第1.1章-模拟调制系统

1、模拟通信系统模拟通信系统0 0m mM()M()调制调制0S S ()()0 0已调波已调波0S S ()()0 0已调波已调波解调解调0 0m mM()M()0C()C()0 0载波载波模拟通信系统模拟通信系统二、调制的分类二、调制的分类 载波载波 调制信号调制信号1.1.正弦波调制正弦波调制：正弦：正弦波波 （连续波）（连续波）2.2.脉冲调制脉冲调制: : 脉冲脉冲 模拟信号模拟信号:模拟调制模拟调制数字信号数字信号:数字调制数字调制模拟信号模拟信号:脉冲模拟调制脉冲模拟调制数字信号数字信号:脉冲编码脉冲编码(数字数字)调制调制(模拟通信系统模拟通信系统三三、模拟调制（线性、非线性调制）

2、模拟调制（线性、非线性调制） 载波载波已调信号可以表示为：已调信号可以表示为： 幅度调制频率调制相位调制S(t)=A(t) cos(t) t +()S(t)=A0cos0t+0-三要素三要素幅度调制系统幅度调制系统 角度调制系统角度调制系统 线性线性 非线性非线性S(t)t0模拟通信系统模拟通信系统一、标准调幅（一、标准调幅（AMAM）系统）系统（一）（一）AM调制调制1.1.定义定义: :用信号用信号m(t)m(t)去控制载波去控制载波s(t)s(t)的振幅，使已调波的包络的振幅，使已调波的包络 按照按照m(t)m(t)的规律线性变化。的规律线性变化。 S(t)t0)cos()(000tAt

3、s等幅、等频等幅、等频 1.5.1 1.5.1 幅度调制系统幅度调制系统 模拟通信系统模拟通信系统2 2. AMAM信号表达式信号表达式 )cos()()(000ttmAtsAM 设设m(t)为调制信号，载波为为调制信号，载波为 已调波为已调波为 随随m(t)变化而变化变化而变化 )cos()(000tAts载波振幅载波角频率载波起始相位模拟通信系统模拟通信系统S(t)S(t)t t0m(t)(t)t t0 0sAM(t)(t)t t0 0载波载波调制信号调制信号 已调波已调波波形波形模拟通信系统模拟通信系统3. AM3. AM产生的数学模型产生的数学模型 ：AM调制器调制器 m(t) cos

4、 (0t)(tSAM 0A模拟通信系统模拟通信系统 【例【例1】 设调制信号设调制信号m(t)=Amcos(mt+m)， 载波载波 s(t)=A0cos(0t+0) 求求(1)AM信号的表达式信号的表达式; (2)画出画出AM波形、频谱并计算其带宽。波形、频谱并计算其带宽。)cos()cos()(000ttAAtSmmmAM)cos()()(000 ttmAtsAM解：（解：（1）已调波）已调波将将m(t)代入代入模拟通信系统模拟通信系统 (2) 波形和频谱波形和频谱波形波形t0 0A A0 0t tm(t)(t)0 0m(t)+At)+A0 0t0 0sAM(t)(t)t0S(t)模拟通信系

5、统模拟通信系统频谱频谱)cos()cos()(000ttAAtSmmmAM 设设 m=0=0 )cos()cos()(000ttAAtSmmmAM=A0+Amcos(mt) cos(0t)=A0 cos(0t) +Amcos(mt) cos(0t)=A0 cos(0t) +（Am/2）cos(0+m) t +（Am/2）cos(0-m) t模拟通信系统模拟通信系统频谱频谱0 0M( () )0 0S()调制信号：调制信号：m(t)=Amcos(mt)，载波：，载波：s(t)=A0cos(0t) 已调波：已调波：A0 cos(0t) +（Am/2）cos(0+m) t +（Am/2）cos(0-

6、m) tm-m0-0sAM()0 002m调制信号调制信号载波载波已调波已调波带宽带宽= 2m模拟通信系统模拟通信系统 【例例2】 已知调制信号已知调制信号m(t)=8cos2 104t， 载波载波 s(t)= 20cos2 1.1 106t 求求(1)载波和调制信号的振幅、频率载波和调制信号的振幅、频率; (2) AM信号的表达式信号的表达式; (3)画出画出AM波形、频谱并计算其带宽。波形、频谱并计算其带宽。模拟通信系统模拟通信系统4.4.一般情况一般情况AMAM的波形和频谱图形：的波形和频谱图形： m(t)(t)t t0 mm0M() )000S(t)t0sAM(t)t0000SAM()

7、USBUSBLSBLSB2m2 mS () 调制信号调制信号 时域时域-波形波形频域频域-频谱频谱 载波载波 已调波已调波 带宽带宽= m带宽带宽= 2m模拟通信系统模拟通信系统结论：结论： 时域：已调波包络与调制信号成线性关系，频率为载频时域：已调波包络与调制信号成线性关系，频率为载频 频域：调制过程使基带信号的频谱搬移到频域：调制过程使基带信号的频谱搬移到 0 0处，频谱处，频谱 中含有载频和上、下两个边带，已调波带宽为原基带信中含有载频和上、下两个边带，已调波带宽为原基带信 号带宽的两倍，即号带宽的两倍，即W WAMAM=2=2 m m AM AM调制是属于线性调制调制是属于线性调制 模

8、拟通信系统模拟通信系统解调：将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出解调：将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出 原始信号。原始信号。 解调方式：解调方式：相干解调相干解调 非相干解调非相干解调 1.1.相干调解：在收端有一本地载波相干调解：在收端有一本地载波, ,与发送载波保持同频同相，与发送载波保持同频同相，可不失真地恢复原信号可不失真地恢复原信号 数学模型：数学模型：（二）（二）AM解调解调cos(cos( 0 0t + )t + )S SAMAM(t)(t)fd(t)(t)LPFp(t)本地载波本地载波模拟通信系统模拟通信系统AM调制器调制器 m(t) cos (0t

9、+ 0)(tSAM 0Acos( 0t + ) )S SAMAM(t)(t)fd(t)(t)LPFp(t)AM解调器解调器当当0 即同频同相时即同频同相时 fd(t)= 1/2A0+m(t) m(t)模拟通信系统模拟通信系统二、抑制载波双边带二、抑制载波双边带(DSB)(DSB)调幅系统调幅系统 标准调幅标准调幅(AM)(AM)的缺点：的缺点： 在标准调幅中含有载波分量，但载波分量并不携带有用消息，在标准调幅中含有载波分量，但载波分量并不携带有用消息，却耗散大量的功率。却耗散大量的功率。 改进：改进： 将不携带消息的将不携带消息的载波分量抑制掉载波分量抑制掉，仅传输携带消息的两个边，仅传输携带

10、消息的两个边带。这就是带。这就是抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅(DSB)(DSB)。 000 0SAM()mm0 0M() )抑制掉抑制掉模拟通信系统模拟通信系统1.DSB1.DSB的时域表达式的时域表达式 ：（一）（一）DSB调制调制)cos()()(000ttmAtsAM)cos()()(00ttmtsDSB模拟通信系统模拟通信系统2.2.数学模型：数学模型：cos(cos( 0 0t+t+ 0 0）m(t)t)S SDSBDSB(t)(t)模拟通信系统模拟通信系统3.3.波形及频谱波形及频谱m(t)(t)t00 0mmM()M()0 00 00 0coscos0 0t tt00 0

11、0 00 0 S SDSB()()USBUSBLSBLSB2 2 m mS SDSBDSB(t)(t)t0反相点反相点结论：结论：时域：波形有反向点时域：波形有反向点频域：载波被抑制频域：载波被抑制 频谱中只有上、下边频谱中只有上、下边 带，带，W WDSBDSB=2=2 m m 效率高效率高 ( (二二) )解调：相干解调解调：相干解调 模型（同模型（同AMAM）模拟通信系统模拟通信系统三、单边带调制三、单边带调制(SSB)(SSB) DSBDSB信号的缺点：信号的缺点： 传输带宽需要两倍基带信号带宽，所以它的信道利用率不高。传输带宽需要两倍基带信号带宽，所以它的信道利用率不高。0WmWmM

12、()M()000S SDSB()()USBUSBLSBLSB 2m000S SSSB下下()m000S SSSB上上()()m 在在DSBDSB信号频谱中，信号频谱中，位于位于0 0处的两侧出处的两侧出现了两个与现了两个与M()M()形状形状完全相同的频谱完全相同的频谱 ，即即上边带和下边带中都含上边带和下边带中都含有有M()M()的全部消息的全部消息 故可只传送一个边带故可只传送一个边带模拟通信系统模拟通信系统ttmttmtsSSB00sin)(cos)()(1.1.表达式表达式（一（一) SSB) SSB调制调制其中其中: : 为为m(t)m(t)的正交分量的正交分量 “ “-”-”为上边

13、带为上边带 “ “+”+”为下边带为下边带)(tm+模拟通信系统模拟通信系统2.2.频谱频谱( (不要求波形不要求波形) ) 0 0mmM()M()0 000S SDSB()()USBUSBLSBLSB2 m000S SSSB下下()m000S SSSB上上()()m结论：结论： 节省带宽节省带宽 节省功率节省功率 W WSSBSSB= = m m 模拟通信系统模拟通信系统3.SSB3.SSB信号的产生信号的产生（1 1）滤波法）滤波法S SSSBSSB(t)(t)cos(cos( 0 0t+t+ 0 0）m(t)t)HSSB()S SDSBDSB(t)(t)000S SDSB()()USBU

14、SBLSBLSB000S SSSB上上()()0WmWmM()M()模拟通信系统模拟通信系统（2 2）相移法产生）相移法产生SSBSSB cos0tSSSB()m(t)-/2-/2sin0tttm0sin)(ttm0cos)()(tm - USB+ LSBttmttmtsSSB00sin)(cos)()(对任意对任意m(t)m(t) ( (二二)SSB)SSB的解调的解调-相干解调相干解调+模拟通信系统模拟通信系统四、残留边带四、残留边带(VSB) (VSB) 调幅系统调幅系统-应用：电视图像传送应用：电视图像传送 双边带信号浪费边带，单边带信号的产生需要锐截止双边带信号浪费边带，单边带信号的

15、产生需要锐截止特性的滤波器不容易实现。当所传信号的频谱具有丰富的特性的滤波器不容易实现。当所传信号的频谱具有丰富的低频分量时低频分量时( (例如电视、电报例如电视、电报) )，SSBSSB的上、下边带就很难的上、下边带就很难分离。故可采用带宽分离。故可采用带宽介于单边带调制与双边带调制之间的介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式，这就是残留边带调制一种调制方式，这就是残留边带调制(VSB)(VSB)。 000S SDSB()()USBUSBLSBLSB2 m0 000S SSSB上上()()模拟通信系统模拟通信系统 （一）一）VSBVSB调制调制 除传送一个边带外，还保留另一边带的一部份

16、。除传送一个边带外，还保留另一边带的一部份。 数学模型：数学模型：cos0tm(t)(t)SVSB(t)HV() 滤波器滤波器H HV V()()不需要十分陡峭的滤波特性不需要十分陡峭的滤波特性 模拟通信系统模拟通信系统残留边带滤波器特性残留边带滤波器特性 ： 在在|0 0| |附近具有滚降特性附近具有滚降特性 对于对于|0 0| |上半幅度点呈现奇对称上半幅度点呈现奇对称( (互补对称互补对称) ) 在边带范围内其它处是平坦的在边带范围内其它处是平坦的H H()0-00 0H H(-0 0) + H + H(+0 0) = K0 0 （二）二）VSBVSB解调解调 - - 相干解调相干解调模

17、拟通信系统模拟通信系统1.5.2 1.5.2 角度调制系统角度调制系统1.1.定义定义: :用调制信号用调制信号m(t)m(t)去控制载波去控制载波s(t)s(t)的频率或相位的频率或相位, ,称为称为频频 率调制率调制(FM)(FM)或或相位调制相位调制(PM),(PM),统称为统称为角度调制角度调制。 一、基本概念一、基本概念ttt模拟通信系统模拟通信系统2.2.瞬时频率瞬时频率(t)(t)与瞬时相角与瞬时相角 (t)(t)的关系的关系 未调制的正弦载波：未调制的正弦载波： )(cos)(cos)(tAtAtS瞬时频率瞬时频率 瞬时相角瞬时相角tdtdt)()(dttt)()(微分微分 积

18、分积分调频调频 调相调相000模拟通信系统模拟通信系统二、频率调制（二、频率调制（FMFM）: :已调波的瞬时频率已调波的瞬时频率 (t)(t)与调制信号与调制信号m(t)m(t)呈呈 线性关系线性关系 )()(0tmKtfFM（1 1）瞬时频率）瞬时频率 (t)(t) 其中其中: : 0 0 ：固有角频率固有角频率; K; Kf f ：调频器灵敏度，弧度：调频器灵敏度，弧度/ /秒秒伏伏 （2 2）瞬时相角）瞬时相角dttmKtdtttfFM)()()(00FM模拟通信系统模拟通信系统（3 3）单音频信号的）单音频信号的FMFM波表达式波表达式 )(cos)(00dttmKtAtSfFMtA

19、tmmmcos)(sincossincoscoscos)(000000ttAtAKtAdtAKtAtSmFMmmmfmmfFMFM波表达式波表达式000模拟通信系统模拟通信系统调频波调频波FMFM和调幅波和调幅波AMAM的比较的比较 等频不等幅等频不等幅调制信号调制信号AMFMS SAMAM(t)(t)t0 0m(t)t0SFM(t)t0 等幅不等频等幅不等频模拟通信系统模拟通信系统三、调频信号频谱三、调频信号频谱 单音调频的单音调频的WBFMWBFM表达式表达式)(cos)(0dttmKtAtsfFM)sincos(0ttAmFMtAtmmmcos)(00模拟通信系统模拟通信系统其中：其中：

20、J Jn n( (FMFM ) )，称为贝塞尔函数，称为贝塞尔函数tnJtsnmFMnFM)cos()()(0 频谱频谱模拟通信系统模拟通信系统 由载频分量和无穷多个边频分量组成，是非线性调制由载频分量和无穷多个边频分量组成，是非线性调制 边频分量对称地分布在载频的两侧，相邻边频的间隔为边频分量对称地分布在载频的两侧，相邻边频的间隔为 m m 对称的边频分量幅度相等，但对称的边频分量幅度相等，但n n为偶数时幅度的符号相同，为偶数时幅度的符号相同，而而n n为奇数时幅度的符号相反为奇数时幅度的符号相反 边频分量幅度随边频分量幅度随n n的增加而下降的增加而下降相邻频率间相邻频率间的间隔的间隔n

21、为奇数时，为奇数时，上、下边频幅上、下边频幅度的符号相反度的符号相反n为偶数时，为偶数时，上、下边频幅上、下边频幅度的符号相同度的符号相同模拟通信系统模拟通信系统 频带宽度频带宽度 设设FMFM信号的有效频带取到信号的有效频带取到 + 1+ 1次边频，则由于相邻频谱分次边频，则由于相邻频谱分量的间隔为量的间隔为 m m。单音频调制时，。单音频调制时，FMFM信号的带宽为信号的带宽为 )(2) 1(2mmFMfffB这个关系称为这个关系称为卡森公式卡森公式 模拟通信系统模拟通信系统（一）调幅系统相干解调的抗噪声性能（一）调幅系统相干解调的抗噪声性能 数学模型数学模型 二、抗噪声性能比较二、抗噪声

22、性能比较经推导经推导,AM,AM调幅系统的信噪比增益分别为调幅系统的信噪比增益分别为 )()(2220200tmAtmNSNSGiiAM模拟通信系统模拟通信系统结论：结论： AMAM信号经相干解调后，即使在最好的情况下，也不能改信号经相干解调后，即使在最好的情况下，也不能改善其输入信噪比，而信噪比一般都会恶化。善其输入信噪比，而信噪比一般都会恶化。)()(2220200tmAtmNSNSGiiAM模拟通信系统模拟通信系统 调频一般是用非相干解调，通常采用鉴频器。含有噪声的非相调频一般是用非相干解调，通常采用鉴频器。含有噪声的非相干解调器数学模型如图所示。干解调器数学模型如图所示。 单音调制时单

23、音调制时G GWBFMWBFM = 3 = 32 2FMFM = 3 = 33 3FMFMf ffmfm（二）（二）调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能结论：结论： G G与与FM的三次方成正比，通常的三次方成正比，通常FM 11 可见调频的抗噪声性能优于调幅系统。可见调频的抗噪声性能优于调幅系统。 模拟通信系统模拟通信系统 1.5.3 1.5.3 频分复用频分复用 一、概述一、概述1信道复用：信道复用：就是利用一条信道同时传输多路信号的一就是利用一条信道同时传输多路信号的一 种技术种技术, 目的是为了提高通信系统的有效性。目的是为了提高通信系统的有效性。 分类：分类：频分复用、频分复用、

24、时分复用时分复用和和码分复用码分复用模拟通信系统模拟通信系统1.FDM1.FDM：用不同用不同频率来传送多路信号，以实现多路频率来传送多路信号，以实现多路 复用的技术。复用的技术。 二、频分复用二、频分复用2.2.依据：依据：调制定理调制定理3.3.分离：分离：滤波器滤波器（一）频分多路复用（一）频分多路复用（FDMFDM）模拟通信系统模拟通信系统fF1(f)fmfF2(f)fm （二）原理（二）原理fFSSB1(f)f1fFSSB2(f)f21.1.频谱频谱模拟通信系统模拟通信系统fFSSB2(f)f1f2fFSSB1(f)f1FSSB2(f)f2fFSSB1(f)模拟通信系统模拟通信系统多

25、路信号频谱结构频率复用的频谱组成fF1(f)fF2(f)模拟通信系统模拟通信系统2.2.框图框图12模拟通信系统模拟通信系统在接收端，可利用相应的带通在接收端，可利用相应的带通滤波器滤波器来分离出各路信号，并来分离出各路信号，并通过各自的解调器和低通滤波器恢复出各路的调制信号。通过各自的解调器和低通滤波器恢复出各路的调制信号。频分复用的优点频分复用的优点: :信道利用率高，复用路数多，分路方便。信道利用率高，复用路数多，分路方便。应用应用: :模拟通信系统，如：无线电广播、电视广播、有线、模拟通信系统，如：无线电广播、电视广播、有线、微波通信。微波通信。频分复用的缺点频分复用的缺点: :设备复

26、杂；若信道存在非线性时，会产生设备复杂；若信道存在非线性时，会产生路间干扰。路间干扰。模拟通信系统模拟通信系统fFSSB2(f)fFSSB1(f)f1f2fFSSB1(f)f1FSSB2(f)f2fF1(f)fF2(f)fmfm模拟通信系统模拟通信系统 （三）带宽的计算（三）带宽的计算 为了防止邻路信号之间相互干扰，相邻信道之间需加为了防止邻路信号之间相互干扰，相邻信道之间需加防护频带防护频带f fg g，因此，总的复用信号的带宽为，因此，总的复用信号的带宽为gmfNfNB) 1(SSB思考：若采用AM调制方式，其总带宽是多少?BSSB模拟通信系统模拟通信系统)(5 .445 . 09410KHz 1010路话音信号采用路话音信号采用FDMFDM（调制方式（调制