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1、2024/8/14通信原理课件通信原理课件1Chap4 模拟调制系统 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件2 2本章纲要本章纲要n4.1 引言引言n4.2 幅度调制幅度调制q1.常规双边带调幅（常规双边带调幅（Amplitude Modulation，AM）q2.双边带抑制载波（双边带抑制载波（Double SidebandSuppressed Carrier，DSBSC）q3.单边带调幅（单边带调幅（Single Sideband，SSB）q4.残留边带调幅（残留边带调幅（Vestigial Sideband，VSB）n4.3各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统
2、的噪声性能2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件3 3本章纲要本章纲要n4.4角度调制（角度调制（Angular Modulation）（非线）（非线性调制）系统性调制）系统n4.5调频系统的噪声性能调频系统的噪声性能n4.6各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较n4.7频分复用（频分复用（FDM）n作业作业 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4 4引言引言4.1.1 调制（调制（Modulation）1.定义：使载波信号的某一个（或几个）参量定义：使载波信号的某一个（或几个）参量随基带信号改变的过程。随基带信号改变的过程。2.实质
3、：频谱搬移。实质：频谱搬移。3.作用作用q与信道特性匹配；与信道特性匹配；q实现多路复用；实现多路复用；q提高抗干扰性。提高抗干扰性。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件5 5引言引言4.调制的分类（详见第一章表格调制的分类（详见第一章表格1-1）q按载波信号按载波信号c(t)分分n连续波调制连续波调制n脉冲波调制脉冲波调制q按基带信号按基带信号m(t)分分n数字调制数字调制n模拟调制模拟调制2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6 6引言引言q按调制器的功能分按调制器的功能分n幅度调制幅度调制如模拟调幅（如模拟调幅（AM，DSB，SSB，VSB）
4、，脉冲幅度调制（），脉冲幅度调制（PAM），幅移键控），幅移键控（ASK）；）；n频率调制频率调制如如FM，频移键控（，频移键控（FSK），脉宽调），脉宽调制（制（PDM） ；n相位调制相位调制如模拟调相（如模拟调相（PM），相移键控），相移键控（PSK），脉位调制（），脉位调制（PPM）。）。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件7 7幅度调制幅度调制4.2.1 一般原理一般原理1.概念：用调制信号去控制概念：用调制信号去控制高频高频正弦载波的正弦载波的幅幅度度，使其按调制信号的规律变化的过程。，使其按调制信号的规律变化的过程。2.模型模型 2024/8/142024
5、/8/14通信原理课件通信原理课件8 8幅度调制幅度调制3.时域和频域表达式时域和频域表达式q时域时域q 频域频域2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9 9幅度调制幅度调制幅度调制幅度调制n对于幅度调制信号，对于幅度调制信号，q在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；q在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结频谱结构构在频域内的在频域内的简单搬移简单搬移(精确到常数因子精确到常数因子)。 q由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为为线性调制线性调制
6、。n线性调制线性调制如各种幅度调制，幅移键控如各种幅度调制，幅移键控(ASK)；n非线性调制非线性调制如如FM、PM、频移键控、频移键控(FSK)。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件10102024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1111AM（Amplitude Modulation）1.AM信号的产生信号的产生波形图波形图2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1212AM（Amplitude Modulation）2.线性调幅的条件线性调幅的条件n为了解了解调时能使用包能使用包络检波法，波法，线性性调幅的幅的条件条件为：A0
7、|m(t)|max ，即保证，即保证AM信号的包信号的包络总是为正的。络总是为正的。n过调现象：已调信号的包络与调制信号之间过调现象：已调信号的包络与调制信号之间已无线性关系变化可言，包络与调制信号相已无线性关系变化可言，包络与调制信号相比，出现了严重的失真，这种现象通常我们比，出现了严重的失真，这种现象通常我们称这种现象为称这种现象为过调过调。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1313AM（Amplitude Modulation）3.AM信号的频谱特性信号的频谱特性频谱图频谱图2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1414AM（Amplitu
8、de Modulation）q特点特点n从频域表达式可以看出，从频域表达式可以看出，AM信号的频谱是信号的频谱是DSB信号的频谱加上载波分量。信号的频谱加上载波分量。n在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量，在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量，因此，该调制为线性调制。因此，该调制为线性调制。 n带宽带宽BAM2fm。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1515AM（Amplitude Modulation）4.AM已调信号的功率分配已调信号的功率分配2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件16162024/8/142024/8/14通信原理
9、课件通信原理课件1717例题例题4-1已知一已知一AM信号信号（1）请写出基带信号）请写出基带信号m(t)的表达式；的表达式；（2）写出载波信号）写出载波信号c(t)的表达式；的表达式；（3）写出）写出s(t)的傅里叶变换的傅里叶变换S(f)表达式表达式,并画出其频谱图；并画出其频谱图；（4）求边带功率和载波功率。）求边带功率和载波功率。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1818例题例题4-1解：解：信号频率信号频率fm=100Hz信号频率信号频率fc=1000Hz2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1919DSBSC4.2.3 抑制载波双边带
10、调制抑制载波双边带调制DSBSC (Double Sideband-Suppressed Carrier )1.产生产生载波反向点载波反向点波形图波形图2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件2020DSBSC2.DSB信号的频谱特性信号的频谱特性上边带（上边带（USB）：）：|f|fc的频率分量的频率分量下边带（下边带（LSB）：）：|f|fc的的频率分量频率分量频谱图频谱图2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件2121DSBSCq频谱特点频谱特点n1、上、下边带均包含调制信号的全部信息，在、上、下边带均包含调制信号的全部信息，在载频处无载波分量，这
11、就是抑制载波的效果载频处无载波分量，这就是抑制载波的效果 ；n2、幅度减半，带宽加倍，、幅度减半，带宽加倍，BDSB2fm；n3、线性搬移。、线性搬移。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件22222024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件2323例题例题4-2设设m(t)是正弦型单音频信号，载波信号为是正弦型单音频信号，载波信号为c(t)，且，且 ，试写出，试写出DSB-SC信号及上、信号及上、下边带信号的时域及频域表达式。下边带信号的时域及频域表达式。解：解：该该DSB信号的频域表达式为：信号的频域表达式为：2024/8/142024/8/14通信
12、原理课件通信原理课件2424例题例题4-2上边带信号的时域及频域表达式上边带信号的时域及频域表达式下边带信号的时域及频域表达式下边带信号的时域及频域表达式2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件2525SSB（Single Sideband）4.2.4 单边带调制单边带调制n由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包含的信息相同，因此只传送一个边带即可以传送含的信息相同，因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。信号的全部信息。 1.SSB信号的产生方法有：信号的产生方法有：滤波法；滤波法；相移法；相移法；混合法（由于电路较为复杂
13、，因此用途并不广混合法（由于电路较为复杂，因此用途并不广泛）。泛）。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件2626SSB（Single Sideband）滤波法滤波法图图 4 - 6SSB信号的频谱信号的频谱2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件2828补充：希尔伯特变换补充：希尔伯特变换定义：物理可实现系统的传递函数其实部与虚定义：物理可实现系统的传递函数其实部与虚部之间存在对应的确定关系称为部之间存在对应的确定关系称为Hilbert变换。变换。Hilbert滤波器，它实质上是一个滤波器，它实质上是一个宽带相移网络宽带相移网络，对对m(t)中的任
14、意频率分量均相移中的任意频率分量均相移-/2。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件2929希尔伯特变换希尔伯特变换常用的希尔伯特变换常用的希尔伯特变换2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件3030SSB（Single Sideband）相移法相移法实际上是实际上是SSB信号表达式的电路表示信号表达式的电路表示推导推导2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件3131由例由例4-2可得可得2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件3232SSB（Single Sideband）2.SSB信号的频率特性信号的频率特性
15、qBSSB0.5BDSBfm； q q因因SSB信号不含有载波信号不含有载波成分，单边带幅度调制成分，单边带幅度调制的效率也为的效率也为100% 。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件33332024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件3434图图 4 - 8DSB、 SSB和和VSB信号的频谱信号的频谱2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件3636VSB（Vestigial Sideband）1.定义定义qSSB问题：理想的滤波器难以实现。问题：理想的滤波器难以实现。qVSB调制：残留边带调制是介于调制：残留边带调制是介于SSB与
16、与DSB-SC之间的一种调制方式，在之间的一种调制方式，在VSB中除了传送中除了传送一个边带之外，还保留另外一个边带的一部分。一个边带之外，还保留另外一个边带的一部分。2.信号产生信号产生2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件3737VSB（Vestigial Sideband）3. HVSB()的频率特性的频率特性须从须从VSB信号的解调方式入手信号的解调方式入手2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件3838VSB（Vestigial Sideband）经过经过LPFLPF后，高频成份滤掉，这样解调输出为：后，高频成份滤掉，这样解调输出为： 当当H
17、VSB(+c)+HVSB(-c)=常数常数，|H时，此时，时，此时，MO()=C*M() ，从，从VSBVSB信号中无失真地恢复了原始信信号中无失真地恢复了原始信号。号。 残留边带滤波器传输函数要求满足的残留边带滤波器传输函数要求满足的互补对称条件互补对称条件。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件3939VSB（Vestigial Sideband）4.几何解释几何解释VSB（Vestigial Sideband）2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4040图图4-10残留边带的滤波器特性残留边带的滤波器特性(a)残留部分上边带的滤波器特性残留部
18、分上边带的滤波器特性;(b)残留部分下边带的滤波器特性残留部分下边带的滤波器特性 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4141VSB（Vestigial Sideband）5.VSB的特点及应用的特点及应用q（1）所需带宽为）所需带宽为m 2m；q（2）采用滤波法较易实现。）采用滤波法较易实现。q（3）VSB调制在广播电视、通信等系统中得调制在广播电视、通信等系统中得到广泛应用。到广泛应用。 解调（解调（Demodulation）n解调是调制的逆过程。解调是调制的逆过程。n作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号。作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号。n解调的方法可分为
19、两类：解调的方法可分为两类：q相干解调相干解调q非相干解调（如包络检波，差分相干解调等）非相干解调（如包络检波，差分相干解调等）2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4242相干解调相干解调n相干解调也叫同步检波。相干解调也叫同步检波。n它由相乘器和低通滤波器组成。它由相乘器和低通滤波器组成。n相干解调适用于所有线性调制信号的解调。相干解调适用于所有线性调制信号的解调。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4343图4-11相干解调器的一般模型相干解调相干解调n分析分析2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4444对于抑止载波双
20、边带信号对于抑止载波双边带信号 将其乘上与调制载波同频同相的载波将其乘上与调制载波同频同相的载波( (称为相干载波称为相干载波) )后后, , 经低通滤波器滤掉经低通滤波器滤掉2 2c c分量后分量后, ,得到解调输出得到解调输出 演示演示相干解调相干解调2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4545对于单边带信号（上边带信号或下边带信号）对于单边带信号（上边带信号或下边带信号） 与相干载波相乘后得与相干载波相乘后得经低通滤波后的解调输出为经低通滤波后的解调输出为演示演示载波同步载波同步n相干解调的关键是必须在已调信号接收端产生相干解调的关键是必须在已调信号接收端产生与信
21、号载波与信号载波同频同相同频同相的的本地载波本地载波。n相干载波的获取方法是通过相干载波的获取方法是通过载波同步载波同步电路。电路。n提取相干载波的方法有两种：提取相干载波的方法有两种：q直接法（自同步法：发送端不发送专门的同步直接法（自同步法：发送端不发送专门的同步信息）信息）n平方变换法和平方环法平方变换法和平方环法n同相正交环法（科斯塔斯环法）同相正交环法（科斯塔斯环法）q插入导频法（外同步法）插入导频法（外同步法）2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4646平方变换法平方变换法n此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的载波
22、同步。载波同步。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4747图图 11 1 平方变换法提取载波平方变换法提取载波平方变换法平方变换法2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4848设调制信号设调制信号m(t)无直流分量，则抑制载波的双边带信号为无直流分量，则抑制载波的双边带信号为接收端将该信号经过非线性变换接收端将该信号经过非线性变换平方律器件后得到平方律器件后得到上式的第二项包含有载波的倍频上式的第二项包含有载波的倍频2c的分量。若用一窄的分量。若用一窄带滤波器将带滤波器将2c频率分量滤出，再进行二分频，就可获频率分量滤出，再进行二分频，就可获得所
23、需的相干载波。得所需的相干载波。平方环法平方环法2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件4949在实际中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白在实际中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声，为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干载波噪声，为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干载波更为纯净，图更为纯净，图 11 - 1 中的窄带滤波器常用锁相环代替，中的窄带滤波器常用锁相环代替，构成如图构成如图 11 - 2 所示的方框图，称为平方环法提取载波。所示的方框图，称为平方环法提取载波。图图11-2 平方环法提取载波平方环法提取载波同相正交环法同相正交环法n同相正交环法又叫
24、科斯塔斯（同相正交环法又叫科斯塔斯（Costas）环。）环。n在此环路中，压控振荡器（在此环路中，压控振荡器（VCO）提供两路互）提供两路互为正交的载波，与输入接收信号分别在同相和为正交的载波，与输入接收信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通滤波之后正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通滤波之后的输出均含调制信号，的输出均含调制信号， 两者相乘后可以消除两者相乘后可以消除调制信号的影响，调制信号的影响， 经环路滤波器得到仅与相经环路滤波器得到仅与相位差有关的控制压控，从而准确地对压控振荡位差有关的控制压控，从而准确地对压控振荡器进行调整。器进行调整。2024/8/142024/8/14通信
25、原理课件通信原理课件5050 图图11-3 Costas 环法提取载波环法提取载波包络检波包络检波n包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。波器组成。n包络检波属于非相干解调包络检波属于非相干解调,广播接收机中多采广播接收机中多采用此法。用此法。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件5252整流器整流器LPFSAM(t)So(t)Mo(t)图图4-12包络检波器包络检波器 包络检波包络检波包络检波包络检波2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件5454设输入信号是设输入信号是AM信号信号 在大信号检波时
26、在大信号检波时(一般大于一般大于0.5V)，二极管处于受控的开，二极管处于受控的开关状态。选择关状态。选择RC满足如下关系满足如下关系: 式中式中,fH是调制信号的最高频率；是调制信号的最高频率；fc是载波的频率。在是载波的频率。在满足式满足式(4.1-17)的条件下的条件下,检波器的输出近似为检波器的输出近似为 演示演示2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件5555各种幅度调制系统的抗噪声性能各种幅度调制系统的抗噪声性能4.3.1 分析模型分析模型1.概念概念q模拟通信系统的评价标准用有效传输频带（有模拟通信系统的评价标准用有效传输频带（有效性）和接收端输出信噪比（可靠
27、性）来衡量。效性）和接收端输出信噪比（可靠性）来衡量。q调制系统的抗噪声性能是利用解调器的抗噪声调制系统的抗噪声性能是利用解调器的抗噪声能力来衡量能力来衡量 。q抗噪声能力通常用抗噪声能力通常用“信噪比信噪比”来度量。来度量。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件5656各种幅度调制系统的抗噪声性能各种幅度调制系统的抗噪声性能2.解调器模型解调器模型q注：注：n带通滤波器的作用是将混合在噪声中的有用信号带通滤波器的作用是将混合在噪声中的有用信号过滤出来，同时，过滤出来，同时，滤除已调信号频带外的噪声滤除已调信号频带外的噪声。n 解调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相解
28、调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相同的，但是远小于中心频率。同的，但是远小于中心频率。n加性高斯白噪声加性高斯白噪声n(t)的双边功率谱密度为的双边功率谱密度为n0/2，均，均值为值为0。图图 4 14 带通滤波器传输特性带通滤波器传输特性2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件5858各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能3.分析模型分析模型q解调器的输入噪声为窄带高斯白噪声解调器的输入噪声为窄带高斯白噪声q解调器的输入噪声功率解调器的输入噪声功率q输出信噪比输出信噪比 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件5959各种幅度调制系
29、统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能n输入信噪比输入信噪比 n信噪比增益也称为调制制度增益信噪比增益也称为调制制度增益Gn作用：用来衡量同类调制系统不同解调器对输入作用：用来衡量同类调制系统不同解调器对输入信噪比的影响。信噪比的影响。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6060各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能4.3.2 线性系统的相干解调抗噪性能线性系统的相干解调抗噪性能1.相干解调的原理相干解调的原理原理框图原理框图2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6161各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能模型分析模
30、型分析sp(t)经过低通滤波器经过低通滤波器LPF，滤掉高频成份，得，滤掉高频成份，得以以DSB信号为例信号为例对对有用信号有用信号：2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6262各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能对对噪声噪声：通过相乘器的噪声信号：通过相乘器的噪声信号经过低通滤波器经过低通滤波器LPF，滤掉高频成份，得，滤掉高频成份，得2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6363DSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能2.DSB调制系统的性能分析调制系统的性能分析解调器输入信噪比解调器输入信噪比n已调信号的平均功率已调信号的平
31、均功率 n输入噪声平均功率输入噪声平均功率n输入信噪比输入信噪比 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6464DSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能解调器输出端信噪比解调器输出端信噪比 n输出信号平均功率输出信号平均功率 n输出噪声的平均功率输出噪声的平均功率 n输出信噪比输出信噪比 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6565DSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能解调增益解调增益G（信噪比得益）（信噪比得益）这说明，这说明，DSB信号的解调器使信噪比改善了一倍。信号的解调器使信噪比改善了一倍。这是因为采用同步解调，把噪声中的正交分量这是
32、因为采用同步解调，把噪声中的正交分量ns(t)抑制掉了，从而使噪声功率减半。抑制掉了，从而使噪声功率减半。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6666SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能3.SSB调制系统的性能分析调制系统的性能分析解调器输入端信噪比解调器输入端信噪比n已调信号的平均功率已调信号的平均功率2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6767SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q输入噪声平均功率输入噪声平均功率q输入信噪比输入信噪比注：在这里注：在这里SSB信号中窄带加性噪声的带宽仅是信号中窄带加性噪声的带宽仅是DSB系统中的一
33、半，因此系统中的一半，因此SSB解调器中的窄带噪解调器中的窄带噪声功率是声功率是DSB解调器中的一半。解调器中的一半。同样的符号同样的符号Ni在在DSB系统和系统和SSB系统的值不同系统的值不同！2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6868SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能解调器输出端信噪比解调器输出端信噪比 n输出信号平均功率输出信号平均功率 n输出噪声的平均功率输出噪声的平均功率 n输出信噪比输出信噪比 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件6969SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能解调增益解调增益G（信噪比得益）（信噪比得益）
34、SSB解调器具有相同的输入输出信噪比。这说明，解调器具有相同的输入输出信噪比。这说明，SSB信号的解调器对信噪比没有改善。这是因为在信号的解调器对信噪比没有改善。这是因为在SSB系统中，信号和噪声具有相同的表示形式，所系统中，信号和噪声具有相同的表示形式，所以相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑以相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制掉，故信噪比不会得到改善。制掉，故信噪比不会得到改善。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件7070SSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能注意注意在相同的噪声背景和相同的输入信号功率条件下，在相同的噪声背景和相同的输入信号功
35、率条件下，DSB和和SSB在解调器输出端的信噪比是相等的。在解调器输出端的信噪比是相等的。从抗噪声的观点，从抗噪声的观点，SSB调制和调制和DSB调制是相同的。但调制是相同的。但SSB调制所占有的频带仅为调制所占有的频带仅为DSB的一半。的一半。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件7171VSB调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能n由于所采用的残留边带滤波器的频率特性形状由于所采用的残留边带滤波器的频率特性形状可能不同，所以难以确定抗噪性能的一般计算可能不同，所以难以确定抗噪性能的一般计算公式。公式。 n在残留边带滤波器滚降范围不大的情况下，可在残留边带滤波器滚降范围
36、不大的情况下，可将将VSB信号近似看成信号近似看成SSB信号，即信号，即SVSB(t)SSSB(t)。在这种情况下，在这种情况下，VSB调制系统的抗噪性能与调制系统的抗噪性能与SSB系统相同。系统相同。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件7272例例4-3教材教材P98 习题习题4-5解：（解：（1）为了保证信号顺利通过和尽可能地滤除噪声，）为了保证信号顺利通过和尽可能地滤除噪声，带通滤波器的宽度等于已调信号带宽，即带通滤波器的宽度等于已调信号带宽，即其中心频率为其中心频率为100kHz，故有，故有 （2）已知解调器的输入信号功率，输入噪声功率为）已知解调器的输入信号功
37、率，输入噪声功率为故输入信噪比故输入信噪比 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件7373例例4-3（3）因为）因为DSB调制制度增益调制制度增益GDSB=2，故解调器的输出信，故解调器的输出信噪比：噪比：（4）根据相干解调器的输出噪声与输入噪声功率关系）根据相干解调器的输出噪声与输入噪声功率关系 又因解调器中低通滤波器的截止频率为又因解调器中低通滤波器的截止频率为fm=4kHz，故输，故输出噪声的功率谱密度出噪声的功率谱密度思考题思考题n证明证明AM信号采用相干解调时，其制度增益信号采用相干解调时，其制度增益G为为2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理
38、课件74742024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件7575证：设AM信号信号为式中，式中，输入噪声入噪声为则解解调器器输入的信号功率入的信号功率和噪声功率和噪声功率分分别为设同步同步检测（相干解（相干解调）中，相干）中，相干载波波为则2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件7676故故输出有用信号和出有用信号和输出噪声分出噪声分别为所以所以故故2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件7777AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能4.3.3 AM信号包络检波解调的抗噪性能信号包络检波解调的抗噪性能AM信号可用相干解调和包络检波两种方
39、法解调。信号可用相干解调和包络检波两种方法解调。1.包络检波的原理包络检波的原理模型模型2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件7878AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能2.AM系统包络检波的抗噪性能系统包络检波的抗噪性能解调器输入端信噪比解调器输入端信噪比n已调信号的平均功率已调信号的平均功率n输入噪声平均功率（与输入噪声平均功率（与DSB相同）相同）n输入信噪比输入信噪比2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件7979AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能解调器输出端信噪比解调器输出端信噪比n解调器输入信号解调器输入信号包络：包络：相位：相位
40、：2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件8080AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q情况一：大信噪比（小噪声）情况，即情况一：大信噪比（小噪声）情况，即这里利用了公式这里利用了公式2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件8181AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q分析：分析：n输出信号平均功率输出信号平均功率 n输出噪声的平均功率输出噪声的平均功率 n输出信噪比输出信噪比n解调增益解调增益 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件8282AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q结论：结论：n在小噪声情况下，在小噪声情况
41、下，AM系统的相干解调与非相干系统的相干解调与非相干解调有相同的抗噪性能。解调有相同的抗噪性能。 n当当A0=|m(t)|max时，对于单音信号的调制（简称单时，对于单音信号的调制（简称单音调制）音调制）m(t)=A0cosmt，此时此时G=2/3。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件8383AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q情况二：小信噪比（大噪声）情况，即情况二：小信噪比（大噪声）情况，即2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件8484AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能q分析：分析：n包络包络E(t)中的中的m(t)，m(t)co
42、s(t)是依赖于噪声变化是依赖于噪声变化的随机函数，也就是一个随机噪声。此时包络检的随机函数，也就是一个随机噪声。此时包络检波器把有用信号扰乱成噪声。波器把有用信号扰乱成噪声。 q结论：结论：n在大噪声情况下，在大噪声情况下，AM系统包络检波法无法恢复系统包络检波法无法恢复原始信号原始信号m(t)。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件8585AM调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能n3. 门限效应门限效应q概念：当输入信噪比小到某一个特定的数值时，概念：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，这种现象就会出现输出信噪比急剧恶化的现象，这种
43、现象称为称为门限效应门限效应，而该特定的数值称为门限。，而该特定的数值称为门限。q原因：由包络检波器的非线性解调作用所引起的。原因：由包络检波器的非线性解调作用所引起的。q注意：非相干解调有门限效应；相干解调无门限注意：非相干解调有门限效应；相干解调无门限效应。效应。q包络检波是一种非线性解调方法。包络检波是一种非线性解调方法。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件8686例例4-4教材教材P99 习题习题4-11解：解：(1)设设AM信号为信号为 ，且，且 式中，式中，Pc为载波功率，为载波功率，Ps为边带功率。为边带功率。 2024/8/142024/8/14通信原
44、理课件通信原理课件8787例例4-4（2）假定）假定 ，则理想包络检波输出为，则理想包络检波输出为（3）制度增益）制度增益 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件8888角度调制角度调制(Angular Modulation)n频率调制频率调制（Frequency Modulation，FM）：载频）：载频fc随基带信号变化。随基带信号变化。n相位调制相位调制（Phase Modulation，PM）：载波的相位）：载波的相位随基带信号变化。随基带信号变化。n调频和调相统称为角度调制。调频和调相统称为角度调制。n角度调制属于角度调制属于非线性调制非线性调制，即调制后信号的
45、频，即调制后信号的频谱不再是调制前信号频谱的线性搬移，而产生谱不再是调制前信号频谱的线性搬移，而产生出很多新的频率成分。出很多新的频率成分。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件8989角度调制角度调制(Angular Modulation)4.4.1 基本概念基本概念1.角调波的一般表达式：角调波的一般表达式：式中，式中，A为为振幅（恒定）振幅（恒定）瞬时相位：瞬时相位：瞬时角频率：瞬时角频率：瞬时相位偏移：瞬时相位偏移：瞬时角频率偏移：瞬时角频率偏移：2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9090角度调制角度调制(Angular Modulati
46、on)2.调相调相瞬时相位偏移瞬时相位偏移 基带信号幅值基带信号幅值式中，式中，Kp为调相灵敏度，单位为为调相灵敏度，单位为rad/V。则。则虽然是虽然是PM波，但其角频率仍与波，但其角频率仍与m(t)有关。有关。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9191角度调制角度调制(Angular Modulation)式中，式中，Kf为调频灵敏度，单位为为调频灵敏度，单位为rad/(s.V )。则。则3.调频调频瞬时角频率偏移瞬时角频率偏移 基带信号幅值基带信号幅值2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9292角度调制角度调制(Angular Modul
47、ation)4.总结总结FM波和波和PM波从波形上无法区别。波从波形上无法区别。区分区分FM波和波和PM波的方法是考察频偏还是相移波的方法是考察频偏还是相移随基带信号的幅值变化。随基带信号的幅值变化。调频与调相之间的关系调频与调相之间的关系2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9393角度调制角度调制(Angular Modulation)2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9494角度调制角度调制(Angular Modulation)4.4.2 窄带调频（窄带调频（NBFM）1.定义定义2.时域表达式时域表达式3.频域表达式频域表达式2024/
48、8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9595角度调制角度调制(Angular Modulation)4.与与AM信号的频谱比较信号的频谱比较2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9696角度调制角度调制(Angular Modulation)4.4.3 宽带调频（宽带调频（WBFM）1.信号表达式信号表达式设基带信号为单音频信号设基带信号为单音频信号式中，式中，AmKf为最大角频偏，记为为最大角频偏，记为。mf为调频指数为调频指数2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9797角度调制角度调制(Angular Modulation)调频信
49、号的级数展开式：调频信号的级数展开式：调频信号的级数展开式对应的付氏变换谱：调频信号的级数展开式对应的付氏变换谱：调频波的带宽用卡森公式表示：调频波的带宽用卡森公式表示：2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9898Kf=50，fc=250Hz，消息带宽，消息带宽W=50Hz则则mf=3，B=4002024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件9999调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调1.调频信号的产生调频信号的产生NBFM信号的产生信号的产生q直接调频：常用压控振荡器产生；直接调频：常用压控振荡器产生；图图4-23PLL调制器调制器 调频信号的产生与
50、解调调频信号的产生与解调n间接调频间接调频 ：用调相电路产生调频波：用调相电路产生调频波 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1001002024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件101101调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调WBFM信号的产生信号的产生 先产生一个先产生一个NBFM信号，再经过一个倍频器，从信号，再经过一个倍频器，从而产生而产生WBFM信号。信号。 2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件103103调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调混频法混频法2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课
51、件104104调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调2.调频信号的解调调频信号的解调NBFM的相干解调的相干解调2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件105105调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调WBFM的非相干解调的非相干解调 n非线性调制采用非相干解调。而非相干解调采非线性调制采用非相干解调。而非相干解调采用的是鉴频器用的是鉴频器 。q解调器的输出应当为：解调器的输出应当为：q频率频率-电压转换特性的鉴频器电压转换特性的鉴频器q锁相环法锁相环法2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件106106调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调n1）
52、鉴频器法）鉴频器法n微分电路将幅度衡定的调频波变换为调幅调频波，微分电路将幅度衡定的调频波变换为调幅调频波，即幅度和频率都随基带信号即幅度和频率都随基带信号m(t) 线性变化。线性变化。n其缺点之一是包络检波器对于由信道噪声和其他其缺点之一是包络检波器对于由信道噪声和其他原因引起的幅度起伏也有反应，为此，原因引起的幅度起伏也有反应，为此， 在微分器在微分器前加一个限幅器和带通滤波器。前加一个限幅器和带通滤波器。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件107107调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调n2）锁相环法解调）锁相环法解调q鉴相器：对两输入信号进行相位比较鉴相器：
53、对两输入信号进行相位比较 ；q环路滤波器：平滑鉴相器输出电压及抑制鉴相器环路滤波器：平滑鉴相器输出电压及抑制鉴相器输出电压中的噪声和高频分量。输出电压中的噪声和高频分量。 q压控振荡器压控振荡器VCO ：控制输入端的控制信号随：控制输入端的控制信号随uo变变化。化。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件108108调频系统的噪声性能调频系统的噪声性能n1. 模型模型输入信号功率：输入信号功率：输入噪声功率：输入噪声功率：2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件109109调频系统的噪声性能调频系统的噪声性能n2. 结论结论q（1）大信噪比情况）大信噪比
54、情况输出信噪比：输出信噪比：考虑基带信号为单频余弦波时：考虑基带信号为单频余弦波时：解调器的制度增益为：解调器的制度增益为：2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件110110调频系统的噪声性能调频系统的噪声性能n宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与其传输宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与其传输带宽的平方成正比。也就是说，对于调频系统来带宽的平方成正比。也就是说，对于调频系统来说，可以通过增加传输带宽来改善系统的抗噪声说，可以通过增加传输带宽来改善系统的抗噪声性能，性能，调频系统可以用带宽来换取信噪比的改善。调频系统可以用带宽来换取信噪比的改善。但对于调幅系统，因为调幅系
55、统的信号带宽是固但对于调幅系统，因为调幅系统的信号带宽是固定的，因而不能利用带宽换取信噪比的改善。定的，因而不能利用带宽换取信噪比的改善。 宽带调频时，解调器的制度增益为：宽带调频时，解调器的制度增益为：教材教材P97 例题例题4-12024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件111111调频系统的噪声性能调频系统的噪声性能q（2）小信噪比情况）小信噪比情况n没发生门限效应没发生门限效应时：在相同输入信噪比情况下，时：在相同输入信噪比情况下，FM输出信噪比要好于输出信噪比要好于AM输出信噪比输出信噪比;但是，当但是，当输入信噪比降低到某一门限时，输入信噪比降低到某一门限时， F
56、M就开始出现就开始出现门限效应门限效应;如果输入信噪比继续降低，则如果输入信噪比继续降低，则FM解调解调器的输出信噪比将急剧变坏，甚至比器的输出信噪比将急剧变坏，甚至比AM的性能的性能还要差。还要差。 n用普通鉴频器解调调频信号时，其门限效应与输用普通鉴频器解调调频信号时，其门限效应与输入信噪比有关，一般发生在输入信噪比入信噪比有关，一般发生在输入信噪比10dB左左右处。右处。n和包络检波器一样，和包络检波器一样，FM解调器的门限效应也是解调器的门限效应也是由它的由它的非线性的解调非线性的解调作用所引起的。作用所引起的。 各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较2024/8/142
57、024/8/14通信原理课件通信原理课件1121122024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件113113各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较n性能比较性能比较qWBFM抗噪声性能最好，抗噪声性能最好， DSB、SSB、VSB抗抗噪声性能次之，噪声性能次之，AM抗噪声性能最差。抗噪声性能最差。qFM的调频指数的调频指数mf越大，抗噪声性能越好，但占越大，抗噪声性能越好，但占据的带宽越宽，频带利用率低。据的带宽越宽，频带利用率低。SSB的带宽最的带宽最窄，其频带利用率高。窄，其频带利用率高。n优缺点优缺点图图4-33各种模拟调制系统的性能曲线各种模拟调制系统的性
58、能曲线 频分复用频分复用n4.7.1 频分复用原理频分复用原理q频分复用（频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）是指把有限的频带资源分给多个用户，）是指把有限的频带资源分给多个用户，实现多个用户同时共享一个信道。实现多个用户同时共享一个信道。q互相不干扰，即各个用户的信号频谱不重叠，互相不干扰，即各个用户的信号频谱不重叠，在接收方接收机可以通过带通滤波器把各个用在接收方接收机可以通过带通滤波器把各个用户信号分离开来。户信号分离开来。q频分复用的一个必要条件就是调制，即通过调频分复用的一个必要条件就是调制，即通过调制技术，把各个用户的基带信号，如话音、
59、视制技术，把各个用户的基带信号，如话音、视频，搬迁到各自的频带范围。频，搬迁到各自的频带范围。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件115115图 10 1 频分复用系统组成原理图频分复用频分复用n为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波频率选择载波频率fc1, fc2, , fcn，并使各路已调信，并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护间隔。号频谱之间留有一定的保护间隔。n若基带信号是模拟信号，则调制方式可以是若基带信号是模拟信号，则调制方式可以是DSB-SC、AM、SSB、VSB或或FM等，其中等，其中SSB方式频带利用
60、率最高。方式频带利用率最高。n若基带信号是数字信号，则调制方式可以是若基带信号是数字信号，则调制方式可以是ASK、FSK、PSK等各种数字调制。等各种数字调制。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件117117频分复用频分复用2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件118118 图图 10 2 复用信号的频谱结构示意图复用信号的频谱结构示意图频分复用频分复用n4.7.2 模拟电话多路复用系统模拟电话多路复用系统q目前，多路载波电话系统是按照目前，多路载波电话系统是按照CCITT建议，建议，采用单边带调制频分复用方式。采用单边带调制频分复用方式。2024
61、/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件119119频分复用频分复用q由由12路电话复用为一个基群路电话复用为一个基群(Basic Group)；q5个基群复用为一个超群个基群复用为一个超群(Super Group)，共，共60路电话；路电话；q由由 10 个超群复用为一个主群个超群复用为一个主群(Master Group)，共，共600路电话。路电话。q每路电话信号的频带限制在每路电话信号的频带限制在 3003400Hz，为，为了在各路已调信号间留有保护间隔，每路电话了在各路已调信号间留有保护间隔，每路电话信号取信号取4000 Hz作为标准带宽作为标准带宽。2024/8/1420
62、24/8/14通信原理课件通信原理课件120120频分复用频分复用2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件121121频分复用频分复用2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件122122图图 10 4 主群频谱配置图主群频谱配置图 频分复用频分复用n4.7.3调频立体声广播调频立体声广播(FM Stereo Broadcasting)q调频立体声广播系统占用频段为调频立体声广播系统占用频段为88108 MHz，采，采用用FDM方式。方式。2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件123123图图 10 5 立体声广播信号频谱结构立体声广
63、播信号频谱结构图图 10- 6 调频立体声广播系统发送与接收原理图调频立体声广播系统发送与接收原理图 (a) 发送端发送端; (b) 接收端接收端2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1251252024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1261262024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1271272024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件128128频分复用频分复用nFDM的其他应用的其他应用q光纤通信中的波分复用就是频分复用（只不过光纤通信中的波分复用就是频分复用（只不过在实现方式上有所不同），因为频率和波长是在实现方式上有所不同），因为频率和波长是一一对应的关系。一一对应的关系。qADSL拨号上网拨号上网qGSM蜂窝系统蜂窝系统2024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件1291292024/8/142024/8/14通信原理课件通信原理课件130130作业作业n教材教材P96 习题习题q4-1q4-2q4-7q4-13
