第5課 模擬調(diào)制系統(tǒng) 東南大學通信原理課件

1、1通通 信信 原原 理理馮馮 熳熳東南大學信息科學與工程學院東南大學信息科學與工程學院2通信原理第第5章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)3l基本概念基本概念n調(diào)制：調(diào)制：把信號轉換成適合在信道中傳輸?shù)男问桨研盘栟D換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。的一種過程。n調(diào)制信號：調(diào)制信號：指來自信源的消息指來自信源的消息/ /基帶信號。基帶信號。 n載波調(diào)制：載波調(diào)制：用調(diào)制信號去控制載波參數(shù)的過程用調(diào)制信號去控制載波參數(shù)的過程。n載波：載波：未受調(diào)制的周期性振蕩信號，它可以是未受調(diào)制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。正弦波，也可以是非正弦波。n已調(diào)信號已調(diào)信號 ：載波受調(diào)制后稱為已調(diào)

2、信號。載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號。n解調(diào)（檢波）：解調(diào)（檢波）：調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復出來。調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復出來。 5.0 引言 4調(diào)制的實質是調(diào)制的實質是頻譜搬移頻譜搬移，其，其作用和目的作用和目的是：是：1. 將調(diào)制信號（基帶信號）轉換成適合于將調(diào)制信號（基帶信號）轉換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號（頻帶信號）信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號（頻帶信號）,提高提高無線通信時的天線輻射效率；無線通信時的天線輻射效率；2. 實現(xiàn)信道的多路復用，提高信道利用率；實現(xiàn)信道的多路復用，提高信道利用率；3. 減少干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力；減少干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能

3、力；4. 實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。5.0 引言 采用什么樣的調(diào)制方式將直接影響著通信系統(tǒng)的性能。采用什么樣的調(diào)制方式將直接影響著通信系統(tǒng)的性能。5)()(21)(ccmMMS5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理幅度調(diào)制器的幅度調(diào)制器的一般模型一般模型輸出已調(diào)信號的時域和頻域一般表示式為輸出已調(diào)信號的時域和頻域一般表示式為: :ttmtscmcos)()(l 幅度調(diào)制幅度調(diào)制是由調(diào)制信號去控制高頻載波的幅度。是由調(diào)制信號去控制高頻載波的幅度。65.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理l 已調(diào)信號的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻已調(diào)信號的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的

4、簡單搬移域內(nèi)的簡單搬移，這種搬移是線性的，因此，這種搬移是線性的，因此，幅度調(diào)制通常又稱為幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制線性調(diào)制。l 這里的這里的“線性線性”并不意味著已調(diào)信號之間并不意味著已調(diào)信號之間符合線性變換關系。符合線性變換關系。事實上，任何調(diào)制過程事實上，任何調(diào)制過程都是一種非線性的變換過程都是一種非線性的變換過程。7l 調(diào)幅調(diào)幅(AM)(AM)()(21)()()(0ccccAMMMASttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)()(00m(t)A0cosctsAM(t)AMAM調(diào)制器模型調(diào)制器模型5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理m(t)為確知信號時域：頻譜：8m(t)

5、OtA0 m(t)OtOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0HHccA0SAM()0210HAMfB25.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理AMAM信號的波形和頻信號的波形和頻譜譜9u波形圖波形圖p由波形可以看出，當滿足條件：由波形可以看出，當滿足條件：| |m m( (t t)| )| A A0 0 時，其包絡與調(diào)制信號波形相時，其包絡與調(diào)制信號波形相 同，因此用包絡檢波法很容易同，因此用包絡檢波法很容易 恢復出原始調(diào)制信號。恢復出原始調(diào)制信號。p否則，出現(xiàn)否則，出現(xiàn)“過調(diào)幅過調(diào)幅”現(xiàn)象。現(xiàn)象。 這時用包絡檢波將發(fā)生失真。這時用包絡檢波將發(fā)生失真。 但是，可以采用其他的解調(diào)方但是，可以采

6、用其他的解調(diào)方 法，如同步檢波。法，如同步檢波。 5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理10twtmAtwtmtwAtwtmAtsPccccAMAM20222202202cos)(2cos)(coscos)()(0)(tm假定 只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關。只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關。因此，從因此，從功率上講，功率上講，AMAM信號的功率利用率比較低。信號的功率利用率比較低。 scAMPPtmAP2)(2220則5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理Pc為載波功率Ps為邊帶功率11)cos()(mmmtAtm若若)()(2202tmAtmPPAMSAM調(diào)制效率調(diào)制效率：22220222AMAMmmA

7、MAAA則則10AAmAM式中式中為調(diào)幅指數(shù)（或調(diào)制幅度）為調(diào)幅指數(shù)（或調(diào)制幅度）若若 ，即，即“滿調(diào)幅滿調(diào)幅”1AM3/ 1AM，則，則 。 5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理125.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理u AMAM的優(yōu)點的優(yōu)點：結構簡單，價格低廉：結構簡單，價格低廉u AMAM的缺點的缺點：載波分量不攜帶信息，：載波分量不攜帶信息， 功率利用率低。功率利用率低。u AMAM的應用的應用：無線電廣播：無線電廣播。13l 抑制載波雙邊帶調(diào)制（抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SCDSB-SC）ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMS 將將AM信號中的信號中的A0去掉

8、，即可輸出去掉，即可輸出DSB信號。信號。5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理14DSBDSB信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜 cos0tOttOm(t)sDSB(t)OtOccM()OHHSDSB()Occ載波反相點2H5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理15 需需采用相干解調(diào)采用相干解調(diào)( (同步檢波同步檢波) )，不能采用，不能采用簡單的包絡檢波。簡單的包絡檢波。 調(diào)制效率為調(diào)制效率為100100，節(jié)省了載波功率。節(jié)省了載波功率。 DSB DSB信號功率利用率提高了，但它的信號功率利用率提高了，但它的頻頻帶寬度仍是調(diào)制信號帶寬的兩倍帶寬度仍是調(diào)制信號帶寬的兩倍，與，與AMAM信號帶寬相同。信

9、號帶寬相同。 l DSBDSB信號的特點信號的特點（與（與AMAM信號相比）：信號相比）：5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理16l單邊帶調(diào)制（單邊帶調(diào)制（SSBSSB）u原理：原理：p雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調(diào)雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調(diào)制信號頻譜制信號頻譜MM( ( ) )的所有頻譜成分，因此的所有頻譜成分，因此僅傳輸僅傳輸其中一個邊帶其中一個邊帶即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率，還即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調(diào)可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調(diào)制。制。p產(chǎn)生產(chǎn)生SSBSSB信號的方法有兩種：信號的方法有兩種：濾波法濾波法和和相移

10、法相移法。 5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理17u濾波法及濾波法及SSBSSB信號的頻域表示信號的頻域表示p濾波法的原理方框圖濾波法的原理方框圖 用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶: : 圖中，圖中，H H( ( ) )為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下理想高通特性：理想高通特性：則可濾除下邊帶。則可濾除下邊帶。若具有如下理想低通特性：若具有如下理想低通特性：則可濾除上邊帶。則可濾除上邊帶。1,( )( )0,cUSBcHH1,( )( )0,cLSBcHH5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理18n 用濾波法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制的用濾波

11、法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制的技術難點技術難點： 單邊帶濾波器要求在單邊帶濾波器要求在fc附近具有陡峭附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制無用的一個的截止特性，才能有效地抑制無用的一個邊帶。在工程中往往采用多級調(diào)制濾波的邊帶。在工程中往往采用多級調(diào)制濾波的方法。方法。5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理19形成形成SSBSSB信號的濾波特性信號的濾波特性H()10ccH()0cc1(a)(b)5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理20SSB信號的頻譜信號的頻譜M()HHSM()ccOO 上邊帶 下邊帶 下邊帶 上邊帶ccO上邊帶頻譜Occ下邊帶頻譜5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理21u 用相移法形成單邊帶信

12、號用相移法形成單邊帶信號考慮單頻調(diào)制信號：考慮單頻調(diào)制信號：tAtmmmcos)(ttAttAtscmmcmmSSBsinsin21coscos21)(tAtAttAtsmcmmcmcmmDSB)cos(21)cos(21coscos)(5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理“- -”表示上邊帶信號；表示上邊帶信號；“+ +”表示下邊帶信表示下邊帶信號。號。22ttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(任意一個基帶波形總可以表示成許多正任意一個基帶波形總可以表示成許多正弦信號之和。弦信號之和。tAtAmmmmsincos希爾伯特變換：希爾伯特變換：5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理

13、調(diào)制信號為任意信號時調(diào)制信號為任意信號時SSBSSB信號的時域信號的時域表示式為：表示式為：23若若)()(Mtm為傅立葉變換對，為傅立葉變換對，sgn)()()(jMMtm則則式中符號函數(shù)式中符號函數(shù)00, 1, 1sgn希爾伯特濾波器的傳遞函數(shù)：希爾伯特濾波器的傳遞函數(shù)： 是一個寬帶相移網(wǎng)絡，幅度不變，是一個寬帶相移網(wǎng)絡，幅度不變，所有的頻率分量均相移所有的頻率分量均相移 。 2)(hHsgn)(/ )()(jMMHh5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理24 相移法形成單邊帶信號相移法形成單邊帶信號5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理25不但可不但可節(jié)省載波發(fā)射功率節(jié)省載波發(fā)射功率，而且它所占

14、，而且它所占用的用的頻帶寬度頻帶寬度為為BSSB=fH=BDSB/2，比，比AM、DSB減少了一半減少了一半。 SSB信號的解調(diào)和信號的解調(diào)和DSB一樣不能采用簡一樣不能采用簡單的包絡檢波，需采用單的包絡檢波，需采用相干解調(diào)相干解調(diào)。lSSBSSB信號的特點信號的特點：5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理26u SSBSSB的優(yōu)點的優(yōu)點：上述特點。：上述特點。u SSBSSB的缺點的缺點：濾波法中的濾波器和相移濾波法中的濾波器和相移 法中的寬帶相移網(wǎng)絡法中的寬帶相移網(wǎng)絡較難較難 制作制作。 u SSBSSB的應用的應用：短波通信：短波通信。5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理27 殘留邊帶調(diào)制是介

15、于殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與與DSB之間的之間的一種調(diào)制方式，一種調(diào)制方式， 它既克服了它既克服了DSB信號占用信號占用頻帶寬的缺點，又解決了頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現(xiàn)上的信號實現(xiàn)上的難題。難題。在在VSB中，不是完全抑制一個邊帶中，不是完全抑制一個邊帶（如同（如同SSB中那樣），中那樣），而是逐漸切割，使其而是逐漸切割，使其殘留一小部分殘留一小部分，如圖，如圖 所示。所示。 l 殘留邊帶調(diào)制（殘留邊帶調(diào)制（VSBVSB）5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理28DSB、 SSB 和和VSB信信號號的的頻頻譜譜M()2B2BODSB()ccO(a)(b)SSB()OccccVSB()O(

16、c)(d)5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理29VSB調(diào)制和解調(diào)器模型調(diào)制和解調(diào)器模型 (a) VSB調(diào)制器模型調(diào)制器模型 (b) VSB解調(diào)器模型解調(diào)器模型HVSB()m(t)c(t)cosctsVSB(t)LPFmo(t)2cosctsVSB(t)(a)(b)()()(21)(VSBccVSBHMMSHcVSBcVSBconstHH.)()()()()(21)(cVSBcVSBoHHMM)()(cos)(2cVSBcVSBcVSBSStts5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理為保證相干解調(diào)的輸出無失真恢復調(diào)制信號，必須要求：為保證相干解調(diào)的輸出無失真恢復調(diào)制信號，必須要求：30 殘留邊帶濾波

17、器特性殘留邊帶濾波器特性(a) (a) 殘留部分上邊帶的濾波器特性殘留部分上邊帶的濾波器特性; ;(b) (b) 殘留部分下邊帶的濾波器特性殘留部分下邊帶的濾波器特性HVSB()10.50cccc00.51HVSB()(a)(b)5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理31 實現(xiàn)容易；實現(xiàn)容易； 只要只要HVSB()在在c處具有互補對稱（奇對處具有互補對稱（奇對稱）特性，那么，采用相干解調(diào)法解調(diào)殘稱）特性，那么，采用相干解調(diào)法解調(diào)殘留邊帶信號就能夠準確地恢復所需的基帶留邊帶信號就能夠準確地恢復所需的基帶信號。信號。 lVSBVSB信號的特點：信號的特點：5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理325.1

18、幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理l 線性調(diào)制（濾波法）的一般模型線性調(diào)制（濾波法）的一般模型h(t)(tmtwccos)(tsm)(cos)()(thtwtmtscm)()()(21)(wHwwMwwMwSccm 只要適當選擇濾波器的特性只要適當選擇濾波器的特性H(w)，即可，即可得到各種幅度調(diào)制信號得到各種幅度調(diào)制信號。335.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理twtstwtstscQcImsin)(cos)()(twththtmthtscIIIcos)()(, )()()(twththtmthtscQQQsin)()(, )()()(其中：其中：)(tm)(tsmtwccos)(wHI)(wHQ2/

19、)(tsQ)(tsIl 線性調(diào)制（相移法）的一般模型線性調(diào)制（相移法）的一般模型適用于所有線性調(diào)制！適用于所有線性調(diào)制！34l 相干解調(diào)與包絡檢波相干解調(diào)與包絡檢波p相干解調(diào)（也叫同步檢波）相干解調(diào)（也叫同步檢波）相干解調(diào)器的一般相干解調(diào)器的一般模型模型 ：相干解調(diào)器相干解調(diào)器原理原理：接收端必須提供與接收的已調(diào)接收端必須提供與接收的已調(diào)載波嚴格同步（同頻同相）的本地載波（稱為相載波嚴格同步（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波）干載波），它與接收的已調(diào)信號相乘后，經(jīng)低通，它與接收的已調(diào)信號相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號。信

20、號。5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理適用于所適用于所有線性調(diào)有線性調(diào)制信號的制信號的解調(diào)！解調(diào)！35相干解調(diào)器相干解調(diào)器性能分析性能分析已調(diào)信號的一般表達式為已調(diào)信號的一般表達式為 與同頻同相的相干載波與同頻同相的相干載波c c( (t t) )相乘后，得相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，得到經(jīng)低通濾波器后，得到因為因為s sI I( (t t) )是是m m( (t t) )通過一個全通濾波器通過一個全通濾波器H HI I ( ( ) ) 后的結果，后的結果，故上式中的故上式中的s sd d( (t t) )就是解調(diào)輸出，即就是解調(diào)輸出，即 ( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst

21、 st ( )cos111( )( )cos2( ) in2222pmcIIcQcsts tts ts tts t st 1( )2dIsts t 1( )2dIststm t5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理36p包絡檢波包絡檢波適用條件適用條件：AMAM信號，且要求信號，且要求| |m m( (t t)| )|maxmax A A0 0 ，包絡檢波器包絡檢波器結構結構： 通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。例通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。例如，如， 檢波器的輸出為檢波器的輸出為 隔去直流后即可得到原信號隔去直流后即可得到原信號m m( (t t) )。 0( )dstAm t

22、5.1 幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理375.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能u解調(diào)器輸出信噪比定義解調(diào)器輸出信噪比定義輸出信噪比反映了解調(diào)器的抗噪聲性能。顯然，輸出信噪比反映了解調(diào)器的抗噪聲性能。顯然，輸出信噪比越大越好。輸出信噪比越大越好。u制度增益定義制度增益定義： 用用G G便于比較同類調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時的便于比較同類調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時的性能。性能。G G 也反映了這種調(diào)制制度的優(yōu)劣。也反映了這種調(diào)制制度的優(yōu)劣。式中輸入信噪比式中輸入信噪比S Si i / /N Ni i 的定義是：的定義是：2oo2oo( )( )Sm tNn t解調(diào)器輸出有用信號的平均功率解調(diào)器輸出噪聲的平均功

23、率iiNSNSG/00)()(22tntsNSimii功率解調(diào)器輸入噪聲的平均平均功率解調(diào)器輸入已調(diào)信號的38nDSBDSB調(diào)制系統(tǒng)的性能調(diào)制系統(tǒng)的性能uDSBDSB相干解調(diào)抗噪聲性能分析相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型模型 由于是線性系統(tǒng)，所以可以分別計算解調(diào)由于是線性系統(tǒng)，所以可以分別計算解調(diào) 器輸出的信號功率和噪聲功率。器輸出的信號功率和噪聲功率。 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能39u輸出信號功率計算輸出信號功率計算設解調(diào)器輸入信號為設解調(diào)器輸入信號為與相干載波與相干載波coscos

24、 c ct t相乘后，得相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，輸出信號為經(jīng)低通濾波器后，輸出信號為因此，解調(diào)器輸出端的有用信號功率為因此，解調(diào)器輸出端的有用信號功率為ttmtscmcos)()(ttmtmttmcc2cos)(21)(21cos)(2o1( )( )2m tm t22oo1( )( )4Sm tm t5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能40u輸出噪聲功率計算輸出噪聲功率計算解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲可表示為解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲可表示為它與相干載波相乘后，得它與相干載波相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終的輸出噪聲為經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終的輸出噪聲為故輸出噪聲功率為故輸出噪聲功率為或寫成或寫成

25、 ，其中，其中B=2fH。ttnttntncsccisin)(cos)( )(tttnttnttnccscccicossin)(cos)(cos)(2sin)(2cos)(21)(21ttnttntncsccco1( )( )2cn tn t22oo1( )( )4cNn tn t2o0111( )444iiNn tNn B5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能41u輸入信號功率計算輸入信號功率計算解調(diào)器輸入信號平均功率為解調(diào)器輸入信號平均功率為u信噪比計算信噪比計算輸入信噪比輸入信噪比輸出信噪比輸出信噪比)(21cos)()(222tmttmtsScmiBntmNSii02)(2122oo01(

26、)( )414im tSm tNn BN5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能42u制度增益制度增益 由此可見，由此可見，DSBDSB調(diào)制系統(tǒng)的制度增益為調(diào)制系統(tǒng)的制度增益為2 2。也。也就是說，就是說，DSBDSB信號的解調(diào)器使信噪比改善一倍。這信號的解調(diào)器使信噪比改善一倍。這是因為采用相干解調(diào)，使輸入噪聲中的正交分量被是因為采用相干解調(diào)，使輸入噪聲中的正交分量被消除的緣故。消除的緣故。 oo/2/DSBiiSNGSN5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能43ttmttmtsccmsin)(21cos)(21)(nSSBSSB調(diào)制系統(tǒng)的性能調(diào)制系統(tǒng)的性能u輸出信號功率計算輸出信號功率計算SSBSSB信號

27、表示式為：信號表示式為： 與相干載波相乘，再經(jīng)低通濾波可得解調(diào)器輸出信號為與相干載波相乘，再經(jīng)低通濾波可得解調(diào)器輸出信號為 故輸出信號平均功率為故輸出信號平均功率為 5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能o1( )( )4m tm t22oo1( )( )16Sm tm t445.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能22sin)(cos)(41)(ttmttmtsSccmi)(41)(21)(2141222tmtmtmu輸入信號功率計算輸入信號功率計算解調(diào)器輸入信號平均功率為解調(diào)器輸入信號平均功率為u信噪比計算信噪比計算輸入信噪比輸入信噪比輸出信噪比輸出信噪比BntmBntmNSii02024)()(412

28、2oo001( )( )16144m tSm tNn Bn B455.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能u制度增益制度增益 在在SSBSSB系統(tǒng)中，信號和噪聲有相同表示形式，系統(tǒng)中，信號和噪聲有相同表示形式，所以相干解調(diào)過程中，信號和噪聲中的正交分量均所以相干解調(diào)過程中，信號和噪聲中的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒有改善。被抑制掉，故信噪比沒有改善。oo/1/SSBiiSNGSN465.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能u雖然雖然 ，但不能說明，但不能說明DSBDSB系統(tǒng)的抗噪性能系統(tǒng)的抗噪性能比比SSBSSB系統(tǒng)好，因為兩者輸入信號功率不同、帶寬系統(tǒng)好，因為兩者輸入信號功率不同、帶寬不同、輸入噪聲功率也

29、不同，所以這兩者的輸出信不同、輸入噪聲功率也不同，所以這兩者的輸出信噪比是在不同條件下得到的。噪比是在不同條件下得到的。u如果在相同輸入信號功率、相同輸入噪聲功率譜密如果在相同輸入信號功率、相同輸入噪聲功率譜密度、相同基帶帶寬條件下，兩者的輸出信噪比相等，度、相同基帶帶寬條件下，兩者的輸出信噪比相等，即兩者抗噪性能相同，但即兩者抗噪性能相同，但SSBSSB所需的傳輸帶寬僅為所需的傳輸帶寬僅為DSBDSB的一半，因此的一半，因此SSBSSB得到普遍應用。得到普遍應用。u由于由于VSBVSB采用的殘留邊帶濾波器頻率特性形狀不同，采用的殘留邊帶濾波器頻率特性形狀不同，所以抗噪性能計算比較復雜，但在邊

30、帶殘留部分不所以抗噪性能計算比較復雜，但在邊帶殘留部分不太大的時候，可以近似認為其抗噪性能與太大的時候，可以近似認為其抗噪性能與SSBSSB相同。相同。2DSBSSBGG47nAMAM包絡檢波的性能包絡檢波的性能u包絡檢波器分析包絡檢波器分析模型模型檢波輸出電壓正比于輸入信號的包絡變化。檢波輸出電壓正比于輸入信號的包絡變化。 ( )mst BPF )(tn ( )mst )(tni )(tno o( )m t 包絡檢波 5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能48u輸入信噪比計算輸入信噪比計算 設解調(diào)器輸入信號為：設解調(diào)器輸入信號為： 解調(diào)器輸入噪聲為：解調(diào)器輸入噪聲為：則解調(diào)器輸入的信號功率和噪聲功

31、率分別為：則解調(diào)器輸入的信號功率和噪聲功率分別為：輸入信噪比為：輸入信噪比為：ttmAtscmcos)()(0ttnttntncsccisin)(cos)()(2)(2)(2202tmAtsSmiBntnNii02)(BntmANSii02202)(5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能49u包絡計算包絡計算由于解調(diào)器輸入是信號加噪聲的混合波形，即由于解調(diào)器輸入是信號加噪聲的混合波形，即式中式中 上式中上式中E E( (t t) )便是所求的合成包絡。當包絡檢波器便是所求的合成包絡。當包絡檢波器的傳輸系數(shù)為的傳輸系數(shù)為1 1時，則檢波器的輸出就是時，則檢波器的輸出就是E E( (t t) )。 0(

32、 )( )( )( )cos( )sin( )cos( )miccsccstn tAm tn ttn ttE ttt220( )( )( )( )csE tAm tn tn t)()()()(0tntmAtnarctgtcs5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能50u輸出信噪比計算輸出信噪比計算p大信噪比情況大信噪比情況輸入信號幅度遠大于噪聲幅度，即輸入信號幅度遠大于噪聲幅度，即 則則)()()(220tntntmAsc5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能)()()()(2)()(22020tntntntmAtmAtEscc)()(2)(020tntmAtmAc)()(1)()()(21)(002/10

33、0tmAtntmAtmAtntmAcc)()(0tntmAc1|,21121xxx51 當直流分量當直流分量A0被電容器阻隔后，有用信號與噪聲被電容器阻隔后，有用信號與噪聲獨立地分成兩項，因而可分別計算它們的功率。獨立地分成兩項，因而可分別計算它們的功率。 輸出信號功率為：輸出信號功率為： 輸出噪聲功率為：輸出噪聲功率為：輸出信噪比輸出信噪比制度增益制度增益2o( )Sm t22o0( )( )ciNn tn tn B2oo0( )Sm tNn B2oo220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm t5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能52討論討論1. AM信號的調(diào)制制度增益信號的調(diào)制制度

34、增益GAM隨隨A0的減小而增加。的減小而增加。2. GAM總是小于總是小于1，這說明包絡檢波器對輸入信噪比沒有，這說明包絡檢波器對輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。改善，而是惡化了。3. 例如：對于例如：對于100%的調(diào)制，且的調(diào)制，且m(t)是單頻正弦信號，這是單頻正弦信號，這時時AM 的最大信噪比增益為的最大信噪比增益為 。4. 可以證明，采用同步檢測法解調(diào)可以證明，采用同步檢測法解調(diào)AM信號時，得到的調(diào)信號時，得到的調(diào)制制度增益與上式給出的結果相同。制制度增益與上式給出的結果相同。 5. 由此可見，對于由此可見，對于AM調(diào)制系統(tǒng)，在大信噪比時，采用包調(diào)制系統(tǒng)，在大信噪比時，采用包絡檢波器解

35、調(diào)時的性能與同步檢測器時的性能幾乎一樣。絡檢波器解調(diào)時的性能與同步檢測器時的性能幾乎一樣。2oo220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm t3/2AMG5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能53p小信噪比情況小信噪比情況 此時，輸入信號幅度遠小于噪聲幅度，即此時，輸入信號幅度遠小于噪聲幅度，即則則其中其中R R( (t t) ) 和和 ( (t t) ) 代表噪聲的包絡及相位：代表噪聲的包絡及相位：220( )( )( )csAm tn tn t)()()(22tntntRsc)(/ )()(tntnarctgtcs)(cos)()(1)()(cos)()( 21)(00ttRtmAtR

36、ttRtmAtR)(cos)()(0ttmAtR5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能)()()()(2)()(22020tntntntmAtmAtEscc)()(2)()(022tmAtntntncsc)()()()(21)()(22022tntntmAtntntnsccsc54 此時，此時，E E( (t t) )中沒有單獨的信號項，有用信號中沒有單獨的信號項，有用信號m m( (t t) )被噪聲擾亂，只能看作是噪聲。被噪聲擾亂，只能看作是噪聲。 這時，輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信這時，輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降，而是急劇惡化，通常把這種現(xiàn)象稱為噪比下降，而是急劇惡化，通常把

37、這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的解調(diào)器的門限效應門限效應。開始出現(xiàn)門限效應的輸入信。開始出現(xiàn)門限效應的輸入信噪比稱為噪比稱為門限值門限值。5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能55討論討論1. 1. 門限效應是由包絡檢波器的非線性解調(diào)作用引起門限效應是由包絡檢波器的非線性解調(diào)作用引起的。的。 2. 2. 用相干解調(diào)的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號時不存用相干解調(diào)的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號時不存在門限效應。原因是信號與噪聲可分別進行解調(diào)。在門限效應。原因是信號與噪聲可分別進行解調(diào)。3. 3. 在大信噪比情況下，在大信噪比情況下，AMAM信號包絡檢波器的性能幾信號包絡檢波器的性能幾乎與相干解調(diào)法相同。但當輸入信噪比低于門

38、限值乎與相干解調(diào)法相同。但當輸入信噪比低于門限值時，將會出現(xiàn)門限效應，這時解調(diào)器的輸出信噪比時，將會出現(xiàn)門限效應，這時解調(diào)器的輸出信噪比將急劇惡化，系統(tǒng)無法正常工作。將急劇惡化，系統(tǒng)無法正常工作。5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能565.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理u頻率調(diào)制簡稱頻率調(diào)制簡稱調(diào)頻調(diào)頻(FM)，相位調(diào)制簡稱，相位調(diào)制簡稱調(diào)相調(diào)相(PM)。u這兩種調(diào)制中，載波的幅度都保持恒定，而頻率和這兩種調(diào)制中，載波的幅度都保持恒定，而頻率和相位的變化都表現(xiàn)為載波瞬時相位的變化。相位的變化都表現(xiàn)為載波瞬時相位的變化。u角度調(diào)制角度調(diào)制：頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。：頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。u已

39、調(diào)信號頻譜不再是原調(diào)制信號頻譜的線性搬移，已調(diào)信號頻譜不再是原調(diào)制信號頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會產(chǎn)生與頻譜搬移不同的而是頻譜的非線性變換，會產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制非線性調(diào)制。u與幅度調(diào)制技術相比，角度調(diào)制最突出的與幅度調(diào)制技術相比，角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢是其優(yōu)勢是其較高的抗噪聲性能較高的抗噪聲性能。 57n角度調(diào)制的基本概念角度調(diào)制的基本概念 uFM和和PM信號的一般表達式信號的一般表達式 角度調(diào)制信號的一般表達式為角度調(diào)制信號的一般表達式為 式中，式中，A 載波的恒定振幅；載波的恒定振幅； ct + (t) (t) 信號的瞬時相

40、位；信號的瞬時相位； (t) 瞬時相位偏移。瞬時相位偏移。 d ct + (t)/dt = (t) 稱為稱為瞬時角頻率瞬時角頻率 d (t)/dt 稱為瞬時頻偏。稱為瞬時頻偏。)(cos)(ttAtscm5.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理58u相位調(diào)制相位調(diào)制(PM)(PM)： 瞬時相位偏移隨調(diào)制信號作線性變化，即瞬時相位偏移隨調(diào)制信號作線性變化，即式中式中K Kp p為調(diào)相靈敏度，含義是單位調(diào)制信號幅度引為調(diào)相靈敏度，含義是單位調(diào)制信號幅度引起起PMPM信號的相位偏移量，單位是信號的相位偏移量，單位是rad/Vrad/V。將上式代入一般表達式將上式代入一般表達式得到得到PMPM信號表達式信

41、號表達式)()(tmKtp)(cos)(tmKtAtspcPM)(cos)(ttAtscm5.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理59u頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM)(FM)： 瞬時頻率偏移隨調(diào)制信號成比例變化，即瞬時頻率偏移隨調(diào)制信號成比例變化，即式中式中 K Kf f 調(diào)頻靈敏度，單位是調(diào)頻靈敏度，單位是rad/srad/s V V。 這時相位偏移為這時相位偏移為將其代入一般表達式將其代入一般表達式得到得到FMFM信號表達式信號表達式)()(tmKdttdf( )( )ftKmd( )cos( )FMcfstAtKmd)(cos)(ttAtscm5.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理60uPMPM與與

42、 FMFM的區(qū)別的區(qū)別比較上兩式可見，比較上兩式可見， PMPM是相位偏移隨調(diào)制信號是相位偏移隨調(diào)制信號m m( (t t) )線性變化，線性變化，F(xiàn)MFM是相位偏移隨是相位偏移隨m m( (t t) )的積分呈線性變的積分呈線性變化。化。如果預先不知道調(diào)制信號如果預先不知道調(diào)制信號m m( (t t) )的具體形式，則無的具體形式，則無法判斷已調(diào)信號是調(diào)相信號還是調(diào)頻信號。法判斷已調(diào)信號是調(diào)相信號還是調(diào)頻信號。)(cos)(tmKtAtspcPM( )cos( )FMcfstAtKmd5.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理61u單音調(diào)制單音調(diào)制FM與與PM設調(diào)制信號為單一頻率的正弦波，即設調(diào)制

43、信號為單一頻率的正弦波，即 用它對載波進行用它對載波進行相位調(diào)制相位調(diào)制時，將上式代入時，將上式代入 得到得到式中，式中，mp = Kp Am 調(diào)相指數(shù)調(diào)相指數(shù)，表示最大的相位偏移。，表示最大的相位偏移。( )coscos2mmmmm tAtAf t)(cos)(tmKtAtspcPMPM( )coscoscpmmstAtK AtcosscpmAtm cot5.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理62p用它對載波進行用它對載波進行頻率調(diào)制頻率調(diào)制時，將時，將代入代入得到得到FMFM信號的表達式信號的表達式式中式中調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù)，表示最大的相位偏移，表示最大的相位偏移 最大角頻偏最大角頻偏 最大頻

44、偏。最大頻偏。 ( )coscos2mmmmm tAtAf tFM( )coscoscfmmstAtK Ad ( )cos( )FMcfstAtKmdcosncfmAtm sitfmfmmmK AfmffmK Afmfmf 5.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理63u單音單音PM 信號和信號和FM 信號波形信號波形 (a) PM 信號波形信號波形 (b) FM 信號波形信號波形 5.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理64uFMFM與與PMPM間的關系間的關系由于頻率和相位之間存在微分與積分的關系，所以由于頻率和相位之間存在微分與積分的關系，所以FMFM與與PMPM之間是可以相互轉換的。之間是可以相

45、互轉換的。 比較下面兩式可見比較下面兩式可見如果將調(diào)制信號先微分，而后進行調(diào)頻，則得到的是如果將調(diào)制信號先微分，而后進行調(diào)頻，則得到的是調(diào)相波，這種方式叫調(diào)相波，這種方式叫間接調(diào)相間接調(diào)相；同樣，如果將調(diào)制信；同樣，如果將調(diào)制信號先積分，而后進行調(diào)相，則得到的是調(diào)頻波，這種號先積分，而后進行調(diào)相，則得到的是調(diào)頻波，這種方式叫方式叫間接調(diào)頻間接調(diào)頻。 )(cos)(tmKtAtspcPM( )cos( )FMcfstAtKmd5.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理65p方框圖方框圖 （a）直接調(diào)頻）直接調(diào)頻 （b）間接調(diào)頻）間接調(diào)頻（c） 直接調(diào)相直接調(diào)相 （d） 間接調(diào)相間接調(diào)相5.3 非線性調(diào)

46、制(角度調(diào)制)的原理66n窄帶調(diào)頻（窄帶調(diào)頻（NBFM）u定義定義：如果：如果FM信號的最大瞬時相位偏移滿足下式信號的最大瞬時相位偏移滿足下式條件條件 則稱為窄帶調(diào)頻；反之，稱為寬帶調(diào)頻。則稱為窄帶調(diào)頻；反之，稱為寬帶調(diào)頻。）（或 5 . 06)(tfdmK5.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理67u時域表示式時域表示式將將FMFM信號一般表示式展開得到信號一般表示式展開得到當滿足窄帶調(diào)頻條件時，當滿足窄帶調(diào)頻條件時，故上式可簡化為故上式可簡化為( )cos( )tFMcfstAtKmdcoscos( )sinsin( )ttcfcfAtKmdAtKmdcos( )1sin( )( )tfttffKmdKmdKmd( )os( )sintNBFMcfcstActAKmdt5.3 非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理68u頻域表示式頻域表示式利用以下傅里葉變換對利用以下傅里葉變換對可得可得NBFMNBFM信號的頻域表達式信號的頻域表達式)()(sin)()(cos