的减小，包络检波器将乎与同步检测器相同；但随着信噪比的减小，包络检波器将 在一个特定输入信噪比值上出现门限效应。在一个特定输入信噪比值上出现门限效应。 同步解调器不存在门限效应。同步解调器不存在门限效应。 )(cos)()()( 0 ttmAtVtA 讨论：讨论： 调制信号调制信号m(t)无法与噪声分开，包络中不存在单独的信号无法与噪声分开，包络

53、中不存在单独的信号 项项m(t) 。有用信号。有用信号m(t)被噪声所被噪声所扰乱扰乱，m(t)cos(t) 只能看作是只能看作是 噪声。噪声。 这种情况下，这种情况下，输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比 下降，而是急剧恶化。通常把这种现象称为下降，而是急剧恶化。通常把这种现象称为门限效应门限效应。开始。开始 出现门限效应的输入信噪比称为出现门限效应的输入信噪比称为门限值门限值。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-453 4.4 4.4 角度调制（非线性调制）的原理及抗噪声性能角度调制（非线性调制）的原理及抗噪声性能 引言：引

54、言： 非线性调制：非线性调制：已调信号频谱不再是原基带信号频谱的线性搬已调信号频谱不再是原基带信号频谱的线性搬 移，而是频谱的非线性变换，移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的会产生与频谱搬移不同的新的 频率成分频率成分。 实现方法：实现方法：通过通过改变载波的频率或相位改变载波的频率或相位角度角度来实现。即来实现。即 载波的幅度保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化。载波的幅度保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化。 分类：分类：角调制可分为角调制可分为频率调制（频率调制（FM）和和相位调制（相位调制（PM）。 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021

55、-7-454 4.4.1 4.4.1 角度调制的基本概念角度调制的基本概念 1. 1. 一般表达式一般表达式 )(cos)(ttAts cm )()(tmKt P 2. PM调制调制 是指是指瞬时相位偏移瞬时相位偏移随基带信号变化而线性变化随基带信号变化而线性变化，即，即 调相信号调相信号可表示为可表示为 ：)(cos)(tmKtAts PcPM ( ) ct t )(t d( )/ dd( ) / d cc ttttt d ( )/dtt 名词：名词： 瞬时相位瞬时相位 瞬时相位偏移瞬时相位偏移 瞬时瞬时角角频率频率 瞬时瞬时角角频偏频偏 KP调相灵敏度，调相灵敏度，rad/V 第第4 4章

56、章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-455 则可得则可得调频信号调频信号： )( )( tmK dt td F dmKt t F )()( )(cos)(dmKtAts t FcFM 可见可见：FM和和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形 式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。 3. FM调制调制 是指是指瞬时频率偏移瞬时频率偏移随基带信号变化而线性变化随基带信号变化而线性变化，即，即 )(cos)(tmKtAts PcPM )(cos)(ttAts cm KF调频灵敏度，调频

57、灵敏度，rad/（sV） 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-456 2. FM、PM的关系的关系 PM较较FM仅少了一个积分！仅少了一个积分！ 实现方法实现方法: :直接法、间接法直接法、间接法 可见：可见：调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换缩减研究调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换缩减研究 内容；内容； 为为FM、PM信号的实现（调制、解调）提供了新的方法。信号的实现（调制、解调）提供了新的方法。 )(cos)(dmKtAts t FcFM )(cos)(tmKtAts PcPM 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-457

58、 4.4.2 4.4.2 窄带调频与宽带调频窄带调频与宽带调频 定义定义/ /分类：分类：根据根据调制后载波瞬时相位偏移的大小调制后载波瞬时相位偏移的大小，可将频率，可将频率 调制分为宽带调频（调制分为宽带调频（WBFM）与窄带调频（）与窄带调频（NBFM）。当）。当 时，称为时，称为NBFM 。否则，称为。否则，称为WBFM 。 1. 窄带调频窄带调频（NBFM） max ( )d 6 t F Km cos( )d coscos( )d sinsin( )d ( ) cos( )d sin FM t cFc t cF tt cFcF tKm tKmtKm st tKmt 第第4 4章章 模拟

59、调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-458 将上式与将上式与AM信号的频谱信号的频谱比较很相似比较很相似 )()()( ccNBFM S c c c cF MMK )()( 2 )()( 2 1 )()()( 0ccccAM MMAS HmAMNBFM fBBB22 经推导可得经推导可得NBFM信号的频域表达式信号的频域表达式： ( )cos( )sin t FMcFc sttKmdt 比较：比较： 带宽带宽相同，即相同，即 不同：不同：线性？相位？线性？相位？ 第第4 4章章 模拟调制系统模拟调制系统 通信原理2021-7-459 2. 2. 宽带调频宽带调频（WBFM） 分析思路：

60、分析思路：为使问题简化，先研究单音调制的情况，然后把为使问题简化，先研究单音调制的情况，然后把 分析的结果推广到多音情况。分析的结果推广到多音情况。 （1 1）单频调制时宽带调频信号的频域表达）单频调制时宽带调频信号的频域表达 设单频调制信号为设单频调制信号为 tAtm mm cos)( ( )cos( ) cossin t FMcF cfm stAtKmd Atmt 则单音调频信号的时域表达式为：则单音调频信号的时域表达式为： Fm f mmm K Af m f 式中：式中： 调频指数调频指数： 最大频偏最大频偏： Fm K A -对调频波的性能有重要影响。对调频波的性能有重要影响。 第第4