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1、通信原理模拟调制系统讲1第1页，此课件共43页哦本节课内容本节课内容u线性调制系统的解调；线性调制系统的解调；u线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能；u非线性调制（角调制）的原理。非线性调制（角调制）的原理。2第2页，此课件共43页哦线性调制系统的解调线性调制系统的解调 解调的方式有两种：相干解调与非相解调的方式有两种：相干解调与非相干解调。相干解调适用于各种线性调干解调。相干解调适用于各种线性调制系统，非相干解调一般只适用幅度制系统，非相干解调一般只适用幅度调制（调制（AMAM）信号。）信号。3第3页，此课件共43页哦相干解调器的数学模型相干解调器的数学模型 4第4页，此课件共4
2、3页哦1、幅度调制（AM）和双边带调制（DSB）信号的解调设上图的输入为AM信号 乘法器输出为乘法器输出为 5第5页，此课件共43页哦通过低通滤波器后通过低通滤波器后 当当 常数时，解调输出信号为常数时，解调输出信号为同理，当同理，当 时，上述分析即为时，上述分析即为DSB的结果。的结果。其解调输出信号为其解调输出信号为6第6页，此课件共43页哦单边带（单边带（SSBSSB）信号的解调）信号的解调设设S Sm m(t)(t)的输入为的输入为SSBSSB信号信号 与本地载波与本地载波 相乘后输出为相乘后输出为 7第7页，此课件共43页哦经低通滤波后的解调输出为经低通滤波后的解调输出为 当当 常数
3、时，解调输出信号为常数时，解调输出信号为VSB信号的解调方式与上面类似。当满足同步条件时，信号的解调方式与上面类似。当满足同步条件时，经分析可得解调输出信号为经分析可得解调输出信号为:8第8页，此课件共43页哦 例例3.4 3.4 某调制系统如下图所示。为了在输出某调制系统如下图所示。为了在输出端同时分别得到端同时分别得到f f1 1(t)(t)及及f f2 2(t),(t),试确定接收端的试确定接收端的c c1 1(t)(t)及及c c2 2(t)(t)。9第9页，此课件共43页哦解解：发发送送端端的的合合成成信信号号 。根根据据原原理理 框框 图图 可可 知知，接接 收收 端端 采采 用用
4、 的的 是是 相相 干干 解解 调调，若若 假假 设设 相相 干干 载载 波波 为为 ，则解调后的输出，则解调后的输出10第10页，此课件共43页哦综上所述，可以确定综上所述，可以确定同理，假设接收端的相干载波为同理，假设接收端的相干载波为 则解调后的输出为则解调后的输出为 11第11页，此课件共43页哦已调信号线性调制系统的抗噪声性能分析模型分析模型带通滤波器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)解调器mo(t)no(t)加性白噪声窄带加性白噪声已调信号解调后的调制信号解调后的噪声信号12第12页，此课件共43页哦ni(t)为平稳窄带高斯白噪声Ni为解调器输入噪声ni(t)的平均功率线性调制
5、系统的抗噪声性能13第13页，此课件共43页哦若白噪声的双边功率谱密度为n0/2，则有线性调制系统的抗噪声性能14第14页，此课件共43页哦评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看 解调器 的输出信噪比(SNR)。线性调制系统的抗噪声性能15第15页，此课件共43页哦线性调制相干解调的抗噪声性能DSB调制系统的性能带通滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通滤波器coswct线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型16第16页，此课件共43页哦线性调制相干解调的抗噪声性能乘法器LPF有用信号输出功率17第17页，此课件共43页哦线性调制相干解调的抗噪声性能乘法器LPF
6、18第18页，此课件共43页哦线性调制相干解调的抗噪声性能19第19页，此课件共43页哦SSB调制系统的性能 线性调制相干解调的抗噪声性能20第20页，此课件共43页哦线性调制相干解调的抗噪声性能21第21页，此课件共43页哦 AM信信号号可可采采用用相相干干解解调调和和包包络络检检波波。相相干干解解调调时时AM系系统统的的性性能能分分析析方方法法与与前前面面双双边边带带（或或单单边带）的相同。边带）的相同。实际中，实际中，AM信号常用简单的信号常用简单的包络检波法解调包络检波法解调。调幅信号包络检波的抗噪声性能22第22页，此课件共43页哦已调信号分析模型分析模型带通滤波器sm(t)n(t)
7、sm(t)ni(t)包络检波mo(t)no(t)加性白噪声窄带加性白噪声已调信号解调后的调制信号解调后的噪声信号AM包络检波的抗噪声性能分析模型调幅信号包络检波的抗噪声性能23第23页，此课件共43页哦调幅信号包络检波的抗噪声性能24第24页，此课件共43页哦 E(t)是理想包络检波器的输出包络检波是信号和噪声的包络哦调幅信号包络检波的抗噪声性能25第25页，此课件共43页哦大信噪比情况 此时，输入信号幅度远大于噪声幅度，即调幅信号包络检波的抗噪声性能26第26页，此课件共43页哦 上式中直流分量A0被电容器阻隔，有用信号与噪声 独独立立地地分分成成两两项项，因而可分别计算出输出有用信号功率及
8、噪声功率调幅信号包络检波的抗噪声性能27第27页，此课件共43页哦小信噪比情况 此时，噪声幅度远大于输入信号幅度，即调幅信号包络检波的抗噪声性能28第28页，此课件共43页哦调幅信号包络检波的抗噪声性能不能独立地分成两项不能解调出有用信号29第29页，此课件共43页哦小信噪比小信噪比时存在门限效应；相干解调不存不存在门限效应；结论：在大大信信噪噪比比情况下，包络检波的性性能能与相干解调相相同同；但随着信噪比的减减小小，包包络络检波会才出现门门限限效效应应，致使解调器的输出信噪比急剧下降。AM信号包络检波抗噪声性能的特点：调幅信号包络检波的抗噪声性能30第30页，此课件共43页哦例3.5 某线性
9、调制系统的输出信噪比为20dB，输出噪声功率为10-9W，由发射机输出端到解调器输入之间总的传输损耗为100dB，试求：（1）DSB/SC时的发射机输出功率；（2）SSB/SC时的发射机输出功率。31第31页，此课件共43页哦解解：（1 1）在在DSB/SCDSB/SC方方式式中中，信信噪噪比比增增益益G=2G=2，则调制器输入信噪比为则调制器输入信噪比为同时，在相干解调时同时，在相干解调时因此解调器输入端的信号功率因此解调器输入端的信号功率 32第32页，此课件共43页哦考虑发射机输出端到解调器输入端之间的考虑发射机输出端到解调器输入端之间的100dB100dB传输损耗，可得发射机输出功率传
10、输损耗，可得发射机输出功率（2 2）在）在SSB/SCSSB/SC方式中，信噪比增益方式中，信噪比增益G=1,G=1,则调制器输入信噪比为则调制器输入信噪比为 33第33页，此课件共43页哦因此，解调器输入端的信号功率因此，解调器输入端的信号功率 发射机输出功率发射机输出功率 34第34页，此课件共43页哦 幅幅度度调调制制属属于于线线性性调调制制，它它是是通通过过改改变变载载波波的的幅幅度度，以以实实现现调调制制信信号号频频谱谱的的平平移移及及线线性性变变换换的的。一一个个正正弦弦载载波波有有幅幅度度、频频率率和和相相位位三三个个参参量量，因因此此，我我们们不不仅仅可可以以把把调调制制信信号
11、号的的信信息息寄寄托托在在载载波波的的幅幅度度变变化化中中，还还可可以以寄寄托托在在载载波波的的频频率率或或相相位位变变化化中中。这这种种使使高高频频载载波波的的频频率率或或相相位位按按调调制制信信号号的的规规律律变变化化而而振振幅幅保保持持恒恒定定的的调调制制方方式式，称称为为频频率率调调制制（FM）和和相相位位调调制制(PM)。因因为为频频率率或或相相位位的的变变化化都都可可以以看看成成是是载载波波角角度度的的变变化化，故故调调频频和和调调相相又又统统称称为为角度调制角度调制。非线性调制（角调制）的原理35第35页，此课件共43页哦 角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱
12、的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会会产产生生与与频谱搬移不同的新的频率成分频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，故调频与调相之间存在密切的关系，即调频必调相，调相必调频。鉴于FM用的较多，本节将主要讨论频率调制。非线性调制（角调制）的原理36第36页，此课件共43页哦一、基本原理一、基本原理 1.1.频率的概念：频率的概念：严格地说，只有无限长的恒定振幅、恒定频率和恒定相位严格地说，只有无限长的恒定振幅、恒定频率和恒定相位的的正弦（余弦）波形正弦（余弦）波形才具有才具有单一频率单一频率。载波被调制后，不再仅有单一频率。载波被调制后，不再仅有单
13、一频率。2.2.“瞬时频率瞬时频率”的概念：的概念：设一个载波可以表示为设一个载波可以表示为 式中，式中，0 0为载波的初始相位；为载波的初始相位；l (t)=0t+0 为载波的为载波的瞬时相位瞬时相位 ;l 0 0=d=d(t t)/d)/dt t 为载波的为载波的角频率角频率。现定义瞬时频率：现定义瞬时频率：上式可以改写为：上式可以改写为：非线性调制非线性调制37第37页，此课件共43页哦3.3.角度调制的定义：角度调制的定义：(t)是载波的相位。若使它随调制信号是载波的相位。若使它随调制信号m(t)以某种方式变化，则称其为角度以某种方式变化，则称其为角度调制。调制。（1 1）相位调制的定
14、义：若使相位）相位调制的定义：若使相位(t)随随m(t)线性变化，即令线性变化，即令 则称为相位调制。这时，已调信号的表示式为则称为相位调制。这时，已调信号的表示式为 此已调载波的瞬时频率为：此已调载波的瞬时频率为：即，在相位调制中瞬时频率随调制信号的导函数线性地变化。即，在相位调制中瞬时频率随调制信号的导函数线性地变化。非线性调制非线性调制-基本原理基本原理38第38页，此课件共43页哦(2)(2)频率调制的定义：频率调制的定义：若使瞬时频率直接随调制信号线性地变化，则称若使瞬时频率直接随调制信号线性地变化，则称为频率调制。为频率调制。瞬时角频率为瞬时角频率为 瞬时相位为瞬时相位为这时，已调
15、信号的表示式为：这时，已调信号的表示式为：上式表明，载波相位随调制信号的积分线性地变化上式表明，载波相位随调制信号的积分线性地变化 。非线性调制非线性调制-基本原理基本原理39第39页，此课件共43页哦(3)(3)相位调制和频率调制的比较：相位调制和频率调制的比较：l在相位调制中载波相位在相位调制中载波相位(t)随调制信号随调制信号m(t)线性地变化，线性地变化，而在频率调制中载波相位而在频率调制中载波相位(t)随调制信号随调制信号m(t)的积分线的积分线性地变化。性地变化。l若将若将m(t)先积分，再对载波进行相位调制，即得到频率先积分，再对载波进行相位调制，即得到频率调制信号。类似地，若将
16、调制信号。类似地，若将m(t)先微分，再对载波进行频先微分，再对载波进行频率调制，就得到相位调制信号。率调制，就得到相位调制信号。l仅从已调信号波形上看无法区分二者。二者的区别仅仅从已调信号波形上看无法区分二者。二者的区别仅在于已调信号和调制信号的关系不同。在于已调信号和调制信号的关系不同。非线性调制非线性调制-基本原理基本原理40第40页，此课件共43页哦窄带调频与宽带调频窄带调频（NBFM）宽带调频（WBFM）不满足满足41第41页，此课件共43页哦调制方式信号带宽制度增益设备复杂度主要应用DSB2中等较少应用SSB1复杂短波无线电广播，话音频分多路VSB略大于 近似SSB近似SSB复杂商用电视广播AM2/3简单中短波无线电广播FM中等超短波小功率电台(窄带FM)，微波中继，调频立体声广播(宽带FM)各种模拟调制系统的性能比较42第42页，此课件共43页哦小结小结 模拟调制模拟调制线性调制线性调制非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)振幅调制振幅调制AMAM双边带双边带DSBDSB调制调制单边带单边带SSBSSB调制调制残留边带残留边带VSBVSB调制调制相位调制相位调制频率调制频率调制43第43页，此课件共43页哦