4.0 引言4.1 幅度调制（线性调制）的原理4.2 线性调制系统的抗噪声性能4.3 非线性调制（角调制）的原理4.4 调频系统的抗噪声性能4.5 各种模拟调制系统的性能比较 第 4 章 模拟调制系统4.0 引言1.调制的目的2.调制的载体3.调制的分类1.调制的目的u适应信道要求； u适应天线要求； u实现频分复用（FDM）；u中频段便于处理； u减小干扰，提高系统抗干扰能力； u实现传输带宽与信噪比的互换2.调制的载体u正弦载波 u脉冲序列3.调制的分类u幅度调制（AM、DSB、SSB、VSB） u角度调制（FM、PM）×h(t)m(t)sm(t)coswct(4.1 - 1)4.1 幅度调制（线性调制）的原理图 4 – 1 幅度调制器的一般模型 输出已调信号的时域和频域一般表示式为(4.1 - 2)s’(t)4.1.1 调幅 (AM)(4.1 - 3)＋m(t)A0coswctsAM(t)图 4 - 2 AM调制器模型1.调幅信号的时域表达图 4 – 3(a) AM信号的波形m(t)OtA0＋m(t)OtOOttcoswc(t)sAM(t)调幅指数2. 调制信号为确知信号时的已调信号频谱有傅氏变换理论可知1M (w)p A0－wHwHw－wcwcp A0SAM(w)021w0图 4 – 3(b) AM信号的频谱(4.1 - 4)则AM信号在1 电阻上的平均功率等于 的均方 值。
当调制信号为确知信号时， 的均方值即为 其平方的时间平均，即3. 功率分配假定只有边带功率才与调制信号有关因此，从功 率上讲，AM信号的功率利用率比较低 (4.1 - 5)则载波功率边带功率若调制效率：则若，则假设 为零均值的各态历经平稳随机过程的一个 实现，自相关函数4. 调制信号为随机信号时已调信号的功率谱密度例题 4-1a)计算调制效率和载波功率； b)如果天线用50Ω电阻负载表示，求载波信 号的峰值幅度 已知一个AM广播电台输出功率是50KW，采用 单频余弦信号进行调制，调幅指数为0.707例题4-1的解a)b)4.1.2 抑制载波双边带调制（DSB-SC ）(Double-sideband Suppressed Carrier)(4.1 - 6)(4.1 - 7)将AM信号中的A0去掉，即可输出DSB信号图 4-4 DSB信号的波形和频谱 cosw0tOttOm(t)sDSB(t)OtO－wcwcw M(w)OwwH－wHSDSB(w)O－wcwcw载波反相点2wH①需采用相干解调(同步检波)，不能采用简单的包络检波②在调制信号m(t)的过零点处，高频载波相位有180°的突变。
③DSB信号功率利用率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与AM信号带宽相同 DSB信号的特点（与AM信号相比）：例题 4-2如下图的平衡调制器中，若非线性器件的输入输出特性 为 已知调制信号 的频谱为300—3400Hz,载 频满足什么条件时，可以得到理想的DSB信号？++非线性器件非线性器件+带通滤波器 fcf(t)-f(t)+++ +x1x2y1y2ySDSB(t)+-cos(wct)平衡调制器++非线性器件非线性器件+带通滤波器 fcf(t)-f(t)+++ +x1x2y1y2ySDSB(t)+-cos(wct)平衡调制器因此非线性器件输出为解：有图可知单边带信号的产生方法：滤波法和相移法 4.1.3 单边带调制（SSB）(Single-sideband)1. 用滤波法形成单边带信号让双边带信号通过一个边带滤波器，保留所需的一个 边带，滤除不必要的便带，滤波器特性如图4-5所示 单边带信号的频谱为图 4 - 6 SSB信号的频谱M(w)－wHwHSM(w)－wcwcwwOO上边带 下边带 下边带 上边带－wcwcO上边带频谱wO－wcwcw下边带频谱H(w)10－wcwcwH(w)0－wcwcw1(a)(b)图 4 –5 形成SSB信号的滤波特性技术难点：单边带滤波器要求在fc附近具有陡峭的截止 特性，才能有效地抑制无用的一个边带。
这 使得滤波器的设计和制作很困难，有时甚至 难以实现在工程中往往采用多级调制滤波 的方法2. 用相移法形成单边带信号设调制信号(1)单频调制(4.1 - 8)把上下边带合并起来可以写成式中，“-”表示上边带信号，“+”表示下边带信号 2p-+sSSB(t)coswct-2p-tAmmwcos21(4.1 - 9)任意一个基带波形总可以表示成许多正弦信号之和2)希尔伯特变换若为傅立叶变换对，则式中符号函数希尔伯特滤波器的传递函数：是一个宽带相移网络，幅度不变，所有的频率分量均相移 (4.1 - 10)图 4 –7 相移法形成单边带信号Hh(w)2p+21m(t)sSSB(t)21m(t) coswctcoswct21m(t)sinwct21m(t)--①不但可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为BSSB=fH=BDSB/2 ②SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，需采用相干解调③滤波法中的滤波器和相移法中的宽带相移网络较难制作 SSB信号的特点：图 4 - 8 DSB、 SSB和VSB信号的频谱4.1.4 残留边带调制（VSB）(Vestigial Sideband)图 4 - 9 VSB 调制和解调器模型(a) VSB调制器模型 (b) VSB解调器模型HVSB(w)m(t)c(t)＝coswctsVSB(t) LPFmo(t)2coswctsVSB(t)(a)(b)(4.1 - 12)(4.1 - 13)图 4 - 10残留边带滤波器特性(a) 残留部分上边带的滤波器特性; (b) 残留部分下边带的滤波器特性图 4 – 11 残留边带滤波器的几何解释－wcOwwcHVSB(w)wHVSB(w－wc)wcOw－wcHVSB(w＋wc)wHVSB(w－wc)＋ HVSB(w＋wc)OO－wcwc(a)(b)(c)(d)①BVSB=BSSB;②实现容易；③只要HVSB(ω)在±ωc处具有互补对称（奇对称）特性，那么，采用相干解调法解调残 留边带信号就能够准确地恢复所需的基带 信号。
VSB信号的特点：4.2 线性调制系统的抗噪声性能带通 滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)解调器mo(t)no(t)＋图4-12 解调器抗噪声性能分析模型4.2.1 分析模型(4.2 - 1)(4.2 - 2)或者(4.2 - 3)ni(t)为平稳窄带高斯白噪声Ni为解调器输入噪声ni(t)的平均功率图 4- 13 带通滤波器传输特性|H( f )|1.00－f0f0fB若白噪声的双边功率谱密度为n0/2，带通滤波器 传输特性是高度为1，带宽为B的理想矩形函数 （如图 4- 13 ）(4.2 - 4)(4.2 - 5)(4.2 - 7)(4.2 - 6)也可用输出信噪比和输入信噪比的比值G来表示，即G称为调制制度增益图4-14 线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型带通 滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通 滤波器coswct＋4.2.2 线性调制相干解调的抗噪声性能1. DSB调制系统的性能(4.2 - 8)(4.2 - 9)(4.2 - 10)(4.2 - 12)(4.2 - 13)(4.2 - 1)设(4.2 - 11)(4.2 - 18)(4.2 - 14)(4.2 - 15)(4.2 - 16)(4.2 - 17)(4.2 - 20)2. SSB调制系统的性能 (4.2 - 19)SSB信号解调方法与DSB信号解调解调的区别仅仅在于 解调器之前的带通滤波器的带宽和中心频率不同。
4.2 - 25)(4.2 - 21)(4.2 - 22)(4.2 - 26)问题1：为什么SSB系统中，输出信噪比没有改善？问题2：GDSB=2GSSB，能否说明双边带系统的抗噪声性 能比单边带好呢？抗噪声性能说明：DSBSSBBG21例4-3 一模拟通信系统中，单边带调制信号通过 恒参信道到达接收机输入端的信号为：基带信号的功率谱密度为：（1）求相干解调器的输出信噪比 （2）若发送信号改为双边带信号，通过相同信道到达 接收机输入端的信号功率与问题（1）中单边带调制信 号功率相等，试比较说明单边带调制信号与单边带调 制信号在相干解调器的输出端的信噪比性能解： （1）解调器输入信号功率为因为所以解调器输入噪声功率为解调器输入信噪比解调器输出信噪比（2）解调器输入信号功率为解调器输入噪声功率为解调器输入信噪比解调器输出信噪比残留边带不是太大的时候，近似认为与SSB调制系统的抗噪声性能相同 3. VSB调制系统的性能 带通 滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)包络 检波器mo(t)no(t)＋图4-15 AM包络检波的抗噪声性能分析模型4.2.3 调幅信号包络检波的抗噪声性能(4.2 - 28)(4.2 - 27)(4.2 - 29)(4.2 - 30)(4.2 - 31)你能 直接 写出 来了 吗？(4.2 - 32)(4.2 - 33)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(4.2 - 34)1） 大信噪比情况式（4.2 - 34）中直流分量A0被电容器阻隔，有用信 号与噪声独立地分成两项，因而可分别计算出输出有 用信号功率及噪声功率(4.2 - 35)(4.2 - 36)(4.2 - 37)(4.2 - 38)GAM<1例如：100%的调制(即A0=|m(t)|max)且m(t)又是正弦型信号时， 有这是AM系统的最大信噪比增益这说明解调 器对输入信噪比没有改善， 而是恶化了 (4.2 - 39)可以证明， 若采用同步检波法解调AM信号， 则得到的调制制度增益GAM与式（4.2 - 38）给出的结果相同 由此可见，对于AM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波器时的性能几乎一样但应该注意， 后者的调制制度增益不受信号与噪声相对幅度假设条件的限制 此时，噪声幅度远大于输入信号幅度， 即2） 小信噪比情况(4.2 - 40)噪声包络：噪声相位： ，再利用(4.2 - 41)① 有用信号 被噪声扰乱 ， 也只能看作是噪 声，输出信噪比急剧下降（门限效应）；（非线性解 调所引起）。
门限效应”：当输入信噪比下降到一定 程度后，输出信噪比出现急剧恶化的现象门限值”：开始出现门限效应时的输入信噪比② 相干解调不存在门限效应；③ 结论：在大信噪比情况下，包络检波的性能与相干解 调相同；但随着信噪比的减小，包络检波会才出现门 限效应，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：4.3 非线性调制（角调制）的原理幅度调制属于线性调制，它是通过改变载波的幅度，以实现调制信号频谱的平移及线性变换的一个正弦载波有幅度、频率和相位三个参量，因此，我们不仅可以把调制信号的信息寄托在载波的幅度变化中，还可以寄托在载波的频率或相位变化中这种使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式，称为频率调制（FM）和相位调制(PM) 因为频率或相位的变化都可以看成是载波角度的变化，故调频和调相又统称为角度调制 4.3 非线性调制（角调制）的原理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。