第三章 模拟信号的调制传输

第三章模拟调制系统1、了解调制的功能和调制的分类2、掌握模拟调制的概念和模拟调制信号的表达式3、掌握模拟线性调制AM、DSB的时域波形、频域特性，带宽，功率分配4、掌握NBFM、WBFM的频谱分布、带宽、功率分配5、了解模拟调制与解调6、掌握模拟调制中几种调制方式的抗噪性能比较课程目标2.1调制的功能及分类一、调制的功能1、信道传输频率特性的需要2、把基带信号调制到较高的频率使天线容易辐射3、便于频率分配4、有利于实现信道多路复用，提高系统的传输有效性5、可减少噪声和干扰的影响，提高系统的传输可靠性二、调制的分类1、根据调制信号的分类模拟调制数字调制2、根据载波分类连续波调制：高频载波是正弦波脉冲波调制：载波是脉冲序列4、根据调制前后信号的频谱结构关系分类线性调制

非线性调制3、根据调制器的功能分类幅度调制频率调制相位调制载波：幅度角频率初相位调制信号f(t)调制后：瞬时幅度载波的相位偏移A(t)随f(t)作线性变换，称线性调制或幅度调制；(t)或(t)的导数随f(t)作线性变换，称非线性调制或角度调制；2.2线性调制系统3.2.1常规双边带调制系统－AM用信号f(t)叠加一个直流分量后去控制载波的幅度，称为调幅（AM）AM的时域表示：一个例子

设：调幅指数：则时域可表示为：正弦波AM调制时域波形图过调幅满调幅正常调幅周期方波AM调制波形F()10BSAM()1/20A0A0-cc2B4、功率分配调制效率载波功率边带功率3、带宽BAM=2BAM调制原理框图AM解调原理框图包络检波相干检波4、应用调幅广播（AM）——常规调幅方式，收音机波段：中波535KHz~1605KHz,自由空间，地区性广播

短波3.9MHz~18MHz，电离层反射，距离数千公里二、抑制载波双边带调幅（DSB-SC）1、时域表达式及频谱图f(t)t调制信号时域波形图s(t)t输出信号时域波形图时域波形图

1F()B01/2－

0SDSB()2B频谱图c(t)t载波信号时域波形图3、平均功率及效率2、带宽BDSB=2Bf(t)t01t01c(t)sDSB（t)t01C()F()00SDSB()0100π－100π400π－400π300π500π－500π－300π1/21三、单边带调制（SSB）频谱图SUSB()

C-

C

C-

CHLSB()

C-

CB1/2

C-

CSLSB()B1/2HUSB()

C-

CSDSB()2B1/2上边带调制下边带调制四、残留边带调制（VSB）频谱图

C-

CSDSB()2B1/2HVSB()SVSB()

C-

CB1/2

C-

CB1/2HVSB()SVSB()残留上边带残留下边带2、信噪比（SNR:singalnoiseratio）p36信号功率噪声功率3、信噪比增益（G:Gain） ——衡量系统抗噪声性能的重要参数表征信号通过系统传输后信噪比的改善情况，G越大抗噪声性能越好信噪比增益n0/2高斯白噪声双边功率谱密度Pn()噪声功率谱密度窄带高斯白噪声（AM、DSB）n0/2

0-

0Pn()2BB窄带高斯白噪声（USB）n0/2

0-

0Pn()B窄带高斯白噪声（LSB）n0/2

0-

0Pn()注意；我们遇到的绝大多数噪声都是高斯白噪声。我们在分析问题时都将噪声作为高斯白噪声处理！！n0高斯白噪声单边功率谱密度Pn()

1w|F(w)|2B调制信号功率谱图功率谱图信号功率谱图注意这里哦！表示的是功率谱密度面积表示功率功率谱图

01/4－

0|SDSB()|22B

01/4－

0|Sam()|22B

01/4－

0|SLSB()|2B

01/4－

0|SUSB()|2B调制后信号功率谱叠加噪声的调制信号（输入信号）功率谱图

1|F()|2Bn0/2功率谱图输入信噪比＝功率谱图叠加噪声的输出信号功率谱

01/4－

0|SDSB()|22B

01/4－

0|SAM()|22B

01/4－

0|SLSB()|2B

01/4－

0|SUSB()|2B信噪比＝4、结论：①SDB解调器的信噪比改善了一倍，原因是相干解调把噪声中的正交分量抑制掉了，从而使噪声功率减半的缘故②SSB中信号和噪声有相同的表示形式，所以在相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制调，故信噪比没有改善，即G=1③AM在大信噪比时G<1总结调制方式带宽SNRiSNRoG典型解调方式DSB2B2相干解调SSBB1相干解调VSB略大于BAM2B包络检波B：基带信号带宽f(t)为单频正弦信号时<＝2/3练习题1.已知：调制信号f(t)=cos

0t；载波信号c(t)=cos4

0t;请画出调制信号、载波信号及AM、DSB、HSB、LSB调制时的频谱图(AM时直流电平为A0)作业1、Page67,第1、4题2.3非线性调制系统瞬时相角瞬时幅度一、调频信号与调相信号常量相移常数1、相位调制（PM:PhaseModulation）2、频率调制(FM:FrequencyModulation)频偏常数（表征调频器的灵敏度）载波频率(常数)AMFM各种调制时的时域波形图时域波形图f(t)f(t)f(t)结论：1、FM信号是一个等幅波，它的幅度与调制信号无关；2、FM信号的频率与调制信号电压有比例关系二、频率调制FM1、窄带调频和宽带调频的定义(P28)由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30o时，就称为窄带调频（NBFM:narrowbandfrequencymodulation）(p28,2-30式)不满足窄带条件的调频称为宽带调频（WBFM:WideBandfrequencymodulation）(2-30)2、窄带调频的带宽（P29）

m0F()－

m

c0

c－

m

c+

m-

c-

c－

m--

c+

mSNBFM()

c0

c－

m

c+

m-

c-

c－

m--

c+

mSAM()3、宽带调频的带宽(P61)

c+

m

c

c－

m

FM=0.5

c+3

m

c

c－3

m

FM=2

c

c+10

m

c-10

mFM=9卡森公式（3-3-14）窄带调频宽带调频4、调频信号的功率(P61)已调信号的总功率＝未调载波的功率＝A2/2总功率与调制过程及调频指数无关（二）、调频信号的解调－非相干解调调频信号有相干解调和非相干解调两种方式相干解调——窄带调频信号非相干解调——窄带和宽带调频信号fc斜率为Kd输入频率输出电压限幅器及带通微分器包络检波低通滤波器sd(t)鉴频器鉴频器特性及组成带通滤波器低通滤波器sFM(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)高斯白噪声限幅鉴频解调器宽带调频系统抗噪声性能分析模型模拟调制性能比较调制方式带宽G典型应用DSB2B2较少应用SSBB1短波无线电广播话音频分多路VSB略大于B商用电视广播AM2B中短波无线电广播FM2(1+FM)fm超短波电台(窄带FM)调频立体声广播（宽带FM）B：基带信号带宽作业总结模拟调制的知识，用图表形式画出。内容包括5、调频信号的应用1、调频广播（WBFM）2、超短波电台（NBFM）练习题1.已知：调制信号f(t)=cos

0t；载波信号c(t)=cos4

0t;请画出调制信号、载波信号及AM、DSB、HSB、LSB调制时的频谱图(AM时直流电平为A0)

0-

0F(

)w0-w0F(w)4w0-4w0w

0-

0SDSB(

)4

0-4

0w5

03

0-3

0-5

0ww0-w0SAM(w)4w0-4w0w5W03W0-3W0-5W0练习题ww0-w0SUSB(w)4w0-4w0w5W0-5W0ww0-w0SLSB(w)4w0-4w0w3W0-3W01、在通信系统中，模拟线性调制是指

。（A）调幅（B）调频（C）调相（D）调角2.下列有关通信系统中的调制、解调说法哪种是正确的。（A）调制、解调都在发射端B）调制、解调都在接收端（C）调制在发射端，解调在接收端（D）调制在接收端，解调在发射端3.在模拟无线通信的系统中，下列哪种说法是正确的。。（A）基带信号一定是正弦波。（B）基带信号一定是方波。（C）载波信号主要是正弦波。（D）载波信号一定是方波。2.4模拟调制系统的抗噪声性能一、线性调制系统的调制与解调f(t)sAM(t)cosctA0常规调幅调制模型f(t)sDSB(t)cosct双边带调幅调制模型F()10SDSB()1/2c－c双边带调制F’()1/2c－c2c－2c低通滤波器双边带信号的解调sDSB(t)cosctsd(t)相干解调F()10常规调幅调制常规调幅信号的解调SAM()1/2c－cA0A0t012sAM（t）3t012sd（t）3sAM（t）sd（t）非相干解调包络检波讲解内容1、相干解调的分析模型？2、抗噪声性能通过什么质量指标描述？其意义是什么？3、AM、DSB、SSB抗噪声性能的比较？（用指标G、带宽、解调方式说明）4、不同调制方式之间如何比较其抗噪声性能？我们的问题？单边带调制的实现采用滤波法二、线性调制相干解调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型带通滤波器低通滤波器s(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)cd(t)=cosct高斯白噪声窄带高斯白噪声1、抗噪声性能分析模型（p34）我们的目标；在给定s(t)及n

(t)的情况下，1、确定各种解调器的输入及输出信噪比；2、对各种调制系统的抗噪声性能作出评价2、信噪比（SNR:singalnoiseratio）p36信号功率噪声功率3、信噪比增益（G:Gain） ——衡量系统抗噪声性能的重要参数表征信号通过系统传输后信噪比的改善情况，G越大抗噪声性能越好回顾：能量谱密度和功率谱密度功率谱密度(周期性信号)：能量谱密度（非周期性信号）：总结调制方