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1、通信原理通信原理第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理2 基带信号基带信号具有较低的频率分量具有较低的频率分量，不宜通过无线信，不宜通过无线信道传输道传输。因此，在通信系统因此，在通信系统的发送端需要由的发送端需要由一个载波来运一个载波来运载基带信号载基带信号，也就是使载波信号的，也就是使载波信号的某一个某一个(或几个或几个)参量随参量随基带信号基带信号改变改变，这一过程，这一过程就称为就称为调制调制。在通信系统在通信系统的的接收端接收端则需要有则需要有解
2、调解调过程过程。第第5章章模拟调制系统模拟调制系统内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理3第第5章章模拟调制系统模拟调制系统u基本概念基本概念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。把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义调制广义调制分为分为基带调制基带调制和和带通调制带通调制（也称（也称载波调制载波调制）。狭义调制狭义调制仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。合，调制一词均指载波调制。调制信号调制信号指来自
3、信源的基带信号指来自信源的基带信号载载波波未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。波，也可以是非正弦波。载波调制载波调制用调制信号去控制载波的参数的过程用调制信号去控制载波的参数的过程。已调信号已调信号载波受调制后称为已调信号。载波受调制后称为已调信号。解调（检波）解调（检波）调制的逆过程，其作用是将已调信号中调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。的调制信号恢复出来。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理4第第5章章模拟调
4、制系统模拟调制系统u调制的目的调制的目的：1.将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调信号（频带信号）；信号（频带信号）；提高无线通信时的天线辐射效率。提高无线通信时的天线辐射效率。2.把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，实现信道的实现信道的多路复用多路复用，提高信道利用率提高信道利用率；3.扩展信号带宽，扩展信号带宽，减小干扰减小干扰 ，提高系统抗干扰能力和抗衰，提高系统抗干扰能力和抗衰落能力落能力 ；4.实现传输带宽与信噪比之间的互换。实现传输带宽与信噪比之间的互换。内蒙古大学电子信息工程学院内
5、蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理5u 调制方式：调制方式：根据根据调制信号的形式调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制可分为模拟调制和数字调制；根据根据载波的选择载波的选择可分为以正弦波作为载波的可分为以正弦波作为载波的连续波调制连续波调制和和以脉冲串作为载波的以脉冲串作为载波的脉冲调制脉冲调制。第第5章章模拟调制系统模拟调制系统u常见的模拟调制：常见的模拟调制：幅度调制：调幅、双边带幅度调制：调幅、双边带DSB、单边带、单边带SSB和和残留边带残留边带VSB角度调制：频率调制、相位调制角度调制：频率调制、相位调制内
6、蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理6 本章重点讨论用本章重点讨论用取值连续的调制信号取值连续的调制信号取值连续的调制信号取值连续的调制信号去控制正弦去控制正弦载波参数的模拟调制载波参数的模拟调制。u 本章主要内容：本章主要内容：各种各种已调信号的已调信号的时域波形时域波形和和频谱结构频谱结构；调制调制和和解调解调的的原理；原理；系统的系统的抗噪声性能抗噪声性能。第第5章章模拟调制系统模拟调制系统内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程
7、学院 通信原理通信原理通信原理通信原理7第第5章章模拟调制系统模拟调制系统5.1幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理5.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.3非线性调制（角度调制）原理非线性调制（角度调制）原理5.4调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能5.5各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较5.6频分复用和调频立体声频分复用和调频立体声内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理85.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 幅度调制幅度调制是
8、用调制信号去控制高频载波的是用调制信号去控制高频载波的幅度幅度，使之随调，使之随调制信号作线性变化的过程制信号作线性变化的过程。幅度调制器幅度调制器的一般模型如图所示的一般模型如图所示：图中，图中，mm(t t)是基带信号，是基带信号，h h(t t)是滤波器的单位冲激响应是滤波器的单位冲激响应；为载波幅度，为载波幅度，为载波角频率；为载波角频率；为载波初始相位；为载波初始相位；为方便分析，一般假定为方便分析，一般假定，。图图 5-0 5-0 幅度调制器的一般模型幅度调制器的一般模型正弦载波正弦载波内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息
9、工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理95.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 幅度调制信号，在幅度调制信号，在波形波形上，它的幅度上，它的幅度(包络包络)随基带信号规随基带信号规律而变化；在律而变化；在频谱结构频谱结构上，它的频谱上，它的频谱完全是基带信号频谱结构完全是基带信号频谱结构在频域内的在频域内的简单搬移简单搬移。更为更为一般的情况一般的情况是滤波器的冲激响应是滤波器的冲激响应，或者不，或者不采用滤波器。这时幅度调制信号可以表示为：采用滤波器。这时幅度调制信号可以表示为：如果调制信号如果调制信号m(t)的频谱为的频谱为，则容易得到已调信号，则容易得到已调信号的频谱
10、的频谱为：为：内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理10 由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性线性调制调制。这里的这里的“线性线性”并不意味着已调信号和信号之间符合线并不意味着已调信号和信号之间符合线性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。程。5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 在图在图5-0模型中，适当选择滤波器的特性模型中，适当选择滤波器的特
11、性H()，便可以，便可以得得到到各种幅度调制信号。各种幅度调制信号。常规双边带调幅（常规双边带调幅（AM）抑制载波双边带调幅（抑制载波双边带调幅（DSB-SC）单边带调幅（单边带调幅（SSB）残留边带调幅（残留边带调幅（VSB）内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理115.1.1标准调幅标准调幅(AM)假设调制信号假设调制信号m(t)的平均值为的平均值为0，将其叠加直流偏量，将其叠加直流偏量A0后后，与载波相乘与载波相乘，就可形成调幅，就可形成调幅(AM)信号信号。5.1幅度调制幅度调制(线性调
12、制线性调制)的原理的原理图图 5-15-1AM AM 调制模型调制模型其中，这里假设其中，这里假设 m(t)为确知信为确知信号；如果号；如果m(t)为随机信号，则为随机信号，则已调信号的频域须用功率谱来已调信号的频域须用功率谱来描述。描述。图 5-2AM 信号 的 波形 和 频谱下边带上边带载频载频内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理135.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 通过调制信号的波形可以看出，通过调制信号的波形可以看出，如果如果，则，则AM波的包络与波的包络与调制信
13、号调制信号m(t)的形状完全一样，因此的形状完全一样，因此用包络检波的方法就很容易从已调信用包络检波的方法就很容易从已调信号中恢复出原始调制信号；号中恢复出原始调制信号；如果调制信号如果调制信号，就会出，就会出现现“过调幅过调幅”现象，这时用包络检波现象，这时用包络检波将会发生失真，需要采用其他的解调将会发生失真，需要采用其他的解调方法方法，如同步检波。，如同步检波。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理14n调制效率调制效率 已调信号中，有用功率（承载信息所用的功率）已调信号中，有用功率（承载
14、信息所用的功率）占信号总功率的比例称为调制效率，用占信号总功率的比例称为调制效率，用表示。表示。假定假定则则式中，式中，Pc为为载波功率载波功率，Ps为为边带功率边带功率。5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理155.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理调制效率调制效率：若则式中为 调幅指数调幅指数（或 调制幅度调制幅度）内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通
15、信原理通信原理通信原理通信原理165.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理n调制效率调制效率：，则 在 满调幅满调幅 情况 下，若n 调幅指数：调幅指数：AM=Am/AoAM1：过调制：过调制/过调幅过调幅m(t)为一般信号时为一般信号时内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理175.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理n结论：结论：AM信号的信号的总功率总功率包括包括载波功率载波功率和和边带功率边带功率两部分两部分；载波分量不携带信息，仍占据大部分功率；载波分量不携带
16、信息，仍占据大部分功率；AM信号的信号的功率利用率比较低功率利用率比较低。AM的优点是的优点是系统结构简单，价格低廉系统结构简单，价格低廉，所以至今仍广泛用，所以至今仍广泛用于无线电广播。于无线电广播。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理185.1.2双边带调制双边带调制(DSB)在在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果在传送。如果在AM调制模型中将直流调制模型中将直流A0去掉，即可得到一种高调去掉，即可得到一种高调制效率的调制
17、方式制效率的调制方式抑制载波双边带信号（抑制载波双边带信号（DSB-SC），简，简称称双边带信号双边带信号(DSB)。DSB的频谱与的频谱与AM相近，只是没有了在相近，只是没有了在 处的处的 函数。函数。其其时域时域和和频域频域表示式表示式分别为分别为5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理19 图图 5-35-3DSBDSB信号的波形和频谱信号的波形和频谱5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理载波载波反相点反相点内蒙古大学电子
18、信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理205.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理u 与与AM信号比较，因为不存在载波分量，信号比较，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效信号的调制效率是率是100%，即全部功率都用于信息传输。，即全部功率都用于信息传输。u由时间波形可知，由时间波形可知，DSB信号的包络信号的包络不再与调制信号的变化不再与调制信号的变化规律一致规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用采用相干解调相干解调(同步检波同
19、步检波)。u 由频谱图可知，由频谱图可知，DSB信号虽然节省了载波功率，但它的频信号虽然节省了载波功率，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍带宽度仍是调制信号带宽的两倍，上、下两个边带是完全对称，上、下两个边带是完全对称的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可以节省一半传输频带，边带即可。这样既节省发送功率，还可以节省一半传输频带，称为称为单边带调幅（单边带调幅（SSB）。）。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信
20、原理通信原理通信原理215.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 单边带信号的产生方法通常有单边带信号的产生方法通常有滤波法滤波法和和相移法。相移法。1.滤波法及滤波法及SSB信号的频域表示信号的频域表示 产生产生SSB信号信号最直观的方法是先产生一个双边带信号，然最直观的方法是先产生一个双边带信号，然后让其通过一个后让其通过一个边带滤波器边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。带信号。技术难点：技术难点：由于调制信号常具有丰富的低频成分，使得由于调制信号常具有丰富的低频成分，使得DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄信号的上、下边带之间的间隔
21、很窄,这要求单边带滤波器这要求单边带滤波器在在f c 附近具有陡峭的截止特性，这就使滤波器的设计和制作附近具有陡峭的截止特性，这就使滤波器的设计和制作很困难。很困难。图图 5-4 5-4 滤波法滤波法SSBSSB信号调制器信号调制器5.1.35.1.3单边带调制单边带调制单边带调制单边带调制(SSBSSB)内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理235.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理SSB信号的频域表示信号的频域表示上边带（上边带（USB）滤波器）滤波器下边带（下边带（LSB）
22、滤波器）滤波器SSB信号的频域表示信号的频域表示内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理245.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理5.1.3单边带调制单边带调制(SSB)上边带上边带下边带下边带图 5-5 滤波法形成上、下边带信号的频谱图内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理255.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 实现滤波器的难易程度与过渡带相对于载频的归一化值有
23、实现滤波器的难易程度与过渡带相对于载频的归一化值有关关，该值越小，边带滤波器就越难实现。，该值越小，边带滤波器就越难实现。当调制信号中含有直当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。流及低频分量时滤波法就不适用了。为此，在工程中往往采用为此，在工程中往往采用多级调制滤波多级调制滤波的方法得到单边带的方法得到单边带调幅信号。调幅信号。一般采用两级，即先在较低的载频上进行一般采用两级，即先在较低的载频上进行DSB调制，调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求的载频上进行第二次调制。的载频上进行第二次调制。过渡带过
24、渡带过渡带过渡带内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理265.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理多级调制滤波多级调制滤波内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理272.相移法和相移法和SSB信号的时域表示信号的时域表示 在单频调制情况下，可简单推导出 SSB信号的时域表示式时域表示式。而任意一个基带波形任意一个基带波形总可以表示成许多正弦信号之和之和，所以可进行推广。设单频调制信号m
25、(t)和载波c(t)分别为则DSB信号的时域表示式为5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理285.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理295.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理上边带信号时域表达式为：上边带信号时域表达式为：下边带信号时域表达式为：下边带信号时域表达式为：内蒙古
26、大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理305.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理把上下边带表达式合并起来可以写成：把上下边带表达式合并起来可以写成：u上式中上式中Amsin mt 可以看作是可以看作是Amcos mt 相移相移-/2的结果。的结果。把这一相移过程称为把这一相移过程称为希尔伯特变换希尔伯特变换(Hilbert)，记为，记为“”，则：则：式中，式中，“”表示上边带信号，表示上边带信号，“+”表示下边带信号。表示下边带信号。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院
27、内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理315.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理把上式推广到一般情况，则得到：把上式推广到一般情况，则得到：的希尔伯特变换，的希尔伯特变换，是是)()(tmtm是将基带信号是将基带信号m(t)中每个分量移相中每个分量移相-/2得到的。得到的。-jsgn 可以看作可以看作是希尔伯特滤波器是希尔伯特滤波器传递函数。传递函数。符号函数符号函数若若为傅立叶变换对傅立叶变换对则则内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通
28、信原理335.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理u相移法得到相移法得到SSB信号信号图图 5-6 5-6 相移法相移法SSBSSB信号调制器信号调制器Hilbert滤波器内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理35u相移法形成相移法形成SSB信号的信号的困难困难在于在于Hilbert滤波器的制作滤波器的制作，要，要求对求对m(t)的所有频率分量都必须严格相移的所有频率分量都必须严格相移/2，这一，这一点即使近似达到也是困难的。点即使近似达到也是困难的。u为解决该难题，可采用混合法为
29、解决该难题，可采用混合法(也叫维弗法也叫维弗法)。uSSB调制方式在传输信号时，不但可节省载波发射功率调制方式在传输信号时，不但可节省载波发射功率，而且它所占用的而且它所占用的频带宽度为频带宽度为BSSB=fH，比，比AM、DSB减少减少了一半，因此目前已成为短波通信中一种重要调制方式了一半，因此目前已成为短波通信中一种重要调制方式。uSSB信号的解调和信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波一样不能采用简单的包络检波，仍需采用仍需采用相干解调相干解调。5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古
30、大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理365.1.4残留边带调制残留边带调制(VSB)5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理u 残留边带调制残留边带调制是介于是介于SSB与与DSB之间的一种折中方式之间的一种折中方式，它既克服了它既克服了DSB信号占用频带宽的信号占用频带宽的缺点缺点，又解决了，又解决了SSB信号信号实现中的难题实现中的难题。u 在在VSB中，不是完全抑制一个边带中，不是完全抑制一个边带(如同如同SSB中那样中那样)，而是逐渐切割，而是逐渐切割，使其残留一小部分，使其残留一小部分。图 5-7DSB、SSB 和 VSB 信号的频谱内蒙古大学电子信息
31、工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理385.1.4残留边带调制残留边带调制(VSB)5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理u调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法SBB调制器相同。调制器相同。不过，这时图中不过，这时图中滤波器的特性应按残留边带调制的要求滤波器的特性应按残留边带调制的要求来进行设计来进行设计，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比单边，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比单边带滤波器容易制作。带滤波器容易制作。图
32、图 5-4 5-4 滤波法滤波法SSBSSB信号调制器信号调制器图图图图 5-85-85-85-8VSB VSB VSB VSB 调制和解调器模型调制和解调器模型调制和解调器模型调制和解调器模型(a)(a)(a)(a)调制器调制器调制器调制器 (b)(b)(b)(b)解调器解调器解调器解调器SDSB(t)根据频域卷积定理可知，乘积根据频域卷积定理可知，乘积Sp(t)对应的频谱为对应的频谱为:(将将式式(5.1-22)代入上式，得到代入上式，得到(5.1-22)式中式中M(+2 c)及及M(-2 c)是搬移到是搬移到+2 c和和-2 c处的频谱，处的频谱，它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是
33、，低通滤波它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波器的输出频谱为器的输出频谱为:内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理415.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理通过上面的分析得出，为了保证相干解调输出无失真地恢通过上面的分析得出，为了保证相干解调输出无失真地恢复调制信号复调制信号m(t)，必须要求，必须要求上式中，上式中，是调制信号的截止角频率。是调制信号的截止角频率。常数常数上述条件的含义是：残留边带滤波器的特性上述条件的含义是：残留边带滤波器的特性H()在在 c处必
34、须处必须具有具有互补对称互补对称（奇对称）特性（奇对称）特性,相干解调时才能无失真地从残相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。留边带信号中恢复所需的调制信号。(a)(a)残留部分上边带残留部分上边带的滤波器特性的滤波器特性;(b);(b)残留部分下边带残留部分下边带的滤波器特性的滤波器特性图图 5-9 5-9 残留边带的滤波器特性残留边带的滤波器特性低通低通带通带通或或高通高通两两种种形形式式残留边带滤波器的几何解释残留边带滤波器的几何解释 以 残留上边带残留上边带的 滤滤波器波器为例，它是一个低低通通滤波器。使上边带上边带小部分残留，而使下边带下边带绝大部分通过。在=0处
35、 具有 互补互补对称的滚降特性对称的滚降特性 残留边带滤波器的特性：在c 处 具有 互互补对称补对称(奇对称奇对称)特性特性.那么，采用相干解调相干解调法法解调残留边带信号就能够准确地恢复所需的 基带信号。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理445.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理5.1.5相干解调与包络检波相干解调与包络检波解调解调是调制的逆过程，其作用是从接收到的已调信号中恢是调制的逆过程，其作用是从接收到的已调信号中恢复出原基带信号（调制信号）。解调的方法可以分为两类：
36、相复出原基带信号（调制信号）。解调的方法可以分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。干解调和非相干解调（包络检波）。1.相干解调（同步检波）相干解调（同步检波）图图 5-12 5-12 相干解调器的一般模型相干解调器的一般模型内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理455.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理相干解调器适用于所有相干解调器适用于所有线性调制信号的解调。线性调制信号的解调。以以DSB信号的解调为例信号的解调为例LPF相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须
37、提相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为（称为相干载波相干载波）。）。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理485.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理2.包络检波包络检波图图 5-13 5-13 包络检波器包络检波器AM信号在满足信号在满足|m(t)|max A0的条件下，其包络与调制信的条件下，其包络与调制信号号m(t)的形状完全一样。因此的形状完全一样。
38、因此AM信号除了可以采用相干解调信号除了可以采用相干解调外，一般都采用简单的包络检波法来恢复信号。外，一般都采用简单的包络检波法来恢复信号。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理495.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理利用包络检波器对利用包络检波器对AM信号解调时的各点波形信号解调时的各点波形=Sd(t)隔去直流后即可得到原信号隔去直流后即可得到原信号m(t)。半波整流结果半波整流结果内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信
39、息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理505.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理在大信号检波时（一般大于在大信号检波时（一般大于0.5V），二极管处于），二极管处于受控开关状态。选择受控开关状态。选择RC 满足如下关系满足如下关系其中，其中，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。是载波的频率。包络检波器结构简单，且解调出的信号是相干解包络检波器结构简单，且解调出的信号是相干解调时输出的两倍。因此一般调时输出的两倍。因此一般AM信号均采用包络检波的信号均采用包络检波的方法进行解调。方法进行解调。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程
40、学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理515.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能前面的分析（解调）都是在没有噪声的条件下进行的，而前面的分析（解调）都是在没有噪声的条件下进行的，而实际的系统都避免不了噪声的影响。因此本节将要研究的问题实际的系统都避免不了噪声的影响。因此本节将要研究的问题是：在信道加性高斯白噪声的背景下，各种线性调制系统的抗是：在信道加性高斯白噪声的背景下，各种线性调制系统的抗噪声性能。噪声性能。5.2.1分析模型分析模型图图5-14 5-14 解调器抗噪声性能分析模型解调器抗噪声性能分析模型带通带通滤波器滤波
41、器解调器解调器sm(t)已调信号已调信号n(t)信道加性高斯白噪信道加性高斯白噪ni(t)带通滤波后的噪声带通滤波后的噪声mo(t)输出有用信号输出有用信号no(t)输出噪声输出噪声 若白噪声的双边功率谱密度双边功率谱密度为 n0/2，带通滤波器传输特传输特性性是 高度 为 1、带宽为 B 的 理想矩形函数理想矩形函数,则：当 带通滤波器带宽远小于其中心频率中心频率时 (窄带滤波器窄带滤波器)，n i(t)为 平稳窄带高斯白噪声平稳窄带高斯白噪声。或者 Ni 为解调器 输入噪声输入噪声 n i(t)的平均功率平均功率。根据高斯随机过程通过线性系统性质：根据高斯随机过程通过线性系统性质：1u 带
42、宽带宽B应等于已调信号的频带宽度，以保证已调信号无失真应等于已调信号的频带宽度，以保证已调信号无失真地进入解调器，同时又最大限度地抑制噪声。地进入解调器，同时又最大限度地抑制噪声。u 评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看解调器的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输出信噪比。1u评价一个模拟通信系统质量的好坏评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看解调器的，最终是要看解调器的输输出信噪比出信噪比。u为衡量同类调制系统不同解调器对输入信噪比的影响为衡量同类调制系统不同解调器对输入信噪比的影响，可用，可用输出和输入信噪比的比值输出和输入信噪比的比值G 来表示，即来表
43、示，即u G 越大，表明解调器的抗噪声性能越好越大，表明解调器的抗噪声性能越好。调制制度增益调制制度增益G内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理555.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.2.2DSB调制系统的性能调制系统的性能图图5-13DSB相干解调的抗噪声性能分析模型相干解调的抗噪声性能分析模型解调器输出的有用信号功率解调器输出的有用信号功率相干解调属线性解调相干解调属线性解调，所以可以分别，所以可以分别计算解调器输出的信号功率和噪声功率计算解调器输出的信号功率和噪声功率
44、低通滤波器的带宽低通滤波器的带宽B2f H，为双边带信号的带宽，为双边带信号的带宽。解调解调DSB时，接收机中的时，接收机中的BPF的中心频率的中心频率0与调制载频与调制载频c 相同相同，即，即 0 0 c c 经 LPF 后故输出噪声功率输出噪声功率为：正交分量正交分量被抑制输入信号平均功率输入信号平均功率为：制度增益制度增益：u DSB信号解调器使信号解调器使信噪比改善一倍信噪比改善一倍信噪比改善一倍信噪比改善一倍，这是因为同步解调，这是因为同步解调使输入使输入噪声的一个正交分量噪声的一个正交分量噪声的一个正交分量噪声的一个正交分量 n ns s(t t)被消除被消除被消除被消除的缘故。的
45、缘故。解调器输入信号：解调器输入信号：输出噪声功率输出噪声功率为：输入噪声功率输入噪声功率为：输出有用信号功率输出有用信号功率为：内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理585.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.2.3SSB调制系统的性能调制系统的性能 单边带信号单边带信号单边带信号单边带信号的解调方法与的解调方法与双边带信号双边带信号双边带信号双边带信号相同相同，区别仅在于解，区别仅在于解调器之前的带通滤波器的带宽和中心频率不同调器之前的带通滤波器的带宽和中心频率不同。前者带
46、通滤波。前者带通滤波器的带宽是后者的器的带宽是后者的一半一半.与与相干载波相干载波相乘相乘后，再经后，再经低通滤波低通滤波可得可得：正交分量正交分量 被抑制单边带解调器的单边带解调器的输入信噪比为：输入信噪比为：输出信噪比输出信噪比 为：制度增益制度增益 为：SSB信噪比信噪比没有改善没有改善没有改善没有改善。这是因为在这是因为在SSB系统中，系统中，信号和信号和噪声有相同表噪声有相同表示形式示形式，所以，相干解调过程中，所以，相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制掉信号和噪声的正交分量均被抑制掉。u 若在相同输入信号功率若在相同输入信号功率S i，相同输入噪声功率谱密度，相同输入噪声功
47、率谱密度n0，相同基带信号带宽，相同基带信号带宽f H条件下，对这两种调制方式进行比较条件下，对这两种调制方式进行比较，它们的输出信噪比是相等的，它们的输出信噪比是相等的。u 因此因此DSB与与SSB的抗噪声性能是相同的的抗噪声性能是相同的，但双边带信号所但双边带信号所需的传输带宽是单边带的两倍需的传输带宽是单边带的两倍。GDSB=2GSSB。这是否说明双边带系统的抗噪声性能比单。这是否说明双边带系统的抗噪声性能比单边带系统好呢边带系统好呢？否！否！否！否！制度增益制度增益：uVSB系统的抗噪声性能分析方法相似，但因系统的抗噪声性能分析方法相似，但因VSB滤波器频滤波器频率特性形状不同，计算比
48、较复杂。在残留部分不大时，其抗率特性形状不同，计算比较复杂。在残留部分不大时，其抗噪声性能可近似认为与噪声性能可近似认为与SSB相同。相同。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理615.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.2.4AM包络检波的性能包络检波的性能解调器输入是信号加噪声的混合波形解调器输入是信号加噪声的混合波形，即，即 合成包络合成包络 合成相位合成相位 E E(t t)是是理理想想包包络络检检波波器器的的输输出出，有有用用信信号号与与噪噪声声无无无无法法法法完完完
49、完全全全全 分分分分开开开开。因因此此，计计算算输输输输出出出出信信信信噪噪噪噪比比比比是是困困难难的的。我我们们来来考考虑虑大大信信噪噪比比和小信噪比两种特殊情况和小信噪比两种特殊情况：图图图图 5-14 AM 5-14 AM 5-14 AM 5-14 AM 包络检波的抗噪声性能分析模型包络检波的抗噪声性能分析模型包络检波的抗噪声性能分析模型包络检波的抗噪声性能分析模型n 大信噪比情况：大信噪比情况：大信噪比情况：大信噪比情况：合成包络合成包络n 大信噪比情况：大信噪比情况：大信噪比情况：大信噪比情况：合成包络合成包络式中直流分量式中直流分量A0被电容器阻隔被电容器阻隔，有用信号与噪声独立地
50、，有用信号与噪声独立地分成两项分成两项，因而可分别计算出输出有用信号功率及噪声功率，因而可分别计算出输出有用信号功率及噪声功率：输出信噪比：输出信噪比：制度增益：制度增益：uAM信号的调制制度增益信号的调制制度增益GAM随随A A0 0的的减小减小而而增加增加。u为了不发生过调制，为了不发生过调制，A A00|m m(t t)|)|maxmax，所以，所以GAM总是小于总是小于1。u这说明这说明AM解调器对输入信噪比没有改善解调器对输入信噪比没有改善，而是恶化了，而是恶化了。制度增益：制度增益：例：例：100%的调制的调制(即即A0|m(t)|max)，m m(t t)是正弦型信号，是正弦型信