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1、会计学1樊昌信第樊昌信第 通信通信(tng xn)原理原理 第一页，共127页。2通信通信(tng xn)原理原理第5章 模拟(mn)调制系统第1页/共127页第二页，共127页。3第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n基本概念n n调制 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。n n广义调制 分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。n n狭义调制 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。n n调制信号 指来自信源的基带信号 n n载波调制 用调制信号去控制载波的参数的过程。n n载波 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。
2、n n已调信号 载波受调制后称为已调信号。n n解调（检波）调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复(huf)出来。第2页/共127页第三页，共127页。4第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n调制的目的调制的目的 n n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。n n把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。多路复用，提高信道利用率。n n扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。传输带
3、宽与信噪比之间的互换。n n调制方式调制方式 n n模拟调制模拟调制n n数字调制数字调制 n n常见的模拟调制常见的模拟调制n n幅度调制：调幅、双边幅度调制：调幅、双边(shungbin)(shungbin)带、单边带和残留边带、单边带和残留边带带n n角度调制：频率调制、相位调制角度调制：频率调制、相位调制 第3页/共127页第四页，共127页。5第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n5.1幅度调制（线性调制）的原理n n一般原理n n表示式：n n设：正弦型载波(zib)为n n式中，A 载波(zib)幅度；n n c 载波(zib)角频率；n n 0 载波(zib)
4、初始相位（以后假定0 0）。n n则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成n n n n式中，m(t)基带调制信号。第4页/共127页第五页，共127页。6第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n频谱频谱n n设调制信号设调制信号m(t)m(t)的频谱为的频谱为M(M()，则已调，则已调信号的频谱为信号的频谱为n n由以上表示式可见，在波形上，已调由以上表示式可见，在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地信号的幅度随基带信号的规律而正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移基带信号频谱在频域内的简单搬移
5、(精精确到常数确到常数(chngsh)(chngsh)因子因子)。由于这种。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制。但应注意，这里的称为线性调制。但应注意，这里的“线线性性”并不意味着已调信号与调制信号之并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上，任何调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程。制过程都是一种非线性的变换过程。第5页/共127页第六页，共127页。7第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n调幅（调幅（AM）n n时域表示式时域表示式n n式中式中 m(t)调制信号，均值为调制信号，
6、均值为0；n n A0 常数，表示叠加的直流分量。常数，表示叠加的直流分量。n n频谱：若频谱：若m(t)为确知信号，则为确知信号，则AM信号的频谱为信号的频谱为n n若若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式为随机信号，则已调信号的频域表示式必须用功率谱描述必须用功率谱描述(mio sh)。n n调制器模型调制器模型第6页/共127页第七页，共127页。8第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n波形图波形图n n由波形可以看出，当满足条件：由波形可以看出，当满足条件：n n|m(t)|m(t)|A0 A0n n 时，其包络与调制信号波形相同，时，其包络与调制信号波形相同，n n
7、因此用包络检波法很容易恢复出原因此用包络检波法很容易恢复出原n n 始调制信号。始调制信号。n n否则，出现否则，出现“过调幅过调幅”现象。这时用现象。这时用n n包络检波将发生失真。但是包络检波将发生失真。但是(dnsh)(dnsh)，可以，可以n n采用其他的解调方法，如同步检波。采用其他的解调方法，如同步检波。第7页/共127页第八页，共127页。9第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n频谱图频谱图n n由频谱可以由频谱可以(ky(ky)看出，看出，AMAM信号的频谱信号的频谱由由n n载频分量载频分量n n上边带上边带n n下边带下边带n n三部分组成。三部分组成。n n上
8、边带的频谱结构与原调制上边带的频谱结构与原调制n n信号的频谱结构相同，下边信号的频谱结构相同，下边n n带是上边带的镜像。带是上边带的镜像。载频分量载频分量上边带上边带下边带下边带第8页/共127页第九页，共127页。10第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n nAMAM信号的特性信号的特性n n带宽：它是带有载波分量的双边带宽：它是带有载波分量的双边(shungbin)(shungbin)带信号，带宽是基带信号带带信号，带宽是基带信号带宽宽 fH fH 的两倍：的两倍：n n功率：功率：n n当当m(t)m(t)为确知信号时，为确知信号时，n n若若n n则则n n式中式中Pc=A
9、02/2 Pc=A02/2 载载波功率，波功率，n n 边带功率。边带功率。第9页/共127页第十页，共127页。11第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n调制效率调制效率(xio l(xio l)n n 由上述可见，由上述可见，AMAM信号的总功率包括信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，载波分量并不携带率才与调制信号有关，载波分量并不携带信息。有用功率（用于传输有用信息的边信息。有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例称为调制效带功率）占信号总功率的比例称为调制效率率(xio l(xio l)
10、：n n当当m(t)=Am cos m(t)=Am cos mtmt时，时，n n代入上式，得到代入上式，得到n n当当|m(t)|max=A0|m(t)|max=A0时（时（100100调制），调调制），调制效率制效率(xio l(xio l)最高，这时最高，这时n n max max 1/3 1/3第10页/共127页第十一页，共127页。12第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n双边(shungbin)带调制（DSB）n n时域表示式：无直流分量A0n n频谱：无载频分量 n n曲线：第11页/共127页第十二页，共127页。13第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统
11、系统n n调制效率：调制效率：100100n n优点：节省了载波功率优点：节省了载波功率n n缺点：不能用包络检波，需用相干检缺点：不能用包络检波，需用相干检波，较复杂。波，较复杂。n n单边带调制（单边带调制（SSBSSB）n n原理：原理：n n双边带信号两个边带中的任意一个都双边带信号两个边带中的任意一个都包含包含(bohn)(bohn)了调制信号频谱了调制信号频谱M(M()的的所有频谱成分，因此仅传输其中一个所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。单边带调
12、制。n n产生产生SSBSSB信号的方法有两种：滤波法和信号的方法有两种：滤波法和相移法。相移法。第12页/共127页第十三页，共127页。14第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n滤波法及滤波法及SSBSSB信号的频域表示信号的频域表示n n滤波法的原理方框图滤波法的原理方框图 用边带滤波器，用边带滤波器，滤除不要的边带滤除不要的边带:n n图中，图中，H(H()为单边带滤波器的传输为单边带滤波器的传输函数，若它具有函数，若它具有(jy(jy u)u)如下理想高通如下理想高通特性：特性：n n则可滤除下边带。则可滤除下边带。n n若具有若具有(jy(jy u)u)如下理想低
13、通特性：如下理想低通特性：n n则可滤除上边带。则可滤除上边带。第13页/共127页第十四页，共127页。15第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n nSSBSSB信号信号(xnho)(xnho)的频谱的频谱n n上边带频谱图上边带频谱图:第14页/共127页第十五页，共127页。16第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n滤波法的技术难点滤波法的技术难点n n滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性n n例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为为300Hz300Hz，则上下边带之间的频率间隔为，则上下边带之间
14、的频率间隔为600Hz600Hz，即允许过渡带为，即允许过渡带为600Hz600Hz。在。在600Hz600Hz过过渡带和不太高的载频情况下，滤波器不难实渡带和不太高的载频情况下，滤波器不难实现；但当载频较高时，采用一级调制直接滤现；但当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能实现单边带调制。波的方法已不可能实现单边带调制。n n可以采用多级（一般可以采用多级（一般(ybn)(ybn)采用两级）采用两级）DSBDSB调制及边带滤波的方法，即先在较低的载频调制及边带滤波的方法，即先在较低的载频上进行上进行DSBDSB调制，目的是增大过渡带的归一调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器
15、的制作。再在要求的载化值，以利于滤波器的制作。再在要求的载频上进行第二次调制。频上进行第二次调制。n n当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。就不适用了。第15页/共127页第十六页，共127页。17第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n相移法和相移法和SSBSSB信号信号(xnho)(xnho)的时域表示的时域表示n nSSBSSB信号信号(xnho)(xnho)的时域表示式的时域表示式n n设单频调制信号设单频调制信号(xnho)(xnho)为为n n 载波为载波为n n则则DSBDSB信号信号(xnho)(xnho)的时域表示
16、式的时域表示式为为n n若保留上边带，则有若保留上边带，则有n n若保留下边带，则有若保留下边带，则有两式仅正负号不同第16页/共127页第十七页，共127页。18第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统将上两式合并将上两式合并(hbng)(hbng)：式中，式中，“”表示上边带信号，表示上边带信号，“+”“+”表示下表示下边带信号。边带信号。希尔伯特变换：上式中希尔伯特变换：上式中Am sinAm sin mtmt可以看作是可以看作是Am cosAm cos mt mt 相移相移/2/2的结果。把这一相移过的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记为程称为希尔伯特变换，记为“”“”
17、，则有，则有这样，上式可以改写为这样，上式可以改写为第17页/共127页第十八页，共127页。19第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统把上式推广到一般把上式推广到一般(ybn)(ybn)情况，则得到情况，则得到 式中，式中，若若M(M()是是m(t)m(t)的傅里叶变换，则的傅里叶变换，则式中式中上式中的上式中的-jsgn-jsgn 可以看作是希尔伯特滤波器可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即传递函数，即第18页/共127页第十九页，共127页。20第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n移相法移相法SSBSSB调制器方框图调制器方框图n n优点：不需要滤波器具有陡峭的
18、截止特性。优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。n n缺点：宽带缺点：宽带(kun di)(kun di)相移网络难用硬件实相移网络难用硬件实现。现。第19页/共127页第二十页，共127页。21第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n nSSBSSB信号的解调信号的解调n n SSB SSB信号的解调和信号的解调和DSBDSB一样，不能采用简一样，不能采用简单的包络检波，因为单的包络检波，因为SSBSSB信号也是抑制载波的已调信信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干仍需采用相干(xinggn)(
19、xinggn)解调。解调。n nSSBSSB信号的性能信号的性能n nSSBSSB信号的实现比信号的实现比AMAM、DSBDSB要复杂，但要复杂，但SSBSSB调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比而且它所占用的频带宽度比AMAM、DSBDSB减少了一半。减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。第20页/共127页第二十一页，共127页。22第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n残留边带（VSB）调制n n原理：残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一
20、种折中方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现中的困难。在这种调制方式中，不像SSB那样(nyng)完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留小部分，如下图所示：第21页/共127页第二十二页，共127页。23第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n调制方法：用滤波法实现残留边带调制调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法的原理框图与滤波法SBBSBB调制器相同。调制器相同。n n 不过，这时图中滤波器的特性不过，这时图中滤波器的特性应按残留边带调制的要求来进行设计，应按残留边带调制的要求来进行设计，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而而
21、不再要求十分陡峭的截止特性，因而(yn r)(yn r)它比单边带滤波器容易制作。它比单边带滤波器容易制作。第22页/共127页第二十三页，共127页。24第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n对残留边带滤波器特性的要求对残留边带滤波器特性的要求(yoqi)(yoqi)n n由滤波法可知，残留边带信号的频谱为由滤波法可知，残留边带信号的频谱为n n n n为了确定上式中残留边带滤为了确定上式中残留边带滤波器传输特性波器传输特性H(H()应满足的条件，我们应满足的条件，我们来分析一下接收端是如何从该信号中恢来分析一下接收端是如何从该信号中恢复原基带信号的。复原基带信号的。第23页/共
22、127页第二十四页，共127页。25第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n nVSBVSB信号解调器方框图信号解调器方框图n n图中图中n n因为因为(yn wi)(yn wi)n n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)sp(t)对应的频谱为对应的频谱为第24页/共127页第二十五页，共127页。26第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统将将代入代入得到得到式中式中M(M(+2+2 c)c)及及M(M(-2-2 c)c)是搬移到是搬移到+2+2 c c和和-2 2 c c处的频谱，它们处的频谱，它们(t men)(t men)可以由解调器可以由解调
23、器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波器的输出频谱为的输出频谱为第25页/共127页第二十六页，共127页。27第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统 显然，为了保证相干解调的输出无失真显然，为了保证相干解调的输出无失真地恢复调制信号地恢复调制信号m(t)m(t)，上式中的传递函数必，上式中的传递函数必须满足：须满足：式中，式中，H H 调制信号的截止角频率。调制信号的截止角频率。上述条件的含义上述条件的含义(hny)(hny)是：残留边带滤波器的是：残留边带滤波器的特性特性H(H()在在 c c处必须具有互补对称（奇对称）处必须具有互补对称（奇对
24、称）特性特性,相干解调时才能无失真地从残留边带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。信号中恢复所需的调制信号。第26页/共127页第二十七页，共127页。28第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n残留边带滤波器特性残留边带滤波器特性(txng)(txng)的两种形式的两种形式n n残留残留“部分上边带部分上边带”的滤波器特性的滤波器特性(txng)(txng)：下图：下图(a)(a)n n残留残留“部分下边带部分下边带”的滤波器特性的滤波器特性(txng)(txng)：下图：下图(b)(b)第27页/共127页第二十八页，共127页。29第第5章章 模拟调
25、制模拟调制(tiozh)系统系统n n线性调制的一般模型线性调制的一般模型n n滤波法模型滤波法模型n n在前几节的讨论基础上，可以归纳出滤波法在前几节的讨论基础上，可以归纳出滤波法线性调制的一般模型如下：线性调制的一般模型如下：n n按照此模型得到的输出信号时域表示式为：按照此模型得到的输出信号时域表示式为：n n按照此模型得到的输出信号频域表示式为：按照此模型得到的输出信号频域表示式为：n n式中，式中，n n只要适当选择只要适当选择H(H()，便可以得到各种，便可以得到各种(zh zh n n)幅度调幅度调制信号。制信号。第28页/共127页第二十九页，共127页。30第第5章章 模拟调
26、制模拟调制(tiozh)系统系统n n移相法模型移相法模型(mxng)(mxng)n n将上式展开，则可得到另一种形式的时将上式展开，则可得到另一种形式的时域表示式，即域表示式，即n n式中式中n n上式表明，上式表明，sm(t)sm(t)可等效为两个互为正交可等效为两个互为正交调制分量的合成。调制分量的合成。n n由此可以得到移相法线性调制的一般模由此可以得到移相法线性调制的一般模型型(mxng)(mxng)如下：如下：第29页/共127页第三十页，共127页。31第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统它同样它同样(tngyng)(tngyng)适用于所有线性调制。适用于所有线性调制。
27、第30页/共127页第三十一页，共127页。32第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n相干解调与包络检波n n相干解调n n相干解调器的一般模型 n n相干解调器原理：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（称为(chn wi)相干载波），它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。第31页/共127页第三十二页，共127页。33第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n相干解调器性能分析相干解调器性能分析n n已调信号的一般表达式为已调信号的一般表达式为 n n与同频同相的相干
28、载波与同频同相的相干载波c(t)c(t)相乘后，得相乘后，得n n经低通滤波器后，得到经低通滤波器后，得到n n因为因为sI(t)sI(t)是是m(t)m(t)通过一个通过一个(y(y )全通滤波全通滤波器器HI(HI()后的结果，故上式中的后的结果，故上式中的sd(t)sd(t)就是解就是解调输出，即调输出，即 第32页/共127页第三十三页，共127页。34第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n包络检波包络检波n n适用条件：适用条件：AMAM信号，且要求信号，且要求|m(t)|max|m(t)|max A0 A0，n n包络检波器结构：包络检波器结构：n n通常通常(tngc
29、hng)(tngchng)由半波或全波整由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如，流器和低通滤波器组成。例如，n n性能分析性能分析n n设输入信号是设输入信号是 n n 选择选择RCRC满足如下关系满足如下关系n n 式中式中fH fH 调制信号的最调制信号的最高频率高频率n n在大信号检波时（一般大于在大信号检波时（一般大于0.5 0.5 V V），二极管处于受控的开关状态，），二极管处于受控的开关状态，检波器的输出为检波器的输出为n n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)m(t)。第33页/共127页第三十四页，共127页。35第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制
30、系统n n5.2 线性调制系统的抗噪声(zoshng)性能n n分析模型n n图中 sm(t)已调信号n n n(t)信道加性高斯白噪声(zoshng)n n ni(t)带通滤波后的噪声(zoshng)n n m(t)输出有用信号n n no(t)输出噪声(zoshng)第34页/共127页第三十五页，共127页。36第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n噪声分析噪声分析n nni(t)ni(t)为平稳窄带高斯为平稳窄带高斯(o s)o s)噪声，噪声，它的表示式为它的表示式为n n或或n n由于由于n n式中式中 Ni Ni 解调器输入噪声的平均解调器输入噪声的平均功率功率
31、n n设白噪声的单边功率谱密度为设白噪声的单边功率谱密度为n0n0，带通滤波器是高度为，带通滤波器是高度为1 1、带宽为、带宽为B B的的理想矩形函数，则解调器的输入噪声功理想矩形函数，则解调器的输入噪声功率为率为第35页/共127页第三十六页，共127页。37第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n解调器输出信噪比定义解调器输出信噪比定义n n输出信噪比反映了解调器输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能的抗噪声性能(xngnng)(xngnng)。显然，输出。显然，输出信噪比越大越好。信噪比越大越好。n n制度增益定义：制度增益定义：n n用用GG便于比较同类调制系统采用不便于比
32、较同类调制系统采用不同解调器时的性能同解调器时的性能(xngnng)(xngnng)。n nG G 也反映了这种调制制度的优劣。也反映了这种调制制度的优劣。n n式中输入信噪比式中输入信噪比Si/Ni Si/Ni 的定义是：的定义是：第36页/共127页第三十七页，共127页。38第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n调制系统的性能n nDSB相干解调抗噪声性能分析模型 n n由于是线性系统，所以可以(ky)分别计算解调器输出的信号功率和噪声功率。第37页/共127页第三十八页，共127页。39第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n噪声功率计算噪声功率计算n n设解调器
33、输入信号为设解调器输入信号为n n与相干与相干(xinggn)(xinggn)载波载波coscos ct ct相乘后，相乘后，得得n n经低通滤波器后，输出信号为经低通滤波器后，输出信号为n n因此，解调器输出端的有用信号功率为因此，解调器输出端的有用信号功率为第38页/共127页第三十九页，共127页。40第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统解调器输入端的窄带噪声可表示为解调器输入端的窄带噪声可表示为它与相干载波相乘它与相干载波相乘(xin(xin chn chn)后，得后，得经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为故输出噪声功率为故输出噪声
34、功率为或写成或写成第39页/共127页第四十页，共127页。41第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n信号功率计算信号功率计算(j sun)(j sun)n n解调器输入信号平均功率为解调器输入信号平均功率为n n信噪比计算信噪比计算(j sun)(j sun)n n输入信噪比输入信噪比n n输出信噪比输出信噪比第40页/共127页第四十一页，共127页。42第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n制度制度(zhd)(zhd)增益增益n n由此可见，由此可见，DSBDSB调制系统的制度调制系统的制度(zhd)(zhd)增益为增益为2 2。也就是说，。也就是说，
35、DSBDSB信号信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用相干解调，使输入噪声中的正交分采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。量被消除的缘故。第41页/共127页第四十二页，共127页。43第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n nSSB调制系统的性能n n噪声功率n n这里，B=fH 为SSB 信号的带通滤波器的带宽。n n信号功率n nSSB信号n n与相干(xinggn)载波相乘后，再经低通滤波可得解调器输出信号n n因此，输出信号平均功率第42页/共127页第四十三页，共127页。44第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系
36、统输入输入(shr)(shr)信号平均功率为信号平均功率为信噪比信噪比单边带解调器的输入单边带解调器的输入(shr)(shr)信噪比为信噪比为第43页/共127页第四十四页，共127页。45第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n单边带解调器的输出信噪比为单边带解调器的输出信噪比为n n制度增益制度增益n n讨论：讨论：n n因为在因为在SSBSSB系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以相系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以相干解调过程干解调过程(guchng)(guchng)中，信号和噪声中的正交分量均被中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。抑制掉，故信噪比没有
37、改善。第44页/共127页第四十五页，共127页。46第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n讨论讨论(t(t oln)oln)n n上述表明，上述表明，GDSB=2GSSBGDSB=2GSSB，这能否说明，这能否说明DSBDSB系统的系统的抗噪声性能比抗噪声性能比SSBSSB系统好呢？回答是否定的。因为，系统好呢？回答是否定的。因为，两者的输入信号功率不同、带宽不同，在相同的噪两者的输入信号功率不同、带宽不同，在相同的噪声功率谱密度条件下，输入噪声功率也不同，所以声功率谱密度条件下，输入噪声功率也不同，所以两者的输出信噪比是在不同条件下得到的。如果我两者的输出信噪比是在不同条件下得
38、到的。如果我们在相同的输入信号功率，相同的输入噪声功率谱们在相同的输入信号功率，相同的输入噪声功率谱密度，相同的基带信号带宽条件下，对这两种调制密度，相同的基带信号带宽条件下，对这两种调制方式进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等方式进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。这就是说，两者的抗噪声性能是相同的。但的。这就是说，两者的抗噪声性能是相同的。但SSBSSB所需的传输带宽仅是所需的传输带宽仅是DSBDSB的一半，因此的一半，因此SSBSSB得到普遍得到普遍应用。应用。第45页/共127页第四十六页，共127页。47第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n包络检波的性能n
39、n包络检波器分析模型n n检波输出(shch)电压正比于输入信号的包络变化。第46页/共127页第四十七页，共127页。48第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n输入信噪比计算输入信噪比计算(j sun)(j sun)n n设解调器输入信号为设解调器输入信号为n n 解调器输入噪声为解调器输入噪声为n n则解调器输入的信号功率和噪声则解调器输入的信号功率和噪声功率分别为功率分别为n n输入信噪比为输入信噪比为第47页/共127页第四十八页，共127页。49第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n包络包络(bo lu)(bo lu)计算计算n n由于解调器输入是
40、信号加噪声的由于解调器输入是信号加噪声的混合波形，即混合波形，即n n式中式中n n上式中上式中E(t)E(t)便是所求的合成包络便是所求的合成包络(bo lu)(bo lu)。当包络。当包络(bo lu)(bo lu)检波器的传检波器的传输系数为输系数为1 1时，则检波器的输出就是时，则检波器的输出就是E(t)E(t)。第48页/共127页第四十九页，共127页。50第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n输出信噪比计算输出信噪比计算n n大信噪比情况大信噪比情况n n输入信号幅度输入信号幅度(fd)(fd)远大于噪声远大于噪声幅度幅度(fd)(fd)，即，即n n因而式因而式n
41、n可以简化为可以简化为第49页/共127页第五十页，共127页。51第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统由上式可见，有用信号与噪声独立地分成两由上式可见，有用信号与噪声独立地分成两项，因而可分别计算它们的功率项，因而可分别计算它们的功率(gngl(gngl)。输。输出信号功率出信号功率(gngl(gngl)为为输出噪声功率输出噪声功率(gngl(gngl)为为故输出信噪比为故输出信噪比为制度增益为制度增益为第50页/共127页第五十一页，共127页。52第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n讨论讨论(t(t oln)oln)n n1.AM1.AM信号的调制制度增益信号
42、的调制制度增益GAMGAM随随A0A0的减小而增加。的减小而增加。n n2.GAM2.GAM总是小于总是小于1 1，这说明包络检波器对输入信噪比没有改，这说明包络检波器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。善，而是恶化了。n n3.3.例如：对于例如：对于100%100%的调制，且的调制，且m(t)m(t)是单频正弦信号，这时是单频正弦信号，这时AM AM 的最大信噪比增益为的最大信噪比增益为n n4.4.可以证明，采用同步检测法解调可以证明，采用同步检测法解调AMAM信号时，得到的调制信号时，得到的调制制度增益与上式给出的结果相同。制度增益与上式给出的结果相同。n n5.5.由此可见，对于由此可
43、见，对于AMAM调制系统，在大信噪比时，采用包络检调制系统，在大信噪比时，采用包络检波器解调时的性能与同步检测器时的性能几乎一样。波器解调时的性能与同步检测器时的性能几乎一样。第51页/共127页第五十二页，共127页。53第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n小信噪比情况小信噪比情况n n此时，输入信号幅度远小于噪声幅度，即此时，输入信号幅度远小于噪声幅度，即n n包络包络(bo lu)(bo lu)n n变成变成n n其中其中R(t)R(t)和和 (t)(t)代表噪声的包络代表噪声的包络(bo lu)(bo lu)及相位：及相位：第52页/共127页第五十三页，共127页
44、。54第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统因为因为所以，可以把所以，可以把E(t)E(t)进一步近似：进一步近似：此时，此时，E(t)E(t)中没有单独中没有单独(dnd)(dnd)的信号项，有用的信号项，有用信号信号m(t)m(t)被噪声扰乱，只能看作是噪声。被噪声扰乱，只能看作是噪声。这时，输出信噪比不是按比例地随着输入信噪这时，输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，通常把这种现象称比下降，而是急剧恶化，通常把这种现象称为解调器的门限效应。开始出现门限效应的为解调器的门限效应。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。输入信噪比称为门限值。第53页/共127页
45、第五十四页，共127页。55第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n讨论讨论n n1.1.门限效应是由包络检波器的非线门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。性解调作用引起的。n n2.2.用相干解调的方法解调各种用相干解调的方法解调各种(zhzh n n)线性调制信号时不存在门限效应。线性调制信号时不存在门限效应。原因是信号与噪声可分别进行解调，解调原因是信号与噪声可分别进行解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项。器输出端总是单独存在有用信号项。n n3.3.在大信噪比情况下，在大信噪比情况下，AMAM信号包络信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同。但检波器的性能几
46、乎与相干解调法相同。但当输入信噪比低于门限值时，将会出现门当输入信噪比低于门限值时，将会出现门限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。恶化，系统无法正常工作。第54页/共127页第五十五页，共127页。56第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n5.3 非线性调制（角度调制）的原理n n前言n n频率调制简称调频(FM)，相位调制简称调相(PM)。n n这两种调制中，载波的幅度都保持恒定，而频率和相位的变化(binhu)都表现为载波瞬时相位的变化(binhu)。n n角度调制：频率调制和相位调制的总称。n n已调信号频谱不
47、再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。n n与幅度调制技术相比，角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能。第55页/共127页第五十六页，共127页。57第第5章章 模拟模拟(mn)调制系统调制系统n n角度调制的基本概念 n nFM和PM信号的一般表达式n n角度调制信号的一般表达式为n n式中，A 载波的恒定振幅；n n ct+(t)(t)信号的瞬时相位；n n(t)瞬时相位偏移(pin y)。n ndct+(t)/dt=(t)称为瞬时角频率n nd(t)/dt 称为瞬时频偏。第56页/共127页第五十七页，共127页。
48、58第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n相位调制相位调制(PM)(PM)：瞬时相位偏移随调制信号：瞬时相位偏移随调制信号作线性变化，即作线性变化，即n n式中式中Kp Kp 调相灵敏度，含义调相灵敏度，含义(hny)(hny)是单位调制信号幅度引起是单位调制信号幅度引起PMPM信号信号的相位偏移量，单位是的相位偏移量，单位是rad/Vrad/V。n n将上式代入一般表达式将上式代入一般表达式n n n n得到得到PMPM信号表达式信号表达式第57页/共127页第五十八页，共127页。59第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n频率调制频率调制(FM)(FM)
49、：瞬时频率偏移随调制信号：瞬时频率偏移随调制信号成比例成比例(b(b l)l)变化，即变化，即n n式中式中 Kf Kf 调频灵敏度，单位是调频灵敏度，单位是rad/srad/sV V。n n这时相位偏移为这时相位偏移为n n将其代入一般表达式将其代入一般表达式n n得到得到FMFM信号表达式信号表达式第58页/共127页第五十九页，共127页。60第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n nPMPM与与 FM FM的区别的区别n n比较上两式可见，比较上两式可见，PM PM是相位偏移随调是相位偏移随调制信号制信号m(t)m(t)线性变化，线性变化，FMFM是相位偏移是相位偏移随随
50、m(t)m(t)的积分呈线性变化。的积分呈线性变化。n n如果预先不知道如果预先不知道(zh do)(zh do)调制信号调制信号m(t)m(t)的具体形式，则无法判断已调信号是的具体形式，则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。调相信号还是调频信号。第59页/共127页第六十页，共127页。61第第5章章 模拟调制模拟调制(tiozh)系统系统n n单音调制单音调制FMFM与与PMPMn n设调制信号设调制信号(xnho)(xnho)为单一频率的为单一频率的正弦波，即正弦波，即 n n用它对载波进行相位调制时，将上式代用它对载波进行相位调制时，将上式代入入 n n得到得到n n式中，式中，