通信原理课件：05-第5章-模拟调制系统-Part1.ppt

1、2022-1-24中国民航大学中国民航大学电子信息工程学院电子信息工程学院屈景怡屈景怡 课程邮箱：课程邮箱：cp_，密码：，密码：123abc 第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统电子信息工程学院通信原理2第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统v学习目标：学习目标： 调制的定义、功能和分类；调制的定义、功能和分类； 线性调制（线性调制（AM,DSB,SSBAM,DSB,SSB和和VSBVSB）原理（表示式、频谱、）原理（表示式、频谱、带宽、调制和解调）；带宽、调制和解调）； 线性调制系统的抗噪声性能，门限效应；线性调制系统的抗噪声性能，门限效应； 调频（调频（FMFM）、调相（）、调相（PM

2、PM）的基本概念；）的基本概念； 调频信号频带宽度的计算调频信号频带宽度的计算卡森公式；卡森公式； 调频信号的产生与解调方法；调频信号的产生与解调方法； 预加重和去加重的概念。预加重和去加重的概念。 FMFM、DSBDSB、SSBSSB、VSBVSB、AMAM的性能比较；的性能比较； 频分复用、复合调制和多级调制的概念。频分复用、复合调制和多级调制的概念。电子信息工程学院通信原理3v基本概念基本概念 调制调制 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程过程 广义调制广义调制 分分基带调制基带调制和和带通调制带通调制（也称（也称载波调制载波调制） 狭义调

3、制狭义调制 仅指带通调制。在无线通信和其他大多数仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场合，调制一词均指载波调制场合，调制一词均指载波调制 调制信号调制信号 指来自信源的基带信号指来自信源的基带信号 载波调制载波调制 用调制信号去控制载波的参数的过程用调制信号去控制载波的参数的过程。 载波载波 未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，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。也可以是非正弦波。 已调信号已调信号 载波受调制后称为已调信号。载波受调制后称为已调信号。 解调（检波）解调（检波） 调制的逆过程，其作用是将已调信号调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。

4、中的调制信号恢复出来。 第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统电子信息工程学院通信原理4 调制的目的调制的目的 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。 把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现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。信道的多路复用，提高信道利用率。 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还扩展信号带宽，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。可实现传输带宽与信噪比之间的互换。 调制方式调制方式 模拟调制模拟调制 数字调制数字调制 常见的模拟调制常见的模拟调制 幅度调制：调幅、双边带、单边

5、带和残留边带幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带 角度调制：频率调制、相位调制角度调制：频率调制、相位调制 第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统电子信息工程学院通信原理5第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理 5 5.2.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 5 5.3.3 非线性调制（角度调制）原理非线性调制（角度调制）原理 5 5.4.4 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能 5 5.5.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较 5 5.6.6 频分复用与调频立体声频分复用与调频立体声

6、 电子信息工程学院通信原理6v5.15.1幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理 一般原理一般原理 表示式：表示式： 设：正弦型载波为设：正弦型载波为式中，式中，A A 载波幅度；载波幅度； c c 载波角频率；载波角频率； 0 0 载波初始相位（以后假定载波初始相位（以后假定 0 0 0 0）。）。 则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成可表示成 式中，式中， m m( (t t) ) 基带调制信号。基带调制信号。0( )coscc tAt( )( )cosmcstAm tt第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.

7、1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理7 频谱频谱设调制信号设调制信号m m( (t t) )的频谱为的频谱为M M( ( ) )，则已调信号的频谱为，则已调信号的频谱为在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地变化；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的简单搬移( (精确到常数因子精确到常数因子) )。由于这种搬移是线性的，。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为因此，幅度调制通常又称为线性调制线性调制。但

8、应注意，这里的但应注意，这里的“线性线性”并不意味着已调信号与调制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，任何调制过程都信号之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。是一种非线性的变换过程。 ( )()()2mccASMM第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理8 5.1.15.1.1调幅（调幅（AMAM）（标准调幅）（标准调幅） 时域表示式时域表示式式中式中 m m( (t t) ) 调制信号，均值为调制信号，均值为0 0； A A0 0 常数，表示叠加的

9、直流分量。常数，表示叠加的直流分量。 频谱：若频谱：若m m( (t t) )为确知信号，则为确知信号，则AMAM信号的频谱为信号的频谱为若若m m( (t t) )为随机信号，则已调信号的频域表示式必须为随机信号，则已调信号的频域表示式必须用功率谱描述。用功率谱描述。 调制器模型调制器模型00( )( )coscos( )cosAMcccstAm ttAtm tt01( ) ()()()()2AMccccSAMM 第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理9 波形图波形图由波形可以看出，当满足条件：由

10、波形可以看出，当满足条件：| |m m( (t t)| )| A A0 0 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，因此用包络检波法很容易恢复出因此用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。原始调制信号。否则，出现否则，出现“过调幅过调幅”现象。这时现象。这时用包络检波将发生失真。但是，用包络检波将发生失真。但是，可以采用其他的解调方法，如同可以采用其他的解调方法，如同步检波。步检波。 第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理10 频谱图频谱图第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统

11、5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理00t0t0ccAMs(t)AMS( )0t0ccs(t)S( )1A)(0tmA )(20MAHHCHC电子信息工程学院通信原理11 频谱图频谱图由频谱可以看出，由频谱可以看出，AMAM信号的频谱由信号的频谱由三部分组成：三部分组成： 载频分量载频分量 上边带上边带 下边带下边带上边带的频谱结构与上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结原调制信号的频谱结构相同，下边带是上构相同，下边带是上边带的镜像。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第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制

12、）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理12 AMAM信号的特性信号的特性带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽带信号带宽 f fH H 的两倍：的两倍：功率：功率：当当m m( (t t) )为确知信号时，为确知信号时，若若则则式中式中P Pc c = = A A0 02 2/2 /2 载波功率，载波功率， 边带功率。边带功率。HAMfB222202222200( )( ) coscos( )cos2( )cosAMAMccccPstAm ttAtm ttA m tt0)(tmScAMPPtmAP2)(22202/

13、 )(2tmPs第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理13调制效率调制效率 AMAM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分 只有边带功率才与调制信号有关，载波分量并不携带信息只有边带功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带功率）占信号总功率有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例称为的比例称为调制效率调制效率：当当m m( (t t) = ) = A Am m coscos m mt t时，时，代入上式，得

14、到代入上式，得到当当| |m m( (t t)|)|maxmax = = A A0 0时（时（100100调制），调制效率最高，这时调制），调制效率最高，这时 maxmax 1/31/3 2220SAMAMmtPPAmt22( )/2mmtA 222222002mAMmmtAAAAmt第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理14 5.1.2 5.1.2 双边带调制（双边带调制（DSBDSB） 也称抑制载波调幅也称抑制载波调幅（Suppressed Carrier AM, SC-AMSuppressed

15、 Carrier AM, SC-AM） 时域表示式：无直流分量时域表示式：无直流分量A A0 0 频谱：无载频分量频谱：无载频分量 波形：波形：ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMS第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理15 调制效率：调制效率：100100 优点：节省了载波功率优点：节省了载波功率 缺点：不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。缺点：不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度

16、调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理16 5.1.3 5.1.3 单边带调制（单边带调制（SSBSSB） 原理：原理：双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱信号频谱M M( ( ) )的所有频谱成分，因此仅传输其中一的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。传输频带，这种方式称为单边带调制。产生产生SSBSSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。信号的方法有两种：滤波法和相移法。 第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统

17、5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理17 滤波法及滤波法及SSBSSB信号的频域表示信号的频域表示滤波法的原理方框图滤波法的原理方框图 用边带滤波器，滤除不要的边带用边带滤波器，滤除不要的边带: : 图中，图中，H H( ( ) )为单边带滤波器的传输函数为单边带滤波器的传输函数若具有如下理想高通特性：若具有如下理想高通特性： 则可滤除下边带。则可滤除下边带。若具有如下理想低通特性：若具有如下理想低通特性：则可滤除上边带。则可滤除上边带。1,( )( )0,cUSBcHH1,( )( )0,cLSBcHH第第5 5章章 模拟调制系统模拟调

18、制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理18SSBSSB信号的频谱信号的频谱上边带频谱图上边带频谱图: : ( )( )SSBDSBSSH第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理19滤波法的技术难点滤波法的技术难点 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 例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为300Hz300Hz，则上下边带之间的频率间隔为则上下边带之间的频率间隔为600

19、Hz600Hz，即允许过渡带为，即允许过渡带为600Hz600Hz。在。在600Hz600Hz过渡带和不太高的载频情况下，滤波过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器不难实现；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。 可以采用多级（一般采用两级）可以采用多级（一般采用两级）DSBDSB调制及边带滤波的调制及边带滤波的方法，即先在较低的载频上进行方法，即先在较低的载频上进行DSBDSB调制，目的是增大调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作。

20、再在要求的载频上进行第二次调制。的载频上进行第二次调制。 当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。了。第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理20 相移法和相移法和SSBSSB信号的时域表示信号的时域表示SSBSSB信号的时域表示式信号的时域表示式设单频调制信号为设单频调制信号为 载波为载波为则则DSBDSB信号的时域表示式为信号的时域表示式为若保留上边带，则有若保留上边带，则有若保留下边带，则有若保留下边带，则有tAtmmmcos)(ttccc

21、os)(tAtAttAtsmcmmcmcmmDSB)cos(21)cos(21coscos)(1( )cos()2USBmCmstAt11coscossinsin22mmcmmcAttAtt1( )cos()2LSBmCmstAt11coscossinsin22mmcmmcAttAtt两式仅正负号不同第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理21将上两式合并：将上两式合并：式中，式中，“”表示上边带信号，表示上边带信号，“+ +”表示下边带信号。表示下边带信号。希尔伯特变换希尔伯特变换：上式中：上式中A

22、 Am m sinsin m mt t可以看作是可以看作是A Am m coscos m mt t 相移相移 /2/2的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记为的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记为“ ”，则有，则有这样，上式可以改写为这样，上式可以改写为ttAttAtscmmcmmSSBsinsin21coscos21)(tAtAmmmmsinso c11( )coscoscossin22SSBmmcmmcstAttAtt第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理22把上式推广到一般情况，则得

23、到把上式推广到一般情况，则得到 式中，式中，若若M M( ( ) )是是m m( (t 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-jsgnjsgn 可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即11( )coscoscossin22SSBmmcmmcstAttAttttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(的希尔伯特变换是)()(tmtm为的傅里叶变换)()(Mtmsgn)()(jMM1,0sgn1,0sgn)(/ )()(jMMHh第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线

24、性调制）的原理电子信息工程学院通信原理23移相法移相法SSBSSB调制器方框图调制器方框图 优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。 缺点：宽带相移网络难用硬件实现。缺点：宽带相移网络难用硬件实现。第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理ttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(电子信息工程学院通信原理24 SSBSSB信号的解调信号的解调 SSBSSB信号的解调和信号的解调和DSBDSB一样，不能采用简单的包一样，不能采用简单的包络检波，因为络检波，因为SSBSSB信号也

25、是抑制载波的已调信号，它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，所以仍需采的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调。用相干解调。 SSBSSB信号的性能信号的性能 SSBSSB信号的实现比信号的实现比AMAM、DSBDSB要复杂，但要复杂，但SSBSSB调制方调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比占用的频带宽度比AMAM、DSBDSB减少了一半。它目前已成减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。为短波通信中一种重要的调制方式。第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.

26、1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理25 5.1.4 5.1.4 残留边带（残留边带（VSBVSB）调制）调制原理：残留边带调制是介于原理：残留边带调制是介于SSBSSB与与DSBDSB之间的一种折中方式，之间的一种折中方式，它既克服了它既克服了DSBDSB信号占用频带宽的缺点，又解决了信号占用频带宽的缺点，又解决了SSBSSB信号信号实现中的困难。实现中的困难。在这种调制方式中，不像在这种调制方式中，不像SSBSSB那样完全抑制那样完全抑制DSBDSB信号的一个信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留边带，而是逐渐切割，使其残留小部分，如下图

27、所示：小部分，如下图所示：第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理26 调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法波法SSBSSB调制器相同。调制器相同。 不过，这时图中滤波器的特性应按残留边带调制的不过，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，而不再要求十分陡峭的截止特性，因要求来进行设计，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比单边带滤波器容易制作。而它比单边带滤波器容易制作。第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5

28、.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理 m t DSBst c t载波 HsVSB(t)电子信息工程学院通信原理27 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为了确定上式中残留边带滤波器传输特性为了确定上式中残留边带滤波器传输特性H H( ( ) )应满足的应满足的条件，我们来分析一下接收端是如何从该信号中恢复原基带信条件，我们来分析一下接收端是如何从该信号中恢复原基带信号的。号的。 ( )VSBDSBSSH1()( )2ccMMH第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调

29、制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理28VSBVSB信号解调器方框图信号解调器方框图 图中图中 因为因为 根据频域卷积定理可知，乘积根据频域卷积定理可知，乘积s sp p( (t t) )对应的频谱为对应的频谱为 VSB2( )cospcststt ( )VSBVSBstScccosct ()()pVSBcVSBcSSS第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理29第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的

30、原理电子信息工程学院通信原理30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，处的频谱，它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波器的输它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波器的输出频谱为出频谱为 ()()pVSBcVSBcSSS ( )VSBDSBSSH1()( )2ccMMH1( )( )()()2dccSMHH第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理 1(2)(

31、)()2pccSMMH1( )(2)()2ccMMH+电子信息工程学院通信原理31 显然，为了保证相干解调的输出无失真地恢复调制信号显然，为了保证相干解调的输出无失真地恢复调制信号m m( (t t) )，上式中的传递函数必须满足：上式中的传递函数必须满足： 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。上述条件的含义是：残留边带滤波器的特性上述条件的含义是：残留边带滤波器的特性H H( ( ) )在在 c c处必须具处必须具有有互补对称互补对称（奇对称）特性（奇对称）特性, , 相干解调时才能无失真地从残留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。边带信号

32、中恢复所需的调制信号。 1( )( )()()2dccSMHH()()ccHHH常数，第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理32残留边带滤波器特性的两种形式残留边带滤波器特性的两种形式 残留残留“部分上边带部分上边带”的滤波器特性：下图的滤波器特性：下图(a)(a) 残留残留“部分下边带部分下边带”的滤波器特性：下图的滤波器特性：下图(b)(b)第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理33 5.1.5 5.

33、1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型 滤波法模型滤波法模型 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：模型如下： 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：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：式中，式中，只要适当选择只要适当选择H H( ( ) )，便可以得到各种幅度调制信号。，便可以得到各种幅度调制信号。)(cos)()(thttmtscm)()(21)(HMMSccm)()(thH第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1

34、幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理34 移相法模型移相法模型式中式中上式表明，上式表明，s sm m( (t t) )可等效为两个互为正交调制分量的合成可等效为两个互为正交调制分量的合成( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst st( )( )( )IIs th tm t( )( )( )QQsthtm t第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理ttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(比较单边带调制比较单边带调制电子信息工程学院通信原理355.1.6

35、 5.1.6 相干解调与包络检波相干解调与包络检波相干解调（同步检波）相干解调（同步检波） 相干解调的频谱图示意相干解调的频谱图示意 相干解调器的一般模型相干解调器的一般模型 相干解调器原理：为了无失真地恢复原基带信号，接收端相干解调器原理：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（称为相干载波），它与接收的已调信号相乘后，本地载波（称为相干载波），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。号。第第5 5章

36、章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理36相干解调器性能分析相干解调器性能分析已调信号的一般表达式为已调信号的一般表达式为 与同频同相的相干载波与同频同相的相干载波 相乘后，得相乘后，得经低通滤波器后，得到经低通滤波器后，得到若若s sI I( (t t) )与与m m( (t t) )成正比成正比，则上式中的，则上式中的s sd d( (t t) )就是解调输出，即就是解调输出，即 ( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst st ( )cos111( )( )cos2( ) in2222pmc

37、IIcQcsts tts ts tts t st 1( )2dIsts t 1( )2dIststm t第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理 coscc tt电子信息工程学院通信原理37包络检波包络检波 适用条件：适用条件：AMAM信号，且要求信号，且要求| |m m( (t t)|)|maxmax A A0 0 ， 包络检波器结构：包络检波器结构：通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如，通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如， 性能分析性能分析设输入信号是设输入信号是 选择选择RCRC满足如下关系满足如下关

38、系 式中式中f fH H 调制信号的最高频率调制信号的最高频率在大信号检波时（一般大于在大信号检波时（一般大于0.5 V0.5 V），二极管处于受控的开关），二极管处于受控的开关状态，检波器的输出为状态，检波器的输出为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 m( (t t) )。 ttmAtscAMcos)()(0cHfRCf /1 0( )dstAm t第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理电子信息工程学院通信原理38 相干解调与包络检波的比较相干解调与包络检波的比较 相干解调相干解调 包络检波包络检波 包络

39、检波结构简单，且解调输出是相干解调的包络检波结构简单，且解调输出是相干解调的2 2倍，因此倍，因此AMAM信信号几乎都用包络检波号几乎都用包络检波 注意：注意：DSBDSB、SSBSSB和和VSBVSB均抑制载波，包络不直接表示调制信号，均抑制载波，包络不直接表示调制信号，因而不能采用简单的包络检波解调，但若插入很强的载波，可因而不能采用简单的包络检波解调，但若插入很强的载波，可成为或近似为成为或近似为AMAM信号，即可用包络检波。信号，即可用包络检波。第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理 1( )2dIsts t 0(

40、 )dstAm t电子信息工程学院通信原理39第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统5.1 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理 5 5.2.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 5 5.3.3 非线性调制（角度调制）原理非线性调制（角度调制）原理 5 5.4.4 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能 5 5.5.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较 5 5.6.6 频分复用与调频立体声频分复用与调频立体声 电子信息工程学院通信原理40v5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 5.2.1 5.2.1 分析模型分

41、析模型图中图中 s sm m ( (t t) ) 已调信号已调信号 n n( (t t) ) 信道加性高斯白噪声信道加性高斯白噪声 n ni i( (t t) ) 带通滤波后的噪声带通滤波后的噪声 m mo o( (t t) ) 输出有用信号输出有用信号 n no o( (t t) ) 输出噪声输出噪声第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 电子信息工程学院通信原理41 噪声分析噪声分析n ni i( (t t) )为平稳窄带高斯噪声，它的表示式为为平稳窄带高斯噪声，它的表示式为或或由于由于式中式中 N Ni i 解调器输入噪

42、声的平均功率解调器输入噪声的平均功率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n n0 0，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的理想矩形函数，则解调器的输入噪声功的理想矩形函数，则解调器的输入噪声功率为率为ttnttntnsci00sin)(cos)()()(cos)()(0tttVtniisciNtntntn)()()(222BnNi0第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 （因为是窄带高斯过程）电子信息工程学院通信原理42 解调器输出信噪比定义解调器输出信噪比定义 输出信噪比反映了

43、解调器的抗噪声性能。显然，输输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。显然，输出信噪比越大越好。出信噪比越大越好。 调制制度增益（信噪比增益）定义：调制制度增益（信噪比增益）定义：用用G G便于比较同类调制系统采用不同解调器时的性能。便于比较同类调制系统采用不同解调器时的性能。G 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。式中输入信噪比式中输入信噪比S Si i / /N Ni i 的定义是：的定义是：2oo2oo( )( )Sm tNn t解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平均功率iiNSNSG/00)()(22tntsNSimii功率解调器输入噪声的平均平均功率解调器

44、输入已调信号的第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 电子信息工程学院通信原理43 5.2.2 DSB5.2.2 DSB调制系统的性能调制系统的性能 DSBDSB相干解调抗噪声性能分析模型相干解调抗噪声性能分析模型 由于是线性系统，所以可以分别计算解调器输出的信由于是线性系统，所以可以分别计算解调器输出的信号功率和噪声功率。号功率和噪声功率。 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 5.2 线性调制系统的抗噪

45、声性能线性调制系统的抗噪声性能 电子信息工程学院通信原理44 噪声功率计算噪声功率计算设解调器输入信号为设解调器输入信号为与相干载波与相干载波coscos c ct t相乘后，得相乘后，得经低通滤波器后，输出信号为经低通滤波器后，输出信号为因此，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ttmtscmcos)()(ttmtmttmcc2cos)(21)(21cos)(2o1( )( )2m tm t22oo1( )( )4Sm tm t第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 电子信息工程学院通信原理45解调

46、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后，得它与相干载波相乘后，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功率为或写成或写成ttnttntncsccisin)(cos)( )(tttnttnttnccscccicossin)(cos)(cos)(2sin)(2cos)(21)(21ttnttntncsccco1( )( )2cn tn t22oo1( )( )4cNn tn t2o0111( )444iiNn tNn B第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性

47、能线性调制系统的抗噪声性能 电子信息工程学院通信原理46 信号功率计算信号功率计算解调器输入信号平均功率为解调器输入信号平均功率为 信噪比计算信噪比计算输入信噪比输入信噪比输出信噪比输出信噪比)(21cos)()(222tmttmtsScmiBntmNSii02)(2122oo01( )( )414im tSm tNn BN第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 电子信息工程学院通信原理47 制度增益制度增益由此可见，由此可见，DSBDSB调制系统的制度增益为调制系统的制度增益为2 2。也就是说，。也就是说，DSBDSB信号的

48、解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用相信号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量被消除的缘故。干解调，使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。oo/2/DSBiiSNGSN第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 电子信息工程学院通信原理48SSBSSB调制系统的性能调制系统的性能噪声功率噪声功率这里，这里，B B = = f fH H 为为SSB SSB 信号的带通滤波器的带宽。信号的带通滤波器的带宽。信号功率信号功率SSBSSB信号信号与相干载波相乘后，再经低通滤波可得解调器输与相干载波相乘后，再

49、经低通滤波可得解调器输出信号出信号因此，输出信号平均功率因此，输出信号平均功率o01144iNNn Bttmttmtsccmsin)(21cos)(21)(o1( )( )4mtm t22oo1( )( )16Sm tm t第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 （与（与DSB相同）相同）电子信息工程学院通信原理49输入信号平均功率为输入信号平均功率为 信噪比信噪比单边带解调器的输入信噪比为单边带解调器的输入信噪比为 )(21)(2141sin)(cos)(41)(2222tmtmttmttmtsSccmi( )( )m tm

50、 t因与的幅度相同，所以具有相同的平均功率，故上式)(412tmSiBntmBntmNSii02024)()(41第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 电子信息工程学院通信原理50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 制度增益制度增益 讨论：讨论：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，所以相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。信噪比没有改善。22oo001( )( )16