第五章-模拟调制系统课件.ppt

1、教学提示在此之前，我们为通信在此之前，我们为通信系统的讨论提供了必要系统的讨论提供了必要的数学基础，即信号分的数学基础，即信号分析和随机理论，有了这析和随机理论，有了这些工具之后，就可以转些工具之后，就可以转入本课程的第二部分内入本课程的第二部分内容，即中心内容，开始容，即中心内容，开始讨论通信系统的实质问讨论通信系统的实质问题：有效性和可靠性的题：有效性和可靠性的问题。具体涉及的问题问题。具体涉及的问题就是就是调制和解调调制和解调的问题。的问题。（1）信号的时域表达信号的时域表达式和时域波形；式和时域波形；（2）频谱表达式和频频谱表达式和频谱图；谱图；（3）解调方式；解调方式；（4）抗噪声性

2、能。抗噪声性能。第5章 模拟调制系统5.1 引言引言5.2 标准调幅（标准调幅（AM）5.3 双边带调幅（双边带调幅（DSB）5.4 单边带调幅（单边带调幅（SSB）5.5 残留边带调幅（残留边带调幅（VSB）5.6 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5.7 角度调制原理及抗噪性能角度调制原理及抗噪性能5.8 频分复用频分复用(FDM)5.1 引引 言言由信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内直接传输，因由信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内直接传输，因此需要经过调制将他变换成适于在信道内传输的信号此需要经过调制将他变换成适于在信道内传输的信号.调制的定义调制的定义

3、：把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形：把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形 信源信源调制调制发滤波器发滤波器信道信道收滤波器收滤波器解调解调调制调制信宿信宿n(t)n(t)(Cw w点点-点通信系统点通信系统一、调制的功能一、调制的功能1、频率变换、频率变换：为了采用无线传送方式，如将（：为了采用无线传送方式，如将（0.33.4KHz）有效）有效带宽内的语音信号调制到高频段上去。带宽内的语音信号调制到高频段上去。2、实现信道复用、实现信道复用：例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信：例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信道中传输。道中传输。3、提高抗干扰性、提高抗干扰性：抗干扰性

4、（即可靠性）与有效性互相制约，通：抗干扰性（即可靠性）与有效性互相制约，通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如FM替代替代AM。二、调制的分类二、调制的分类调制方法可以从以下几个角度进行分类。调制方法可以从以下几个角度进行分类。基带信号基带信号m(t)m(t)调制器调制器Sm(t)Sm(t)C(t)C(t)载波载波调制器模型调制器模型 1、按信号按信号m(t)的不同分的不同分：模拟调制，特点：模拟调制，特点：m(t)是连续信号。是连续信号。数字调制，特点：数字调制，特点：m(t)是数字信号。是数字信号。2、按载波信号、按载波信号c(t)不同分：不同分：连续波

5、调制，特点：连续波调制，特点：c(t)连续，如连续，如c(t)=cosct；脉冲调制，特点：脉冲调制，特点：c(t)为脉冲，如周期矩形脉冲序列。为脉冲，如周期矩形脉冲序列。3、按调制器功能的功能分：按调制器功能的功能分：幅度调制，特点：用幅度调制，特点：用:m(t)改变改变c(t)的幅度，如的幅度，如AM，DSB，SSB，VSB。频率调制，特点：用频率调制，特点：用:m(t)改变改变c(t)的频率，如的频率，如FM。相位调制，特点：用相位调制，特点：用:m(t)改变改变c(t)的相位，如的相位，如PM。4、按调制器传输函数来分：、按调制器传输函数来分：线性调制，特点：调制前、后的频谱呈线性搬移

6、关系。线性调制，特点：调制前、后的频谱呈线性搬移关系。非线性调制，特点无上述关系，且调制后产生许多新成份。非线性调制，特点无上述关系，且调制后产生许多新成份。1、AM信号的时域表达式及波形信号的时域表达式及波形 所谓的标准调幅就是指输入的调制信号除了来自消息的所谓的标准调幅就是指输入的调制信号除了来自消息的基带信号基带信号外，还包含了外，还包含了直流信号直流信号A，总的输入信号为，总的输入信号为A+m(t)，h(t)为理想的带通滤波器为理想的带通滤波器，这样调制后输出信号便既含载波分，这样调制后输出信号便既含载波分量由含有边带分量的标准调幅信号。量由含有边带分量的标准调幅信号。1）AM调制数学

7、模型调制数学模型 2）数学表达式）数学表达式 式中的第一项代表载波分式中的第一项代表载波分量，第二项代表边带分量量，第二项代表边带分量,，该项为消息信号该项为消息信号 时域波形时域波形 3)AM 信号的波形为幅度信号的波形为幅度随信号变化的余弦波形随信号变化的余弦波形。4）、线性调幅的条件）、线性调幅的条件由波形图知由波形图知AM信号有以下特点：信号有以下特点：（1）、幅度调制：）、幅度调制：AM信号的包络是随着信号呈线性关系变信号的包络是随着信号呈线性关系变化的，所以它是幅度调制。化的，所以它是幅度调制。（2）、频率未变：已调波的波形疏密程度相同，也就是说载）、频率未变：已调波的波形疏密程度

8、相同，也就是说载波仅仅是幅度受到了调制，频率没有发生变化。波仅仅是幅度受到了调制，频率没有发生变化。（3）、调幅条件：）、调幅条件：如果如果A不够大，已调信号的包络不一定与不够大，已调信号的包络不一定与m(t)成正比，将出现这样无法采用包络检波的方法检出其包络，成正比，将出现这样无法采用包络检波的方法检出其包络，通常我们称这种现象为过调。通常我们称这种现象为过调。保证不过调的条件为：保证不过调的条件为：所以线性调幅的条件为：所以线性调幅的条件为：5）、调制指数）、调制指数为了衡量标准调幅的调制程度，定义调制指数为为了衡量标准调幅的调制程度，定义调制指数为 实际工程中，一般调制指数取（实际工程中

9、，一般调制指数取（0.30.8）。）。2、AM信号的频域表示及频谱图信号的频域表示及频谱图 讨论频域的原因：讨论频域的原因：（1）系统的有效性就是系统所需的传输带宽，而传输带宽只）系统的有效性就是系统所需的传输带宽，而传输带宽只能在频域中体现。能在频域中体现。（2）有时在频域中分析问题较在时域更为方便。）有时在频域中分析问题较在时域更为方便。信号频谱：就是指时域信号的付式变换。信号频谱：就是指时域信号的付式变换。)()(21)(ccccAMMMASwwwwwwwwwS(f)S(f)C(f)C(f)f f0 0-f-fc cf fc cM(f)M(f)-f -fH H -f fL L 0 f0

10、fL L f fH Hf fc(t)载波载波调制调制信号信号m(t)sm(t)已调已调信号信号特点特点：信号的频谱经过：信号的频谱经过AM调制后形状未变，仅仅是幅度下降的一半，调制后形状未变，仅仅是幅度下降的一半，位置发生了变换，搬移到了位置发生了变换，搬移到了c。带宽由原始消息信号的。带宽由原始消息信号的m变为变为2m。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。调制。问题问题：通常：通常AM已调信号的频谱中，高于已调信号的频谱中，高于c部分称为上边带（部分称为上边带（USB），），低于低于c部分称为下边带（部

11、分称为下边带（LSB）。事实上，任何一个边带足以表达消）。事实上，任何一个边带足以表达消息信号的全部信息，显然息信号的全部信息，显然AM传输有些浪费。传输有些浪费。解决办法解决办法：采用单边带调制。：采用单边带调制。-f-fc c0 f0 fc c-f-fH H f fc c f fc c+f+fH Hf f3、AM信号的解调信号的解调 解调：从已调信号中恢复信号的解调：从已调信号中恢复信号的过程。过程。AM解调方法：解调方法：相干解调相干解调、非相、非相干解调干解调1）、非相干解调（包络检波）、非相干解调（包络检波）2）、相干解调）、相干解调与与DSB的相干解调相同，在的相干解调相同，在DS

12、B中介绍。中介绍。4、AM系统的特点及其应用系统的特点及其应用优点：解调方便（包络检波），优点：解调方便（包络检波），缺点：占用频带宽，（消息信号的两倍），调制效率低（发射功缺点：占用频带宽，（消息信号的两倍），调制效率低（发射功率大）率大）应用：广播。应用：广播。4.3双边带调幅（双边带调幅（DSB）1、DSB信号的时域表达式及波形信号的时域表达式及波形 DSB的时域表达为的时域表达为2、DSB信号的频域表达式及频谱图信号的频域表达式及频谱图 对公式（对公式（4.3-1）进行傅立叶变换，得）进行傅立叶变换，得DSB信号的频域表示式信号的频域表示式DSB信号的频谱有如下信号的频谱有如下特点特点

13、：1、上、下边带均包含调制信号的全部信息；、上、下边带均包含调制信号的全部信息；2、幅度减半，带宽加倍；、幅度减半，带宽加倍；3、线性调制。、线性调制。m(t)cosctm(t)cosctf fc c0 0f f0 0f f3、DSB信号的解调信号的解调方法：相干解调。方法：相干解调。收滤波器LPF载波同步m0（t）abtcoscwcd)(21)(2cos1)(21cos)(2tmtmttmttmoLPFccww-f-fc cf fc c0 0-f-fc cf fc c0 0-2f-2fc c2f2fc c0 00 0-f-fm mf fm mf ff ff ff fa ab bc cd d4

14、、DSB的特点与应用的特点与应用优点：调制效率高。优点：调制效率高。缺点：占用频带宽，为消息基带信号的缺点：占用频带宽，为消息基带信号的2倍。倍。应用：无线通信，常用语传输数字信号，如应用：无线通信，常用语传输数字信号，如ASK。SDSB(t)Acosct包络检波包络检波m0(t)4.4单边带调幅单边带调幅SSB-fcfc0fDSB下边带上边带cc-f ffH(f)由得下边带LSB,-fcfc0fUSBfH(f)得上边带USB,-fcfc由-fcfc0fLSB一、一、SSB的一般概念及基础知识的一般概念及基础知识AM、DSB的共同缺点：所需传输的带宽是信号的的共同缺点：所需传输的带宽是信号的2

15、倍，这样就降低了倍，这样就降低了系统的有效性。由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包含的系统的有效性。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信号的全部信息。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。1、SSB概念概念概念：只传送一个边带的调制方式成为单边带调制。概念：只传送一个边带的调制方式成为单边带调制。SSB信号的频谱如图信号的频谱如图4.4-1显然，显然，SSB信号的带宽是与消息信号信号的带宽是与消息信号m(t)相同。相同。比较：比较：AM、DSB信号无论在时域还是在频域，都比较直观，但是信号无论在时域还是在频域，都比较直观，

16、但是SSB信号在频域非常直观，但是在时域很难想象。信号在频域非常直观，但是在时域很难想象。2、基础知识基础知识-希尔波特（希尔波特（Hilbert）变换）变换 1)、定义：将一个信号波形中的全部频率分量相移、定义：将一个信号波形中的全部频率分量相移-90后所得后所得的时间信号就叫做原信号的希尔波特变换。的时间信号就叫做原信号的希尔波特变换。2）、变化公式）、变化公式 在频率域中的数学描述为：在频率域中的数学描述为：希尔波特变换在时间域的数学描述如下：希尔波特变换在时间域的数学描述如下：f(t)(Hw)t(f)t1)t(h,)sgn(j)(H w ww w 3）、）、Hilbert变换的性质变换

17、的性质:（1）、信号和它的希尔波特变换具有相同的能量谱密度或相）、信号和它的希尔波特变换具有相同的能量谱密度或相同的功率谱密度。同的功率谱密度。推论：推论：（2）、信号和它的希尔波特变换的能量）、信号和它的希尔波特变换的能量(或功率或功率)相同。相同。（3）、信号和它的希尔波特变换具有相同的自相关函数。）、信号和它的希尔波特变换具有相同的自相关函数。（4）、信号和它的希尔波特变换互为正交。）、信号和它的希尔波特变换互为正交。4）、）、Hilterb变换的用途：变换的用途：在单边带调制中，用来实现相位选择，以产生单边带信号在单边带调制中，用来实现相位选择，以产生单边带信号 二、二、SSB信号的时

18、域表达式及频谱信号的时域表达式及频谱 1、模型、模型 2、SSB信号的频谱信号的频谱 下边带低通滤波器可等效为下边带低通滤波器可等效为ccHwwwwwsgnsgn21)(m(t)cosctm(t)coscth(t)SSSB(t)cw w 0 0w w)sgn(cw ww w cw w0 0w w)sgn(cw ww w 4 )sgn()()sgn()(41)()(41ccccccMMMMw ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww w )sgn()()sgn()(1)sgn()()sgn()(41)sgn()sgn(21)()(21)(ccccccccccccLSBMM

19、MMMMSw ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww w ttmttmtSccLSBwwsin)(21cos)(21)()载波为载波为cosct当载波为当载波为sinct时时 tcos)t(m21tsin)t(m21)t(SccLSBww)tcos)t(m21tsin)t(m21)t(SccUSBww)当载波为当载波为cosct时时 ttmttmtSccLSBwwsin)(21cos)(21)()ttmttmtSccUSBwwsin)(21cos)(21)()同理同理ttmttmtSccUS

20、Bwwsin)(21cos)(21)()载波为载波为cosct 三、三、SSB信号的产生信号的产生(1)滤波法滤波法(2)相移法相移法m(t)cosctm(t)coscth(t)SSSB(t)m(t)m(t)。90。90 tcoscw w）（tm)+-tsincw wS SLSBLSB(t)(t)S SUSBUSB(t)(t)ttmttmtSccSSBwwsin)(21cos)(21)()四、四、SSB信号的解调信号的解调 相干解调法相干解调法 五、五、SSB的特点及应用的特点及应用优点：具有最窄的传输带宽，优点：具有最窄的传输带宽，信道利用率最高；信道利用率最高；缺点：（缺点：（1）电路实现

21、复杂，）电路实现复杂，技术要求高（技术要求高（2）解调时同步）解调时同步误差要小误差要小应用：（应用：（1）载波通信和微波）载波通信和微波多路通信，（多路通信，（2）保密通信）保密通信（运用频谱倒置）。（运用频谱倒置）。SSSB(t)cosctSp(t)LPFm0(t)4.5 残留边带调幅（残留边带调幅（VSB）一、一、VSB的一般概念的一般概念 SSB问题问题：理想的滤波器难以实现。：理想的滤波器难以实现。VSB调制调制：与：与SSB相似，但是允许滤波器有过过渡带，其中相似，但是允许滤波器有过过渡带，其中一个边带损失的能够恰好被另外一个边带残留的部分补偿。一个边带损失的能够恰好被另外一个边带

22、残留的部分补偿。二、二、Hv()的要求的要求 m(t)cosctm(t)coscthv(t)SSSB(t)Hccff0,C)ff(H)ff(H 三、三、VSB信号的时间表达式信号的时间表达式四、四、VSB信号的产生信号的产生通常采用二种方法：通常采用二种方法：滤波法滤波法 移相法（与移相法（与SSB相似）相似）五、五、VSB的特点及应用的特点及应用1、所需带宽为所需带宽为H 2H;2、采用滤波法较易实现。采用滤波法较易实现。-表示取上边带；表示取上边带；+表示取下边带。表示取下边带。4.6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 一、一、准备知识准备知识 考虑加性高斯白噪声考虑加性

23、高斯白噪声,系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 n(t)是高斯白噪声，功率谱密度为是高斯白噪声，功率谱密度为n0/2。BPF作用：通过已调信号，抑制噪声，其带宽与已调信号的带作用：通过已调信号，抑制噪声，其带宽与已调信号的带宽相同。宽相同。信道内高斯噪声信道内高斯噪声n(t)经过经过BPF后，形成窄带噪声后，形成窄带噪声ni(t)。ttnttntncscciwwsin)(cos)()(BPF调制器调制器解制器解制器m(t)sm(t)n(t)h(t)m0(t)ni(t)平均功率 Bn)()()(N0222itntntnsci式中式中 B是理想带通滤波器的带宽，即已调信号带宽，也是解调是理想带通滤波

24、器的带宽，即已调信号带宽，也是解调器输入端的噪声带宽；器输入端的噪声带宽；评价模拟通信系统的质量性能指标用评价模拟通信系统的质量性能指标用输出信噪比输出信噪比：也可用信噪比增益（也可用信噪比增益（调制制度增益调制制度增益）作用作用：用来判断解调器性能的优劣，：用来判断解调器性能的优劣，G越大，性能越好。越大，性能越好。其中其中Si/Ni为为输入信噪比输入信噪比，定义为，定义为 显然，输出信噪比和显然，输出信噪比和G不仅与调制方式有关，也与解调方式有不仅与调制方式有关，也与解调方式有关。在相同的关。在相同的Si和和n0的条件下，输出信噪比越高，则解调器的的条件下，输出信噪比越高，则解调器的抗噪声

25、性能越好。抗噪声性能越好。)()(NS202000tntm功率解调器输出噪声的平均平均功率解调器输出有用信号的ii00NSNSG)()(NS2i2iiitntm功率解调器输入噪声的平均平均功率解调器输入有用信号的二、相干解调二、相干解调DSB系统的性能系统的性能 1、输入信噪比输入信噪比定义：指解调器的输入信号平均功率与输入噪声平均功率之比。定义：指解调器的输入信号平均功率与输入噪声平均功率之比。假设：（假设：（1）SDSB（t）与）与ni(t)相互独立相互独立 （2）信道是理想的，无衰减。）信道是理想的，无衰减。设解调器输入信号设解调器输入信号 输入信号平均功率输入信号平均功率 输入噪声平均

26、功率输入噪声平均功率 输输 入入 信信 噪噪 比比 S Sm m(t)(t)n(t)n(t)带通滤波器带通滤波器S Sm m(t)(t)n ni i(t)(t)tcoscw w低通滤波器低通滤波器m m0 0(t)(t)n n0 0(t)(t)B)cos()t(mttScmw）（)t(m21)t(SS22miH02i2fB Bn)(NtniB2n)t(m)t(n)t(sNS022i2mii2、输出信噪比输出信噪比 DSB相干解调后，输出信号：相干解调后，输出信号：输出信号平均功率输出信号平均功率So输出噪声平均功率为输出噪声平均功率为No，经过，经过LPF后，噪声为后，噪声为 Bn)t(m)t

27、(n)t(mNS02202000i2i2c200N41)t(n41)t(n41)t(nN输出信噪比输出信噪比3、解调增益解调增益G（信噪比增益）（信噪比增益）)t(m21)t(m0)t(n21)t(nc0)t(m41)t(mS22002NSNSGii00DSB解调器信噪比改善一倍。原因解调器信噪比改善一倍。原因是相干解调把噪声中的正交分量抑制是相干解调把噪声中的正交分量抑制掉，从而使噪声功率减半。掉，从而使噪声功率减半。B2n)t(m)t(n)t(sNS022i2mii三、相干解调三、相干解调SSB系统的性能系统的性能 1、输入信噪比输入信噪比解调器输入信号：解调器输入信号：输入信噪比：输入信

28、噪比：其中带宽其中带宽B=fH解调器输出信号与噪声分别为解调器输出信号与噪声分别为输出信噪比：输出信噪比：S Sm m(t)(t)n(t)n(t)带通滤波器带通滤波器S Sm m(t)(t)n ni i(t)(t)tcoscw w低通滤波器低通滤波器m m0 0(t)(t)n n0 0(t)(t)BttmttmtSccwwsin)(21cos)(21)(m)B4n)t(mBn4/)t(m)t(n)t(sNS02022i2mii)t(m41)t(m0)t(n21)t(nc0B4n)t(m)t(n)t(mNS022020001NSNSGii00制度增益：制度增益：SSB解调器信噪比未改善。原因是信

29、号和噪声有相同表示形式，解调器信噪比未改善。原因是信号和噪声有相同表示形式，相干解调中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉。相干解调中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉。四、四、AM调制（包络检波）调制（包络检波）设解调器输入信号设解调器输入信号 信号传输带宽：信号传输带宽：B=2fH输入信噪比：输入信噪比：Si/Ni=A2+m2(t)/(2n0B)解调器输入端信号加噪声的合成包络：解调器输入端信号加噪声的合成包络：其中包络：其中包络：（1）大信噪比情况）大信噪比情况（小噪声情况）（小噪声情况）解调器输出包络解调器输出包络输出信噪比输出信噪比 )t(tE(t)cos tsin)t(ntcos)t

30、(n)t(mA)t(n)t(Sccsccimwww)t(n)t(n)t(mA)t(E2s2c)t(n)t(n)t(mA2s2c)t(n)t(mA)t(EcBn)t(m)t(n)t(mNS022c200制度增益：制度增益：)()(2222tmAtmGAM（2）小信噪比时）小信噪比时：包络近似为：包络近似为：式中式中R(t)及及(t)分别为噪声分别为噪声ni(t)的包络及相位。的包络及相位。讨论讨论（a）小信噪比时，信号）小信噪比时，信号m(t)无法与噪声分开，有用信号无法与噪声分开，有用信号“淹淹没没”在噪声中，这时，输出信噪比不是按比例地随着输入信噪在噪声中，这时，输出信噪比不是按比例地随着输

31、入信噪比上升，而是急剧恶化，这种现象称为比上升，而是急剧恶化，这种现象称为门限效应门限效应。开始出现。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。门限效应的输入信噪比称为门限值。（b)相干解调器不存在门限效应。原因是信号与噪声可分相干解调器不存在门限效应。原因是信号与噪声可分开解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项。开解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项。)t(n)t(n)t(mA2s2c)(cos)()()t(EttmAtR4.7角度调制（非线性调制）系统概述角度调制（非线性调制）系统概述一、角度调制的基本概念一、角度调制的基本概念 1、角度调制的概念角度调制的概念 一个余弦信号可以写成一

32、个余弦信号可以写成 s(t)=A0cosc ct+t+(t)(4.7-1)其中，其中，A0为常数，当为常数，当(t)随基带信号随基带信号m(t)变化时，则称角度调制。变化时，则称角度调制。2、角度调制的方法角度调制的方法两种方法：两种方法：调频调频FM：角频率随消息信号：角频率随消息信号m(t)变化；变化；调相调相PM：相位随消息信号：相位随消息信号m(t)变化。变化。3、瞬时相位与瞬时角频率、瞬时相位与瞬时角频率概念：瞬时相位和瞬时角频率。概念：瞬时相位和瞬时角频率。瞬瞬 时时 相相 位：公式（位：公式（4.7-1）中）中(t)称为瞬时相位称为瞬时相位(或瞬时相角或瞬时相角)瞬时角频率：瞬时

33、相位的导数称为瞬时角频率，瞬时角频率：瞬时相位的导数称为瞬时角频率，(t)d(t)/dt二者之间的关系为：二者之间的关系为：(4.7-2)4、角度调制的特点角度调制的特点角度调制的优点：（角度调制的优点：（1）抗干扰性强；）抗干扰性强；（2）实现和解调都较简单。）实现和解调都较简单。缺点：频带利用率低缺点：频带利用率低(有效性低有效性低)。tdtw)()(二、调相信号二、调相信号PM 相位随基带信号相位随基带信号m(t)成比例变化，即成比例变化，即(t)=K(t)=Kp pm(t)m(t)调相波可表示为调相波可表示为 S SPMPM(t)=Acos(t)=Acosc ct+Kt+Kp pm(t

34、)m(t)三、调频信号三、调频信号FM d(t)/dt(t)/dt随基带信号随基带信号m(t)m(t)成比例变化，即成比例变化，即 d(t)/dt=K(t)/dt=Kf fm(t)m(t)式中式中K Kf f为比例常数，调频波表示为为比例常数，调频波表示为设单频调制信号设单频调制信号 m(t)=Am(t)=Am mcoscosm mt t则则tsinmtAcos tsinAKtAcos)t(SmfcmmmfcFMwwwwwtfcFMd)(mKtAcos)t(Sw式中式中 KfAm为为最大角频偏，最大角频偏，记为记为；mm为调制角频率为调制角频率mmmmffffAKmwwwmf称为调频指数称为调

35、频指数:结论结论：FM、PM波的幅波的幅度是恒定的，已调波的度是恒定的，已调波的功率为功率为 P=A02/2 四、调频信号的产生四、调频信号的产生1、直接调频、直接调频常用压控振荡器产生常用压控振荡器产生.工作原理：震荡器的频率随着外加工作原理：震荡器的频率随着外加电压电压m(t)线性变化。线性变化。2、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;五、调频信号的解调五、调频信号的解调1、鉴频器鉴频器1）构成：由一个微分器和一个包）构成：由一个微分器和一个包络检波器级联而成；络检波器级联而成；2）基本功能）基本功能微分电路将幅度衡定的调频波变换微分电路将幅度衡定的调频波变换为调幅

36、调频波，即幅度和频率都随为调幅调频波，即幅度和频率都随基带信号基带信号m(t)线性变化。线性变化。2、锁相环解调锁相环解调 鉴相器、环路滤波器、压控振荡器鉴相器、环路滤波器、压控振荡器VCO 六、六、抗噪声性能抗噪声性能BPF的作用的作用：与线性调制系统相同，通带范围与：与线性调制系统相同，通带范围与SFM(t)的频带相同。的频带相同。限幅的作用限幅的作用：FM波的幅度是恒定的，但是在信道噪声的影响下，波的幅度是恒定的，但是在信道噪声的影响下，FM波波的幅度或多或少的会发生变化，因此需要加以限制，加限幅的作用就是的幅度或多或少的会发生变化，因此需要加以限制，加限幅的作用就是限制幅度噪声。限制幅

37、度噪声。鉴频器（鉴频器（DIS）的作用）的作用：先将：先将Si(t)经微分电路，变成调幅调频波，然后经微分电路，变成调幅调频波，然后再由包络检波器提取包络。这实际上相当于对瞬时相位求导数。再由包络检波器提取包络。这实际上相当于对瞬时相位求导数。LPF的作用的作用：SFM（t）与）与ni(t)经经DIS（鉴频器）后，输出中有信号和噪（鉴频器）后，输出中有信号和噪声，但此时噪声所占频带宽度一般较宽，即噪声的带宽大于消息信号声，但此时噪声所占频带宽度一般较宽，即噪声的带宽大于消息信号m(t)的带宽。这样的带宽。这样LPF可以限制带外噪声，提高输出信噪比。可以限制带外噪声，提高输出信噪比。(a)mf不

38、同，调频波的频谱结构不同。不同，调频波的频谱结构不同。调频波带宽调频波带宽:BFM=2(mf+1)fm=2(f+fm)当当mf1(宽带调频）时：宽带调频）时：BFM=2f(b)mf增加，传输带宽加大，系统的抗噪声性能改善。增加，传输带宽加大，系统的抗噪声性能改善。调频方式调频方式的这种以带宽换取信噪比的特性十分有益。而调幅信号带宽固定，的这种以带宽换取信噪比的特性十分有益。而调幅信号带宽固定，因此不能实现带宽与信噪比的互换。因此不能实现带宽与信噪比的互换。结论：大信噪比时，调频系统抗噪声性能比调幅系统结论：大信噪比时，调频系统抗噪声性能比调幅系统优越，且其优越程度随传输带宽的增加而增加。优越，

39、且其优越程度随传输带宽的增加而增加。3ff2fm3)1m(m3G大信噪比大信噪比（限幅鉴频器（限幅鉴频器）时，制度增益：）时，制度增益：七、七、PM波与波与FM波的关系波的关系尽管尽管PM、FM是两种不同的调制方式，但是并无本质上的区别。是两种不同的调制方式，但是并无本质上的区别。原因：用原因：用FM电路可以实现电路可以实现PM波，而用波，而用PM电路也可以实现电路也可以实现FM波。波。调制系统的抗噪性能调制系统的抗噪性能类别BG备注AM2fH2/3DSB2fH2 SSBfH1 VSBfH2fH/FM2(mf+1)fm2(f+fm)3mf3OONSm0ifnS31H0ifnSH0ifnSm0i

40、2ffnSm23tsinmtcosA)t(SmfcFMwwtcostsin1A)t(ScmAMwwttmttmtSccwwsin)(21cos)(21)()性能比较性能比较:可靠性可靠性 优优劣劣:FM，SSB（DSB），），AM 有效性优有效性优劣劣:SSB，VSB，AM（DSB）FM VSB的可靠性，无分析结论。的可靠性，无分析结论。虽然虽然 GSSB=1，GDSB=2，但两者输出信噪比相同。因，但两者输出信噪比相同。因BDSB=2BSSB，故两者抗噪性能相同。，故两者抗噪性能相同。4.8 频分复用频分复用(FDM)一多路复用分类技术一多路复用分类技术多路复用多路复用 多路信号互不干扰地在

41、同一信道上传输。多路信号互不干扰地在同一信道上传输。1FDM 对信道进行频域分割。（见绪论）对信道进行频域分割。（见绪论）发端用调制器将各路信号频谱搬移到不同频段，用相加发端用调制器将各路信号频谱搬移到不同频段，用相加器将各频段信号复接在一起。收端用滤波器将各路信器将各频段信号复接在一起。收端用滤波器将各路信号分开。号分开。2TDM 对信道进行时域分割。（见绪论）对信道进行时域分割。（见绪论）3CDM 对信道进行波形分割。对信道进行波形分割。1FDMA 对不同站点分配不同的频段（载对不同站点分配不同的频段（载频），实现多站点用户间的通信（每个站点频），实现多站点用户间的通信（每个站点一个或多个

42、用户）。一个或多个用户）。2TDMA 对不同站点分配不同时隙。对不同站点分配不同时隙。3CDMA 对不同站点分配不同的伪随机码。对不同站点分配不同的伪随机码。第4章 教学要求掌握掌握AM、DSB、SSB、VSB信号的调制和解调信号的调制和解调原理原理掌握上述各掌握上述各信号的频谱、带宽信号的频谱、带宽以及以及AM、DSB、SSB信号的信号的时域表达式时域表达式掌握掌握FM信号的调制和解调原理以及时域表达式、信号的调制和解调原理以及时域表达式、频谱特点和带宽频谱特点和带宽掌握掌握AM系统、系统、DSB系统、系统、SSB系统以及系统以及FM系统系统的抗噪性能的分析方法及结论的抗噪性能的分析方法及结论掌握掌握FDM概念和方法概念和方法ffH-fH0Hccff0,C)ff(H)ff(H 2fc-2fc0fM0(f)0ff-fcfcSVSB(f)fSm(f)-fcfcf0-fcfcH(f)f