第5章模拟调制系统-1

第5章模拟调制系统-1第一页，共54页。主要内容幅度调制的原理幅度调制的抗噪性能角度调制原理角度调制的抗噪原理各种模拟调制系统的比较第二页，共54页。什么是调制？调制：把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。第三页，共54页。为什么要调制？适合信道的需要，完成远距离传输。多路复用，提高传输效率。改善信噪比，提高传输质量。通过扩展发送信号带宽（为代价）来增加抗噪声性能。如FM、CDMA系统。第四页，共54页。调制的定义定义：让载波的某个参数（或几个）随调制信号（原始信号）的变化而变化的过程或方式称为调制。基带信号（调制信号）：来自信源的消息信号。载波：一种用来搭载原始信号（信息）的高频信号，它本身不含有任何有用信息。已调信号：载波调制之后的信号。第五页，共54页。怎样调制？基带信号m(t)高频载波信号为c(t)=Acos(ct+)让它的三个基本参量分别按基带信号变化：

1、AA(t)=A0+kAm(t)；称为调幅----线性调制。

2、c

(t)=0+kFm(t)；称为调频-----角度调制。

3、

(t)=0+kPm(t)；称为调相-----角度调制。第六页，共54页。调制的分类调制信号：m(t)载波信号：c(t)已调信号：s(t)1、根据m(t)的不同分：模拟调制和数字调制；2、根据c(t)不同分：连续载波和脉冲载波调制；3、根据c(t)被调制的参数不同：幅度调制、频率调制和相位调制。4、按频谱特性分：线性和非线性调制。

第七页，共54页。幅度调制(线性调制)原理线性调制：已调信号s(t)的频谱和输入基带信号m(t)的频谱之间满足线性搬移的关系。幅度调制又分为四种具体的调制方法：常规调幅（AM）双边带调制（DSB）单边带调制（SSB）残留边带调制（VSB）第八页，共54页。常规调幅（AM）调制方法(1)抬高基带信号m(t)的电平，使m(t)+A0恒为正，即要求A0

|m(t)|max(2)产生高频等幅载波c(t)=cosct//cos(ct+)(3)相乘：SAM(t)=[A0+m(t)]cosct第九页，共54页。AM调制信号的时域表达和波形SAM(t)=[A0+m(t)]cosctA0-A0m(t)c(t)SAM(t)第十页，共54页。AM调制信号的频谱和带宽SAM(t)=A0cosct+m(t)cosctM(ω)

1

-ωm0ωmωSAM(ω)

USBLSBLSBπA0USB

½-ωC0ωCω2ωm

若基带信号最高频率m=2fm，则AM调制信号带宽为：B=2fm第十一页，共54页。AM已调信号的功率和调制效率AM已调信号的功率基带信号能量为调制效率第十二页，共54页。AM调制信号举例单音信号调制效率边带功率和总平均功率之比叫调制效率，它反映发送的功率中有多少比例是花在了信息上。第十三页，共54页。AM调制信号举例单音信号调制效率边带功率和总平均功率之比叫调制效率，它反映发送的功率中有多少比例是花在了信息上。第十四页，共54页。常规调幅的缺点常规调幅方式效率很低，原因在于直流成分A0在已调信号中成为“空载波”，浪费的能量超过了有用信号。如果没有直流成分A0效率将会达到百分之百。第十五页，共54页。如果完全去掉直流？如果没有直流成分，采用包络解调后信号会发生严重的失真。包络检波低通滤波隔断直流第十六页，共54页。过调制的解调产生失真：

A0正常调制的解调波形：A0第十七页，共54页。只要有办法解决解调后信号的失真问题，就能大大提高调制效率。相关解调与双边带调制第十八页，共54页。双边带调幅(DSB)调制方法：不加直流电压，直接调制。DSB调制信号时域表达与波形SDSB(t)=m(t)cosc

t载波反相点第十九页，共54页。DSB调制信号的频谱和带宽M()

-ωm0ωmω

SDSB(ω)USBLSBLSBUSB

-ωCωC

ω双边带调制信号带宽仍然为B=2fm除了没有冲击谱线之外，与AM完全相同。SDSB(t)=m(t)cosc

t第二十页，共54页。DSB调制信号的功率和调制效率DSB信号的平均功率DSB信号的调制效率第二十一页，共54页。DSB信号解调方法相干解调Sd(t)SDSB(t)S0(t)SDSB(t)=m(t)cosωtSd(t)=m(t)cos2ωtm(t)第二十二页，共54页。单边带调幅(SSB)SDSB(ω)

上下下上

HL(ω)-ωCωCSLSB(ω)HU(ω)SUSB(ω)-ωCωC若基带信号最高频率m=2fm

，则单边带信号带宽为：B=fm

。第二十三页，共54页。滤波法产生单边带信号第二十四页，共54页。单边带信号的时域表达以下边带为例G2ωc(ω)-ωcωc第二十五页，共54页。第二十六页，共54页。因为希尔伯特变换表明希尔伯特变换的结果是将信号频谱负正两半分别相移π/2第二十七页，共54页。第二十八页，共54页。相移法产生单边带信号第二十九页，共54页。单音信号的特例相当于第三十页，共54页。SSB信号的功率与带宽SSB信号带宽:

BSSB=fm=1/2BDSB第三十一页，共54页。单边带调制存在的问题单边带调制需要理想的低通（或高通）滤波器，使截取的上、下两边带都十分完整，这在实际中是难以实现的。如果上、下两边带虽然都不是那么完整，但可以互补，和起来仍然能够得到完整的信息。从双边带出发，巧妙地设计滤波器，使上、下两块不那么完整的边带互补，这样的调制方法称为残留边带调制。第三十二页，共54页。残留边带调幅（VSB）乘法器

本地载波

Cosct同步低通滤波残留边带相干解调框图：

SVSB(t)

Sd(t)So(t)=f(t)/4残留边带调制原理第三十三页，共54页。残留边带滤波器特性双边带信号通过残留边带滤波器后解调时，乘以本地载波后频谱再次搬移低通滤波后只要设计信号即可复原。第三十四页，共54页。第三十五页，共54页。第三十六页，共54页。VSB信号的时域与频域表达“-”表示残留上边带信号，“+”表示残留下边带信号；为m(t)通过正交滤波器的输出。发送功率PVSB：PSSB≤PVSB≤PDSB频带宽度BVSB：BSSB≤BVSB≤BDSBBVSB=(1~2)fm第三十七页，共54页。线性调制系统的抗噪声性能解调器抗噪声性能分析模型信道第三十八页，共54页。噪声模型高斯白噪声双边功率谱密度Pn(ω)=n0/2线性调制系统中，噪声是以窄带高斯方式进入信号的ni(t)=nc(t)cosωct-ns(t)sinωct第三十九页，共54页。抗噪性能的分析方法输入信噪比输出信噪比信噪比得益率：(调制制度增益)第四十页，共54页。DSB调制系统的抗噪性能分析输入信噪比已调信号：Sm(t)=SDSB(t)=m(t)cosωct输入信号平均功率输入噪声平均功率解调器输入端的信噪比第四十一页，共54页。输出信噪比Sd(t)SDSB(t)S0(t)收滤波器输出端：SDSB(t)+ni(t)=m(t)cosωct+nc(t)cosωct-ns(t)sinωct

=[m(t)+nc(t)]cosωct-ns(t)sinωct通过乘法器后表达式为Sd(t)={[m(t)+nc(t)]cosωct-ns(t)sinωct}cosωct=[m(t)+nc(t)](1+cos2ωct)/2-ns(t)sin2ωct/2通过LPF，滤去二次谐波成分（2ωc）S0(t)+n0(t)=[m(t)+nc(t)]/2收滤波器输出端：通过乘法器后表达式为通过LPF，滤去二次谐波成分（2ωc）第四十二页，共54页。输出信噪比与制度增益输出端的信号平均功率输出噪声功率解调器输出端信噪比调制制度增益（信噪比得益率）第四十三页，共54页。SSB系统的抗噪性能分析输入信噪比已调信号输入信号平均功率输入噪声平均功率解调器输入端的信噪比第四十四页，共54页。输出信噪比收滤波器输出端：通过乘法器后表达式为通过LPF，滤去二次谐波成分（2ωc）m0(t)+n0(t)=m(t)/4+nc(t)/2第四十五页，共54页。输出信噪比与制度增益输出端的信号平均功率输出噪声功率解调器输出端信噪比调制制度增益（信噪比得益率）第四十六页，共54页。根据上述结果，不能得出DSB比SSB解调性能好的结论。因SSB信号所需带宽仅是DSB的一半，在噪声功率密度相同的情况下，DSB解调器的输入噪声功率是SSB的二倍，从而也使其输出噪声功率比SSB的大一倍，因此，尽管DSB的G比SSB的大，但他的实际解调性能不会优于SSB如果解调器的输入噪声功率密度相同，输入的信号功率也相同，则两者的在解调器输出端的信噪比是相等的。第四十七页，共54页。AM系统的