chap4 模拟调制系统

1、2021-10-25通信原理课件通信原理课件1 2021-10-252021-10-252 2本章纲要本章纲要n4.1 引言引言n4.2 幅度调制幅度调制q1.常规双边带调幅（常规双边带调幅（Amplitude Modulation，AM）q2.双边带抑制载波（双边带抑制载波（Double SidebandSuppressed Carrier，DSBSC）q3.单边带调幅（单边带调幅（Single Sideband，SSB）q4.残留边带调幅（残留边带调幅（Vestigial Sideband，VSB）n4.3各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能2021-10-252021-1

2、0-253 3本章纲要本章纲要n4.4角度调制（角度调制（Angular Modulation）（非线）（非线性调制）系统性调制）系统n4.5调频系统的噪声性能调频系统的噪声性能n4.6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n4.7频分复用（频分复用（FDM）2021-10-252021-10-254 4引言引言4.1.1 调制（调制（Modulation）n定义：使载波信号的某一个（或几个）参量定义：使载波信号的某一个（或几个）参量随基带信号改变的过程。随基带信号改变的过程。n实质：频谱搬移。实质：频谱搬移。n作用作用q与信道特性匹配；与信道特性匹配；q实现多路复用；实现多路复

3、用；1.提高抗干扰性。提高抗干扰性。2021-10-252021-10-255 5引言引言n调制的分类调制的分类q按载波信号按载波信号c(t)分分n连续波调制连续波调制n脉冲波调制脉冲波调制q按基带信号按基带信号m(t)分分n数字调制数字调制n模拟调制模拟调制2021-10-252021-10-256 6引言引言q按调制器的功能分按调制器的功能分n幅度调制幅度调制如模拟调幅（如模拟调幅（AM，DSB，SSB，VSB），脉冲幅度调制（），脉冲幅度调制（PAM），幅移键控），幅移键控（ASK）；）；n频率调制频率调制如如FM，频移键控（，频移键控（FSK），脉宽调），脉宽调制（制（PDM） ；n相

4、位调制相位调制如模拟调相（如模拟调相（PM），相移键控），相移键控（PSK），脉位调制（），脉位调制（PPM）。）。 2021-10-252021-10-257 7幅度调制幅度调制4.2.1 一般原理一般原理n概念：用调制信号去控制高频正弦载波的概念：用调制信号去控制高频正弦载波的幅幅度度，使其按调制信号的规律变化的过程。，使其按调制信号的规律变化的过程。n模型模型 2021-10-252021-10-258 8幅度调制幅度调制n时域和频域表达式时域和频域表达式q时域时域q 频域频域)()cos()( )()()()(0thttmthtctmtScm)()()(21)()(*)(21)(HMM

5、HCMSccM 2021-10-252021-10-259 9幅度原理幅度原理p线性调制线性调制如各种幅度调制，幅移键控如各种幅度调制，幅移键控(ASK)；p非线性调制非线性调制如如FM、PM、频移键控、频移键控(FSK)。2021-10-252021-10-251010AM（Amplitude Modulation）nAM信号的产生信号的产生m(t)A0cosctsAM(t)ttmtAttmAScccAMcos)(cos cos)( 002021-10-252021-10-251111AM（Amplitude Modulation）n线性调幅的条件线性调幅的条件n为了解调时能使用包络检波法，

6、线性调幅的为了解调时能使用包络检波法，线性调幅的条件为：条件为：A0|m(t)|max ，即保证，即保证AM信号的包信号的包络总是为正的。络总是为正的。n过调现象：已调信号的包络与调制信号之间过调现象：已调信号的包络与调制信号之间已无线性关系变化可言，包络与调制信号相已无线性关系变化可言，包络与调制信号相比，出现了严重的失真，这种现象通常我们比，出现了严重的失真，这种现象通常我们称这种现象为过调。称这种现象为过调。2021-10-252021-10-251212AM（Amplitude Modulation）nAM信号的频谱特性信号的频谱特性)()(21)()()(0ccccAMMMAS202

7、1-10-252021-10-251313AM（Amplitude Modulation）q特点特点n从频域表达式可以看出，从频域表达式可以看出，AM信号的频谱是信号的频谱是DSB信号的频谱加上载波分量。信号的频谱加上载波分量。n在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量，在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量，因此，该调制为线性调制。因此，该调制为线性调制。 n带宽带宽BAM2fm。 2021-10-252021-10-251414AM（Amplitude Modulation）nAM已调信号的功率分配已调信号的功率分配ttmAttmtAttmAtSPccccAMAM20222202202c

8、os)(2cos)(coscos)()( SCAMPPtmAP2)(22202021-10-252021-10-251515例题例题4-1已知一已知一AM信号信号（1）请写出基带信号）请写出基带信号m(t)的表达式；的表达式；（2）写出载波信号）写出载波信号c(t)的表达式；的表达式；（3）写出）写出s(t)的傅里叶变换的傅里叶变换S(f)表达式表达式,并画出其频谱图；并画出其频谱图；（4）求边带功率和载波功率。）求边带功率和载波功率。tttts2200cos52000cos201800cos5)(2021-10-252021-10-251616例题例题4-1ttm200cos10)( )11

9、00()1100(25 )1000()1000(10)900()900(25)(fffffffSWttmPS252)200cos10(2)(22边边带带解：解：ttts2000cos)200cos1020()(信号频率信号频率fm=100Hzttc2000cos)( 信号频率信号频率fc=1000HzWAPC2002202220载波载波2021-10-252021-10-251717DSBSC4.2.3 抑制载波双边带调制抑制载波双边带调制DSBSC (Double Sideband-Suppressed Carrier )n产生产生ttmtscDSBcos)()(载波反向点载波反向点2021

10、-10-252021-10-251818DSBSCnDSB信号的频谱特性信号的频谱特性)()(21)(ccDSBMMS上边带（上边带（USB）：）：|f|fc的频率分量的频率分量下边带（下边带（LSB）：）：|f|fc的频率分量的频率分量2021-10-252021-10-251919DSBSCq频谱特点频谱特点n1、上、下边带均包含调制信号的全部信息，在、上、下边带均包含调制信号的全部信息，在载频处无载波分量，这就是抑制载波的效果载频处无载波分量，这就是抑制载波的效果 ；n2、幅度减半，带宽加倍，、幅度减半，带宽加倍，BDSB2fm；n3、线性搬移。、线性搬移。 2021-10-252021

11、-10-252020例题例题4-2cmmmfftAtm cos)(设设m(t)是正弦型单音频信号，载波信号为是正弦型单音频信号，载波信号为c(t)，且，且 ，试写出，试写出DSB-SC信号及上、下边带信号的时域及频域表达式。信号及上、下边带信号的时域及频域表达式。解：解：ttAttAttmtsmcmcmcmmc)cos()cos(2 coscoscos)()(该该DSB信号的频域表达式为：信号的频域表达式为：)()( )()(2)(mcmcmcmcmAS2021-10-252021-10-252121例题例题4-2上边带信号的时域及频域表达式上边带信号的时域及频域表达式)()(2)(mcmcm

12、AS上上tAtsmcm)cos(2)(上上下边带信号的时域及频域表达式下边带信号的时域及频域表达式)()(2)(mcmcmAS下下tAtsmcm)cos(2)(下下2021-10-252021-10-252222SSB（Single Sideband）4.2.4 单边带调制单边带调制n由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包含的信息相同，因此只传送一个边带即可以包含的信息相同，因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。传送信号的全部信息。 nSSB信号的产生方法有：信号的产生方法有：q滤波法；滤波法；q相移法；相移法；1.混合法（由于电路较为复杂，因

13、此用途并不广混合法（由于电路较为复杂，因此用途并不广泛）。泛）。 2021-10-252021-10-252323SSB（Single Sideband）n滤波法滤波法ccUSBSSBHH ，01)()(ccLSBSSBHH ，01)()()()()(SSBDSBSSBHSS2021-10-252021-10-252424希尔伯特变换希尔伯特变换ttfdtftf1)()(1)(dttftf)(1)(定义：物理可实现系统的传递函数其实部与虚部之间存在对应的确定关定义：物理可实现系统的传递函数其实部与虚部之间存在对应的确定关系称为系称为Hilbert变换。变换。Hilbert滤波器，它实质上是一个

14、滤波器，它实质上是一个宽带相移网络宽带相移网络，对，对m(t)中的任意频率中的任意频率分量均相移分量均相移-/2。2021-10-252021-10-252525希尔伯特变换希尔伯特变换常用的希尔伯特变换常用的希尔伯特变换2021-10-252021-10-252626SSB（Single Sideband）n相移法相移法实际上是实际上是SSB信号表达式的电路表示信号表达式的电路表示ttmttmtSccSSBsin)(21cos)(21)(Hh()221m(t)sSSB(t)21m(t) cosctcosct21m(t)cosct21m(t)推导推导2021-10-252021-10-2527

15、27SSB（Single Sideband）tAtsmcm)cos(2)(上上tAtsmcm)cos(2)(下下由例由例4-2可得可得ttAttAmcmmcmsinsin2coscos2ttAttAmcmmcmsinsin2coscos2ttAttAtscmmcmmSSBsinsin2coscos2)(2021-10-252021-10-252828SSB（Single Sideband）tAtAmmmmsincos 又又ttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(2021-10-252021-10-252929SSB（Single Sideband）nSSB信号的频率特性信号的

16、频率特性qBSSB0.5BDSBfm； q q因因SSB信号不含有载波信号不含有载波成分，单边带幅度调制成分，单边带幅度调制的效率也为的效率也为100% 。M()HHSM()ccOO 上边带 下边带 下边带 上边带ccO上边带频谱Occ下边带频谱)(41212tmPPDSBSSB2021-10-252021-10-253030VSB（Vestigial Sideband）n定义定义qSSB问题：理想的滤波器难以实现。问题：理想的滤波器难以实现。qVSB调制：残留边带调制是介于调制：残留边带调制是介于SSB与与DSB-SC之间的一种调制方式，在之间的一种调制方式，在VSB中除了传送中除了传送一个

17、边带之外，还保留另外一个边带的一部分。一个边带之外，还保留另外一个边带的一部分。n信号产生信号产生)()()(21)(VSBccVSBHMMS2021-10-252021-10-253131VSB（Vestigial Sideband）n HVSB()的频率特性的频率特性须从须从VSB信号的解调方式入手信号的解调方式入手)()()(cVSBcVSBpSSS)()()2(21 )()()2(21)(cVccVcpHMMHMMSttstscVSBpcos2)()(2021-10-252021-10-253232VSB（Vestigial Sideband）经过经过LPFLPF后，高频成份滤掉，这样

18、解调输出为：后，高频成份滤掉，这样解调输出为： )()()(21)(cVcVOHHMM当当HVSB(+c)+HVSB(-c)=常数常数，|H时，此时，时，此时，MO()=C*M() ，从，从VSBVSB信信号中无失真地恢复了原始信号。号中无失真地恢复了原始信号。 残留边带滤波器传输函数要求满足的残留边带滤波器传输函数要求满足的互补对称条件互补对称条件。2021-10-252021-10-253333VSB（Vestigial Sideband）n几何解释几何解释2021-10-252021-10-253434VSB（Vestigial Sideband）nVSB的特点及应用的特点及应用q（1）

19、所需带宽为）所需带宽为m 2m；q（2）采用滤波法较易实现。）采用滤波法较易实现。q（3）VSB调制在广播电视、通信等系统中得调制在广播电视、通信等系统中得到广泛应用。到广泛应用。 2021-10-252021-10-253535各种幅度调制系统的抗噪声性能各种幅度调制系统的抗噪声性能4.3.1 分析模型分析模型n概念概念q模拟通信系统的评价标准用有效传输频带（有模拟通信系统的评价标准用有效传输频带（有效性）和接收端输出信噪比（可靠性）来衡量。效性）和接收端输出信噪比（可靠性）来衡量。q调制系统的抗噪声性能是利用解调器的抗噪声调制系统的抗噪声性能是利用解调器的抗噪声能力来衡量能力来衡量 。1.

20、抗噪声能力通常用抗噪声能力通常用“信噪比信噪比”来度量。来度量。2021-10-252021-10-253636各种幅度调制系统的抗噪声性能各种幅度调制系统的抗噪声性能n解调器模型解调器模型q注：注：n带通滤波器的作用是将混合在噪声中的有用信号过滤出来，同时，带通滤波器的作用是将混合在噪声中的有用信号过滤出来，同时，滤除已调滤除已调信号频带外的噪声信号频带外的噪声。n 解调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相同的，但是远小于中心频解调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相同的，但是远小于中心频率。率。n加性高斯白噪声加性高斯白噪声n(t)的双边功率谱密度为的双边功率谱密度为n0/2，均值为，

21、均值为0。2021-10-252021-10-253737各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能n分析模型分析模型q解调器的输入噪声为窄带高斯白噪声解调器的输入噪声为窄带高斯白噪声q解调器的输入噪声功率解调器的输入噪声功率q输出信噪比输出信噪比 BntntntnNscii0222)()()()()(202000tntmNS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ttnttntncsccisin)(cos)()(2021-10-252021-10-253838各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能n输入信

22、噪比输入信噪比 n信噪比增益也称为调制制度增益信噪比增益也称为调制制度增益Gn作用：用来衡量同类调制系统不同解调器对输入作用：用来衡量同类调制系统不同解调器对输入信噪比的影响。信噪比的影响。 )()(22tntSNSimii功功率率解解调调器器输输入入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入入已已调调信信号号的的iiooNSNSG 2021-10-252021-10-253939各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能4.3.2 线性系统的相干解调抗噪性能线性系统的相干解调抗噪性能n相干解调的原理相干解调的原理1.原理框图原理框图2021-10-252021-10-2

23、54040各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能q模型分析模型分析ttmtmttmttstscccDSBp2cos)(21)(21 cos)(cos)()(2sp(t)经过低通滤波器经过低通滤波器LPF，滤掉高频成份，得，滤掉高频成份，得)(21)(tmtmo以以DSB信号为例信号为例对有用信号：对有用信号：2021-10-252021-10-254141各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能对噪声：通过相乘器的噪声信号对噪声：通过相乘器的噪声信号tttnttnttnccscccicossin)(cos)(cos)(2ttnttntncsccc2sin)(212co

24、s)(21)(21经过低通滤波器经过低通滤波器LPF，滤掉高频成份，得，滤掉高频成份，得)(21)(tntnco2021-10-252021-10-254242DSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能nDSB调制系统的性能分析（调制系统的性能分析（解调过程演示解调过程演示）q解调器输入信噪比解调器输入信噪比n已调信号的平均功率已调信号的平均功率 n输入噪声平均功率输入噪声平均功率n输入信噪比输入信噪比 )(21cos)(222tmttmScimiifBBntnN2, )(02BntmBntmNSii02022)()(5 . 02021-10-252021-10-254343DSB调制系统的抗

25、噪性能调制系统的抗噪性能q解调器输出端信噪比解调器输出端信噪比 n输出信号平均功率输出信号平均功率 n输出噪声的平均功率输出噪声的平均功率 n输出信噪比输出信噪比 )(41)(2200tmtmSBnNtntntnNiico022204141)(41)(41)(BntmNSoo02)(2021-10-252021-10-254444DSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q解调增益解调增益G（信噪比得益）（信噪比得益）22)()(/020200BntmBntmNSNSGiiDSB这说明，这说明，DSB信号的解调器使信噪比改善了一倍。这是因为采用同步解调，信号的解调器使信噪比改善了一倍。这是因为

26、采用同步解调，把噪声中的正交分量把噪声中的正交分量ns(t)抑制掉了，从而使噪声功率减半。抑制掉了，从而使噪声功率减半。2021-10-252021-10-254545SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能nSSB调制系统的性能分析（调制系统的性能分析（演示演示）q解调器输入端信噪比解调器输入端信噪比n已调信号的平均功率已调信号的平均功率 )(21)(2141sin)(cos)(41)(2222tmtmttmttmtSSccSSBi )()( 22tmtm)(41 2tmSi2021-10-252021-10-254646SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q输入噪声平均功率输入噪声

27、平均功率q输入信噪比输入信噪比miifBBntnN,)(02 BntmBntmNSii02024)()(41注：在这里注：在这里SSB信号中窄带加性噪声的带宽仅是信号中窄带加性噪声的带宽仅是DSB系统中的一半，因此系统中的一半，因此SSB解调器中的窄带噪声功率是解调器中的窄带噪声功率是DSB解调器中的一半。解调器中的一半。同样的符号同样的符号Ni在在DSB系统和系统和SSB系统的值不同系统的值不同！2021-10-252021-10-254747SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q解调器输出端信噪比解调器输出端信噪比 n输出信号平均功率输出信号平均功率 n输出噪声的平均功率输出噪声的平

28、均功率 n输出信噪比输出信噪比 )(161)(2200tmtmSBnNNio04141BntmBntmNS0202004)(41)(1612021-10-252021-10-254848SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q解调增益解调增益G（信噪比得益）（信噪比得益）14)(4)(/020200BntmBntmNSNSGiiSSBSSB解调器具有相同的输入输出信噪比。这说明，解调器具有相同的输入输出信噪比。这说明，SSB信号的解调器对信噪比信号的解调器对信噪比没有改善。这是因为在没有改善。这是因为在SSB系统中，信号和噪声具有相同的表示形式，所以相系统中，信号和噪声具有相同的表示形式，

29、所以相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制掉，故信噪比不会得到改善。干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制掉，故信噪比不会得到改善。 2021-10-252021-10-254949SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q注意注意HiDSBiiDSBiDSBiiDSBDSBoofnSBnSNSNSGNS0022HiSSBiiSSBiSSBiiSSBSSBoofnSBnSNSNSGNS001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在解调器输出端的信噪比是相等的。比是相等的。从抗噪声的观点，从抗噪声的

30、观点，SSB调制和调制和DSB调制是相同的。但调制是相同的。但SSB调制所占有的频带仅为调制所占有的频带仅为DSB的一半。的一半。 2021-10-252021-10-255050VSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能n由于所采用的残留边带滤波器的频率特性形状由于所采用的残留边带滤波器的频率特性形状可能不同，所以难以确定抗噪性能的一般计算可能不同，所以难以确定抗噪性能的一般计算公式。公式。 n在残留边带滤波器滚降范围不大的情况下，可在残留边带滤波器滚降范围不大的情况下，可将将VSB信号近似看成信号近似看成SSB信号，即信号，即SVSB(t)SSSB(t)。在这种情况下，在这种情况下，VSB

31、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。2021-10-252021-10-255151例例4-3教材教材P98 习题习题4-5解：（解：（1）为了保证信号顺利通过和尽可能地滤除噪声，带通滤波器的宽度等于已调信）为了保证信号顺利通过和尽可能地滤除噪声，带通滤波器的宽度等于已调信号带宽，即号带宽，即kHzfBm8422其中心频率为其中心频率为100kHz，故有，故有 为常数为常数，其中，其中其他其他，KkHzfkHzKH 010496)(（2）已知解调器的输入信号功率，输入噪声功率为）已知解调器的输入信号功率，输入噪声功率为)(1032101021082)(26633W

32、fPBNni故输入信噪比故输入信噪比 5 .62103210263WWNSii2021-10-252021-10-255252例例4-3（3）因为）因为DSB调制制度增益调制制度增益GDSB=2，故解调器的输出信噪比：，故解调器的输出信噪比：1252iiooNSNS（4）根据相干解调器的输出噪声与输入噪声功率关系）根据相干解调器的输出噪声与输入噪声功率关系 )(108416WNNio又因解调器中低通滤波器的截止频率为又因解调器中低通滤波器的截止频率为fm=4kHz，故输出噪声的功率谱密度，故输出噪声的功率谱密度kHzfHzWfNfPmoNo4)/(1011081082)(336， 2021-1

33、0-252021-10-255353AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能4.3.3 AM信号包络检波解调的抗噪性能信号包络检波解调的抗噪性能AM信号可用相干解调和包络检波两种方法解调。信号可用相干解调和包络检波两种方法解调。n包络检波的原理（包络检波的原理（演示演示）1.模型模型整流器整流器LPFSAM(t)So(t)Mo(t)2021-10-252021-10-255454AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能nAM系统包络检波的抗噪性能系统包络检波的抗噪性能q解调器输入端信噪比解调器输入端信噪比n已调信号的平均功率已调信号的平均功率n输入噪声平均功率（与输入噪声平均功率（与DSB相同

34、）相同）n输入信噪比输入信噪比)(2121cos)()(220202tmAttmAtSScAMiBntnNii02)(BntmANSii02202)(2021-10-252021-10-255555AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q解调器输出端信噪比解调器输出端信噪比n解调器输入信号解调器输入信号ttnttntmAttnttnttmAtntScscccsccciAMsin)(cos)()( sin)(cos)(cos)()()(00)(cos)(tttEc包络：包络：)()()()(220tntntmAtEsc相位：相位：)()()(arctan)(0tntmAtntcs2021-10

35、-252021-10-255656AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q情况一：大信噪比（小噪声）情况，即情况一：大信噪比（小噪声）情况，即)()()(220tntntmAsc)()()()( 2)()(22020tntntntmAtmAtEscc200( )2( )( )cAm tAm t n t2100)()(21)(tmAtntmAc)()(1)(00tmAtntmAc)()(0tntmAc1,21)1 (21xxx这里利用了公式这里利用了公式2021-10-252021-10-255757AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q分析：分析：n输出信号平均功率输出信号平均功率 n输

36、出噪声的平均功率输出噪声的平均功率 n输出信噪比输出信噪比n解调增益解调增益 )(2tmSoBntntnNico022)()(BntmNS0200)(2022)()(2AtmtmG2021-10-252021-10-255858AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q结论：结论：n在小噪声情况下，在小噪声情况下，AM系统的相干解调与非相干系统的相干解调与非相干解调有相同的抗噪性能。解调有相同的抗噪性能。 n当当A0=|m(t)|max时，对于单音信号的调制（简称单时，对于单音信号的调制（简称单音调制）音调制）m(t)=A0cosmt，此时此时G=2/3。 2)(202Atm2021-10-2

37、52021-10-255959AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q情况二：小信噪比（大噪声）情况，即情况二：小信噪比（大噪声）情况，即)()()(220tntntmAsc)()()()( 2)()(22020tntntntmAtmAtEscc)()(2)()(022tmAtntntncsc)()()()(21)()(22022tntntmAtntntnsccsc)(cos)()( 21)(0ttRtmAtR)(cos)()(1)(0ttRtmAtR)(cos)()(0ttmAtR2021-10-252021-10-256060AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q分析：分析：n包络包

38、络E(t)中的中的m(t)，m(t)cos(t)是依赖于噪声变化是依赖于噪声变化的随机函数，也就是一个随机噪声。此时包络检的随机函数，也就是一个随机噪声。此时包络检波器把有用信号扰乱成噪声。波器把有用信号扰乱成噪声。 q结论：结论：n在大噪声情况下，在大噪声情况下，AM系统包络检波法无法恢复系统包络检波法无法恢复原始信号原始信号m(t)。 2021-10-252021-10-256161AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能n3. 门限效应门限效应q概念：当输入信噪比小到某一个特定的数值时，概念：当输入信噪比小到某一个特定的数值时，就会出现输出信噪比急剧恶化的现象，这种现象就会出现输出信噪比

39、急剧恶化的现象，这种现象称为称为门限效应门限效应，而该特定的数值称为门限。，而该特定的数值称为门限。q原因：由包络检波器的非线性解调作用所引起的。原因：由包络检波器的非线性解调作用所引起的。q注意：非相干解调有门限效应；相干解调无门限注意：非相干解调有门限效应；相干解调无门限效应。效应。q包络检波是一种非线性解调方法。包络检波是一种非线性解调方法。 2021-10-252021-10-256262例例4-4教材教材P99 习题习题4-11解：解：(1)设设AM信号为信号为 ，且，且 ttmAtscAMcos)()(0)(tm)(100102802)(222mWPPtmASsci式中，式中，Pc

40、为载波功率，为载波功率，Ps为边带功率。为边带功率。 )( 1 . 0102105 . 02)(48mWBfPNni又又1000 iiNS2021-10-252021-10-256363例例4-4（2）假定）假定 ，则理想包络检波输出为，则理想包络检波输出为)()(tntmAi)()()(tntmAtEc)(402022)( 2mWPtmSso则则)( 1 . 0)(2mWNtnNico400 ooNS故故（3）制度增益）制度增益 4 . 01000400iiooNSNSG2021-10-252021-10-256464角度调制角度调制(Angular Modulation)n频率调制频率调制

41、（Frequency Modulation，FM）：载频）：载频fc随基带信号变化。随基带信号变化。n相位调制相位调制（Phase Modulation，PM）：载波的相位）：载波的相位随基带信号变化。随基带信号变化。n调频和调相统称为角度调制。调频和调相统称为角度调制。n角度调制属于角度调制属于非线性调制非线性调制，即调制后信号的频，即调制后信号的频谱不再是调制前信号频谱的线性搬移，而产生谱不再是调制前信号频谱的线性搬移，而产生出很多新的频率成分。出很多新的频率成分。2021-10-252021-10-256565角度调制角度调制(Angular Modulation)4.4.1 基本概念基

42、本概念1.角调波的一般表达式：角调波的一般表达式：)(cos)(cos)(ttAtAtscm式中，式中，A为为振幅（恒定）振幅（恒定）瞬时相位：瞬时相位：瞬时角频率：瞬时角频率：瞬时相位偏移：瞬时相位偏移：瞬时角频率偏移：瞬时角频率偏移：)()(tttcdttddttdtc)()()(tcdttt)()()(ctdttdt)()()(2021-10-252021-10-256666角度调制角度调制(Angular Modulation)n调相调相瞬时相位偏移瞬时相位偏移 基带信号幅值基带信号幅值)()(tmKtp式中，式中，Kp为调相灵敏度，单位为为调相灵敏度，单位为rad/V。则。则)(co

43、s)(tmKtAtspcPMdttdmKtmKtdtddttdtpcpc)()()()(虽然是虽然是PM波，但其角频率仍与波，但其角频率仍与m(t)有关。有关。2021-10-252021-10-256767角度调制角度调制(Angular Modulation)dttdtmKtf)()()(式中，式中，Kf为调频灵敏度，单位为为调频灵敏度，单位为rad/(s.V )。则。则调频调频瞬时角频率偏移瞬时角频率偏移 基带信号幅值基带信号幅值tftdmKdt)()()()(cos)(dmKtAtstfcFM2021-10-252021-10-256868角度调制角度调制(Angular Modula

44、tion)n总结总结qFM波和波和PM波从波形上无法区别。波从波形上无法区别。q区分区分FM波和波和PM波的方法是考察频偏还是相移波的方法是考察频偏还是相移随基带信号的幅值变化。随基带信号的幅值变化。q调频与调相之间的关系调频与调相之间的关系2021-10-252021-10-256969角度调制角度调制(Angular Modulation)2021-10-252021-10-257070角度调制角度调制(Angular Modulation)4.4.2 窄带调频（窄带调频（NBFM）n定义定义n时域表达式时域表达式1.频域表达式频域表达式6)(maxtfdmKtdmKttSctfcNBFM

45、sin)(cos)(ccccfccNBFMMMKS)()(2 )()()(2021-10-252021-10-257171角度调制角度调制(Angular Modulation)n与与AM信号的频谱比较信号的频谱比较2021-10-252021-10-257272角度调制角度调制(Angular Modulation)4.4.3 宽带调频（宽带调频（WBFM）1.信号表达式信号表达式tfAtAtmmmmm2coscos)(设基带信号为单音频信号设基带信号为单音频信号sincos)(tmtAtsmfcFMmmmfmfffKAm式中，式中，AmKf为最大角频偏，记为为最大角频偏，记为。mf为调频指

46、数为调频指数2021-10-252021-10-257373角度调制角度调制(Angular Modulation)nmcfnFMtnmJts)cos()()(nmcmcfnFMnnmJS)()(调频信号的级数展开式：调频信号的级数展开式：调频信号的级数展开式对应的付氏变换谱：调频信号的级数展开式对应的付氏变换谱：调频波的带宽用卡森公式表示：调频波的带宽用卡森公式表示：mmfFMfffmB2122021-10-252021-10-257474调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调n调频信号的产生调频信号的产生qNBFM信号的产生信号的产生q直接调频：常用压控振荡器产生；直接调频：常用压控振荡

47、器产生；q间接调频间接调频 ：用调相电路产生调频波：用调相电路产生调频波 2021-10-252021-10-257575调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调qWBFM信号的产生信号的产生 先产生一个先产生一个NBFM信号，再经过一个倍频器，信号，再经过一个倍频器，从而产生从而产生WBFM信号。信号。 2021-10-252021-10-257676调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调q混频法混频法NBFM调制器n1cos 2f1tBPFn2f (t)f1f1mf1n1 f1n1f1n1mf1cos 2frtn1 f1 f2n1f1ffcsWBFM(t)mf2021-10-252021

48、-10-257777调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调n调频信号的解调调频信号的解调qNBFM的相干解调的相干解调2021-10-252021-10-257878调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调qWBFM的非相干解调的非相干解调 n非线性调制采用非相干解调。而非相干解调采非线性调制采用非相干解调。而非相干解调采用的是鉴频器用的是鉴频器 。n解调器的输出应当为：解调器的输出应当为：n频率频率-电压转换特性的鉴频器电压转换特性的鉴频器n锁相环法锁相环法)()(tmKtmfo2021-10-252021-10-257979调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调n1）鉴频器法）鉴频器法

49、n微分电路将幅度衡定的调频波变换为调幅调频波，微分电路将幅度衡定的调频波变换为调幅调频波，即幅度和频率都随基带信号即幅度和频率都随基带信号m(t) 线性变化。线性变化。n其缺点之一是包络检波器对于由信道噪声和其他其缺点之一是包络检波器对于由信道噪声和其他原因引起的幅度起伏也有反应，为此，原因引起的幅度起伏也有反应，为此， 在微分在微分器前加一个限幅器和带通滤波器。器前加一个限幅器和带通滤波器。)()(tmKKtmfdo2021-10-252021-10-258080调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调n2）锁相环法解调）锁相环法解调q鉴相器：对两输入信号进行相位比较鉴相器：对两输入信号进行

50、相位比较 ；q环路滤波器：平滑鉴相器输出电压及抑制鉴相器环路滤波器：平滑鉴相器输出电压及抑制鉴相器输出电压中的噪声和高频分量。输出电压中的噪声和高频分量。 q压控振荡器压控振荡器VCO ：控制输入端的控制信号随：控制输入端的控制信号随uo变变化。化。2021-10-252021-10-258181调频系统的噪声性能调频系统的噪声性能n1. 模型模型输入信号功率：输入信号功率：22iAS 输入噪声功率：输入噪声功率：0iFMNn B2021-10-252021-10-258282调频系统的噪声性能调频系统的噪声性能n2. 结论结论q（1）大信噪比情况）大信噪比情况输出信噪比：输出信噪比：2222

51、303( )8foomA K m tSNn f考虑基带信号为单频余弦波时：考虑基带信号为单频余弦波时：220322ofomSAmNn f解调器的制度增益为：解调器的制度增益为：232ooFMFMfiimSNBGmS Nf2021-10-252021-10-258383调频系统的噪声性能调频系统的噪声性能n宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与其传输宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与其传输带宽的平方成正比。也就是说，对于调频系统来带宽的平方成正比。也就是说，对于调频系统来说，可以通过增加传输带宽来改善系统的抗噪声说，可以通过增加传输带宽来改善系统的抗噪声性能，性能，调频系统可以用带宽来换取信噪比

52、的改善。调频系统可以用带宽来换取信噪比的改善。但对于调幅系统，因为调幅系统的信号带宽是固但对于调幅系统，因为调幅系统的信号带宽是固定的，因而不能利用带宽换取信噪比的改善。定的，因而不能利用带宽换取信噪比的改善。 宽带调频时，解调器的制度增益为：宽带调频时，解调器的制度增益为：223(1)3FMfffGmmm教材教材P97 例题例题4-12021-10-252021-10-258484调频系统的噪声性能调频系统的噪声性能q（2）小信噪比情况）小信噪比情况n没发生门限效应没发生门限效应时：在相同输入信噪比情况下，时：在相同输入信噪比情况下，FM输出信噪比要好于输出信噪比要好于AM输出信噪比输出信噪

53、比;但是，当但是，当输入信噪比降低到某一门限时，输入信噪比降低到某一门限时， FM就开始出现就开始出现门限效应门限效应;如果输入信噪比继续降低，则如果输入信噪比继续降低，则FM解调解调器的输出信噪比将急剧变坏，甚至比器的输出信噪比将急剧变坏，甚至比AM的性能的性能还要差。还要差。 n用普通鉴频器解调调频信号时，其门限效应与输用普通鉴频器解调调频信号时，其门限效应与输入信噪比有关，一般发生在输入信噪比入信噪比有关，一般发生在输入信噪比10dB左左右处。右处。n和包络检波器一样，和包络检波器一样，FM解调器的门限效应也是解调器的门限效应也是由它的由它的非线性的解调非线性的解调作用所引起的。作用所引

54、起的。 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2021-10-252021-10-258585 调制方式 信号带宽 制度增益 oo/SN 设 备 复杂度 主要应用 DSB 2mf 2 mifnS0 中等 较少应用 SSB mf 1 mifnS0 复杂 短波无线电广播 话音频分复用等 VSB 略大于mf 近似 SSB 近似 SSB 复杂 电视广播 AM 2mf 2/3 mifnS031 简单 中短波无线电广播 FM mffm) 1(2 ) 1(32ffmm miffnSm0223 中等 超短波小功率电台（窄带 FM）微波中继，调频立体声广播 （宽带 FM） 2021-10-252021-10-258686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n性能比较性能比较qWBFM抗噪声性能最好，抗噪声性能最好， DSB、SSB、VSB抗抗噪声性能次之，噪声性能次之，AM抗噪声性能最差。抗噪声性能最差。qFM的调频指数的调频指数mf越大，抗噪声性能越好，但占越大，抗噪声性能越好，但占据的带宽越宽，频带利用率低。据的带宽越宽，频带利用率低。SSB的带宽最的带宽最窄，其频带利用率高。窄，其频带利用率高。n优缺点优缺点图图4-33各种模拟调制系统的性能曲线各种模拟调制系统的性能曲线 频分复用频分复用n