第四章模拟调制系统

1、第四章第四章 模拟调制系统模拟调制系统Prof. Li Pingan4.1 4.1 引言引言 4.2 4.2 幅度调制的原理及抗噪性能幅度调制的原理及抗噪性能 4.3 4.3 非线性调制的原理及抗噪性能非线性调制的原理及抗噪性能4.44.4 各种模拟系统的比较各种模拟系统的比较 4.5 4.5 频分复用（频分复用（FDM） 4.6 4.6 复合调制和多路调制的概念复合调制和多路调制的概念本章内容本章内容4.1 4.1 引引 言言 为什么要调制为什么要调制 远距离传输远距离传输未经过调制信号称为未经过调制信号称为基带信号：基带信号：直流，低频分量重直流，低频分量重 天线设计，天线设计， 干扰抑制

2、干扰抑制kHzfkmfcL3254/4/cfff调制调制解调解调基带基带频带频带 如何进行调制如何进行调制(模拟调制模拟调制) 幅度调制（线性）幅度调制（线性） AM DSB SSB VSB 角度调制（非线性）角度调制（非线性） FM PM)cos()(tAtCc)cos()(tAtmm4.2.1 4.2.1 幅度调制原理幅度调制原理2 2、四种调幅信号四种调幅信号 1 1、调幅定义：载波的、调幅定义：载波的振幅振幅随调制信号的变化而变化随调制信号的变化而变化)tcos(A)t(Sc0 设设 载波为载波为)t(m调制信号为调制信号为 1) 1) AM 信号：信号：标准标准调幅调幅2) 2) D

3、SB 信号：双边带信号信号：双边带信号3) 3) SSB 信号：单边带信号信号：单边带信号4) 4) VSB 信号：残余边带信号信号：残余边带信号4.2 4.2 幅度调制的原理及抗噪性能幅度调制的原理及抗噪性能 AM 信号信号2 2）频谱结构）频谱结构 ttmAtStScAMmcos)()()(1 1）信号表达式）信号表达式)()(21)()()(ccccAMMMAS 带宽带宽HAMW2)()(MtmFT HAMfB2信号波形：信号波形：)t (Smt包络ttAAttmAtStSccAMmcoscoscos)()()(0AAAAtmA/)(max(00)(max(tmA 过调制过调制, 图形？

4、图形？Hc c Hc )(AMS0Hc Hc c 上边带上边带下边带下边带H 2AM 频谱示意图：频谱示意图：从频谱结构上看，从频谱结构上看， 的频谱是的频谱是 的频谱在频域内的线性搬移的频谱在频域内的线性搬移) t (SAM)t (m称之为线性调制称之为线性调制H)(MDSB 信号信号重要参数：带宽重要参数：带宽HDSBW2tcos)t (m)t (S)t (ScDSBm 1 1）信号表达式）信号表达式 )(M)(M)(SccDSB 212 2）频谱结构）频谱结构HDSBfB2tAtmcos)(信号波形：信号波形：DSB 频谱频谱)t (mtA0t0tcoscH)(M0Hc c Hc )(D

5、SBSHc Hc c 0c c 0H 2下边带上边带单一频率单一频率复合频率复合频率)t (Smt0包络SSB 信号信号)(H)(S)(SDSBSSB 2 2）频谱结构）频谱结构1 1）信号表达式）信号表达式分为上边带分为上边带 SSB SSB 和下边带和下边带 SSB SSB 信号信号Hc c Hc )(AMS0Hc Hc c 上边带上边带下边带下边带H 2Hc c Hc )(AMS0Hc Hc c SSB信号的产生信号的产生 DSB+FilterHc c Hc )(AMS0Hc Hc c 上边带上边带下边带下边带H 2)()()()(11SSBUSSBUSSBDSSBDSFtSSFtS2/

6、)sgn()sgn()(2/)sgn()sgn()(ccUccDHH)(M)(M)(SccDSB21)()()()()()(UDSBSSBUDDSBSSBDHSSHSSttmttmtsccdmsin)(21cos)(21)(,ttmttmtsccumsin)(21cos)(21)(,)(M)(Sgn)(M)(M)(Sgn)(Mcccccc 注：注：M(t)的Hilbert变换ttxdtxtxHtXT1)()(1)()(希尔伯特变换公式：希尔伯特变换公式：h(t)H(f) Hilbert Transform and Hilbert Filter)sgn()(1)(1)()(fjfHtthttxt

7、X)( fH2/12/)( fVSB 信号信号 )(H)(S)(SDSBVSB 频谱结构频谱结构解决解决DSBDSB信号频带宽，信号频带宽，SSBSSB信号难于实现的问题信号难于实现的问题( (滤波器不需要十分陡峭的频率特性滤波器不需要十分陡峭的频率特性) )bHVSBWWWbHVSBBfB)()()(21)(HMMSccVSB讨论满足要求的讨论满足要求的)(HVSB 频谱结构频谱结构 低 通)()(VSBVSBStS)()(11StS)()(StS)(M)(S0同步解调同步解调)()()(ccS关键在其设计关键在其设计)()(21)()(21)(1cVSBcVSBVSBSSSSS)()2()

8、(21)()()()2(21)(cccVSBcccVSBHMMSHMMS )(M)(H)(H)(M)(Scc 410 )(H)(M)(M)(H)(M)(M)(Scccc 2412411Const.在载频在载频c c 处具有处具有互补对称的截止特互补对称的截止特性（不唯一性（不唯一)(H 还原信号：还原信号： )(Hrcc0c20c2cc)()(ccHHHcccHH)()(.2 线性调制系统的抗噪性能线性调制系统的抗噪性能基本概念基本概念 1) 1) 抗噪性能针对接收机而言抗噪性能针对接收机而言 接收机收到的信号是有效信号和噪声信号之和接收机收到的信号是有效信号和噪声信号之和 2

9、) 2) 所有噪声均为加性高斯白噪声所有噪声均为加性高斯白噪声 3) 3) 抗噪性能参数为输出抗噪性能参数为输出信噪比，信噪比，SNR GainSNR Gain1)AM系统系统 非相干解调非相干解调 相干解调相干解调2)DSB系统系统 相干解调相干解调3)SSB系统系统 相干解调相干解调接收系统接收系统接收机框图：接收机框图：解调器框图：解调器框图：低低 通通) t (Smtcosc) t (S0 相干相干包络检波器包络检波器) t (Sm) t (S0非相干非相干带带 通通解解 调调)t(Sm)(tSm)(tni)(tno)(tnBWc)t(S0AM 非相干解调非相干解调包络检波器包络检波器

10、) t (Sm) t (S0) t (ni) t (no带通带通BWc 解调器输入端解调器输入端)(maxtmA 2)()(222tmAtSSAMittmAtStScAMmcos)()()(ttnttntncsccisin)(cos)()( 是窄带是窄带GaussianGaussian白噪声白噪声)t(ni)()()(222tntntnsci（统计平均功率相等）（统计平均功率相等）2)(0nPn（双边功率谱）（双边功率谱）BntnNii02)(（输入噪声功率）（输入噪声功率）解调器输入噪声：解调器输入噪声：)t (niBn)t(mAiNiSi0222 （输入（输入SNR）HfB2解调器输出端解

11、调器输出端0S信号功率信号功率)t(n)t(mA)t(narctg)t(cs )t (n)t (n)t (mA)t (Esc22 令令 包络包络)(cos)()()(sin)(cos)()(sin)(cos)(cos)()()(22tttntntmAttnttntmAttnttnttmAtntScsccscccscccim大信噪比情况：大信噪比情况： 条件条件 )t (n)t (mAi 211121x)x(,x 时时当当Bn)t(mNS02000 输出输出信噪比信噪比 )t(n)t(mA)t(mA)t(n)t(mA)t(mA)t(n)t(mA)t(n)t(mA)t(mA)t(n)t(mA)t(

12、n)t(n)t(mA)t(Ecccccsc 12122212222SNR 增益增益Bn)t (mAiNiSi0222 Bn)t (mNS02000 )()(22)(/)(/222022020tmAtmBntmABntmGiAM3/2)2/()2/(2)()(2222222AAAtmAtmGAM100%调制（正弦波）调制（正弦波）（2 2） 小信噪比情况小信噪比情况)t (n)t (n)t (Rsc22 其中：其中：)t (R)t (n)t (cosc )t (n)t (narctg)t (cs )t (n)t (mAi 条件条件)(cos)()()(cos)()(1)()()()()(21)(

13、)()()(2)()()()(212222222ttmAtRttRtmAtRtntntntmAtntntntmAtntntmAtEsccsccsc噪声噪声-“门限门限”效应效应 tcos)t(mA)t(mAtcos)t(mA)t(Scc 2212121 )t(mA)t(S 210 tcos)t(mA)t(Scm AM 相干解调相干解调解调器输出端解调器输出端解调器输入端解调器输入端(与非相干相同与非相干相同)t (mS2041 信号功率信号功率低低 通通tcosc )t(S0) t (Sm)t (ni) t (no带通带通BWc )t(S1ttnttntntttnttntncscccccscc

14、2sin)(212cos)(21)(21cossin)(cos)()(1BntnNc02041)(41噪声功率噪声功率BntmNS02000)()t (mA)t (mSSNSNSGioiioo2222 G定义：调制制度增益定义：调制制度增益)(21)(0tntnc与大信噪比的包与大信噪比的包络检波性能一样络检波性能一样DSB 同步检波（相干解调）同步检波（相干解调）ttmtScmcos)()()(21)(22tmtSSmi低低 通通tcosc )t(S0) t (Sm)t(ni)t (no带通带通BWc)t(S1解调器输入端解调器输入端BnNi0HfB2解调器输出端解调器输出端)(21)(0tmtS)(4120tmS)(21)(0tntncBntnNc02041)(412 iiooNSNSGSSB 同步检波同步检波低低 通通tcosc)t (S0) t (Sm)(tni)(tno带通带通BW)t (S1解调器输入端解调器输入端ttmttmtSccmsin)(21cos)(21)()(41)(22tmtSSmiHBBnNi0)(41)(,0tmtSLF)(16120tmS)(21)(0tntncBntnNc02041)(41解调器输出端解调器输出端1iiooNSNSG结论结论: :