第三章 模拟调制

1、 第三章 模拟调制系统 Simulate Modulation Systems 3.1 线性调制的原理及抗噪声性能 Principle and Antinoise properties of Linear Modulation 3.2 非线性调制(角度调制)的原理及抗噪声性能 Principle and Antinoise properties of Angle Modulation 3.3 各种模拟调制系统的比较 Comparison in kinds of Simulate Modulation Systems 3.4 频分复用 FDM: frequency division multip

2、lexing ( )m tcosccAt( )H( )s t一、线性调制原理 (Principle of Linear Modulation )( )1H( )1( ) cos2cacs tAK m tf t3.1 线性调制的原理及抗噪声性能 Principle and Antinoise properties of Linear Modulation1、线性调制一般模型 (Common Model of Linear Modulation)（1）幅度调制（AM : Amplitude Modulation）设：( )1( )af tK m t 返 回下一页不失真条件 (Condition O

3、f Distortionless)0|( )|m tA( )()()()()22cacccccAK ASfffffM ffM ff2AMBW上一页Flash演示AM调制时域、频域波形（2）抑制载波的双边带调制 （DSB-SC : Double sideband suppression carrier )( )( )cos21( )()()2cccccS tA m tf tS tA M ffM ff( )1H上一页Flash演示DSB-SC调制 （3）抑制载波的单边带调制 (SSB-SC : Signal sideband suppression carrier )( )( )SSBHH( )(

4、 )( )SSBDSBSSH时域表示式( )( )cos( )11( )cos( )sin22SSBcSSBccStm tthtm ttm tt取“-”:USB; “+”: LSB其中1( )( )( )mm tH m tdt ( )sgn( )( )MjM ( )( )sgn( )( )hMHjM 滤波法上一页上一页SSB信号的产生信号的产生(相移法相移法/滤波法滤波法)Flash演示SSB-SC调制 相移法 (Method of Phase shift)（4）抑制载波的残留边带 VSB-SC (Vestigial sideband suppression carrier ) ( )( )(

5、 )VSBDSBVSBSSH2( )hHsinctcosct( )SSBSt1( )2m t上一页( )SBHv需满足的条件(Satisfies the condition):上一页H( f )应满足什么条件才能达到应满足什么条件才能达到VSB的要求的要求? 为了保证输出不失真()()SBcSBcHvHvCFlash演示VSB-SC调制 2. 线性调制的解调方法 (Demodulation method of Linear Modulation )（1） 相干解调 （Coherent Detection)Product modulatorLocal OscillatorLow-passFilt

6、er0( )f t( )s t0,1:( )( )2AM DSBftm t0,1:( )( )4SSB VSBftm t（2） 非相干解调 （Noncoherent Detection) 包络检波 （Envelope detection)上一页AM相干解调AM非相干解调DSB相干解调SSB相干解调二、线性调制系统的抗噪声性能 BPFLPF( )mS t( )n t( )iS t( )in t0( )S t0( )n t0cos()ct ( )mS t已调信号 ( )n t加性高斯白噪声 (Antinoise properties of Linear Modulation systems )1.

7、 相干解调器噪声性能分析 (Properties Analysis of Noise in Coherent Detection)（1）分析模型 (Analysis Model)上一页 BPF： 将混合在噪声中的有用信号滤出来,同时, 滤除通带以外的噪声. ( )in t: 窄带带通型噪声( )( )cos( )siniccscn tn ttn tt且222( )( )( )icsntntnt若平稳高斯白噪声的功率谱密度为:0( )2nnP则 调制器输入噪声功率为:0iNn BB: 带通滤波器带宽 (bandwidth of bandpass filter)上一页（2） 线性调制的输入信噪比（

8、SNR : Signal-to-Noise Ratio)0( )( ) cosAMcStAf tt则222022221( )( )( )21( )( )( )21( )( )( )4i AMAMi DSBDSBi SSBSSBSStAftSStftSStft11( )( )cos( )sin22SSBccStf ttf tt( )( )cosDSBcStf tt上一页220220001( )( )2()2iAMiAMAMAftSAftNn Bn B20( )()2iDSBiDSBSftNn B22001( )( )4()4iSSBiSSBSSBftSftNn Bn B2DSBBfmSSBBfm

9、 （3） 输出信噪比 (Output SNR) 输出信号功率 (Power of output signal) 01( )( )2S tf t22001( )( )4SStft则SSB信号：01( )( )4S tf t则22001( )( )16SStft2AMBfmAM,DSB 信号：上一页 噪声功率0N01( )( )2cn tn t22200111( )( )( )444ciiNntntntN220,001( )( )4()14AM DSBDSBiftSftNn BN220,001( )( )16()144SSB VSBSSBiftSftNn BN上一页（4）各线性调制系统的信噪比增益

10、 (G :Gain)00iiSNGSN定义 (Definition)22202( )( )AMftGAft2(3)DSBGdB1(0)SSBGdB上一页（5）各种线性调制系统性能比较 (Properties Comparison in kinds of Linear Modulation Systems)条件(Condition): 相同输入信号功率 ,相同噪声功率谱密度 相同调制信号带宽 时iS02nm2022000( )()( )iAMmSftSNnAft000()iDSBmSSNn000()iSSBmSSNn 可见: AM系统差些，DSB与SSB系统性能相同， 双边带信号所占的传输带宽比

11、单边带宽2倍。上一页2、常规调幅包络检波的抗噪声性能分析 BPFLED( )mS t( )iS t( )in t0( )S t0( )n t( )n t（2）iiSN设00( )( ) cosiS tAf tt则22201( )( )2iAMSStAft20( )iiAMNntn B2200( )()2iAMiAMSAftNn B（1）分析模型 (Analysis Model)(Properties Analysis of Antinoise in AM Envelope Detection)上一页(输入信噪比输入信噪比)（3）00SN0( )( )( )( ) cos( )siniiccsc

12、S tn tAf tn ttn tt( )cos( )cA ttt其中22010( )( )( )( )( )( )( )( )csscA tAf tn tntn tttgAf tn t 大信噪比 (Large signal-to-noise ratio)220( )( )( )csAf tntnt上一页(输出信噪比输出信噪比)0220202( )( )( )( )( )1( )( )ccsn tntntA tAf tAf tAf t002( )( )1( )cn tAf tAf t20( )Sft2200( )( )ciAMNntntn B2000( )AMSftNn B0202202( )

13、( )iiSftNGSAftN00( )( ) 1( )cn tAf tAf t0( )( )cAf tn t上一页220( )( )( )csntntAf t（2）小信噪比 (Small signal-to-noise ratio)02220( )( )( )( )2( )( )cscA tAf tntntAf tn t220222( )( )( )1( )( )( )ccscsn tntntAf tntnt22022( )( )( )( )( )( )ccscsn tntntAf tntnt可见 调制信号与噪声无法分开，而且有用信号 “淹没”在噪声中。上一页 4、包络检波的门限效应 (Th

14、reshold effect of Envelope detection) （2）解决方法 (Method of resolve) 增大发射功率，减小信道噪声，缩短通信 距离等。（1）门限效应 (Envelope detection ) 当输入信噪比下降到一个特定数值后，检波器 输出信噪比出现急剧恶化现象。上一页返 回3.2 非线性调制(角度调制)的原理及抗噪声性能 Principle and Antinoise properties of Angle Modulation 一、非线性调制的原理 (Principle of Nonlinear Modulation) 角度调制信号一般表示式为：

15、( )cos( )mcs tAtt式中： A( )ctt信号的瞬时相位( ) t瞬时相位偏移( )cdttdt信号的瞬时频率( )dtdt瞬时频率偏移，即：相对于 的瞬时频率偏移c角度调制就是频率调制(FM)和相位调制(PM)的统称载波的恒定振幅下一页返 回1、相位调制（PM : Phase Modulation）( )( )PMcttK m t为比例常数PMK( )cos( )PMPMcstAtK m t2、频率调制（FM : Frequency Modulation）( )( )cFMtKf t( )( )cFMttKf t dt( )cos( )cFMFMstAtKf t dt上一页二、

16、非相干解调的抗噪声性能分析 (Properties analysis of Antinoise Noncoherent Detection )1、分析模型 (Analysis Model)2、输入信噪比 (Input SNR)0( )cos( )FMcFMStAtKf t dt输入信号功率输入噪声功率220( )2iFMASSt20( )iiFMNntn B输入信噪比2002iiFMSANn BBPFLED( )FMSt( )y t( )in t0( )S t0( )n t( )n t限幅鉴频器上一页3、输出信噪比0( )AV t( )( )( )FMiy tStn t00cos( )( )c

17、os( )sincos( )( )cos( )( )cos( )cFMccsccccAtKf t dtn ttn ttAttV tttB ttt011cos( )coscAtta22( )cos( )coscV ttta( )cos( )coscB ttta令上一页12211122sin()()cos()aCDtgODaa122111221110sin()cos()( )sin( )( )( )cos( )( )atgaaV ttttgAV ttt上一页当0( )AV t0V(t)(t)(t)+sin(t)-j(t)A（1）输出信号功率0S01( )1( )sin( )( )22dtdV tt

18、tdtA dt01 d(t)v (t)=2dt则01( )1( )( )221( )2FMFMdtdS tKf t dtdtdtKf t222002( )( )4FMKSStft上一页（2）输出噪声功率 (Power of output noise)00001( )( )sin( )( )211( )( )22ssdntV tttA dtdn tntA dtA( )sn tddt( )snt012A0( )nt( )nsP( )Hj2( )( )nsnsPP2202001( )()( )2( )( )nsnsnnsPPAfPfPfA上一页0( )0nsnPf|2FMBf else20200(

19、)0nn fPfA|2FMBf else可见 鉴频器输出噪声功率谱为抛物线分布，随着输出 频率增加而平方地增大。(见下页图)上一页上一页/2B/2B( )snPf/2B/2B,( )snPfmf噪声功率谱密度23000022002( )3fmfmmnfmfmn fn fNPf dfdfAA（3）输出信噪比 (Output SNR)2220023003( )8FMmSA KftNn f（4）单音00SN和FMG( )cosmmf tAt221( )22mFMmFMmFMmmftAfKAA202000322FMmASNn f则上一页(特例)22000011222(1)iiFMFMmAASNn Bn

20、f可见 大信噪比时，单音调制宽带调频系统的解调信噪 比增益与调频指数立方成正比。F M 广播:5,450FMG233(1)3FMFMFMFMG上一页4、宽带FM与AM抗噪声性能比较比较条件：大信噪比 100%AM( )cosmmf tAt则02000()3()FMFMAMSNSN可见 （1）FM 抗噪声优于AM。 （2）宽带FM系统抗噪声性能优越性是以增加 传输带宽为代价的。(Properties Comparison of Antinoise in broadband FM and AM)上一页5、门限效应 ( Threshold Effect )111222112sin()cos()atg

21、aa0( )( )sin( )( )( )AttttV t由上式可知， 信号完全被噪声淹没了，输出信噪比严重下降。上一页（1）现象 (Phenomenon) 当输入信噪比很高，收听时是一片沙沙声。 当输入信噪比下降到某一数值以下时，收听时会 听到喀喇声。上一页（2）产生原因 (Reason of engender)上一页（3）FM与门限关系 ( Affect in and threshold)FM越高发生门限效应的门限也愈高。FM越大，输出信噪比愈改善，但发生门限效应的门限值增高。FM上一页返 回3.3 各种模拟调制系统的比较噪声分析 (Noise analysis)输出信噪比对信道信噪比的变化曲线Comparison in kinds of Simulate Modulation Systems 下一页返 回 Conclu