第四章模拟通信系统

1、1 第四章第四章 模拟通信系统模拟通信系统24.1引言引言基带信号：频谱限于基带信号：频谱限于f=0（直流）附近的低通型信号为（直流）附近的低通型信号为基带信号。基带信号。模拟基带信号：模拟的基带信号模拟基带信号：模拟的基带信号频带信号：频谱限于某一频率附近的信号。频带信号：频谱限于某一频率附近的信号。在频带信道中传输信号，需要通过正弦型载波调制将在频带信道中传输信号，需要通过正弦型载波调制将模拟基带信号变换为频带信号，该频带信号是在中心模拟基带信号变换为频带信号，该频带信号是在中心频率频率fc附近。附近。( )cos(2)cccc tAf tcA：cf ：c ：载波幅度载波幅度载波频率载波频

2、率载波初始相位载波初始相位3模拟基带信号模拟基带信号m(t)对载波对载波c(t)进行调制：按进行调制：按m(t)的变化的变化规律去控制载波规律去控制载波c(t)的幅度，或者频率，或者相位。的幅度，或者频率，或者相位。( )cos(2)cccc tAf tcA：cf ：c ：载波幅度载波幅度载波频率载波频率载波初始相位载波初始相位幅度调制幅度调制（AM）频率调制频率调制（FM）相位调制相位调制（PM）调制信号调制信号4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：1、将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输、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

3、带信号）；的已调信号（频带信号）；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、通过不同的调制方式兼顾通信的有效性和可靠性，、通过不同的调制方式兼顾通信的有效性和可靠性，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第四章内容：第四章内容：n幅度调制幅度调制: DSB-SC AM、AM、SSB-AM、VSB-AMn角度调制：角度调制：FM、PMn线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能n角度调制系统的抗噪声性能角度调制系统的抗噪声性能n频分复用及其实例频分复用及其实例64.2幅度调制（线性调制）幅度调制（线性调制）幅度调制中，正弦

4、载波的幅度是随模拟信号幅度调制中，正弦载波的幅度是随模拟信号m(t)的变的变化规律成正比变化。对应有四种幅度调制方法：化规律成正比变化。对应有四种幅度调制方法：（1）双边带抑制载波调幅（）双边带抑制载波调幅（DSB-SC）（4）残留边带调制（）残留边带调制（VSB）（2）具有离散大载波的双边带调幅（）具有离散大载波的双边带调幅（AM）（3）单边带调幅（）单边带调幅（SSB）7幅度调制的一般原理幅度调制的一般原理h(t)不同，对应不同不同，对应不同的幅度调制方式的幅度调制方式84.2.1双边带抑制载波调幅双边带抑制载波调幅(DSB-SC)1、双边带抑制载波调幅信号的产生、双边带抑制载波调幅信号的

5、产生( )( )cos()( )( )cos()ccccccs tm t Ath tm t At带通滤带通滤波器波器带通滤波器确保已带通滤波器确保已调信号完全通过调信号完全通过9 2、双边带抑制载波调幅信号的频谱特性、双边带抑制载波调幅信号的频谱特性( )()()( )2()()2ccccccASMMHAMM( )( )cos()( )( )cos()ccccccs tm t Ath tm t At（1）为简便起见，先考虑）为简便起见，先考虑m(t)是确定信号，再考虑是确定信号，再考虑m(t)是随机信号的情况是随机信号的情况确定信号的频谱：确定信号的频谱：付氏频谱付氏频谱随机信号的频谱：随机信

6、号的频谱：功率谱功率谱1011经幅度调制后，基带信号的频谱被搬移到载频处。经幅度调制后，基带信号的频谱被搬移到载频处。若模拟基带信号的带宽为若模拟基带信号的带宽为W，则已调信号的带宽为，则已调信号的带宽为2W。结论结论：传输此已调信号：传输此已调信号s(t)的信道带宽为的信道带宽为2W。12无论无论S(f)的上边带或下边带均与的上边带或下边带均与M(f)的所有频率分量相对应的所有频率分量相对应说明说明1：上、下边带携带相同的消息，所以称此调幅信号：上、下边带携带相同的消息，所以称此调幅信号为双边带信号。为双边带信号。说明说明2：该调幅信号的频谱中不包含离散的载频分量，所：该调幅信号的频谱中不包

7、含离散的载频分量，所以称其为双边带抑制载波调幅信号。以称其为双边带抑制载波调幅信号。上边带上边带上边带上边带下边带下边带下边带下边带例题：例题：P6313（2）随机调制信号）随机调制信号22( ,) ( ) ()( )()cos2cos2()( )cos2cos2(2)2sccccMccR t tE S t S tA E M t M tf tf tARfft 自相关函数：自相关函数：0！的均值？的均值？DSB-SB AM信号信号( )( )cos2cS tM tf t ( )MR 条件：消息随机过程条件：消息随机过程 均值均值 ，自相关函数，自相关函数为为 ( )0E M t 循环平稳随循环平

8、稳随机过程机过程12pcTf 周期周期142221( )( ,)( )cos22ppTTsspcMcRR t tdtTARf DSB-SB AM信号的平均功率是二者的乘积！信号的平均功率是二者的乘积！平均自相关函数：平均自相关函数：DSB-SB AM信号的平均功率？信号的平均功率？2(0)(0)2csMARR 载波分量平载波分量平均功率均功率(0)sR基带信号平基带信号平均功率均功率1522()( )()()4jfsscMcMcPfRedAPffPff 模拟基带信号模拟基带信号M(t)的功率谱密度的功率谱密度DSB-SB AM信号的功率谱：信号的功率谱：():MPf调幅信号的功率谱是模拟基带信

9、号功率谱线性搬移的调幅信号的功率谱是模拟基带信号功率谱线性搬移的结果结果线性调制线性调制16DSBSC的相干解调框图的相干解调框图173、双边带抑制载波调幅信号的相干解调、双边带抑制载波调幅信号的相干解调( )( )( )cos()cccr ts tm t AtLPF的输出！的输出！yo(t)相干解调：利用恢复载波相干解调：利用恢复载波cos(2)cf t ( )cos(2)( )cos(2)cos(2)( )cos()( )cos(4)22ccccccccccr tf tm t Af tf tAAm tm tf t18载波提取载波提取n发端加一离散载频分量（导频）发端加一离散载频分量（导频）

10、n收端用平方环法或收端用平方环法或COSTAS环法从接收信号环法从接收信号中提取载波（第六章介绍）中提取载波（第六章介绍）加导频的缺点：在发端要分配一部分功率给导频。加导频的缺点：在发端要分配一部分功率给导频。194.2.2具有离散大载波的双边带调幅具有离散大载波的双边带调幅(AM)( )()()1()()2ccccccSAAMM ( )1( )cos2ccs tAm tf t max( )1m t ( )( )( )max( )( )max( )nnm tm tamtam tmtm t调制指数调制指数调幅系数调幅系数双边带抑制载波调幅信号频谱离散大载波分量双边带抑制载波调幅信号频谱离散大载波

11、分量m(t)的归一的归一化表示式化表示式原因？原因？例题例题4.2.3 68页页20max( )1m t 2AMHBf 00( )( ) cos,( )1( ) cosAMcAMcstAm tt stAm tt21( ,)sR t t ( )cos2( )0AMccE StAf tE m t 例例4.2.4 69页页周期函数周期函数AM波信号功率携带消息的已调信号功率载波功率波信号功率携带消息的已调信号功率载波功率随机调制信号：随机调制信号：2( )1( ) cos22csMcARRf22(0)21(0)2cMcMARAR 调制效率调制效率2()()()()()4csMcMcccAPfPffP

12、ffffff循环平稳随机过程循环平稳随机过程调制效率：携带消息的已调信号功率与已调信号总功率调制效率：携带消息的已调信号功率与已调信号总功率之比之比22简单、经济简单、经济1、包络检波：、包络检波：半波整流、低通滤波器、隔直流半波整流、低通滤波器、隔直流是否还有其他解调方法？是否还有其他解调方法？2、相干解调！、相干解调！AM信号的解调：信号的解调：23 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，载波相位有的过零点处，载波相位有180180的的突变。突变。 DSBDSB信号功率利

13、用率高，但它的频带宽度仍是调制信号功率利用率高，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与信号带宽的两倍，与AMAM信号带宽相同。信号带宽相同。DSBDSB信号的特点（与信号的特点（与AMAM信号相比）：信号相比）：244.2.3单边带调幅单边带调幅(SSB)单边带信号的产生方法：滤波法和相移法。单边带信号的产生方法：滤波法和相移法。1、 用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号25图图 4 5 形成形成SSB信号的滤波特性信号的滤波特性H()10ccH()0cc1(a)(b)26图图 4 - 6SSB信号的频谱信号的频谱27滤波法的技术难点：滤波法的技术难点：单边带滤波器要求在单边带滤波器

14、要求在fc附近具有陡峭的截止特性，才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。在工程中往往采用多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方法。级调制滤波的方法。28上、下边带信号的时域表达式上、下边带信号的时域表达式( )( )cos2( )sin2ccccstA m tf tA m tf t 上上( )( )cos2( )sin2ccccstA m tf tA m tf t 下下( )( )cos2( )sin2ccccstA m tf tA m tf t SSBSSB292、用相移法产生单边带信号、用相移法产生单边带信号30单边带信号的解调方法单边带信号的解调

15、方法1、相干解调、相干解调:相位差要尽量小相位差要尽量小!11( )( )cos( )sin22ccy tA m tA m t o o发端加导发端加导频分量频分量312、非相干解调、非相干解调:( )cos2( )cos2( )sin2ccccs tAf tA m tf tm tf t 借用借用AM的非相干解调思路的非相干解调思路发端增加离散大载波发端增加离散大载波,包络检波包络检波1cA 1222( )( ) cos2( )sin2( )( )( )cos 2( )( )cos 2( )ccccs tAm tf tm tf tm tAm tm tf tarctgAm ta tf tt 32(

16、 ) ,( )Am tAm t 如果有如果有 1122222222( )2( )( )( )( )( )1m tm tmta tAm tm tAAAA 122( )( )( )11( )m tm ta tAAAm tAA334.2.4残留边带调幅残留边带调幅(VSB AM)残留边带调制是界于残留边带调制是界于SSBSSB与与DSBDSB之间的一种调制方式，之间的一种调制方式，它既克服了它既克服了DSBDSB信号占用频带宽的缺点，又解决了信号占用频带宽的缺点，又解决了SSBSSB信号实现上的难题。信号实现上的难题。在在VSBVSB中，不是完全抑制一个边带，而是逐渐切割，使中，不是完全抑制一个边带

17、，而是逐渐切割，使其残留一小部分，如图所示：其残留一小部分，如图所示：34DSB、 SSB和和VSB信号的频谱信号的频谱下边带残留下边带残留35VSB AM信号的调制与解调框图信号的调制与解调框图36()()()()2cVSBccVSBASfM ffM ffHf1()()()2(2)()()(2)()()44VSBcVSBcccccccY fSffSffAAM ffM fH ffM ffM fH ff( )( )cos2( )VSBccstA m tf th t ()()()()4coccAYfM fH ffH ff()()ccH ffH fffW常数常数37(a) 残留部分上边带的滤波器特性

18、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残留部分下边带的滤波器特性3839VSB的解调方式的解调方式1 1、相干解调、相干解调2、具有离散大载波的、具有离散大载波的VSB AM信号的包络检波信号的包络检波40 B BVSBVSB=B=BSSBSSB; ; 实现容易；实现容易； 只要只要H HVSBVSB()()在在c c处具有互补对称（奇对称）处具有互补对称（奇对称）特性，那么，采用相干解调法解调残留边带信特性，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。号就能够准确地恢复所需的基带信号。 VSBVSB信号的特点：信号的特点：414.3角度调制角度调

19、制幅度调制属于线性调制，它是通过改变载波的幅度，以幅度调制属于线性调制，它是通过改变载波的幅度，以实现调制信号频谱的平移及线性变换的。实现调制信号频谱的平移及线性变换的。因此，我们不仅可以把调制信号的信息因此，我们不仅可以把调制信号的信息寄托寄托在载波的幅在载波的幅度变化中，还可以度变化中，还可以寄托寄托在载波的频率或相位变化中。在载波的频率或相位变化中。一个正弦载波有一个正弦载波有幅度、频率和相位幅度、频率和相位三个参量三个参量载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式，称为频率调制定的调制方式，称为频率调制(FM)和相位调制

20、和相位调制(PM) 。频率或相位的变化都可以看成是载波角度的变化，故调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。频和调相又统称为角度调制。 42角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原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，又称为非线性调制。与频谱搬移不同的新的频率成分，又称为非线性调制。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，

21、调相必调频。相之间存在密切的关系，即调频必调相，调相必调频。角度调制的另一特点是它占有较宽的信道带宽，角调信角度调制的另一特点是它占有较宽的信道带宽，角调信号的带宽是基带信号的许多倍。但是该系统的可靠性好号的带宽是基带信号的许多倍。但是该系统的可靠性好（信噪比高）（信噪比高）应用广泛。应用广泛。434.3.1调频及调相信号调频及调相信号1( )( )2idtf tdt c( )cos ( )s tAt 角度调制信号：角度调制信号：( )2( )titfd 1 1、调频及调相信号的表示式、调频及调相信号的表示式( ) t 信号瞬时相位信号瞬时相位:信号瞬时频率：信号瞬时频率：44带通型的角度调制

22、信号：带通型的角度调制信号：( )cos 2( )mccstAf tt1( )( )2icdtf tfdt ( )2( )ctf tt信号瞬时相位信号瞬时相位信号瞬时频率：信号瞬时频率：m(t)：模拟基带信号：模拟基带信号( )( )ptK m t 调相系统：调相系统：1( )( )( )2icfdtf tfK m tdt 调频系统：调频系统：相移与基带相移与基带信号成正比信号成正比频移与基带频移与基带信号成正比信号成正比Kp：相位偏移常数，：相位偏移常数，Kf：频率偏移常数：频率偏移常数45( )( )2( )ptfK m ttKmd 调相调相pfdKm tdtdtdtK m t ( )(

23、)2( ) 调频调频调相调相调频调频46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；如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频波，这种方式叫调频波，这种方式叫间接调频间接调频。( )cos 2( )PMcpstAf tK m t ( )cos 22( )dtFMcfstAf tKm 47图图 4 - 16直接和间接调相直接和间接调相( )cos 2( )PMcpstAf tK m t ( )cos 22( )dtFMcfstAf tKm 4

24、8( )cos 2( )PMcpstAf tK m t ( )cos 22( )dtFMcfstAf tKm 49由于实际相位调制器的调制范围不大，所以由于实际相位调制器的调制范围不大，所以直接调相和直接调相和间接调频间接调频仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情况，而情况，而直接调频和间接调相常用于宽带调制直接调频和间接调相常用于宽带调制情况。情况。 从以上分析可见，调频与调相并无本质区别，两者之从以上分析可见，调频与调相并无本质区别，两者之间可相互转换。间可相互转换。50maxmax( )pKm t 调相系统中的最大相位偏移：调相系统中的最大相位

25、偏移：maxmax( )ppKm t 调相系统的调相指数：调相系统的调相指数：maxmax( )ffKm t调频系统中的最大频率偏移：调频系统中的最大频率偏移：maxmax( )ffm tfKWW 调频系统的调频指数：调频系统的调频指数：W：模拟基带信号：模拟基带信号m(t)的带宽的带宽四个重要参数！熟练掌握！四个重要参数！熟练掌握！例例4.3.1 77页页单频信号的调相系统和调频系统的调制指数：最大相单频信号的调相系统和调频系统的调制指数：最大相位偏移！位偏移！51( )cos 2( )ccs tAf tt2、窄带角度调制的定义：、窄带角度调制的定义：( )1t 有有与与AM系统类似：已调信

26、号带宽式基带信号带宽的两系统类似：已调信号带宽式基带信号带宽的两倍，实际上其抗噪声性能也与倍，实际上其抗噪声性能也与AM一致。一致。( )cos2cos ( )sin2sin ( )cos2sin2sin ( )cos2( ) sin2ccccccccccccs tAf ttAf ttAf tAf ttAf tAtf t实际很少用，一般是做为产生宽带角度调制的中间级。实际很少用，一般是做为产生宽带角度调制的中间级。524.3.2角度调制信号的频谱特性角度调制信号的频谱特性角度调制系统是非线性系统，即使是简单的模拟基带信角度调制系统是非线性系统，即使是简单的模拟基带信号的角度调制，数学上也很难求

27、出它的精确频谱特性。号的角度调制，数学上也很难求出它的精确频谱特性。以单频信号为例，利用近似分析进行频谱分析，然后以单频信号为例，利用近似分析进行频谱分析，然后将其结果推广于更复杂的基带信号。将其结果推广于更复杂的基带信号。( )cos 2sin(2)ccmms tAf tf tf t1、正弦基带信号的角度调制、正弦基带信号的角度调制 sin 22( )Remcjf tjf tcs tA ee ( )cos 2sin(2)ccms tAf tf t可能是可能是: 调制指数调制指数,p f 也可能是也可能是 sin 2:mjf te周期函数周期函数付氏级数付氏级数展开展开53 1sin 2202

28、2sin012mmmmjf tfjnf tnmmf tjm nmCfeedtedm sin 22( )mmjf tjnf tnneJe 第一类第一类n阶阶贝塞尔函数贝塞尔函数22( )Re( )( )cos 2 ()mcjnfjf tcnncncmns tAJeeA Jfnft 541()( )()()2cncmcmnS fAJffnfffnf 角调信号的频谱包含无穷多个分量。角调信号的频谱包含无穷多个分量。角调信号的频谱宽度为无限宽！角调信号的频谱宽度为无限宽！55( )( )nnJJ n n为偶数时为偶数时( )( )nnJJ n n为奇数时为奇数时56理论上调频波的频带宽度为无限宽。实际

29、上边频幅度理论上调频波的频带宽度为无限宽。实际上边频幅度J Jn n( () )随着随着n n的增大而逐渐减小，因此只要取适当的的增大而逐渐减小，因此只要取适当的n n值值使边频分量小到可以忽略的程度，调频信号可近似认使边频分量小到可以忽略的程度，调频信号可近似认为具有为具有“有限频谱有限频谱”。例例4.3.24.3.2角调信号的有效带宽至少含有角调信号的有效带宽至少含有9898的总信号功率。的总信号功率。基带信号：基带信号：( )cos2mm taf t 2(1)cmBf 已调信号的有效带宽的近似计算公式为：已调信号的有效带宽的近似计算公式为：调制指数调制指数2(1)2(1)pmcfmmK

30、afPMBK afFMf 572、卡松公式、卡松公式任意基带信号的角调信号的有效带宽的近似公式（卡任意基带信号的角调信号的有效带宽的近似公式（卡松公式）：松公式）：W：基带信号的最高频率分量：基带信号的最高频率分量调制指数：调制指数：max( )max( )pfKm tPMKm tFMW 2(1)cBW W:消息带宽消息带宽2(1)cmBf 卡松公式卡松公式的特例的特例1NBFM ，2cBW 3 3、平稳高斯消息过程的角度调制信号的功率谱特性、平稳高斯消息过程的角度调制信号的功率谱特性584.3.3角度调制器与解调器角度调制器与解调器以调频信号为例以调频信号为例1 1、直接调频法：用调制信号、

31、直接调频法：用调制信号( (电压电压) )直接控制直接控制振荡器振荡器的频率，使其频率按调制信号的频率，使其频率按调制信号( (电压电压) )的规律线性变的规律线性变化。化。产生调频信号的方法有直接调频法和间接调频法。产生调频信号的方法有直接调频法和间接调频法。输入电压为输入电压为0 0时，振荡器产生频率为时，振荡器产生频率为 的正弦波的正弦波0fVCO可以满足宽带调频的大频偏要求，但可以满足宽带调频的大频偏要求，但VCO中心频中心频率稳定度不高。率稳定度不高。59(PLL - Phase locked loop)NM 0VCOffNM 锁相环：确保锁相环：确保VCO中心频率的稳定性及准确度与

32、晶振一致。中心频率的稳定性及准确度与晶振一致。60( )cos2( )sin2NBFMccccstAf tAtf t2、间接调频、间接调频61先产生窄带调频信号先产生窄带调频信号(NBFM)(NBFM)，然后利用，然后利用倍频器倍频器把把NBFMNBFM变换成宽带调频信号变换成宽带调频信号(WBFM)(WBFM)。62以典型的调频广播的调频发射机为例。在这种发射机中以典型的调频广播的调频发射机为例。在这种发射机中首先以首先以f1 1=200kHz=200kHz为载频，用最高频率为载频，用最高频率fm m=15 kHz=15 kHz的调制的调制信号产生频偏信号产生频偏f1 1=25 Hz=25

33、Hz的窄带调频信号。而调频广播的窄带调频信号。而调频广播的最终频偏的最终频偏f=75kHz,=75kHz,载频载频fc c在在88-108 MHz88-108 MHz频段内，因频段内，因此需要经过的此需要经过的n=n=f/f1 1=75=7510103 3/25=3000 /25=3000 的倍频，但的倍频，但倍频后新的载波频率倍频后新的载波频率(n(nf1 1) )高达高达600MHz600MHz，不符合，不符合fc c的要求。的要求。因此需要混频器来解决这个问题。因此需要混频器来解决这个问题。 63ArmstrongArmstrong间接法间接法 )(2112ffnnfc121fnnf11

34、2ffn n6421126()48(64 0.210.9)1091.2cfn n ffMHz12164 48 2576.8fn nfkHz 3376.8 105.1215 10mfmff 122644810.9nnfMHz若，有若，有间接法的优点是频率稳定度好。缺点是需要多次倍间接法的优点是频率稳定度好。缺点是需要多次倍频和混频，因此电路较复杂。频和混频，因此电路较复杂。 653、调频解调器、调频解调器( )cos 22( )dtFMccfstAf tKm 1)1)普通鉴频器普通鉴频器( )( )ofm tK m t 由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度，由于调频信号的瞬时频率正比于调制

35、信号的幅度， 因而调频信号的解调器必须能产生正比于输入频率的因而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。输出电压。66( )22( ) sin 22( )dtdccfcfstAfK m tf tKm 微分器输出：微分器输出：67以上解调过程是先用微分器将幅度恒定的调频波变成以上解调过程是先用微分器将幅度恒定的调频波变成调幅调频波，再用包络检波器从幅度变化中检出调制调幅调频波，再用包络检波器从幅度变化中检出调制信号，因此上述解调方法又称为信号，因此上述解调方法又称为包络检测包络检测。缺点：包络检波器对于由信道噪声和其他原因引起的幅缺点：包络检波器对于由信道噪声和其他原因引起的幅度起伏

36、也有反应，为此，度起伏也有反应，为此， 在微分器前加一个限幅器和带在微分器前加一个限幅器和带通滤波器以便将调频波在传输过程中引起的幅度变化部通滤波器以便将调频波在传输过程中引起的幅度变化部分削去，变成固定幅度的调频波，分削去，变成固定幅度的调频波， 带通滤波器让调频信带通滤波器让调频信号顺利通过，而滤除带外噪声及高次谐波分量。号顺利通过，而滤除带外噪声及高次谐波分量。68(2)调频负反馈解调方案调频负反馈解调方案引入负反馈：加到鉴频器输入端的调频信号的调制指引入负反馈：加到鉴频器输入端的调频信号的调制指数很小，从而可以选用带宽较小的数很小，从而可以选用带宽较小的BPF可以抑制鉴频前的加性噪声！

37、可以抑制鉴频前的加性噪声！69(3)利用锁相环作调频解调器利用锁相环作调频解调器鉴相器环路滤波器G(f)VCO鉴频输出( )s t( )os t( )e t( )v t鉴相器：乘法器鉴相器：乘法器LPF调频负反馈及锁相环解调的主要优点是可以扩展门限。调频负反馈及锁相环解调的主要优点是可以扩展门限。70窄带调频信号的相干解调窄带调频信号的相干解调ttccsin)(tdmKAtAtsctfcNBFMsin)(cos)(dmKAtstfd)(2)()(2)(tmKAtmfo窄带调频信号的相干解调窄带调频信号的相干解调71n模拟通信系统的评估：模拟通信系统的评估：有效性：用有效传输频带来度量，同样的消

38、息用有效性：用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。可靠性：发与收信号的差异程度可靠性：发与收信号的差异程度通常用整个通常用整个通信系统的输出信噪比来表示（信号传输时叠加通信系统的输出信噪比来表示（信号传输时叠加上的加性噪声，信道传输特性不理想导致的乘性上的加性噪声，信道传输特性不理想导致的乘性干扰）干扰）724.4线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能( )( )( )iWr ts tnt BPF带宽带宽B宽带白高斯噪声，均值为宽带白高斯噪声，均值为0 0，双边功率谱为，双边功率谱为02NWHz( ):wnt(

39、)( )cos2( )sin2ccscn tn tf tn tf t带通滤波器的输入信号：带通滤波器的输入信号：( )( )( )r ts tn t解调器的输入信号：解调器的输入信号：BPF的带宽设计要保证已调信号的绝大多数功率能通过，的带宽设计要保证已调信号的绝大多数功率能通过，BPF的输出噪声功率尽量小。的输出噪声功率尽量小。73低通型白高斯噪低通型白高斯噪声，均值声，均值074( )( )cos2( )sin2ccscn tn tf tn tf t( )( )cos 2( )cn tV tf tt ( )( )( )0ccE n tE n tE n t22200( )( )( )22ic

40、sNn tn tn tBN Bn(t)n(t)为平稳窄带高斯白噪声为平稳窄带高斯白噪声75200200( )( )SmtNn t 00/iiSNGSN 评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看解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调器的输出信噪比(SNR)(SNR)。22( )( )iiSstNn t 解调器输出信解调器输出信号平均功率号平均功率解调器输出噪解调器输出噪声平均功率声平均功率解调器输入信解调器输入信号平均功率号平均功率解调器输入噪解调器输入噪声平均功率声平均功率调制制度增调制制度增益益76线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型线性调制相干解调的抗噪声性能分

41、析模型4.4.1DSB-SC系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能77 ( )( )cos 2cccs tA m tf t cos 2cf t ( )( )( )( )cos 2( )cos2( )sin2cccccscr ts tn tA m tf tn tf tn tf t解调器输入信号：解调器输入信号：本地载波：本地载波：78相干解调：相干解调： ( )cos 2cr tf t 1( )cos211( )cos 4( )cos( )sin221( )cos 4( )sin 42ccccccsccscA m tA m tf tn tn tn tf tn tf tLPF输出为：输出为： 11( )

42、( )cos( )cos( )sin22occcsy tA m tn tn t ( )( )( )( )cos 2( )cos2( )sin2cccccscr ts tn tA m tf tn tf tn tf t ( )cos 2cos 2( )cos 2cccccA m tf tf tn tf t79同频同相，即：同频同相，即：11( )( )( )22occy tA m tn t,0cc并且并且1( )( )2ocn tn t 1( )( )2ocm tA m t 解调器的输入信噪比：解调器的输入信噪比：222222200( )( )cos2( )( )( )2222cciDSBccME

43、 stE A m tf tSNE n tE n tAAE mtPNN BB 80解调器的输出信噪比：解调器的输出信噪比：222222220001( )( )21( )( )4( )441144cooDSBocccMcMEA m tE mtSNE ntEntAAE mtPA PN BN BN B2oDSBiDSBSNGSNDSB-SC的调制制度增益：的调制制度增益：81DSB-SC的解调输出信噪比是输入信噪比的的解调输出信噪比是输入信噪比的2倍倍200022cMRRoDSBA PPPSNN BN WN W2oDSBiDSBSNGSN22cRMAPP 解调器输入信号平均功率：解调器输入信号平均功率

44、：基带信号基带信号m(t)的带宽为的带宽为W，则滤波器带宽，则滤波器带宽B2W2000222cMRRiDSBAPPPSNN BNWN W824.4.2单边带调幅系统的抗噪声性能单边带调幅系统的抗噪声性能( )( )cos2( )sin2SSBcccstAm tf tm tf t 11( )( )( )22occy tA m tn t cos2cf t ( )( )( )( )cos2( )sin2( )SSBcccr tstn tAm tf tm tf tn t 解调器输入信号：解调器输入信号：本地载波：本地载波：( )( ) cos2( )( ) sin2ccccscA m tn tf tA

45、 m tn tf t 83解调器的输入信噪比：解调器的输入信噪比：222222200( )( )( )cos2( )sin2( )( )22iSSBccccccME stSNE n tE A m tf tA m tf tE n tA E mtA PNN BB 84222222220001( )( )21( )( )4( )441144cooSSBocccMcMEA m tE mtSNE ntEntAAE mtPA PN BN BN B1oSSBiSSBSNGSN解调器输出信噪比：解调器输出信噪比：85200cMRoSSBA PPSNN BN W1oSSBiSSBSNGSN2RcMPA P 解调

46、器输入信号平均功率：解调器输入信号平均功率：基带信号基带信号m(t)的带宽为的带宽为W，则滤波器带宽，则滤波器带宽BW!200cMRiSSBA PPSNN BN W86根据调制制度增益的结果：根据调制制度增益的结果：DSB-SC解调器的信噪比改善是解调器的信噪比改善是SSB的两倍！的两倍！原因：原因：SSB的的 分量被解调器滤除了，但分量被解调器滤除了，但是该分量在解调器的输入端却是输入信号功率的组成是该分量在解调器的输入端却是输入信号功率的组成部分！部分！DSB-SC解调性能比解调性能比SSB好？好？( )sin2cm tf t 87尽管双边带解调器的制度增益比单边带的大，但它的尽管双边带解

47、调器的制度增益比单边带的大，但它的实际解调性能不会优于单边带的解调性能。实际解调性能不会优于单边带的解调性能。如果解调器的输入噪声功率谱密度相同，输入的信号如果解调器的输入噪声功率谱密度相同，输入的信号功率相等，则双边带和单边带在解调器输出端的信噪功率相等，则双边带和单边带在解调器输出端的信噪比是相等的。比是相等的。从抗噪声性能的观点来看，单边带的解调性能和双边从抗噪声性能的观点来看，单边带的解调性能和双边带是相同的。带是相同的。884.4.3具有离散大载波的双边带调幅系统的抗噪声性能具有离散大载波的双边带调幅系统的抗噪声性能1、AM的相干解调性能：的相干解调性能： ( )1( ) cos2c

48、cs tAm tf t 11( )( )( )22occy tA m tn t cos2cf t ( )( )( )1( ) cos2( )cos2( )sin2AMccccscr tstn tAm tf tn tf tn tf t解调器输入信号：解调器输入信号：本地载波：本地载波：89解调器的输入信噪比：解调器的输入信噪比： 22222200( )( )1( ) cos2( )11112222iAMcccMcME stSNE n tE Am tf tE n tAPAPNN BB 90222222220001( )( )21( )( )4( )441144cooAMocccMcMEA m tE

49、 mtSNE ntEntAAE mtPA PN BN BN B解调器输出信噪比：解调器输出信噪比：912001122cMRiAMAPPSNN BN W 22002cMcMoAMA PA PSNN BN W解调器输入信号平均功率：解调器输入信号平均功率：基带信号基带信号m(t)的带宽为的带宽为W，则滤波器带宽，则滤波器带宽B2W2112RcMPAP 20001211cMMoAMMMRRMAPPSNPN WPPPPN WN W 调制效率调制效率922nMMPa P 0.9,0.1,0.075nMaP 实际应用中实际应用中a的取值在的取值在0.80.911MMPP a:调制指数调制指数AM解调输出信

50、噪比是解调输出信噪比是DSB-SC AM的的0.075倍！倍！原因：原因：AM信号总发射功率中的大部分功率被分配给离信号总发射功率中的大部分功率被分配给离散的载波分量！散的载波分量！AM的缺点：调制效率低！的缺点：调制效率低！93 22112oAMcMcMiAMSA PNGSAPN 942、包络检波的解调性能、包络检波的解调性能由于包络检波的非线性特性，只能近似分析其解调性能。由于包络检波的非线性特性，只能近似分析其解调性能。AM信号可采用相干解调和包络检波。相干解调时信号可采用相干解调和包络检波。相干解调时AM系系统的性能分析方法与前面双边带（或单边带）的相同。统的性能分析方法与前面双边带（

51、或单边带）的相同。实际中，实际中，AM信号常用简单的包络检波法解调。信号常用简单的包络检波法解调。95 ( )1( )( ) cos2( )sin2cccscr tAm tn tf tn tf t包络检波器的输入：包络检波器的输入：其包络：其包络： 22( )1( )( )( )rccsV tAm tn tnt96 221( )( )( )ccsAm tn tn t(1) (1) 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，输入信号幅度远大于噪声幅度， 即即V Vr r(t)(t)是理想包络检波器的输出。是理想包络检波器的输出。2222( )1( )21( ) ( )( )( )

52、rccccsV tAm tAm t n tn tn t 221( )21( ) ( )cccAm tAm t n t 2 ( )1( )11( )cccn tAm tAm t ( )1( )11( )cccn tAm tAm t 1( )( )ccAm tn t 1211,12xxx 97直流分量直流分量A Ac c被电容器阻隔，有用信号与噪声被电容器阻隔，有用信号与噪声独立地分成独立地分成两项两项，因而可分别计算出输出有用信号功率及噪声功率，因而可分别计算出输出有用信号功率及噪声功率( )( )( )occy tA m tn t 11( )( )( )22occy tA m tn t 相干解

53、调的输出：相干解调的输出：系数不影响系数不影响信噪比信噪比982001122cMRiAMAPPSNN BN W 22002cMcMoAMA PA PSNN BN W 20001211cMMoAMMMRRMAPPSNPN WPPPPN WN W 99 221( )( )( )ccsAm tn tn t(2) (2) 小信噪比情况小信噪比情况: :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2222( )1( )( )( )2( )1( )rccsccV tAm tn tn tn t Am t22( )( )2( )1( )csccn tn tn t Am t 22222( )1

54、( )( )( )1( )( )cccscsn t Am tntntntnt 2( )( ) 11( )( )ccnnA n tV tm tVt 22222221( )( )( )( ) 1( )( )( )( )cccscscsAm tntntntntntntnt ( )( )1( )( )ccnnA n tV tm tV t100在输入信噪比很低时，包络检波输出信号和噪声不再是在输入信噪比很低时，包络检波输出信号和噪声不再是相加的，而且信号分量乘以噪声，无法从中区分出信号相加的，而且信号分量乘以噪声，无法从中区分出信号来，包含信号的分量只能视为噪声，解调输出信噪比急来，包含信号的分量只能视

55、为噪声，解调输出信噪比急剧下降。剧下降。101存在门限效应，存在门限效应， 也只能看作是噪也只能看作是噪声，输出信噪比急剧下降；声，输出信噪比急剧下降；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；但随着能与相干解调相同；但随着输入信噪比输入信噪比的的减小，包络检波会才出现门限效应，致使减小，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。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信号包络检波抗噪声性能的特点( )( )( )ccnA n tm tV t1021034.5角度

56、调制系统的抗噪声性能角度调制系统的抗噪声性能对于一般角调信号的接收框图对于一般角调信号的接收框图cos 2( )d( )cos 2( )cos 2( )tccfccpAf tKms tAf ttAf tK m t 104( )( )( )( )( )cos2( )sin2ccscr ts tn ts tn tf tn tf t22( )( )( )( )cos 2( )( )cos 2( )scsccncnn tn tntntf tarctgn tV tf tt 带通噪声带通噪声的包络的包络带通噪声带通噪声的相位的相位105角调系统中信号和噪声的合成矢量图角调系统中信号和噪声的合成矢量图106

57、ncVA( )( )cos( )( )cnnr tAV ttt所以：所以： ( )( )Re( )cos( )( )jtcnnr tAV ttte ( )sin( )( )( )2( )( )cos( )( )nnccnnV ttttf ttarctgAV ttt ( )sin( )( )( )sin( )( )( )cos( )( )( )cos( )( )nnnncnncnnV tttV tttarctgAV tttAV ttt 107( )( )sin( )( )nnncV tytttA解调器的输出决定于角度调制的种类解调器的输出决定于角度调制的种类如是频率调制，解调器输出如是频率调制，

58、解调器输出r(t)的频率的频率如是相位调制，解调器输出如是相位调制，解调器输出r(t)的相位的相位 ( )( )( )cos( )( )cos 2( )sin( )( )ncnncncV tr tAV tttf ttttA噪声噪声108( )( )( )( )1( )2PnnfK m tytPMy tdytK m tFMdt 解调器输出解调器输出( )( )2( )PtfK m tPMtKmdFM ( )( )sin( )( )( )1( )sin( )( )2nPncnfncV tK m tttPMAV tdK m tttFMdtA 109分析：分析：( )( )( )occy tA m t

59、n t噪声分量反比于解调输入信号的幅度噪声分量反比于解调输入信号的幅度AcAc越大，则输出噪声电平越低！越大，则输出噪声电平越低！调幅系统的输出噪声：调幅系统的输出噪声：11( )( )( )22occy tA m tn t调幅系统解调输出噪声独立于信号分量，解调输入信号调幅系统解调输出噪声独立于信号分量，解调输入信号能量不会影响解调输出噪声功率！能量不会影响解调输出噪声功率！110在解调输入信噪比高时，上式可变换为：在解调输入信噪比高时，上式可变换为：( )( )sin( )( )nnncV tytttA( )( )( )sin( )nsnnccV tn tyttAA ( )( )( )(

60、)1( )2sPcsfcn tK m tPMAy tdn tK m tFMAdt 调相系统解调调相系统解调输出的噪声输出的噪声调频系统解调调频系统解调输出的噪声输出的噪声111( )( )socn tn tA ( )( )( )( )1( )2sPcsfcn tK m tPMAy tdn tK m tFMAdt 调相时，解调输出噪声为：调相时，解调输出噪声为：( )1( )2socdn tn tAdt 调频时，解调输出噪声为：调频时，解调输出噪声为：分析调相解调输出噪声：分析调相解调输出噪声：0()snPfN 02()oncNPffWA的功率谱密度：的功率谱密度：的功率谱密度：的功率谱密度：(