考研西北工业大学《825通信原理》强化精讲模拟调制系统

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1、 专业课强化精讲课程第 4 讲模拟调制系统（一）1调制的定义：是按原始电信号的变化规律去改变高频载波某些参量的过程。 调制的方式 ：模拟调制和数字调制 调制信号形式；载波的选择： 正弦波和脉冲调制 高频载波形式。调制的作用：调制的分类（模拟）： AM 、 DSB-SC、 SSB 、 VSB 、FM和PM。模拟调制系统考试大纲：幅度调制的原理及抗噪性能；角度调制的基本概念。 25.1 幅度调制的原理 5.1.1 幅度调制的一般模型 幅度调制定义：用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使 其按调制信号的规律变化的过程。模型：表达式：m(t)-调制信号（一般为基带信号）；sm(t)-已调信号； h(t

2、)-滤波器的冲激响应。 3模型：表达式：讨论： 在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单 搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线 性调制； 适当选择H( )、m(t)，便可得到各种幅度调制信号，例如 ：常规双边带调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB-SC ）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）信号等。45.1.2 常规双边带调幅（AM） 1. AM信号的表达式、频谱及带宽 条件（在一般模型的基础上） ： 滤波器为全通网络：H( )=K(=1); 调制信号：m(t)外加直流分量A0，且（1）模型（2）表达式5（3）波形

3、及频谱6（4）讨论AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽 的两倍，即 上边带、下边带。都含有原调制信号的完整信息 。包络检波不发生失真条件过调制。72.AM信号的功率分配及调制效率 已调信号功率为：功率分配：注：Pc载波功率；Ps边带功率； 基带信号功率。调制效率：显然，AM信号的调制效率总是小于1。8例5.1 设m(t)为正弦信号，进行100的常规双边带调幅，求 此时的调制效率。 解： 依题意无妨设 而100调制就是 的调制，即 因此 由此可见，正弦波做100AM调制时，调制效率仅为33.3%!93.AM信号的解调 调制的逆过程叫做解调。AM信号的解调方法有两种：相 干解调和

4、包络检波解调。用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制信号： （1）相干解调 原理：乘法器移频。 关键：与调制器同频同相 位的载波。 问：同频不同相？同相解调结果：1/2幅度。10（2）包络检波法 原理：AM信号波形的包络与输入 基带信号成正比，故可以用包络检 波的方法恢复原始调制信号。包络检波器：一般由半波/全波整流器和LPF组成。电路由二极管D、电阻R和电容C组成。包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即：11（3）讨论 包络检波法属于非相干解调法，其特点是：解调效率高， 解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是 接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实 现

5、难度。故几乎所有的调幅（AM）式接收机都采用包络检波法。采用AM传输信息好处：解调电路简单，可采用包络检波法。缺点：调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据了 大部分功率。改进措施：如果抑制载波分量的传送，则可演变出另一 种调制方式，即抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）。 125.1.3 抑制载波的双边带调幅（DSB-SC） 1. DSB信号的表达式、频谱及带宽 条件（在一般模型的基础上）： 滤波器为全通网络：H( )=K(=1); 调制信号：无直流分量，依然（2）表达式（1）模型13（3）波形及频谱讨论：DSB信号不能进行包络检波，只能相干解调；除不含载频分量离散谱外，DSB信号频谱同于A

6、M（由上下对 称的两个边带组成）DSB信号是不带载波的双边带信号；它的带宽为基带信号带宽的两倍：142. DSB信号的功率分配及调制效率 由于不再包含载波成分，因此，DSB信号的功率就等于 边带功率，是调制信号功率的一半，即显然，DSB信号的调制效率为100%。 153.DSB信号的解调 DSB信号只能采用相干解调。 乘法器输出为：经低通滤波器滤除高次项，得 即无失真地恢复出原始电信号。 DSB调制的好处:节省了载波发射功率，调制效率高；调制 电路简单，仅用一个乘法器就可实现。缺点:占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍。改进招数？165.1.4 单边带调制（SSB） 考察：由于DSB信号的上、

7、下两个边带是完全对称的，皆携 带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑 ，仅传输其中一个边带就够了。1. SSB信号的产生 产生SSB信号的方法很多，最基本的：滤波法和相移法。 （1）滤波法据一般模型而建条件： 滤波器为： 调制信号：调制信号基带信号，且 关键/注：模型17模型频谱频域 表达式18（2）用相移法形成SSB信号据时域表达式而建可以证明， SSB信号的时域表示式为：式中：“”对应上边带信号，“+”对应下边带信号； 是 的希尔伯特变换。模型 为希尔伯特滤波 器，它实质上是一个宽 带相移网络，对 m(t)中的所有频率分量 均相移。 192. SSB信号带宽、功率和调制效率3

8、. SSB信号的解调 SSB信号的解调也不能采用包络检波，只能采用相干解调，SSB信号不含载波成分，单边带幅度调制的效率也为100%。 20乘法器输出为：经低通滤波后的解调输出为SSB信号的解调原理：是DSB时的二分之一。 心得：相干解调解出同相分量的一半，抑制正交分量。21回顾/小结：AM调制： 可采用包检，结构简单，但调制效率低，最大 33；DSB调制：调制效率高，但信号占用频带宽；SSB调制：调制效率高，信号占用频带低，同于基带信号。5.1.5 残留边带调制（VSB） 特点：残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之间的 一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的问题，又解决了单边带

9、滤波器不易实现的难题。原理：在残留边带调制中，除了传送一个边带外，还保留了 另外一个边带的一部分。 22231. 残留边带信号的产生模型频谱频域表达式关键：残留边带滤波器（待证）时域表达式? 24满足互补对称特性的滚降形状可以有无穷多种，用的最多的 是直线滚降和余弦滚降。几何含义：HVSB()在载频附近必须具有互补对称性。 HVSB()可以看作是对截止频 率为c的理想滤波器的进行“平 滑”“滚降”的结果。 由于“滚降”，滤波器截止频率 特性的“陡度”变缓，实现难度降 低，但滤波器的带宽变宽。 252. 残留边带信号的解调只能采用相干解调。乘法器输出：而：代入上式得：经LPF:所以：同于DSB调

10、制系统。 26VSB与SSB调制：VSB带宽：介于BDSB、BSSB之间，但趋于BSSB;由于VSB基本性能接近SSB，而VSB调制中的边带滤波器比 SSB中的边带滤波器容易实现，所以VSB调制在广播电视、通信等系统中得到广泛应用。275.2 线性调制系统的抗操声性能 前面的分析都是在没有噪声的条件下进行的。实际上， 任何通信系统都避免不了噪声的影响。从第2章的有关信道和噪声的内容可知，通信系统是把信道加性噪声中的起伏噪声作为研究对象的。而起伏噪声 又可视为高斯白噪声。因此，本节将要研究信道存在加性高斯白噪声时各种线 性系统的抗噪声性能可靠性研究。285.2.1 通信系统抗噪性能分析模型 由于

11、加性噪声只对已调信号的接收产生影响，因而调制 系统的抗噪声性能可用解调器的抗噪声性能来衡量。 分析解调器抗噪性能的一般模型：为传输过程中叠加的高斯白噪声：0、2、n0/2;为窄带高斯噪声，可以表示为：29窄带高斯噪声ni(t)功率Ni：30输出信噪比输入信噪比 信噪比增益(调制制度增益)作为不同调制方式下解调器抗噪性能的度量。它可以定义为：315.2.2 线性调制相干解调的抗噪声性能特点：相干解调属于线性解调，故在解调过程中，输入 信号及噪声可分开单独解调。 适用：所有线性调制（DSB、SSB、VSB、AM）信号的 解调 。相干解调时接收系统模型：解调器为同步解调器，由相乘 器和LPF构成。3

12、21. DSB调制系统的性能 （1）求So输出信号的功率解调器输入信号乘法器输出经LPF输出信号输出信号功率可直接写出33（2）求NO输出噪声的功率解调器噪声输入乘法器输出经LPF输出噪声输出噪声功率可直接写出34（3）求Si输入信号功率解调器输入信号平均功率： 结论：解调器的输入和输出信噪比： 调制制度增益：352.SSB调制系统的性能 （2）求No输出噪声的功率结论同于DSB可直接写出但：？（1）求So输出信号的功率36（3）求Si输入信号的功率结论：解调器的输入和输出信噪比： 调制制度增益：37DSB解调器的调制制度增益是SSB的二倍。因此就说：双边带 系统的抗噪性能优于单边带系统？ 比

13、较前提：解调器的输入噪声功率谱密度n0/2相同；输入信号的功率Si也相等。具体分析如下：在相同的噪声背景和相同的输入信号功率条件下，DSB和SSB在解调 器输出端的信噪比是相等的。这就是说，从抗噪声的观点，SSB制式 和DSB制式是相同的。 但：B 383.VSB调制系统的性能 VSB调制系统抗噪性能的分析方法与上面类似相干解调。但问题：采用的残留边带滤波器的频率特性形状可能不同， 难以确定抗噪性能的一般计算公式。不过，在残留边带滤波器滚降范围不大的情况下，可将VSB 信号近似看成SSB信号，即 在这种情况下，VSB调制系统的抗噪性能与SSB系统相同。39解调器输入信号为：输入噪声为：注：包络

14、检波属于非线性解调，信号与噪声无法分开处理。5.2.3 常规调幅包络检波的抗噪声性能 AM信号可采用相干解调或包络检波。实际中，常用简单 的包络检波法解调。 1. 模型：一般模型中的解调器具体为包络检波器。402.输入信号功率Si、噪声功率Ni和输入信噪比Si/ Ni 413. 输出信号功率So、噪声功率No、输出信噪比So/ No 、GAM 非线性解调，信号与噪声无法分开处理。解调器输入的信号加噪声的合成波形是 ：其中合成包络：理想包络检波器的输出就是A(t)。检波器输出中有用信号与噪声无法完全分开，因此，计算输 出信噪比是件困难的事。为简化起见，考虑两种特殊情况： 大信噪比情况 小信噪比情

15、况 42（1）大信噪比情况大信噪比（输入信号幅度远大于噪声幅度），即 :即：此时43输出信号功率、噪声功率和信噪比：调制制度增益：对于100调制（即 ），且又是单音频正弦信号 输入时：44小信噪比（噪声幅度远大于输入信号幅度），即:（2）小信噪比情况此时即：45结论： 在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几乎与同步检测器相同；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。同步解调器不存在门限效应。 讨论：调制信号m(t)无法与噪声分开，包络中不存在单独的信号 项m(t) 。有用信号m(t)被噪声所扰乱，m(t)cos(t) 只能看作是噪声。这种情况下，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。通常把这种现象称为门限效应。开始出现 门限效应的输入信噪比称为门限值。46