第5课 模拟调制系统 东南大学通信原理课件

1、1通通 信信 原原 理理冯冯 熳熳东南大学信息科学与工程学院东南大学信息科学与工程学院2通信原理第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统3l基本概念基本概念n调制：调制：把信号转换成适合在信道中传输的形式把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。的一种过程。n调制信号：调制信号：指来自信源的消息指来自信源的消息/ /基带信号。基带信号。 n载波调制：载波调制：用调制信号去控制载波参数的过程用调制信号去控制载波参数的过程。n载波：载波：未受调制的周期性振荡信号，它可以是未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。正弦波，也可以是非正弦波。n已调信号已调信号 ：载波受调制后称为已调

2、信号。载波受调制后称为已调信号。n解调（检波）：解调（检波）：调制的逆过程，其作用是将已调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。调信号中的调制信号恢复出来。 5.0 引言 4调制的实质是调制的实质是频谱搬移频谱搬移，其，其作用和目的作用和目的是：是：1. 将调制信号（基带信号）转换成适合于将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调信号（频带信号）信道传输的已调信号（频带信号）,提高提高无线通信时的天线辐射效率；无线通信时的天线辐射效率；2. 实现信道的多路复用，提高信道利用率；实现信道的多路复用，提高信道利用率；3. 减少干扰，提高系统抗干扰能力；减少干扰，提高系统抗干扰能

3、力；4. 实现传输带宽与信噪比之间的互换。实现传输带宽与信噪比之间的互换。5.0 引言 采用什么样的调制方式将直接影响着通信系统的性能。采用什么样的调制方式将直接影响着通信系统的性能。5)()(21)(ccmMMS5.1 幅度调制(线性调制)的原理幅度调制器的幅度调制器的一般模型一般模型输出已调信号的时域和频域一般表示式为输出已调信号的时域和频域一般表示式为: :ttmtscmcos)()(l 幅度调制幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度。是由调制信号去控制高频载波的幅度。65.1 幅度调制(线性调制)的原理l 已调信号的频谱完全是基带信号频谱在频已调信号的频谱完全是基带信号频谱在频域内的

4、简单搬移域内的简单搬移，这种搬移是线性的，因此，这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为幅度调制通常又称为线性调制线性调制。l 这里的这里的“线性线性”并不意味着已调信号之间并不意味着已调信号之间符合线性变换关系。符合线性变换关系。事实上，任何调制过程事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程都是一种非线性的变换过程。7l 调幅调幅(AM)(AM)()(21)()()(0ccccAMMMASttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)()(00m(t)A0cosctsAM(t)AMAM调制器模型调制器模型5.1 幅度调制(线性调制)的原理m(t)为确知信号时域：频谱：8m(t)

5、OtA0 m(t)OtOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0HHccA0SAM()0210HAMfB25.1 幅度调制(线性调制)的原理AMAM信号的波形和频信号的波形和频谱谱9u波形图波形图p由波形可以看出，当满足条件：由波形可以看出，当满足条件：| |m m( (t t)| )| A A0 0 时，其包络与调制信号波形相时，其包络与调制信号波形相 同，因此用包络检波法很容易同，因此用包络检波法很容易 恢复出原始调制信号。恢复出原始调制信号。p否则，出现否则，出现“过调幅过调幅”现象。现象。 这时用包络检波将发生失真。这时用包络检波将发生失真。 但是，可以采用其他的解调方但是，可以采

6、用其他的解调方 法，如同步检波。法，如同步检波。 5.1 幅度调制(线性调制)的原理10twtmAtwtmtwAtwtmAtsPccccAMAM20222202202cos)(2cos)(coscos)()(0)(tm假定 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。因此，从因此，从功率上讲，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。 scAMPPtmAP2)(2220则5.1 幅度调制(线性调制)的原理Pc为载波功率Ps为边带功率11)cos()(mmmtAtm若若)()(2202tmAtmPPAMSAM调制效率调制效率：22220222AMAMmmA

7、MAAA则则10AAmAM式中式中为调幅指数（或调制幅度）为调幅指数（或调制幅度）若若 ，即，即“满调幅满调幅”1AM3/ 1AM，则，则 。 5.1 幅度调制(线性调制)的原理125.1 幅度调制(线性调制)的原理u AMAM的优点的优点：结构简单，价格低廉：结构简单，价格低廉u AMAM的缺点的缺点：载波分量不携带信息，：载波分量不携带信息， 功率利用率低。功率利用率低。u AMAM的应用的应用：无线电广播：无线电广播。13l 抑制载波双边带调制（抑制载波双边带调制（DSB-SCDSB-SC）ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMS 将将AM信号中的信号中的A0去掉

8、，即可输出去掉，即可输出DSB信号。信号。5.1 幅度调制(线性调制)的原理14DSBDSB信号的波形和频谱信号的波形和频谱 cos0tOttOm(t)sDSB(t)OtOccM()OHHSDSB()Occ载波反相点2H5.1 幅度调制(线性调制)的原理15 需需采用相干解调采用相干解调( (同步检波同步检波) )，不能采用，不能采用简单的包络检波。简单的包络检波。 调制效率为调制效率为100100，节省了载波功率。节省了载波功率。 DSB DSB信号功率利用率提高了，但它的信号功率利用率提高了，但它的频频带宽度仍是调制信号带宽的两倍带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与，与AMAM信号带宽相同。信

9、号带宽相同。 l DSBDSB信号的特点信号的特点（与（与AMAM信号相比）：信号相比）：5.1 幅度调制(线性调制)的原理16l单边带调制（单边带调制（SSBSSB）u原理：原理：p双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱制信号频谱MM( ( ) )的所有频谱成分，因此的所有频谱成分，因此仅传输仅传输其中一个边带其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。制。p产生产生SSBSSB信号的方法有两种：信号的方法有两种：滤波法滤波法和和相移

10、法相移法。 5.1 幅度调制(线性调制)的原理17u滤波法及滤波法及SSBSSB信号的频域表示信号的频域表示p滤波法的原理方框图滤波法的原理方框图 用边带滤波器，滤除不要的边带用边带滤波器，滤除不要的边带: : 图中，图中，H H( ( ) )为单边带滤波器的传输函数，若它具有如下为单边带滤波器的传输函数，若它具有如下理想高通特性：理想高通特性：则可滤除下边带。则可滤除下边带。若具有如下理想低通特性：若具有如下理想低通特性：则可滤除上边带。则可滤除上边带。1,( )( )0,cUSBcHH1,( )( )0,cLSBcHH5.1 幅度调制(线性调制)的原理18n 用滤波法实现单边带调制的用滤波

11、法实现单边带调制的技术难点技术难点： 单边带滤波器要求在单边带滤波器要求在fc附近具有陡峭附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。在工程中往往采用多级调制滤波的边带。在工程中往往采用多级调制滤波的方法。方法。5.1 幅度调制(线性调制)的原理19形成形成SSBSSB信号的滤波特性信号的滤波特性H()10ccH()0cc1(a)(b)5.1 幅度调制(线性调制)的原理20SSB信号的频谱信号的频谱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5.1 幅度调制(线性调制)的原理21u 用相移法形成单边带信

12、号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：tAtmmmcos)(ttAttAtscmmcmmSSBsinsin21coscos21)(tAtAttAtsmcmmcmcmmDSB)cos(21)cos(21coscos)(5.1 幅度调制(线性调制)的原理“- -”表示上边带信号；表示上边带信号；“+ +”表示下边带信表示下边带信号。号。22ttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(任意一个基带波形总可以表示成许多正任意一个基带波形总可以表示成许多正弦信号之和。弦信号之和。tAtAmmmmsincos希尔伯特变换：希尔伯特变换：5.1 幅度调制(线性调制)的原理

13、调制信号为任意信号时调制信号为任意信号时SSBSSB信号的时域信号的时域表示式为：表示式为：23若若)()(Mtm为傅立叶变换对，为傅立叶变换对，sgn)()()(jMMtm则则式中符号函数式中符号函数00, 1, 1sgn希尔伯特滤波器的传递函数：希尔伯特滤波器的传递函数： 是一个宽带相移网络，幅度不变，是一个宽带相移网络，幅度不变，所有的频率分量均相移所有的频率分量均相移 。 2)(hHsgn)(/ )()(jMMHh5.1 幅度调制(线性调制)的原理24 相移法形成单边带信号相移法形成单边带信号5.1 幅度调制(线性调制)的原理25不但可不但可节省载波发射功率节省载波发射功率，而且它所占

14、，而且它所占用的用的频带宽度频带宽度为为BSSB=fH=BDSB/2，比，比AM、DSB减少了一半减少了一半。 SSB信号的解调和信号的解调和DSB一样不能采用简一样不能采用简单的包络检波，需采用单的包络检波，需采用相干解调相干解调。lSSBSSB信号的特点信号的特点：5.1 幅度调制(线性调制)的原理26u SSBSSB的优点的优点：上述特点。：上述特点。u SSBSSB的缺点的缺点：滤波法中的滤波器和相移滤波法中的滤波器和相移 法中的宽带相移网络法中的宽带相移网络较难较难 制作制作。 u SSBSSB的应用的应用：短波通信：短波通信。5.1 幅度调制(线性调制)的原理27 残留边带调制是介

15、于残留边带调制是介于SSB与与DSB之间的之间的一种调制方式，一种调制方式， 它既克服了它既克服了DSB信号占用信号占用频带宽的缺点，又解决了频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的信号实现上的难题。难题。在在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），中那样），而是逐渐切割，使其而是逐渐切割，使其残留一小部分残留一小部分，如图，如图 所示。所示。 l 残留边带调制（残留边带调制（VSBVSB）5.1 幅度调制(线性调制)的原理28DSB、 SSB 和和VSB信信号号的的频频谱谱M()2B2BODSB()ccO(a)(b)SSB()OccccVSB()O(

16、c)(d)5.1 幅度调制(线性调制)的原理29VSB调制和解调器模型调制和解调器模型 (a) VSB调制器模型调制器模型 (b) VSB解调器模型解调器模型HVSB()m(t)c(t)cosctsVSB(t)LPFmo(t)2cosctsVSB(t)(a)(b)()()(21)(VSBccVSBHMMSHcVSBcVSBconstHH.)()()()()(21)(cVSBcVSBoHHMM)()(cos)(2cVSBcVSBcVSBSStts5.1 幅度调制(线性调制)的原理为保证相干解调的输出无失真恢复调制信号，必须要求：为保证相干解调的输出无失真恢复调制信号，必须要求：30 残留边带滤波

17、器特性残留边带滤波器特性(a) (a) 残留部分上边带的滤波器特性残留部分上边带的滤波器特性; ;(b) (b) 残留部分下边带的滤波器特性残留部分下边带的滤波器特性HVSB()10.50cccc00.51HVSB()(a)(b)5.1 幅度调制(线性调制)的原理31 实现容易；实现容易； 只要只要HVSB()在在c处具有互补对称（奇对处具有互补对称（奇对称）特性，那么，采用相干解调法解调残称）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留边带信号就能够准确地恢复所需的基带信号。信号。 lVSBVSB信号的特点：信号的特点：5.1 幅度调制(线性调制)的原理325.1

18、幅度调制(线性调制)的原理l 线性调制（滤波法）的一般模型线性调制（滤波法）的一般模型h(t)(tmtwccos)(tsm)(cos)()(thtwtmtscm)()()(21)(wHwwMwwMwSccm 只要适当选择滤波器的特性只要适当选择滤波器的特性H(w)，即可，即可得到各种幅度调制信号得到各种幅度调制信号。335.1 幅度调制(线性调制)的原理twtstwtstscQcImsin)(cos)()(twththtmthtscIIIcos)()(, )()()(twththtmthtscQQQsin)()(, )()()(其中：其中：)(tm)(tsmtwccos)(wHI)(wHQ2/

19、)(tsQ)(tsIl 线性调制（相移法）的一般模型线性调制（相移法）的一般模型适用于所有线性调制！适用于所有线性调制！34l 相干解调与包络检波相干解调与包络检波p相干解调（也叫同步检波）相干解调（也叫同步检波）相干解调器的一般相干解调器的一般模型模型 ：相干解调器相干解调器原理原理：接收端必须提供与接收的已调接收端必须提供与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波）干载波），它与接收的已调信号相乘后，经低通，它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。信

20、号。5.1 幅度调制(线性调制)的原理适用于所适用于所有线性调有线性调制信号的制信号的解调！解调！35相干解调器相干解调器性能分析性能分析已调信号的一般表达式为已调信号的一般表达式为 与同频同相的相干载波与同频同相的相干载波c c( (t t) )相乘后，得相乘后，得经低通滤波器后，得到经低通滤波器后，得到因为因为s sI I( (t t) )是是m m( (t t) )通过一个全通滤波器通过一个全通滤波器H HI I ( ( ) ) 后的结果，后的结果，故上式中的故上式中的s sd d( (t t) )就是解调输出，即就是解调输出，即 ( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst

21、 st ( )cos111( )( )cos2( ) in2222pmcIIcQcsts tts ts tts t st 1( )2dIsts t 1( )2dIststm t5.1 幅度调制(线性调制)的原理36p包络检波包络检波适用条件适用条件：AMAM信号，且要求信号，且要求| |m m( (t t)| )|maxmax A A0 0 ，包络检波器包络检波器结构结构： 通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如，如， 检波器的输出为检波器的输出为 隔去直流后即可得到原信号隔去直流后即可得到原信号m m( (t t) )。 0( )dstAm t

22、5.1 幅度调制(线性调制)的原理375.2 线性调制系统的抗噪声性能u解调器输出信噪比定义解调器输出信噪比定义输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。显然，输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。显然，输出信噪比越大越好。输出信噪比越大越好。u制度增益定义制度增益定义： 用用G G便于比较同类调制系统采用不同解调器时的便于比较同类调制系统采用不同解调器时的性能。性能。G G 也反映了这种调制制度的优劣。也反映了这种调制制度的优劣。式中输入信噪比式中输入信噪比S Si i / /N Ni i 的定义是：的定义是：2oo2oo( )( )Sm tNn t解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平均功

23、率iiNSNSG/00)()(22tntsNSimii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38nDSBDSB调制系统的性能调制系统的性能uDSBDSB相干解调抗噪声性能分析相干解调抗噪声性能分析模型模型 由于是线性系统，所以可以分别计算解调由于是线性系统，所以可以分别计算解调 器输出的信号功率和噪声功率。器输出的信号功率和噪声功率。 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 5.2 线性调制系统的抗噪声性能39u输出信号功率计算输出信号功率计算设解调器输入信号为设解调器输入信号为与相干载波与相干载波coscos

24、 c ct t相乘后，得相乘后，得经低通滤波器后，输出信号为经低通滤波器后，输出信号为因此，解调器输出端的有用信号功率为因此，解调器输出端的有用信号功率为ttmtscmcos)()(ttmtmttmcc2cos)(21)(21cos)(2o1( )( )2m tm t22oo1( )( )4Sm tm t5.2 线性调制系统的抗噪声性能40u输出噪声功率计算输出噪声功率计算解调器输入端的窄带噪声可表示为解调器输入端的窄带噪声可表示为它与相干载波相乘后，得它与相干载波相乘后，得经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为故输出噪声功率为故输出噪声功率为或写成或写成

25、 ，其中，其中B=2fH。ttnttntncsccisin)(cos)( )(tttnttnttnccscccicossin)(cos)(cos)(2sin)(2cos)(21)(21ttnttntncsccco1( )( )2cn tn t22oo1( )( )4cNn tn t2o0111( )444iiNn tNn B5.2 线性调制系统的抗噪声性能41u输入信号功率计算输入信号功率计算解调器输入信号平均功率为解调器输入信号平均功率为u信噪比计算信噪比计算输入信噪比输入信噪比输出信噪比输出信噪比)(21cos)()(222tmttmtsScmiBntmNSii02)(2122oo01(

26、)( )414im tSm tNn BN5.2 线性调制系统的抗噪声性能42u制度增益制度增益 由此可见，由此可见，DSBDSB调制系统的制度增益为调制系统的制度增益为2 2。也。也就是说，就是说，DSBDSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被是因为采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。消除的缘故。 oo/2/DSBiiSNGSN5.2 线性调制系统的抗噪声性能43ttmttmtsccmsin)(21cos)(21)(nSSBSSB调制系统的性能调制系统的性能u输出信号功率计算输出信号功率计算SSBSSB信号

27、表示式为：信号表示式为： 与相干载波相乘，再经低通滤波可得解调器输出信号为与相干载波相乘，再经低通滤波可得解调器输出信号为 故输出信号平均功率为故输出信号平均功率为 5.2 线性调制系统的抗噪声性能o1( )( )4m tm t22oo1( )( )16Sm tm t445.2 线性调制系统的抗噪声性能22sin)(cos)(41)(ttmttmtsSccmi)(41)(21)(2141222tmtmtmu输入信号功率计算输入信号功率计算解调器输入信号平均功率为解调器输入信号平均功率为u信噪比计算信噪比计算输入信噪比输入信噪比输出信噪比输出信噪比BntmBntmNSii02024)()(412

28、2oo001( )( )16144m tSm tNn Bn B455.2 线性调制系统的抗噪声性能u制度增益制度增益 在在SSBSSB系统中，信号和噪声有相同表示形式，系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均所以相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。被抑制掉，故信噪比没有改善。oo/1/SSBiiSNGSN465.2 线性调制系统的抗噪声性能u虽然虽然 ，但不能说明，但不能说明DSBDSB系统的抗噪性能系统的抗噪性能比比SSBSSB系统好，因为两者输入信号功率不同、带宽系统好，因为两者输入信号功率不同、带宽不同、输入噪声功率也

29、不同，所以这两者的输出信不同、输入噪声功率也不同，所以这两者的输出信噪比是在不同条件下得到的。噪比是在不同条件下得到的。u如果在相同输入信号功率、相同输入噪声功率谱密如果在相同输入信号功率、相同输入噪声功率谱密度、相同基带带宽条件下，两者的输出信噪比相等，度、相同基带带宽条件下，两者的输出信噪比相等，即两者抗噪性能相同，但即两者抗噪性能相同，但SSBSSB所需的传输带宽仅为所需的传输带宽仅为DSBDSB的一半，因此的一半，因此SSBSSB得到普遍应用。得到普遍应用。u由于由于VSBVSB采用的残留边带滤波器频率特性形状不同，采用的残留边带滤波器频率特性形状不同，所以抗噪性能计算比较复杂，但在边

30、带残留部分不所以抗噪性能计算比较复杂，但在边带残留部分不太大的时候，可以近似认为其抗噪性能与太大的时候，可以近似认为其抗噪性能与SSBSSB相同。相同。2DSBSSBGG47nAMAM包络检波的性能包络检波的性能u包络检波器分析包络检波器分析模型模型检波输出电压正比于输入信号的包络变化。检波输出电压正比于输入信号的包络变化。 ( )mst BPF )(tn ( )mst )(tni )(tno o( )m t 包络检波 5.2 线性调制系统的抗噪声性能48u输入信噪比计算输入信噪比计算 设解调器输入信号为：设解调器输入信号为： 解调器输入噪声为：解调器输入噪声为：则解调器输入的信号功率和噪声功

31、率分别为：则解调器输入的信号功率和噪声功率分别为：输入信噪比为：输入信噪比为：ttmAtscmcos)()(0ttnttntncsccisin)(cos)()(2)(2)(2202tmAtsSmiBntnNii02)(BntmANSii02202)(5.2 线性调制系统的抗噪声性能49u包络计算包络计算由于解调器输入是信号加噪声的混合波形，即由于解调器输入是信号加噪声的混合波形，即式中式中 上式中上式中E E( (t t) )便是所求的合成包络。当包络检波器便是所求的合成包络。当包络检波器的传输系数为的传输系数为1 1时，则检波器的输出就是时，则检波器的输出就是E E( (t t) )。 0(

32、 )( )( )( )cos( )sin( )cos( )miccsccstn tAm tn ttn ttE ttt220( )( )( )( )csE tAm tn tn t)()()()(0tntmAtnarctgtcs5.2 线性调制系统的抗噪声性能50u输出信噪比计算输出信噪比计算p大信噪比情况大信噪比情况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 则则)()()(220tntntmAsc5.2 线性调制系统的抗噪声性能)()()()(2)()(22020tntntntmAtmAtEscc)()(2)(020tntmAtmAc)()(1)()()(21)(002/10

33、0tmAtntmAtmAtntmAcc)()(0tntmAc1|,21121xxx51 当直流分量当直流分量A0被电容器阻隔后，有用信号与噪声被电容器阻隔后，有用信号与噪声独立地分成两项，因而可分别计算它们的功率。独立地分成两项，因而可分别计算它们的功率。 输出信号功率为：输出信号功率为： 输出噪声功率为：输出噪声功率为：输出信噪比输出信噪比制度增益制度增益2o( )Sm t22o0( )( )ciNn tn tn B2oo0( )Sm tNn B2oo220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm t5.2 线性调制系统的抗噪声性能52讨论讨论1. AM信号的调制制度增益信号的调制制度

34、增益GAM随随A0的减小而增加。的减小而增加。2. GAM总是小于总是小于1，这说明包络检波器对输入信噪比没有，这说明包络检波器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。改善，而是恶化了。3. 例如：对于例如：对于100%的调制，且的调制，且m(t)是单频正弦信号，这是单频正弦信号，这时时AM 的最大信噪比增益为的最大信噪比增益为 。4. 可以证明，采用同步检测法解调可以证明，采用同步检测法解调AM信号时，得到的调信号时，得到的调制制度增益与上式给出的结果相同。制制度增益与上式给出的结果相同。 5. 由此可见，对于由此可见，对于AM调制系统，在大信噪比时，采用包调制系统，在大信噪比时，采用包络检波器解

35、调时的性能与同步检测器时的性能几乎一样。络检波器解调时的性能与同步检测器时的性能几乎一样。2oo220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm t3/2AMG5.2 线性调制系统的抗噪声性能53p小信噪比情况小信噪比情况 此时，输入信号幅度远小于噪声幅度，即此时，输入信号幅度远小于噪声幅度，即则则其中其中R R( (t t) ) 和和 ( (t t) ) 代表噪声的包络及相位：代表噪声的包络及相位：220( )( )( )csAm tn tn t)()()(22tntntRsc)(/ )()(tntnarctgtcs)(cos)()(1)()(cos)()( 21)(00ttRtmAtR

36、ttRtmAtR)(cos)()(0ttmAtR5.2 线性调制系统的抗噪声性能)()()()(2)()(22020tntntntmAtmAtEscc)()(2)()(022tmAtntntncsc)()()()(21)()(22022tntntmAtntntnsccsc54 此时，此时，E E( (t t) )中没有单独的信号项，有用信号中没有单独的信号项，有用信号m m( (t t) )被噪声扰乱，只能看作是噪声。被噪声扰乱，只能看作是噪声。 这时，输出信噪比不是按比例地随着输入信这时，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噪比下降，而是急剧恶化，通常把

37、这种现象称为解调器的解调器的门限效应门限效应。开始出现门限效应的输入信。开始出现门限效应的输入信噪比称为噪比称为门限值门限值。5.2 线性调制系统的抗噪声性能55讨论讨论1. 1. 门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。的。 2. 2. 用相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存用相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存在门限效应。原因是信号与噪声可分别进行解调。在门限效应。原因是信号与噪声可分别进行解调。3. 3. 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信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同。但当输入信噪比低于门

38、限值乎与相干解调法相同。但当输入信噪比低于门限值时，将会出现门限效应，这时解调器的输出信噪比时，将会出现门限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。将急剧恶化，系统无法正常工作。5.2 线性调制系统的抗噪声性能565.3 非线性调制(角度调制)的原理u频率调制简称频率调制简称调频调频(FM)，相位调制简称，相位调制简称调相调相(PM)。u这两种调制中，载波的幅度都保持恒定，而频率和这两种调制中，载波的幅度都保持恒定，而频率和相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化。相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化。u角度调制角度调制：频率调制和相位调制的总称。：频率调制和相位调制的总称。u已

39、调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，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，故又称为新的频率成分，故又称为非线性调制非线性调制。u与幅度调制技术相比，角度调制最突出的与幅度调制技术相比，角度调制最突出的优势是其优势是其较高的抗噪声性能较高的抗噪声性能。 57n角度调制的基本概念角度调制的基本概念 uFM和和PM信号的一般表达式信号的一般表达式 角度调制信号的一般表达式为角度调制信号的一般表达式为 式中，式中，A 载波的恒定振幅；载波的恒定振幅； ct + (t) (t) 信号的瞬时相

40、位；信号的瞬时相位； (t) 瞬时相位偏移。瞬时相位偏移。 d ct + (t)/dt = (t) 称为称为瞬时角频率瞬时角频率 d (t)/dt 称为瞬时频偏。称为瞬时频偏。)(cos)(ttAtscm5.3 非线性调制(角度调制)的原理58u相位调制相位调制(PM)(PM)： 瞬时相位偏移随调制信号作线性变化，即瞬时相位偏移随调制信号作线性变化，即式中式中K Kp p为调相灵敏度，含义是单位调制信号幅度引为调相灵敏度，含义是单位调制信号幅度引起起PMPM信号的相位偏移量，单位是信号的相位偏移量，单位是rad/Vrad/V。将上式代入一般表达式将上式代入一般表达式得到得到PMPM信号表达式信

41、号表达式)()(tmKtp)(cos)(tmKtAtspcPM)(cos)(ttAtscm5.3 非线性调制(角度调制)的原理59u频率调制频率调制(FM)(FM)： 瞬时频率偏移随调制信号成比例变化，即瞬时频率偏移随调制信号成比例变化，即式中式中 K Kf f 调频灵敏度，单位是调频灵敏度，单位是rad/srad/s V V。 这时相位偏移为这时相位偏移为将其代入一般表达式将其代入一般表达式得到得到FMFM信号表达式信号表达式)()(tmKdttdf( )( )ftKmd( )cos( )FMcfstAtKmd)(cos)(ttAtscm5.3 非线性调制(角度调制)的原理60uPMPM与与

42、 FMFM的区别的区别比较上两式可见，比较上两式可见， PMPM是相位偏移随调制信号是相位偏移随调制信号m m( (t t) )线性变化，线性变化，FMFM是相位偏移随是相位偏移随m m( (t t) )的积分呈线性变的积分呈线性变化。化。如果预先不知道调制信号如果预先不知道调制信号m m( (t t) )的具体形式，则无的具体形式，则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。法判断已调信号是调相信号还是调频信号。)(cos)(tmKtAtspcPM( )cos( )FMcfstAtKmd5.3 非线性调制(角度调制)的原理61u单音调制单音调制FM与与PM设调制信号为单一频率的正弦波，即设调制

43、信号为单一频率的正弦波，即 用它对载波进行用它对载波进行相位调制相位调制时，将上式代入时，将上式代入 得到得到式中，式中，mp = Kp Am 调相指数调相指数，表示最大的相位偏移。，表示最大的相位偏移。( )coscos2mmmmm tAtAf t)(cos)(tmKtAtspcPMPM( )coscoscpmmstAtK AtcosscpmAtm cot5.3 非线性调制(角度调制)的原理62p用它对载波进行用它对载波进行频率调制频率调制时，将时，将代入代入得到得到FMFM信号的表达式信号的表达式式中式中调频指数调频指数，表示最大的相位偏移，表示最大的相位偏移 最大角频偏最大角频偏 最大频

44、偏。最大频偏。 ( )coscos2mmmmm tAtAf tFM( )coscoscfmmstAtK Ad ( )cos( )FMcfstAtKmdcosncfmAtm sitfmfmmmK AfmffmK Afmfmf 5.3 非线性调制(角度调制)的原理63u单音单音PM 信号和信号和FM 信号波形信号波形 (a) PM 信号波形信号波形 (b) FM 信号波形信号波形 5.3 非线性调制(角度调制)的原理64uFMFM与与PMPM间的关系间的关系由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，所以由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，所以FMFM与与PMPM之间是可以相互转换的。之间是可以相

45、互转换的。 比较下面两式可见比较下面两式可见如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相波，这种方式叫调相波，这种方式叫间接调相间接调相；同样，如果将调制信；同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频波，这种号先积分，而后进行调相，则得到的是调频波，这种方式叫方式叫间接调频间接调频。 )(cos)(tmKtAtspcPM( )cos( )FMcfstAtKmd5.3 非线性调制(角度调制)的原理65p方框图方框图 （a）直接调频）直接调频 （b）间接调频）间接调频（c） 直接调相直接调相 （d） 间接调相间接调相5.3 非线性调

46、制(角度调制)的原理66n窄带调频（窄带调频（NBFM）u定义定义：如果：如果FM信号的最大瞬时相位偏移满足下式信号的最大瞬时相位偏移满足下式条件条件 则称为窄带调频；反之，称为宽带调频。则称为窄带调频；反之，称为宽带调频。）（或 5 . 06)(tfdmK5.3 非线性调制(角度调制)的原理67u时域表示式时域表示式将将FMFM信号一般表示式展开得到信号一般表示式展开得到当满足窄带调频条件时，当满足窄带调频条件时，故上式可简化为故上式可简化为( )cos( )tFMcfstAtKmdcoscos( )sinsin( )ttcfcfAtKmdAtKmdcos( )1sin( )( )tfttffKmdKmdKmd( )os( )sintNBFMcfcstActAKmdt5.3 非线性调制(角度调制)的原理68u频域表示式频域表示式利用以下傅里叶变换对利用以下傅里叶变换对可得可得NBFMNBFM信号的频域表达式信号的频域表达式)()(sin)()(cos