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1、北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统基本概念基本概念 调制调制：发送端把基带信号频谱搬移搬移到给定信道通带内的过程。解调解调：在接收端把已搬移搬移到给定信道通带内的频谱还原还原为基 带信号频谱的过程。载波载波：频率在给定信道通带内的基带信号的载体，可分为正正 弦波载波弦波载波和脉冲载波脉冲载波。调制信号调制信号：携带信息的基带信号。正弦波载波调制正弦波载波调制：用正弦波作为载波。脉冲编码调制脉冲编码调制：用脉冲串作为载波的数字调制。已调波信号已调波信号：调制信号(基带信号)将载波调制后载波调制后形成的信号。1北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调
2、制系统调制的作用调制的作用 信道复用：将多路信号互不干扰的支配在同一物理信道中 传输。改善系统抗噪实力：通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰 性，如FM替代AM。频率变换频率变换：如将（0.33.4KHz）有效带宽内的语音信号调制 到高频段上去。调制系统模型调制系统模型调制的分类调制的分类 调制信调制信号号已调信已调信号号载波信载波信号号2北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统（第（第7 7章）章）残留边带残留边带（VSB-Vestigial Side Band）分分类类幅度调制幅度调制数字数字调制调制调幅调幅（AM-Amplitude Modulation）双边带双边带
3、（DSB-Double Side Band）模拟模拟调制调制角度调制角度调制调频调频（FM-Frequency Modulation）调相调相（PMPhase Modulation）单边带单边带（SSB-Single Side Band）按调制器传按调制器传输函数分类：输函数分类：按载波信号分类按载波信号分类连续波调制连续波调制：脉冲调制脉冲调制：c(t)连续，如c(t)=cosct；c(t)为脉冲，如周期矩形脉冲序列。线性调制线性调制：调制前、后的频谱呈线性搬移关系。非线性调制非线性调制：调制后会产生新的频率成份。3北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 调制系统中
4、探讨的主要问题和主要参数调制系统中探讨的主要问题和主要参数 探讨的主要问题：探讨的主要问题：（1）工作原理；）工作原理；（2）已调信号的带宽；）已调信号的带宽；（3）功率关系；）功率关系；（4）噪声对调制系统的影响。）噪声对调制系统的影响。主要参数：主要参数：（1）发送功率；）发送功率；（2）传输带宽；）传输带宽；（3）抗噪声性能；）抗噪声性能；（4）设备的困难性。）设备的困难性。这些参数是各种调制系统比较的基础，也是选择和设计调制系统的依据。4北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1 幅度调制的原理幅度调制的原理 用调制信号去限制高频载波的振幅，使其振幅随调制信
5、号作线性变更的过程。幅度调制的概念幅度调制的概念设正弦型载波为：设正弦型载波为：幅度调制信号的一般表达式为：幅度调制信号的一般表达式为：幅度调制器的一般模型幅度调制器的一般模型5北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统对应频谱为：对应频谱为：线性调制：已调信号的谱结构是基带调制信号频谱结构的简洁线性调制：已调信号的谱结构是基带调制信号频谱结构的简洁平移及线性变换，因此幅度调制又称为线性调制。平移及线性变换，因此幅度调制又称为线性调制。不同不同h(t)的特性的特性AMDSBSSBVSB常规调幅常规调幅AM：H()为全通全通网络，m(t)有直流成分。抑制载波双边带调制抑制载
6、波双边带调制DSB:H()为全通全通网络,m(t)无直流成分。抑制载波单边带调制抑制载波单边带调制SSB:H()为截至频率为c的高通高通或低通低通滤波器，m(t)无直流成分。残留边带调制残留边带调制VSB:H()是特定的互补特性互补特性滤波器，m(t)无直流成分。6北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.1 调幅调幅(AM)基本原理基本原理m(t)Acosw wctsAM(t)m(t)A0A+m(t)线性调幅线性调幅不过调不过调的条件：的条件：7北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统频谱特点频谱特点A-Ac(t)m(t)A00A0+m(
7、t)tsAM(t)tM(f)ffmC(f)fc-fcfS(f)2fm2fm-fcfcf8北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统AM信号在1电阻上的平均功率应等于sAM(t)的均方值。功率功率当m(t)为确知信号时，sAM(t)的均方值即为其平方的时间平均。边带功率边带功率当m(t)为余弦波，且“满调幅满调幅”两边带功率之和两边带功率之和 载波功率之半载波功率之半9北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统调制效率调制效率若“满调幅满调幅”时时10北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.2 双边带（双边带（DSB）调
8、制）调制基本原理基本原理调制信号m(t)没有直流重量时，得到DSB信号。)(th)(tmtcwcos)(tsDSB11北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统上、下边带均包含调制信号的全部信息；幅度减半，带宽加倍；线性调制。频谱特点频谱特点12北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统功率功率DSB信号的功率仅由边带功率构成：调制效率调制效率13北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.3 单边带单边带(SSB)调制调制基本原理基本原理 DSB信号两个边带包含的信息相同，从信息传输的角度来考虑，传输一个边带就足够了。用
9、滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号14北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统正变换正变换反变换反变换在在时间域时间域的数学描述如下：的数学描述如下：在在频率域频率域中的数学描述为：中的数学描述为：将一个信号波形中的全部频率重量相移将一个信号波形中的全部频率重量相移-90-90后所得的时间信号后所得的时间信号就叫做原信号的希尔波特变换。就叫做原信号的希尔波特变换。基础学问基础学问-希尔波特（希尔波特（Hilbert）变换）变换 15北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 信号和它的希尔波特变换具有相同的能量谱密度或相同的功率谱密度。推论
10、：推论：a、信号和它的希尔波特变换的能量(或功率)相同。b、信号和它的希尔波特变换具有相同的自相关函数。c、信号和它的希尔波特变换互为正交。Hilbert变换的性质变换的性质:常用的希尔波特变换对：常用的希尔波特变换对：16北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统频谱表达式频谱表达式17北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统SSB信号的时域表达式信号的时域表达式 上边带上边带下边带下边带18北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统用相移法形成单边带信号用相移法形成单边带信号Hh()21m(t)sSSB(t)21m(t)c
11、osctcosct21m(t)sin ct21m(t)优点：优点：具有最窄的传输带宽，信道利用率最高；缺点：电路实现困难，技术要求高；解调时同步误差要小。缺点：电路实现困难，技术要求高；解调时同步误差要小。19北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.4 残留边带调幅（残留边带调幅（VSB）基本原理基本原理 残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题。20北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统VSB的过程分析的过程分析VSB解调器模型解调器模型滤波法实现残留边带
12、调制滤波法实现残留边带调制21北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统传输残留部分传输残留部分下边带下边带的滤波器特性的滤波器特性传输残留部分传输残留部分上边带上边带的滤波器特性的滤波器特性 22北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统残留边带滤波器残留边带滤波器的几何说明的几何说明23北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型滤波法模型滤波法模型输出信号时域表示式:输出信号频域表示式:移相法模型移相法模型(p95)24北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调
13、制系统5.1.6 相干解调与包络检波相干解调与包络检波相干解调相干解调设已调信号的表达式为：25北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统包络检波包络检波适用条件：AM信号，且要求|m(t)|max A0选择RC满足如下关系：检波器的输出：设输入信号是：26北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.2 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分析模型分析模型解调器抗噪声性能分析模型解调器抗噪声性能分析模型噪声分析噪声分析窄带的高斯噪声:27北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 若白噪声的双边功率谱密度为
14、n0/2，带通滤波器传输特性是高度为1。解调器输出信噪比解调器输出信噪比调制制度增益调制制度增益28北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.2.2 DSB调制系统的性能调制系统的性能DSB相干解调抗噪声性能分析模型相干解调抗噪声性能分析模型信号功率计算信号功率计算解调器输出端的有用信号功率：B=2fH29北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统噪声功率计算噪声功率计算输出噪声功率：B=2fH30北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统信噪比计算信噪比计算输入信噪比输出信噪比：制度增益计算制度增益计算B=2fH31北京工
15、商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.2.3 SSB调制系统的性能调制系统的性能信号功率计算信号功率计算输出信号平均功率：B=fH输入信号平均功率：32北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统噪声功率计算噪声功率计算B=fH信噪比计算信噪比计算输入信噪比：输出信噪比：制度增益计算制度增益计算问题：问题：DSB调制的性能是否优于调制的性能是否优于SSB调制。调制。33北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.2.4 AM包络检波的性能包络检波的性能包络检波器分析模型包络检波器分析模型输入信噪比计算输入信噪比计算34北京工商
16、大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统包络计算包络计算输出信噪比计算输出信噪比计算大信噪比状况大信噪比状况35北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统探讨探讨1、AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加。2、GAM总是小于1，这说明包络检波器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。3、对于100%的调制，且m(t)是单频正弦信号，这时AM 的最大信噪比增益为4.可以证明，接受同步检测法解调AM信号时，得到的调制制度增益与上式给出的结果相同。36北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统小信噪比状况小信噪比状况结论结论在大噪声状况下，在大噪声状况下，AMAM系统非相干解调无法复原原始信号系统非相干解调无法复原原始信号m(t)m(t)。37北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统门限效应门限效应 包络检波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，这种现象称为门限效应，而该特定的数值称为门限。门限效应门限效应 大信噪比状况下，AM信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同;但随着信噪比的减小，包络检波器将在一个特定输入信噪比值上出现门限效应;一旦出现门限效应，解调器的输出信噪比将急剧恶化。结论结论38北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统39