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1、通 信 原 理Dalian University of Technology电2007级 、电2006级英强适用第5章 CH5模拟调制系统 Modulation 1CH5 模拟调制系统 Modulation通信系统模型框图图1-1通信系统模型框图25.0 引言2. 调制的目的 (1) 提高频率便于天线辐射。无线电通信，通过空间的辐射传输信号。由天线的理论可知：只有当天 线的尺寸与信号的波长可比，大于信号波长的1/10时，信号才可能被 天线有效辐射。 不调制行不行？(2) 频谱搬移实现信道复用FDMA(3) 可改变信号占据的相对带宽。(4) 改善系统性能1. 调制(载波调制)按调制信号的变化规律
2、去改变载波某些参数的过程35.0 引言角度调制3. 调制的分类按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程数字调制模拟调制连续波调制脉冲波调制幅度调制 AM DSB SSB VSB 频率调制相位调制 见 P6 表1-145.1 幅度调制（线性调制）(1) 幅度调制的定义由调制信号去控制载波的幅度，使之随调制信号做线性 变化的过程。(2) 时域分析 载波：c(t)=Acos(ct +0) ( 5.1-1)基带信号：m(t) 则已调信号：Sm(t)= Am (t) cos(ct) ( 5.1-2)55.1 幅度调制（线性调制）(3) 频域分析 载波：C()=A(c)+(+c) 基带信号：M() 已
3、调信号：Sm()= 0.5AM(c)+M(+c) ( 5.1-3)(4) 特点 （1 1）从时域波形上看：幅度随基带信号变化呈正比变化）从时域波形上看：幅度随基带信号变化呈正比变化（2 2）从频谱上看：从基带简单的搬移到频带上）从频谱上看：从基带简单的搬移到频带上频谱的频谱的 搬移是线性的，所以称为线性调制搬移是线性的，所以称为线性调制65.1.1 调幅 AM 1. 调制电路模型图5-1 AM 调制模型2. 时域分析 载波：c(t)=Acos(ct +0)基带信号：m(t) 无直流分量则已调信号：SAM(t)=A0+m(t) cos(ct) =A0cos(ct) +m(t) cos(ct) (
4、 5.1-4) 3. 频域分析 SAM()= A(c)+(+c) +0.5M(c)+M(+c) ( 5.1-5)75.1.1 调幅 AM 4. 时域波形频谱图图5-2 AM 信号波形与频谱过调制问题 |m(t)|max A05. AM的调制效率 带宽 ：B=2fH 9KHz广播信道对于单音调制：m(t)=Amcos(mt) ，有：此时满调制时，即|m(t)|=A0 ，有：AM=1/385.1.2 双边带调制 DSB1. 目的解决调制效率问题，可达100%3. 时域分析 载波：c(t)=Acos(ct +0)基带信号：m(t) 无直流分量则已调信号：SDSB(t)=m(t)cos(ct) ( 5
5、.1-11)4. 频域分析 SDSB()= 0.5M(c)+M(+c) ( 5.1-12)2. 调制电路模型95.1.2 双边带调制 DSB5. 时域波形频谱图P89 图5-3 DSB 信号波形与频谱带宽 ：B=2fH 与AM相同105.1.2 单边带调制 SSB P931. 目的在DSB解决了调制效率的基础上，节省带宽，提高频带利用率2. 两种调制方式分析(1) 滤波法实现调制直观的方法115.1.2 单边带调制 SSB(1) 滤波法实现SSB调制保留上边带H()10cc保留下边带H()0cc1P90 图5-4125.1.2 单边带调制 SSB P89SSB的频谱SSB的带宽 BSSB=HH
6、()10ccH()0cc1SSSB ()10cc10ccSSSB ()滤波法的问题：滤波器实现有难度，需多级滤波。 135.1.2 单边带调制 SSB(2) 移相法实现SSB调制P91通过Hilbert 变换器实现在时域中Hilbert变换的过程()|H()|0 0145.1.2 单边带调制 SSB(2) 移相法调制电路模型P92已调信号时域表达式(5.1-22)移相法的问题：宽带移相器的实现有难度。 155.1.3 残留边带调制 VSB P931. 目的 介于DSB（带宽大）和SSB（两种滤波器难以实现）之间 的折中方案,即要求节省带宽，同时降低滤波器的实现难度但是对滤波器H()有特殊要求已
7、调信号频谱P90 图5-4实现方法与SSB相同,但是对滤波 器H()降低了，不必陡峭截止2. 实现方法165.1.3 残留边带调制 VSB P933. 滤波器H()有特殊要求(5.1-28)互补对称特性 奇对称特性175.1.3 残留边带调制 VSB P933. 已调信号的频谱VSB信号的带宽B=H+ V185.1.6 调幅信号的解调相干与非相干 图5-12 相干解调的一般模型1. 相干解调解调是调制的逆过程，实际上实现的方式相近， 因为都是频谱搬移的过程其中最关键的相干载波的产生，必须同频率、确 定的相位关系：0，、/2零直角特点：相干解调使用各种调幅系统的接收机，抗噪能力强。 但是需要相干
8、本振电路。195.1.6 调幅信号的解调相干与非相干 2. 非相干解调图5-13 包络检波器典型的非相干解调电路包络检波器已调信号sAM(t)=A+m(t)cos(ct) 取出包络： A+m(t) 隔直： m(t)特点：电路实现简单，不需要相干本振。但抗噪能力差， 并不是所有的已调信号都可以用非相干解调205.2 调幅系统抗噪性能 5.2.1 分析模型2. 模型框图(1) 设信道噪声为加性、高斯白噪声（ AWGN）(2) 加性噪声仅对信号的接收有影响，只需要讨论解调器的抗噪性能即可。(3) 信噪比即SNR信号噪声功率之比S/N 。(4) 信道的高斯白噪声通过接收机的输入端的BPF后ni(t)即
9、成为窄带噪声。1.分析模型设定条件ni(t)= nc(t)cos(ct)ns(t)sin(ct) 215.2.1 分析模型3. 窄带噪声表示ni(t)= nc(t)cos(ct)ns(t)sin(ct) （5.2-1）或 ni(t)= V(t)cosct(t) （5.2-2）根据(3.5-16)、(3.5-17)式，功率关系（5.2-3）噪声功率:（5.2-4）225.2.1 分析模型5. 调制制度增益/ 信噪比增益(5.2-6)4. 信噪比(5.2-5)(5.2-7)235.2.2 DSB性能分析1. 解调电路模型(5.2-15)2. 输入信号功率Si分析过程：模型确定 求输入信号功率输入噪
10、声功率 求输出信号功率输出噪声功率245.2.2 DSB性能分析(5.2-8)解调器输入乘法器输出LPF输出(5.2-9)则解调器输出的信号功率：(5.2-10)4. 输出信号功率So3. 输入噪声功率NiNi=n0B(5.2-4)255.2.2 DSB性能分析则解调器输出的噪声功率：(5.2-14)(5.2-11)输入窄带噪声5. 输出噪声功率No经过乘法器：经过LPF：(5.2-12)265.2.2 DSB性能分析6. 调制制度增益GDSB(5.2-18)则有：输出信噪比(5.2-17)输入信噪比(5.2-16)信噪比改善1倍275.2.3 SSB性能分析(5.2-23)2. 输入信号功率
11、Si3. 输入噪声功率NiNi=n0B(5.2-4)分析过程：与DSB类似 1. 输入/输出信号以移相法得到的已调信号为例 (5.2-20)(5.1-21)(5.2-21)285.2.3 SSB性能分析4. 输出信号功率So(5.2-22)根据式（5.2-21）同DSB分析，即(5.2-19)5. 输出噪声功率No(5.2-14)6. 调制制度增益GSSB(5.2-26)比较（5.2-18）和（5.2-26），显然DSB的性能优于SSB？ P101295.2.4 包络检波器的性能分析包络检波器只适用于对AM信号的解调，对VSB、SSB、DSB不适用2. 输入噪声功率NiNi=n0B(5.2-3
12、0)1. 输入信号功率 (5.2-27)(5.2-29)305.2.4 包络检波器的性能分析4. 输出包络3. 输入信噪比(5.2-29)解调器输入信号(5.2-32)其中包络：(5.2-33)随机相位：315.2.4 包络检波器的性能分析分两种情况讨论： 1. 大信号的情况/大信噪比的情况(5.2-34)近似条件，由前页（5.2-32）可将包络近似：(5.2-37)(5.2-36)(5.2-38)信噪比增益：325.2.4 包络检波器的性能分析分两种情况讨论：(5.2-38)1. 大信号的情况/大信噪比的情况当m(t)为单频正弦波单音信号，=100%(5.2-39)可以证明：相干解调时，AM
13、的信噪比增益与(5.2-38)相同。335.2.4 包络检波器的性能分析2. 小信号的情况/小信噪比的情况出现门限效应非相干解调特有。相干解调不存在门限效应345.3 角度调制（非线性调制）角度调制分类： 调频 FM 调相 PM调制后频谱发生变化，称非线性调制 355.3.1 角度调制的基本概念时域表达式 (5.3-1)式中，A为振幅，ct +(t)信号的瞬时相位，记为(t);(t)为相对于载波相位ct 的瞬时相位偏移；dct +(t)/dt是信号的瞬时频率，记为(t); (t)/dt称为相对于载频c的瞬时频偏。 365.3.1 角度调制的基本概念1. 相位调制PM和频率调制的一般表达式PM瞬
14、时相位偏移与m(t)成线性关系，即：(5.3-2)其中KP为相位调制灵敏度，单位：rad/V将上式代入(5.3-1)得调相波时域表达式:(5.3-3)(1) 相位调制PM375.3.1 角度调制的基本概念(2) 频率调制FM(5.3-4)FM瞬时频率偏移与m(t)成比例关系，即：其中Kf为频率调制灵敏度，单位：rad/s/V将上式代入(5.3-1)得调频波时域表达式:(5.3-6)重写(5.3-3)式，调相波时域表达式:(5.3-3)比较PM与FM表达式,如果m(t)未知，无法区分出PM和FM。 385.3.1 角度调制的基本概念2. 单音角度调制(5.3-7)设基带信号：m(t)(1) 单音调相：(5.3-8)(2) 单音调频：*(5.3-9)其中mf为调频指数(5.3-10)395.3.1 角度调制的基本概念2. 单音角度调制(3) 时域波形405.3.1 角度调制的基本概念3. PM 与FM的关系 P106调频波时域表达式:(5.3-6)调相波时域表达式:(5.3-3)比较PM与FM表达式，间接调频和间接调相P106 图5-18415.3.2 窄带调频NBFM P106NBFM定义:NBFM的时域表达式：(5.3-11)(5.3-13)NBFM的
