chap4 模拟调制系统-new

1、2022-7-4通信原理课件通信原理课件1 2022-7-42022-7-42 2引言引言调制（调制（Modulation）1.定义：使载波信号的某一个（或几个）参量定义：使载波信号的某一个（或几个）参量随基带信号改变的过程。随基带信号改变的过程。2.实质：频谱搬移。实质：频谱搬移。3.作用作用q与信道特性匹配；与信道特性匹配；q实现多路复用；实现多路复用；q提高抗干扰性。提高抗干扰性。2022-7-42022-7-43 3引言引言4.调制的分类（详见第一章表格调制的分类（详见第一章表格1-1）q按载波信号按载波信号c(t)分分n连续波调制连续波调制n脉冲波调制脉冲波调制q按基带信号按基带信号

2、m(t)分分n数字调制数字调制n模拟调制模拟调制2022-7-42022-7-44 4引言引言q按调制器的功能分（以连续波为例）按调制器的功能分（以连续波为例）n幅度调制幅度调制如模拟调幅（如模拟调幅（AM，DSB，SSB，VSB），脉冲幅度调制（），脉冲幅度调制（PAM），幅移键控），幅移键控（ASK）；）；n频率调制频率调制如如FM，频移键控（，频移键控（FSK），脉宽调），脉宽调制（制（PDM） ；n相位调制相位调制如模拟调相（如模拟调相（PM），相移键控），相移键控（PSK），脉位调制（），脉位调制（PPM）。）。 2022-7-42022-7-45 5本章纲要本章纲要n4.1 幅度调

3、制幅度调制q1.常规双边带调幅（常规双边带调幅（Amplitude Modulation，AM）q2.双边带抑制载波（双边带抑制载波（Double SidebandSuppressed Carrier，DSBSC）q3.单边带调幅（单边带调幅（Single Sideband，SSB）q4.残留边带调幅（残留边带调幅（Vestigial Sideband，VSB）n4.2各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能2022-7-42022-7-46 6本章纲要本章纲要n4.3角度调制（角度调制（Angular Modulation）（非线）（非线性调制）系统性调制）系统n4.4调频系统的

4、噪声性能调频系统的噪声性能n4.5各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较n4.6频分复用（频分复用（FDM）2022-7-42022-7-47 7幅度调制幅度调制4.1.1 一般原理一般原理1.概念：用调制信号去控制概念：用调制信号去控制高频高频正弦载波的正弦载波的幅幅度度，使其按调制信号的规律变化的过程。，使其按调制信号的规律变化的过程。2.模型模型 2022-7-42022-7-48 8幅度调制幅度调制3.时域和频域表达式时域和频域表达式q时域时域q 频域频域( ) ( )( )( ) ( )cos( )mcStm tc th tm tth t)()()(21)()(*)(2

5、1)(HMMHCMSccM 2022-7-42022-7-49 9幅度调制幅度调制幅度调制幅度调制n对于幅度调制信号，对于幅度调制信号，q在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；q在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结频谱结构构在频域内的在频域内的简单搬移简单搬移(精确到常数因子精确到常数因子)。 q由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为为线性调制线性调制。n线性调制线性调制如各种幅度调制，幅移键控如各种幅度调制，幅移键控(ASK)；n非线性调制非线性调制如如FM、P

6、M、频移键控、频移键控(FSK)。2022-7-42022-7-410102022-7-42022-7-41111AM（Amplitude Modulation）1.AM信号的产生信号的产生ttmtAttmAScccAMcos)(cos cos)( 00波形波形图图2022-7-42022-7-41212AM（Amplitude Modulation）2.线性调幅的条件线性调幅的条件n为了解调时能使用包络检波法，线性调幅的为了解调时能使用包络检波法，线性调幅的条件为：条件为：A0|m(t)|max ，即保证，即保证AM信号的包信号的包络总是为正的。络总是为正的。n过调现象：已调信号的包络与调制

7、信号之间过调现象：已调信号的包络与调制信号之间已无线性关系变化可言，包络与调制信号相已无线性关系变化可言，包络与调制信号相比，出现了严重的失真，这种现象通常我们比，出现了严重的失真，这种现象通常我们称这种现象为称这种现象为过调过调。2022-7-42022-7-41313AM（Amplitude Modulation）3.AM信号的频谱特性信号的频谱特性)()(21)()()(0ccccAMMMAS频谱频谱图图2022-7-42022-7-41414AM（Amplitude Modulation）q特点特点n从频域表达式可以看出，从频域表达式可以看出，AM信号的频谱是信号的频谱是DSB信号的频

8、谱加上载波分量。信号的频谱加上载波分量。n在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量，在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量，因此，该调制为线性调制。因此，该调制为线性调制。 n带宽带宽BAM2fm。 2022-7-42022-7-41515AM（Amplitude Modulation）4.AM已调信号的功率分配已调信号的功率分配ttmAttmtAttmAtSPccccAMAM20222202202cos)(2cos)(coscos)()( SCAMPPtmAP2)(22202022-7-42022-7-41616-200-150-100-5005010015020000.511.522.5

9、33.5消息信号频谱-200-150-100-5005010015020005101520AM信号频谱2022-7-42022-7-41717DSBSC4.1.3 抑制载波双边带调制抑制载波双边带调制DSBSC (Double Sideband-Suppressed Carrier )1.产生产生ttmtscDSBcos)()(载波反向点载波反向点波形波形图图2022-7-42022-7-41818DSBSC2.DSB信号的频谱特性信号的频谱特性)()(21)(ccDSBMMS上边带（上边带（USB）：）：|f|fc的的频率分量频率分量下边带（下边带（LSB）：）：|f|fc的的频率分量频率分

10、量频谱频谱图图2022-7-42022-7-41919DSBSCq频谱特点频谱特点n1、上、下边带均包含调制信号的全部信息，在、上、下边带均包含调制信号的全部信息，在载频处无载波分量，这就是抑制载波的效果载频处无载波分量，这就是抑制载波的效果 ；n2、幅度减半，带宽加倍，、幅度减半，带宽加倍，BDSB2fm；n3、线性搬移。、线性搬移。 2022-7-42022-7-42020-200-150-100-5005010015020000.511.522.533.5消息信号频谱-200-150-100-5005010015020000.511.52DSBSC信号频谱例题例题1 1 （教材（教材P9

11、1P91习题习题4-24-2）2022-7-42022-7-42222SSB（Single Sideband）4.1.4 单边带调制单边带调制n由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包含的信息相同，因此只传送一个边带即可以包含的信息相同，因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。传送信号的全部信息。 1.SSB信号的产生方法有：信号的产生方法有：滤波法；滤波法；相移法；相移法；混合法（由于电路较为复杂，因此用途并不广混合法（由于电路较为复杂，因此用途并不广泛）。泛）。 2022-7-42022-7-42323SSB（Single Sideband）滤

12、波法滤波法ccUSBSSBHH ，01)()(ccLSBSSBHH ，01)()()()()(SSBDSBSSBHSS图图 4 - 6SSB信号的频谱信号的频谱2022-7-42022-7-42525SSB（Single Sideband）相移法相移法实际上是实际上是SSB信号表达式的电路表示信号表达式的电路表示ttmttmtSccSSBsin)(21cos)(21)(2022-7-42022-7-42626补充：希尔伯特变换补充：希尔伯特变换ttfdtftf1)()(1)(dttftf)(1)(定义：物理可实现系统的传递函数其实部与虚定义：物理可实现系统的传递函数其实部与虚部之间存在对应的确

13、定关系称为部之间存在对应的确定关系称为Hilbert变换。变换。Hilbert滤波器，它实质上是一个滤波器，它实质上是一个宽带相移网络宽带相移网络，对对m(t)中的任意频率分量均相移中的任意频率分量均相移-/2。( )( ) jsgnFF 2022-7-42022-7-42727希尔伯特变换希尔伯特变换常用的希尔伯特变换常用的希尔伯特变换例题例题2 2 （教材（教材P91P91习题习题4-44-4）)()(Mtm)(sgn)(Mjtm)()(21cos)(cccMMttm)()(2cos)(cccMMjttm)(USBS)(LSBSB点：点：C点：点：D点：点：E点：若将点：若将C点与点与D点

14、的频谱相减，可得上边带频谱点的频谱相减，可得上边带频谱若将若将C点与点与D点的频谱相加，可得下边带频谱点的频谱相加，可得下边带频谱各点频谱变换关系（不计系数各点频谱变换关系（不计系数1/2）：）：A点：点：2022-7-42022-7-43131SSB（Single Sideband）2.SSB信号的频率特性信号的频率特性qBSSB0.5BDSBfm； q q因因SSB信号不含有载波信号不含有载波成分，单边带幅度调制成分，单边带幅度调制的效率也为的效率也为100% 。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)(41212tmPPDSBSSB20

15、22-7-42022-7-43232-200-150-100-5005010015020000.511.522.533.5消息信号频谱-200-150-100-5005010015020000.511.52LSSB信号频谱2022-7-42022-7-43333-200-150-100-5005010015020000.511.522.533.5消息信号频谱-200-150-100-5005010015020000.511.52USSB信号频谱例题例题3 3 （教材（教材P91P91习题习题4-14-1）2022-7-42022-7-43434ttAtsAM4010cos2000cos2)(t

16、ttttsDSB444108 . 0cos102 . 1cos 10cos2000cos2)(解：解：AM信号：信号： DSB信号：信号： 2022-7-42022-7-43535ttsUSB4102 . 1cos)(ttsLSB4108 . 0cos)(2022-7-42022-7-43636VSBVSB（Vestigial SidebandVestigial Sideband）1.定义定义qSSB问题：理想的滤波器难以实现。问题：理想的滤波器难以实现。qVSB调制：残留边带调制是介于调制：残留边带调制是介于SSB与与DSB-SC之间的一种调制方式，在之间的一种调制方式，在VSB中除了传送中

17、除了传送一个边带之外，还保留另外一个边带的一部分。一个边带之外，还保留另外一个边带的一部分。2.信号产生信号产生)()()(21)(VSBccVSBHMMS图图 4 - 8DSB、 SSB和和VSB信号的频谱信号的频谱2022-7-42022-7-43838VSB（Vestigial Sideband）3. HVSB()的频率特性的频率特性须从须从VSB信号的解调方式入手信号的解调方式入手)()()(cVSBcVSBpSSS)()()2(21 )()()2(21)(cVccVcpHMMHMMSttstscVSBpcos2)()(2022-7-42022-7-43939VSB（Vestigial

18、 Sideband）经过经过LPFLPF后，高频成份滤掉，这样解调输出为：后，高频成份滤掉，这样解调输出为： )()()(21)(cVcVOHHMM当当HVSB(+c)+HVSB(-c)=常数常数，|H时，此时，时，此时，MO()=C*M() ，从，从VSBVSB信号中无失真地恢复了原始信信号中无失真地恢复了原始信号。号。 残留边带滤波器传输函数要求满足的残留边带滤波器传输函数要求满足的互补对称条件互补对称条件。2022-7-42022-7-44040VSB（Vestigial Sideband）4.几何解释几何解释VSB（Vestigial Sideband）2022-7-42022-7-4

19、4141图图4-10残留边带的滤波器特性残留边带的滤波器特性(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)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 2022-7-42022-7-44242VSB（Vestigial Sideband）5.VSB的特点及应用的特点及应用q（1）所需带宽为）所需带宽为m 2m；q（2）采用滤波法较易实现。）采用滤波法较易实现。q（3）VSB调制在广播电视、通信等系统中得调制在广播电视、通信等系统中得到广泛应用。到广泛应用。 例题例题4 4 （教（教材材P91P91习题习题4-34-3）)(Ht20000cos解：解：根据残留边带滤波

20、器在根据残留边带滤波器在fc处具有互补对称特性，从处具有互补对称特性，从 图图上可知载频上可知载频fc=10kHz，因此得到载波，因此得到载波 ，故有，故有ttmAtsAM20000cos)()(0tttAtA20000cos6000sin100sin20000cos0)14000sin()26000sin()19900sin()20100sin(220000cos0ttttAtA)14000()14000( )26000()26000()19900( )19900()20100()20100(2 )20000()20000()(0AjASAM2022-7-42022-7-444440)(71

21、)(1345. 05 . 995. 9)(95. 955. 05 . 905.10)(05.105 . 0)(10HkHzfHkHzfHkHzfHkHzfHkHzf时，时，时，时，时，)26000()26000()19900(45. 0 )19900(45. 0)20100(55. 0 )20100(55. 02)20000()20000(2)(0AjASVSB)26000sin(19900sin45. 020100sin55. 022000cos21)(0tttAtAtsVSB解调（解调（Demodulation）n解调是调制的逆过程。解调是调制的逆过程。n作用是从接收的已调信号中恢复原基带

22、信号。作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号。n解调的方法可分为两类：解调的方法可分为两类：q相干解调相干解调q非相干解调（如包络检波，差分相干解调等）非相干解调（如包络检波，差分相干解调等）2022-7-42022-7-44646相干解调相干解调n相干解调也叫同步检波。相干解调也叫同步检波。n它由相乘器和低通滤波器组成。它由相乘器和低通滤波器组成。n相干解调适用于所有线性调制信号的解调。相干解调适用于所有线性调制信号的解调。2022-7-42022-7-44747图4-11相干解调器的一般模型相干解调相干解调n分析分析2022-7-42022-7-44848对于抑止载波双边带信号对于抑止载波

23、双边带信号 ttmtsccos)()(DSB将其乘上与调制载波同频同相的载波将其乘上与调制载波同频同相的载波( (称为相干载波称为相干载波) )后后, , )2cos1 ( )(21cos)(cos)(2DSBttmttmttsccc经低通滤波器滤掉经低通滤波器滤掉2 2c c分量后分量后, ,得到解调输出得到解调输出 )(21)(otmtm相干解调相干解调2022-7-42022-7-44949对于单边带信号（上边带信号或下边带信号）对于单边带信号（上边带信号或下边带信号） ttmttmtsccsin)(21cos)(21)(SSB与相干载波相乘后得与相干载波相乘后得ttmttmtmttsc

24、cc2sin)(412cos)(41)(41cos)(SSB经低通滤波后的解调输出为经低通滤波后的解调输出为)(41)(otmtm载波同步载波同步n相干解调的关键是必须在已调信号接收端产生相干解调的关键是必须在已调信号接收端产生与信号载波与信号载波同频同相同频同相的的本地载波本地载波。n相干载波的获取方法是通过相干载波的获取方法是通过载波同步载波同步电路。电路。n提取相干载波的方法有两种：提取相干载波的方法有两种：q直接法（自同步法：发送端不发送专门的同步直接法（自同步法：发送端不发送专门的同步信息）信息）n平方变换法和平方环法平方变换法和平方环法n同相正交环法（科斯塔斯环法）同相正交环法（科

25、斯塔斯环法）q插入导频法（外同步法）插入导频法（外同步法）2022-7-42022-7-45050平方变换法平方变换法n此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的载波同步。载波同步。2022-7-42022-7-45151图图 11 1 平方变换法提取载波平方变换法提取载波平方变换法平方变换法2022-7-42022-7-45252设调制信号设调制信号m(t)无直流分量，则抑制载波的双边带信号为无直流分量，则抑制载波的双边带信号为ttmtsccos)()(DSB接收端将该信号经过非线性变换接收端将该信号经过非线性变换平方律器件后得到平方律器件后得到ttmt

26、mttmtecc2cos)(21)(21cos)()(222上式的第二项包含有载波的倍频上式的第二项包含有载波的倍频2c的分量。若用一窄的分量。若用一窄带滤波器将带滤波器将2c频率分量滤出，再进行二分频，就可获频率分量滤出，再进行二分频，就可获得所需的相干载波。得所需的相干载波。平方环法平方环法2022-7-42022-7-45353在实际中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯在实际中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声，为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干白噪声，为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干载波更为纯净，图载波更为纯净，图 11 - 1 中的窄带滤波器常用锁相环中的窄带

27、滤波器常用锁相环代替，构成如图代替，构成如图 11 - 2 所示的方框图，称为平方环法所示的方框图，称为平方环法提取载波。提取载波。图图11-2 平方环法提取载波平方环法提取载波同相正交环法同相正交环法n同相正交环法又叫科斯塔斯（同相正交环法又叫科斯塔斯（Costas）环。）环。n在此环路中，压控振荡器（在此环路中，压控振荡器（VCO）提供两路）提供两路互为正交的载波，与输入接收信号分别在同相互为正交的载波，与输入接收信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通滤波之和正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通滤波之后的输出均含调制信号，后的输出均含调制信号， 两者相乘后可以消两者相乘后可以消除调制

28、信号的影响，除调制信号的影响， 经环路滤波器得到仅与经环路滤波器得到仅与相位差有关的控制压控，从而准确地对压控振相位差有关的控制压控，从而准确地对压控振荡器进行调整。荡器进行调整。2022-7-42022-7-45454 图图11-3 Costas 环法提取载波环法提取载波例题例题5 5 （教材（教材P92P92习题习题4-124-12）ttfttftaccsin)(21cos)(21)(11ttfttftbccsin)(21cos)(21)(22ttf11sin)(ttf22sin)(ttftfttftftbtatsccsin)()(21cos)()(21)()()(2121sinsinsi

29、nsin21coscoscoscos212121ttttttttcccc从调制概念的角度考虑，从调制概念的角度考虑，s(t)为为f1(t)、f2(t)单边带调制时的上、单边带调制时的上、下边带之和，所有下边带之和，所有a、b点的波形分别为点的波形分别为其中，其中，故故包络检波包络检波n包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。波器组成。n包络检波属于非相干解调包络检波属于非相干解调,广播接收机中多采广播接收机中多采用此法。用此法。2022-7-42022-7-45858整流器整流器LPFSAM(t)So(t)Mo(t)图图4-12包络检波器包络检

30、波器 包络检波包络检波包络检波包络检波2022-7-42022-7-46060设输入信号是设输入信号是AM信号信号 ttmAtsccos)()(0AM在大信号检波时在大信号检波时(一般大于一般大于0.5V)，二极管处于受控的开，二极管处于受控的开关状态。选择关状态。选择RC满足如下关系满足如下关系: cfRCf1H式中式中,fH是调制信号的最高频率；是调制信号的最高频率；fc是载波的频率。在是载波的频率。在满足式满足式(4.1-17)的条件下的条件下,检波器的输出近似为检波器的输出近似为 )()(0otmAtm2022-7-42022-7-46161各种幅度调制系统的抗噪声性能各种幅度调制系统

31、的抗噪声性能4.2.1 分析模型分析模型1.概念概念q模拟通信系统的评价标准用有效传输频带（有模拟通信系统的评价标准用有效传输频带（有效性）和接收端输出信噪比（可靠性）来衡量。效性）和接收端输出信噪比（可靠性）来衡量。q调制系统的抗噪声性能是利用解调器的抗噪声调制系统的抗噪声性能是利用解调器的抗噪声能力来衡量能力来衡量 。q抗噪声能力通常用抗噪声能力通常用“信噪比信噪比”来度量。来度量。2022-7-42022-7-46262各种幅度调制系统的抗噪声性能各种幅度调制系统的抗噪声性能2.解调器模型解调器模型q注：注：n带通滤波器的作用是将混合在噪声中的有用信号带通滤波器的作用是将混合在噪声中的有

32、用信号过滤出来，同时，过滤出来，同时，滤除已调信号频带外的噪声滤除已调信号频带外的噪声。n 解调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相解调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相同的，但是远小于中心频率。同的，但是远小于中心频率。n加性高斯白噪声加性高斯白噪声n(t)的双边功率谱密度为的双边功率谱密度为n0/2，均，均值为值为0。图图 4 14 带通滤波器传输特性带通滤波器传输特性2022-7-42022-7-46464各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能3.分析模型分析模型q解调器的输入噪声为窄带高斯白噪声解调器的输入噪声为窄带高斯白噪声q解调器的输入噪声功率解调器的输入噪声功

33、率q输出信噪比输出信噪比 BntntntnNscii0222)()()()()(22tntmNSoooo功率解调器输出噪声的平均平均功率解调器输出有用信号的ttnttntncsccisin)(cos)()(2022-7-42022-7-46565各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能n输入信噪比输入信噪比 n信噪比增益也称为调制制度增益信噪比增益也称为调制制度增益Gn作用：用来衡量同类调制系统不同解调器对输入作用：用来衡量同类调制系统不同解调器对输入信噪比的影响。信噪比的影响。 )()(22tntSNSimii功功率率解解调调器器输输入入噪噪声声的的平平均均平平均均功功率率解解调

34、调器器输输入入已已调调信信号号的的iiooNSNSG 2022-7-42022-7-46666各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能4.2.2 线性系统的相干解调抗噪性能线性系统的相干解调抗噪性能1.相干解调的原理相干解调的原理原理框图原理框图2022-7-42022-7-46767各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能模型分析模型分析ttmtmttmttstscccDSBp2cos)(21)(21 cos)(cos)()(2sp(t)经过低通滤波器经过低通滤波器LPF，滤掉高频成份，得，滤掉高频成份，得)(21)(tmtmo以以DSB信号为例信号为例对对有用信号有

35、用信号：2022-7-42022-7-46868各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能对对噪声噪声：通过相乘器的噪声信号：通过相乘器的噪声信号tttnttnttnccscccicossin)(cos)(cos)(2ttnttntncsccc2sin)(212cos)(21)(21经过低通滤波器经过低通滤波器LPF，滤掉高频成份，得，滤掉高频成份，得)(21)(tntnco2022-7-42022-7-46969DSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能2.DSB调制系统的性能分析调制系统的性能分析解调器输入信噪比解调器输入信噪比n已调信号的平均功率已调信号的平均功率 n输入噪声平

36、均功率输入噪声平均功率n输入信噪比输入信噪比 )(21cos)(222tmttmScimiifBBntnN2, )(02BntmBntmNSii02022)()(5 . 02022-7-42022-7-47070DSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能解调器输出端信噪比解调器输出端信噪比 n输出信号平均功率输出信号平均功率 n输出噪声的平均功率输出噪声的平均功率 n输出信噪比输出信噪比 )(41)(22tmtmSooBnNtntntnNiico022204141)(41)(41)(BntmNSoo02)(2022-7-42022-7-47171DSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能解调增

37、益解调增益G（信噪比得益）（信噪比得益）22)()(/0202BntmBntmNSNSGiiooDSB这说明，这说明，DSB信号的解调器使信噪比改善了一倍。信号的解调器使信噪比改善了一倍。这是因为采用同步解调，把噪声中的正交分量这是因为采用同步解调，把噪声中的正交分量ns(t)抑制掉了，从而使噪声功率减半。抑制掉了，从而使噪声功率减半。2022-7-42022-7-47272SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能3.SSB调制系统的性能分析调制系统的性能分析解调器输入端信噪比解调器输入端信噪比n已调信号的平均功率已调信号的平均功率 )(21)(2141sin)(cos)(41)(2222t

38、mtmttmttmtSSccSSBi )()( 22tmtm)(41 2tmSi2022-7-42022-7-47373SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q输入噪声平均功率输入噪声平均功率q输入信噪比输入信噪比miifBBntnN,)(02 BntmBntmNSii02024)()(41注：在这里注：在这里SSB信号中窄带加性噪声的带宽仅是信号中窄带加性噪声的带宽仅是DSB系统中的一半，因此系统中的一半，因此SSB解调器中的窄带噪解调器中的窄带噪声功率是声功率是DSB解调器中的一半。解调器中的一半。同样的符号同样的符号Ni在在DSB系统和系统和SSB系统的值不同系统的值不同！2022-

39、7-42022-7-47474SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能解调器输出端信噪比解调器输出端信噪比 n输出信号平均功率输出信号平均功率 n输出噪声的平均功率输出噪声的平均功率 n输出信噪比输出信噪比 )(161)(22tmtmSooBnNNio04141BntmBntmNSoo02024)(41)(1612022-7-42022-7-47575SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能解调增益解调增益G（信噪比得益）（信噪比得益）14)(4)(/02020BntmBntmNSNSGiioSSBSSB解调器具有相同的输入输出信噪比。这说明，解调器具有相同的输入输出信噪比。这说明，SSB

40、信号的解调器对信噪比没有改善。这是因为在信号的解调器对信噪比没有改善。这是因为在SSB系统中，信号和噪声具有相同的表示形式，所系统中，信号和噪声具有相同的表示形式，所以相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑以相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制掉，故信噪比不会得到改善。制掉，故信噪比不会得到改善。 2022-7-42022-7-47676SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能注意注意HiDSBiiDSBiDSBiiDSBDSBoofnSBnSNSNSGNS0022HiSSBiiSSBiSSBiiSSBSSBoofnSBnSNSNSGNS001在相同的噪声背景和相同的输入信号功率

41、条件下，在相同的噪声背景和相同的输入信号功率条件下，DSB和和SSB在解调器输出端的信噪比是相等的。在解调器输出端的信噪比是相等的。从抗噪声的观点，从抗噪声的观点，SSB调制和调制和DSB调制是相同的。但调制是相同的。但SSB调制所占有的频带仅为调制所占有的频带仅为DSB的一半。的一半。 2022-7-42022-7-47777VSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能n由于所采用的残留边带滤波器的频率特性形状由于所采用的残留边带滤波器的频率特性形状可能不同，所以难以确定抗噪性能的一般计算可能不同，所以难以确定抗噪性能的一般计算公式。公式。 n在残留边带滤波器滚降范围不大的情况下，可在残留边带

42、滤波器滚降范围不大的情况下，可将将VSB信号近似看成信号近似看成SSB信号，即信号，即SVSB(t)SSSB(t)。在这种情况下，在这种情况下，VSB调制系统的抗噪性能与调制系统的抗噪性能与SSB系统相同。系统相同。2022-7-42022-7-47878例题例题5 5 （教材（教材P91P91习题习题4-54-5）解：（解：（1）为了保证信号顺利通过和尽可能地滤除噪声，）为了保证信号顺利通过和尽可能地滤除噪声，带通滤波器的宽度等于已调信号带宽，即带通滤波器的宽度等于已调信号带宽，即kHzfBm8422其中心频率为其中心频率为100kHz，故有，故有 为常数，其中其他，KkHzfkHzKfH

43、010496)(（2）已知解调器的输入信号功率，输入噪声功率为）已知解调器的输入信号功率，输入噪声功率为)(1032101021082)(26633WfPBNni故输入信噪比故输入信噪比 5 .62103210263WWNSii2022-7-42022-7-47979（3）因为）因为DSB调制制度增益调制制度增益GDSB=2，故解调器的输出信，故解调器的输出信噪比：噪比：1252iiooNSNS（4）根据相干解调器的输出噪声与输入噪声功率关系）根据相干解调器的输出噪声与输入噪声功率关系 )(108416WNNio又因解调器中低通滤波器的截止频率为又因解调器中低通滤波器的截止频率为fm=4kHz

44、，故输，故输出噪声的功率谱密度出噪声的功率谱密度kHzfHzWfNfPmoNo4)/(1011081082)(336， 思考题（教材思考题（教材P92习题习题4-10）n证明证明AM信号采用相干解调时，其制度增益信号采用相干解调时，其制度增益G为为2022-7-42022-7-480802022)()(2AtmtmG2022-7-42022-7-48181证：设证：设AM信号为信号为式中，式中，输入噪声为输入噪声为则解调器输入的信号功率则解调器输入的信号功率和噪声功率和噪声功率分别为分别为设同步检测（相干解调）中，相干载波为设同步检测（相干解调）中，相干载波为则则2022-7-42022-7-

45、48282故输出有用信号和输出噪声分别为故输出有用信号和输出噪声分别为所以所以故故2022-7-42022-7-48383AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能4.2.3 AM信号包络检波解调的抗噪性能信号包络检波解调的抗噪性能AM信号可用相干解调和包络检波两种方法解调。信号可用相干解调和包络检波两种方法解调。1.包络检波的原理包络检波的原理模型模型2022-7-42022-7-48484AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能2.AM系统包络检波的抗噪性能系统包络检波的抗噪性能解调器输入端信噪比解调器输入端信噪比n已调信号的平均功率已调信号的平均功率n输入噪声平均功率（与输入噪声平均功率（

46、与DSB相同）相同）n输入信噪比输入信噪比)(2121cos)()(220202tmAttmAtSScAMiBntnNii02)(BntmANSii02202)(2022-7-42022-7-48585AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能解调器输出端信噪比解调器输出端信噪比n解调器输出信号解调器输出信号ttnttntmAttnttnttmAtntScscccsccciAMsin)(cos)()( sin)(cos)(cos)()()(00)(cos)(tttEc包络：包络：)()()()(220tntntmAtEsc相位：相位：)()()(arctan)(0tntmAtntcs2022-7

47、-42022-7-48686AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q情况一：大信噪比（小噪声）情况，即情况一：大信噪比（小噪声）情况，即)()()(220tntntmAsc)()()()( 2)()(22020tntntntmAtmAtEscc200( )2( )( )cAm tAm t n t2100)()(21)(tmAtntmAc)()(1)(00tmAtntmAc)()(0tntmAc1,21)1 (21xxx这里利用了公式这里利用了公式2022-7-42022-7-48787AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q分析：分析：n输出信号平均功率输出信号平均功率 n输出噪声的平均功

48、率输出噪声的平均功率 n输出信噪比输出信噪比n解调增益解调增益 )(2tmSoBntntnNico022)()(BntmNS0200)(2022)()(2AtmtmG2022-7-42022-7-48888AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q结论：结论：n在小噪声情况下，在小噪声情况下，AM系统的相干解调与非相干系统的相干解调与非相干解调有相同的抗噪性能。解调有相同的抗噪性能。 n当当A0=|m(t)|max时，对于单音信号的调制（简称单时，对于单音信号的调制（简称单音调制）音调制）m(t)=A0cosmt，此时此时G=2/3。 2)(202Atm2022-7-42022-7-48989

49、AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q情况二：小信噪比（大噪声）情况，即情况二：小信噪比（大噪声）情况，即)()()(220tntntmAsc)()()()( 2)()(22020tntntntmAtmAtEscc)()(2)()(022tmAtntntncsc)()()()(21)()(22022tntntmAtntntnsccsc)(cos)()( 21)(0ttRtmAtR)(cos)()(1)(0ttRtmAtR)(cos)()(0ttmAtR2022-7-42022-7-49090AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q分析：分析：n包络包络E(t)中的中的m(t)，m(t)c

50、os(t)是依赖于噪声变化是依赖于噪声变化的随机函数，也就是一个随机噪声。此时包络检的随机函数，也就是一个随机噪声。此时包络检波器把有用信号扰乱成噪声。波器把有用信号扰乱成噪声。 q结论：结论：n在大噪声情况下，在大噪声情况下，AM系统包络检波法无法恢复系统包络检波法无法恢复原始信号原始信号m(t)。 2022-7-42022-7-49191AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能n3. 门限效应门限效应q概念：当输入信噪比小到某一个特定的数值时，概念：当输入信噪比小到某一个特定的数值时，就会出现输出信噪比急剧恶化的现象，这种现象就会出现输出信噪比急剧恶化的现象，这种现象称为称为门限效应门限效

51、应，而该特定的数值称为门限。，而该特定的数值称为门限。q原因：由包络检波器的非线性解调作用所引起的。原因：由包络检波器的非线性解调作用所引起的。q注意：非相干解调有门限效应；相干解调无门限注意：非相干解调有门限效应；相干解调无门限效应。效应。q包络检波是一种非线性解调方法。包络检波是一种非线性解调方法。 2022-7-42022-7-49292例题例题6 6 （教材（教材P92P92习题习题4-114-11）解：解：(1)设设AM信号为信号为 ，且，且 ttmAtscAMcos)()(0)(tm)(100102802)(222mWPPtmASsci式中，式中，Pc为载波功率，为载波功率，Ps为

52、边带功率。为边带功率。 )( 1 . 0102105 . 02)(48mWBfPNni又又1000 iiNS2022-7-42022-7-49393（2）假定）假定 ，则理想包络检波输出为，则理想包络检波输出为)()(tntmAi)()()(tntmAtEc)(402022)( 2mWPtmSso则则)( 1 . 0)(2mWNtnNico400 ooNS故故（3）制度增益）制度增益 4 . 01000400iiooNSNSG2022-7-42022-7-49494角度调制角度调制(Angular Modulation)(Angular Modulation)n频率调制频率调制（Frequen

53、cy Modulation，FM）：载频）：载频fc随基带信号变化。随基带信号变化。n相位调制相位调制（Phase Modulation，PM）：载波的相位）：载波的相位随基带信号变化。随基带信号变化。n调频和调相统称为角度调制。调频和调相统称为角度调制。n角度调制属于角度调制属于非线性调制非线性调制，即调制后信号的频，即调制后信号的频谱不再是调制前信号频谱的线性搬移，而产生谱不再是调制前信号频谱的线性搬移，而产生出很多新的频率成分。出很多新的频率成分。2022-7-42022-7-49595角度调制角度调制(Angular Modulation)(Angular Modulation)4.3

54、.1 基本概念基本概念1.角调波的一般表达式：角调波的一般表达式：)(cos)(cos)(ttAtAtscm式中，式中，A为为振幅（恒定）振幅（恒定）瞬时相位：瞬时相位：瞬时角频率：瞬时角频率：瞬时相位偏移：瞬时相位偏移：瞬时角频率偏移：瞬时角频率偏移：)()(tttcdttddttdtc)()()(tcdttt)()()(ctdttdt)()()(2022-7-42022-7-49696角度调制角度调制(Angular Modulation)(Angular Modulation)2.调相调相瞬时相位偏移瞬时相位偏移 基带信号幅值基带信号幅值)()(tmKtp式中，式中，Kp为调相灵敏度，单

55、位为为调相灵敏度，单位为rad/V。则。则)(cos)(tmKtAtspcPMdttdmKtmKtdtddttdtpcpc)()()()(虽然是虽然是PM波，但其角频率仍与波，但其角频率仍与m(t)有关。有关。2022-7-42022-7-49797角度调制角度调制(Angular Modulation)(Angular Modulation)dttdtmKtf)()()(式中，式中，Kf为调频灵敏度，单位为为调频灵敏度，单位为rad/(s.V )。则。则3.调频调频瞬时角频率偏移瞬时角频率偏移 基带信号幅值基带信号幅值tftdmKdt)()()()(cos)(dmKtAtstfcFM2022

56、-7-42022-7-49898角度调制角度调制(Angular Modulation)总结总结FM波和波和PM波从波形上无法区别。波从波形上无法区别。区分区分FM波和波和PM波的方法是考察频偏还是相移波的方法是考察频偏还是相移随基带信号的幅值变化。随基带信号的幅值变化。调频与调相之间的关系调频与调相之间的关系窄带调频和宽带调频窄带调频和宽带调频2022-7-42022-7-49999角度调制角度调制(Angular Modulation)2022-7-42022-7-4100100角度调制角度调制(Angular Modulation)4.3.2 窄带调频（窄带调频（NBFM）1.定义定义2

57、.时域表达式时域表达式3.频域表达式频域表达式6)(maxtfdmKtdmKttSctfcNBFMsin)(cos)(ccccfccNBFMMMKS)()(2 )()()(2022-7-42022-7-4101101角度调制角度调制(Angular Modulation)4.与与AM信号的频谱比较信号的频谱比较2022-7-42022-7-4102102角度调制角度调制(Angular Modulation)4.3.3 宽带调频（宽带调频（WBFM）1.信号表达式信号表达式tfAtAtmmmmm2coscos)(设基带信号为单音频信号设基带信号为单音频信号sincos)(tmtAtsmfcWB

58、FMmmmfmfffKAm式中，式中，AmKf为最大角频偏，记为为最大角频偏，记为。mf为调频指数为调频指数2022-7-42022-7-4103103角度调制角度调制(Angular Modulation)nmcfnFMtnmJts)cos()()(nmcmcfnFMnnmJS)()(调频信号的级数展开式：调频信号的级数展开式：调频信号的级数展开式对应的付氏变换谱：调频信号的级数展开式对应的付氏变换谱：调频波的带宽用卡森公式表示：调频波的带宽用卡森公式表示：mmfFMfffmB2122022-7-42022-7-410410401234567891000.511.522.533.5消 息 信

59、 号 频 谱-500-400-300-200-100010020030040050000.20.40.60.81FM信 号 频 谱Kf=50，fc=250Hz，消息带宽，消息带宽W=50Hz则则mf=3，B=4002022-7-42022-7-4105105调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调1.调频信号的产生调频信号的产生NBFM信号的产生信号的产生q直接调频：常用压控振荡器产生；直接调频：常用压控振荡器产生；图图4-23PLL调制器调制器 调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调n间接调频间接调频 ：用调相电路产生调频波：用调相电路产生调频波 窄带调频时域表达式的电路表示窄带调频时域表

60、达式的电路表示 2022-7-42022-7-4106106tdmKttSctfcNBFMsin)(cos)(2022-7-42022-7-4107107调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调WBFM信号的产生信号的产生 先产生一个先产生一个NBFM信号，再经过一个倍频器，信号，再经过一个倍频器，从而产生从而产生WBFM信号。信号。 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1f =200kHz为载频， 用最高频率mf =15kHz的调制信号产生频偏1f =25Hz的窄带调频信号。而调频广播的最终频偏 f =75kHz,载频cf 在 88-108MHz频段内，因此需要经过3000