第三章模擬調(diào)制系統(tǒng)1

1、第第3章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)3.1 3.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理3.2 3.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3.3 3.3 非線性調(diào)制（角調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角調(diào)制）的原理3.4 3.4 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較3.3.5 5 頻分復用系統(tǒng)頻分復用系統(tǒng) 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的實質(zhì)是調(diào)制的實質(zhì)是 ，其作用和目的是，其作用和目的是：n將將調(diào)制信號（基帶信號）調(diào)制信號（基帶信號）轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號（頻帶信號）；的已調(diào)信號（頻帶信號）；n實現(xiàn)信道的多路復用，實現(xiàn)信道的多路復用，提高信

2、道利用率提高信道利用率；n減少干擾，減少干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力提高系統(tǒng)抗干擾能力；n實現(xiàn)實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換傳輸帶寬與信噪比之間的互換。頻譜搬移頻譜搬移1( )()()( )2mccSMMH3.1 幅度調(diào)制原理輸出已調(diào)信號的時域和頻域一般表示式為)(cos)()(thttmtscmh(t)m(t)sm(t)ccostFT調(diào) 幅(AM)0( )()()1()()2AMccccSAMM 0max( )( )0m tAm t00( )coscos( )( )cosAMcccsttAtm ttAm t3.1 幅度調(diào)制原理AM調(diào)制器模型m(t)平均平均值為值為0AM信號的波形和頻譜2AMHB

3、fOtOtOOttA0c A0SAM()0211M()HH0A0m(t)cosctSAM(t)22202222200( )( )coscos( )cos2( )cosAMAMccccPstAm tw tAw tm tw tA m tw t( )0m t 由于由于只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)從功率上講，從功率上講，AMAM信號的功率利用率比較低。信號的功率利用率比較低。022 (2 )2AMscmtAPPP調(diào)幅(AM)信號功率PAM 計算2cos1/ 2cw t 載波功率邊帶功率信號信號功率計算功率計算dttsE)(2/22/21lim( )TTTPs t dtTl在

4、通信理論中，把功率定義為在通信理論中，把功率定義為在單位電阻上在單位電阻上(1)(1)消耗的功率（歸一化功率）。消耗的功率（歸一化功率）。/()=2222PVRI RVIwl這樣，這樣，電流的平方和電壓的平方電流的平方和電壓的平方都都等于功率等于功率。l用用s(t)代表時間代表時間t時刻的電流或電壓，則時刻的電流或電壓，則s2(t)代表瞬代表瞬時功率。時功率。l信號能量為：信號能量為：l信號平均功率為：信號平均功率為：2( )s t)cos()(mmmtAtm)()(2202tmAtmPPAMSAM22220222AMAMmmAMAAA10AAmAM為調(diào)幅指數(shù)（或調(diào)制幅度）1AM3/1AM調(diào)幅

5、調(diào)幅(AM)(AM)調(diào)制效率調(diào)制效率計算計算例1 設(shè)m(t)為正弦信號，進行100%的幅度調(diào)制，求此時的調(diào)制效率。解：依題意可設(shè) 而100%調(diào)制就是tAtmmmcos)(22)(2022AAtmm%3.3331)()(2202tmAtmAMA0 = |m(t)|max 的調(diào)制，即A0 =Am 因此結(jié)論：結(jié)論：AMAM信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)，載波分量不攜帶分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)，載波分量不攜帶信息，信息，所以，調(diào)制效率低是所以，調(diào)制效率低是AMAM調(diào)制的一個最大缺點。調(diào)制的一個最大缺點。A0c A0S

6、AM()0212AMHBf式中，式中，f fH H為調(diào)制信號的最高頻率。為調(diào)制信號的最高頻率。 3.1.2 抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMS將AM信號中的A0去掉，即可輸出DSB-SC信號cos0tOttOm (t)sDSB(t)OtOccM ()OHHSDSB()Occ載波反相點2Hcos0tOttOm (t)sDSB(t)OtOccM ()OHHSDSB()Occ載波反相點2H抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）DSB信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜2DSBHBf除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的頻譜完全

7、相同，仍由上下對稱的兩個邊帶組成。所所以以DSBDSB信號的帶寬與信號的帶寬與AMAM信號的帶寬相同，也為基帶信號信號的帶寬相同，也為基帶信號帶寬的兩倍，即帶寬的兩倍，即HAMDSBfBB2式中，式中，f fH H為調(diào)制信號的最高頻率。為調(diào)制信號的最高頻率。 由于不再包含載波成分，因此，DSB信號的功率就等于邊帶功率，是調(diào)制信號功率的一半，即221( )( )2DSBDSBmPstPm t式中，式中，P Pmm為邊帶功率，為邊帶功率，DSBDSB信號的調(diào)制效率信號的調(diào)制效率為為 。 DSB信號的功率分配及調(diào)制效率信號的功率分配及調(diào)制效率100%需采用相干解調(diào)需采用相干解調(diào)( (同步檢波同步檢波

8、) )，不能采用簡單的，不能采用簡單的包絡檢波。包絡檢波。在調(diào)制信號在調(diào)制信號m(t)m(t)的過零點處，高頻載波相位有的過零點處，高頻載波相位有180180的突變。的突變。 DSBDSB信號功率利用率提高了，但信號功率利用率提高了，但它的頻帶寬度它的頻帶寬度仍是調(diào)制信號帶寬的兩倍仍是調(diào)制信號帶寬的兩倍，與，與AMAM信號帶寬相信號帶寬相同。同。 DSB信號的特點（與AM信號相比）：抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）3.1.3 3.1.3 單邊帶調(diào)制（單邊帶調(diào)制（SSBSSB） 由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，它們都攜帶了調(diào)制信號的全部信息，因此僅傳輸其中一個邊帶即可，即單邊帶調(diào)制

9、能解決這個問題。 產(chǎn)生SSB信號的方法有很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。SSBSSB信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生1 1、用濾波法形成單邊帶信號、用濾波法形成單邊帶信號 由于單邊帶調(diào)制只傳送雙邊帶調(diào)制信號的一個邊帶。由于單邊帶調(diào)制只傳送雙邊帶調(diào)制信號的一個邊帶。因此因此產(chǎn)生單邊帶信號的最直觀的方法是讓雙邊帶信號產(chǎn)生單邊帶信號的最直觀的方法是讓雙邊帶信號通過一個單邊帶濾波器通過一個單邊帶濾波器，濾除不要的邊帶濾除不要的邊帶，即可得到，即可得到單邊帶信號。我們把這種方法稱為濾波法，它是最簡單邊帶信號。我們把這種方法稱為濾波法，它是最簡單的也是最常用的方法。單的也是最常用的方法。圖圖 SSBSSB信號

10、的濾波法產(chǎn)生信號的濾波法產(chǎn)生 單邊帶調(diào)制（SSB）單邊帶濾波器單邊帶濾波器形成形成SSB信號的濾波特性信號的濾波特性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SSBHBfM()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 譜上邊帶濾波器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 譜下邊帶濾波器由圖可見，只需將濾波器由圖可見，只需將濾波器HSSB()設(shè)計成理想設(shè)計成理想高通特高通特性性HUSB()或或理想

11、低通特性理想低通特性HLSB() ，就可以分別得，就可以分別得到上邊帶信號和下邊帶信號。到上邊帶信號和下邊帶信號。顯然顯然，SSBSSB信號的頻譜可表示信號的頻譜可表示為為 1( )( )( )()()( )2SSBDSBSSBccSSBSSHMMH 濾波法的頻譜變換關(guān)系如下圖所示。濾波法的頻譜變換關(guān)系如下圖所示。 單邊帶調(diào)制（SSB）用濾波法形成SSB信號的技術(shù)難點技術(shù)難點是： 要求單邊帶濾波器在fc附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制無用的一個邊帶。這就使濾波器的濾波器的設(shè)計和制作很困難設(shè)計和制作很困難。 為此，為此，在工程中往往采用多級調(diào)制濾波的方法。在工程中往往采用多級調(diào)制濾波的方法

12、。圖圖 濾波法產(chǎn)生濾波法產(chǎn)生SSBSSB的多級頻率搬移過程的多級頻率搬移過程 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)(11( )coscossinsin22SSBmmcmmcstAttAtt( )coscos11cos()cos()22DSBmmcmcmmcmstAttAtAt90900 0相移相移用相移法形成單邊帶信號寬帶寬帶90900 0相相移網(wǎng)絡移網(wǎng)絡ttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(由于SSB只含一個邊帶,所以其功率為DSB的一半;即不但可節(jié)省載波發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度為BSSB=fH=BDSB/2。SSB信號的

13、解調(diào)和DSB一樣不能采用簡單的包絡檢波，需采用相干解調(diào)。濾波法中的濾波器和相移法中的寬帶相移網(wǎng)絡較難制作。SSB信號的特點：單邊帶調(diào)制（SSB）)(41212tmPPDSBSSB 殘留邊帶調(diào)制（殘留邊帶調(diào)制（VSB）是介于）是介于SSB與與DSB之之間的一種調(diào)制方式，間的一種調(diào)制方式， 它它既克服了既克服了DSB信號占用頻信號占用頻帶寬的缺點帶寬的缺點，又，又解決了解決了SSB信號實現(xiàn)上的難題信號實現(xiàn)上的難題?；驹砘驹恚?在在VSB中，不是完全抑制一個邊帶（如同中，不是完全抑制一個邊帶（如同SSB中那樣），而是逐漸切割，使其殘留一小部分。中那樣），而是逐漸切割，使其殘留一小部分。 3.

14、1.3 殘留邊帶調(diào)制（VSB，Vestigial Sideband)M()2B2BODSB()ccO(a)(b)SSB()OccccVSB()O(c)(d)DSB、 SSB和VSB信號的頻譜DSBSSBVSB如何選擇殘留邊帶濾波器的濾波特性如何選擇殘留邊帶濾波器的濾波特性,使殘留邊帶信號解調(diào)后不產(chǎn)生失真呢？使殘留邊帶信號解調(diào)后不產(chǎn)生失真呢？HVSB()m (t)c (t)cosctsVSB(t)LPFmo(t)2 cosctsVSB(t)(a )(b )1( )()()( )2VSBccVSBSMMH()().VSBcVSBcHHHconst 1( )( )()()2oVSBcVSBcMMHH

15、2( )cos()()VSBcVSBcVSBcsttSS 殘留邊帶信號解調(diào)后不產(chǎn)生失真條件殘留邊帶信號解調(diào)后不產(chǎn)生失真條件HVSB()m (t)c (t) cosctsVSB(t)LPFmo(t)2 cosctsVSB(t)(a )(b )常數(shù)常數(shù)邊帶濾邊帶濾波器傳波器傳輸特性輸特性殘留邊帶濾波器的幾何解釋cOcHVSB()HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc( a)( b)( c)( d)cOcHVS B()HVS B(c)cOcHVS B(c)HVS B(c) HVS B(c)OOcc( a)( b)( c)( d)cOcHVSB()HVSB(c)cOc

16、HVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc(a)(b)(c)(d)cOcHVSB()HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc( a)( b)( c)( d)實現(xiàn)容易；只要HVSB()在c處具有互補對稱（奇對稱）（奇對稱）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信號。 VSB信號的特點：殘留邊帶調(diào)制(a) 殘留部分上邊帶的濾波器特性;(b) 殘留部分下邊帶的濾波器特性HVSB()10.50cccc00.51HVSB()(a)(b)殘留邊帶濾波器特性3.1.5 線性調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)線性調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào) 解調(diào)的方式有兩種：解調(diào)的方式有

17、兩種：相干解調(diào)相干解調(diào)與與非相干解調(diào)非相干解調(diào)。u相干解調(diào)相干解調(diào)適用于各種線性調(diào)制系統(tǒng)；適用于各種線性調(diào)制系統(tǒng)； （Coherent Detection)Coherent Detection)u非相干解調(diào)非相干解調(diào)一般只適用幅度調(diào)制（一般只適用幅度調(diào)制（AMAM）信號。）信號。 包絡檢波（包絡檢波（Envelope Detection)Envelope Detection)相干解調(diào)器的數(shù)學模型相干解調(diào)器的數(shù)學模型 1. 相干解調(diào)相干解調(diào)1、AMAM和和DSBDSB信號的解調(diào)信號的解調(diào)設(shè)上圖的輸入為AM信號 00( )( )( )cos()mAMcStStAm tt乘法器輸出為乘法器輸出為 0

18、0000( )( )cos()cos()1( )cos()cos(2)2ccctAm tttAm tt通過低通濾波器后通過低通濾波器后 0001( )( ) co s()2mtAm t當當 常數(shù)時常數(shù)時，解調(diào)輸出信號為，解調(diào)輸出信號為0001()() 2mtAmt同理，當同理，當 時，上述分析即為時，上述分析即為DSB的結(jié)果。的結(jié)果。其解調(diào)輸出信號為其解調(diào)輸出信號為00A)(21)(0tmtm相干解調(diào)的基本原理：相干解調(diào)的基本原理： 接收端提供一個與發(fā)射端接收端提供一個與發(fā)射端嚴格同步的本嚴格同步的本地載波地載波，它與接收的以調(diào)信號相乘它與接收的以調(diào)信號相乘后，經(jīng)后，經(jīng)低低通濾波器取出低頻分量

19、通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基，即可得到原始的基帶調(diào)制信號。帶調(diào)制信號。同頻同相同頻同相已調(diào)信號3.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3.2.1 分析模型分析模型帶通濾波器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)解調(diào)器mo(t)no(t)加性白噪聲窄帶加性白噪聲已調(diào)信號解調(diào)后的調(diào)制信號解調(diào)后的噪聲信號BPF：濾除帶外噪聲，濾除帶外噪聲， 取有用信號。取有用信號。( )n t:加性高斯白噪聲加性高斯白噪聲功率譜密度：功率譜密度：( )( )cos( )siniccscn tn ttn tt( )( )cos( )icn tV tttni(t)為平穩(wěn)窄帶高斯白噪聲Ni為解調(diào)器輸入噪聲ni(t)的平

20、均功率平均功率( )( )( )0icsn tn tn t222( )( )( )icsin tn tn tN均值均值方差方差BPF：濾除帶外噪聲，濾除帶外噪聲， 取有用信號。取有用信號。BndffPNBcBciffni0)(222雙邊功率譜密度雙邊功率譜密度)()(202000tntmNS 功功率率解解調(diào)調(diào)器器輸輸出出噪噪聲聲的的平平均均平平均均功功率率解解調(diào)調(diào)器器輸輸出出有有用用信信號號的的00/iiSNGSN評價一個模擬通信系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，最終是要看 解調(diào)器 的輸出信噪比(SNR)。)()(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)信號的模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能評估

21、指標模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能評估指標解調(diào)后解調(diào)后解調(diào)前解調(diào)前信噪比信噪比增益增益線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能3.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能帶通濾波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通濾波器cosct線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能分析模型( )( )cosmcstm tt01( )( )2m tm t211( )cos( )( )cos222ccm ttm tm tt22001( )( )4Sm tm t乘法器LPF有用信號輸出功率3.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能)(21)(0tntnc22001( )( )4cNn tn tttnttntncsccisin)(cos)()

22、( )cos( )cos( )sincos11( )( )cos2( )sin222icccscccccscn ttn ttn tttn tn ttn tt乘法器LPF3.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能2/00iiDSBNSNSG)(21cos)()(222tmttmtsScmiBntmNSii022/ )(3.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能BntmNtmNSi02200)(4/4/ )(ttmttmtsccmsin)(21cos)(21)(SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 01( )( )4m tm t3.2.3 SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能乘法器LPF1/00iiSSBNSNSGBntmBntmNSii02024

23、)(4/ )(BntmNtmNSi022004)(4/16/ )()(161)(2200tmtmS001144()HiNNn BBf3.2.3 SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能信噪比增益信噪比增益G G (Gain)(Gain)定義定義iiooNSNSG/)()(22202tmAtmGAM)3(2dBGDSB)0(1dBGSSB小結(jié)：各種線性調(diào)制系統(tǒng)性能比較小結(jié)：各種線性調(diào)制系統(tǒng)性能比較本質(zhì)上抗噪聲能力相同本質(zhì)上抗噪聲能力相同條件條件: 當當 、 、 相同時，則有相同時，則有iS02nm 可見可見: :AMAM系統(tǒng)抗噪聲性能最差，系統(tǒng)抗噪聲性能最差，DSBDSB與與SSBSSB系統(tǒng)相同。系統(tǒng)相同。 但但S

24、SBSSB傳輸帶寬比傳輸帶寬比AMAM、DSBDSB窄，頻帶利用率最高。窄，頻帶利用率最高。miAMoonStmAtmNS02202)()()(miimDSBoonStmSntmBntmNS020202)(22)()()(miSSBoonSNS0)(各種線性調(diào)制系統(tǒng)性能比較各種線性調(diào)制系統(tǒng)性能比較iS1 例例22某線性調(diào)制系統(tǒng)的某線性調(diào)制系統(tǒng)的輸出信噪輸出信噪比為比為20dB20dB，輸出噪聲功率為輸出噪聲功率為1010-9-9WW，由發(fā)射機輸出端到，由發(fā)射機輸出端到解調(diào)器輸入之間總的傳輸損耗為解調(diào)器輸入之間總的傳輸損耗為100dB100dB，試，試求：求：（1 1）DSBDSB時的發(fā)射機輸出

25、功率；時的發(fā)射機輸出功率；（2 2）SSBSSB時的發(fā)射機輸出功率。時的發(fā)射機輸出功率。解：（解：（1 1）在）在DSBDSB方式中，信噪比增益方式中，信噪比增益G=2G=2，則調(diào)，則調(diào)制器輸入信噪比為制器輸入信噪比為201011105022ioioSSNN同時，在相干解調(diào)時同時，在相干解調(diào)時944 10ioNNW因此解調(diào)器輸入端的信號功率因此解調(diào)器輸入端的信號功率 7502 10iiSNW考慮發(fā)射機輸出端到解調(diào)器輸入端之間的考慮發(fā)射機輸出端到解調(diào)器輸入端之間的100dB100dB傳輸損耗，可得發(fā)射機輸出功率傳輸損耗，可得發(fā)射機輸出功率 100310102 10oiSSW（2 2）在）在SSB

26、SSB方式中，信噪比增益方式中，信噪比增益G=1,G=1,則調(diào)制器輸入信噪比為則調(diào)制器輸入信噪比為 100ioioSSNN944 10ioNNW 因此，解調(diào)器輸入端的信號功率因此，解調(diào)器輸入端的信號功率 7100410iiSNW發(fā)射機輸出功率發(fā)射機輸出功率 103104 10oiSSW AM信號可采用相干解調(diào)和包絡檢波。相信號可采用相干解調(diào)和包絡檢波。相干解調(diào)時干解調(diào)時AM系統(tǒng)的性能分析方法與前面雙系統(tǒng)的性能分析方法與前面雙邊帶（或單邊帶）的相同。邊帶（或單邊帶）的相同。 實際中，實際中，AM信號常用簡單的信號常用簡單的包絡檢波法包絡檢波法解調(diào)解調(diào)。3.2.3 調(diào)幅信號包絡檢波的抗噪聲性能已調(diào)

27、信號分析模型分析模型帶通濾波器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)包絡檢波mo(t)no(t)加性白噪聲窄帶加性白噪聲已調(diào)信號解調(diào)后的調(diào)制信號解調(diào)后的噪聲信號AM包絡檢波的抗噪聲性能分析模型3.2.3 調(diào)幅信號包絡檢波的抗噪聲性能你能直接寫出來了嗎？2)(2)(2202tmAtsSmiBntmANSii02202)(ttnttntncsccisin)(cos)()(ttmAtscmcos)()(0BntnNii02)(帶通濾波器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)包絡檢波mo(t)no(t)()()(arctan)(0tntmAtntcs)()()()(220tntntmAtEsc0( )

28、( )( )cos( )sin( )cos( )miccsccstnAm tnttnttE ttt E(t)是理想包絡檢波器的輸出包絡檢波是信號和噪聲的包絡3.2.3 調(diào)幅信號包絡檢波的抗噪聲性能)()()(220tntntmAsc1. 大信噪比情況(Large signal-to-noise ratio) (Large signal-to-noise ratio) 此時， 輸入信號幅度遠大于噪聲幅度， 即20022( )2( )( )( )( )( )ccsAm tAm t n tE tntnt)()(2)(020tntmAtmAc)()(21)(00tmAtntmAc)()(1)(00tm

29、AtntmAc)()(0tntmAc1,21121xxx3.2.3 調(diào)幅信號包絡檢波的抗噪聲性能 式中直流分量A0被電容器阻隔，有用信號與噪聲 獨立地分成兩項獨立地分成兩項 ，因而可分別計算出輸出有用信號功率及噪聲功率)(20tmS BntntnNic0220)()(BntmNS0200)(3.2.3 調(diào)幅信號包絡檢波的抗噪聲性能 可見可見: :大信噪比時，大信噪比時，AMAM系統(tǒng)的系統(tǒng)的包絡檢波與相干解調(diào)包絡檢波與相干解調(diào)抗抗噪聲噪聲性能相同。性能相同。而包絡檢波電路具有電路簡單的優(yōu)勢。而包絡檢波電路具有電路簡單的優(yōu)勢。2. 2. 小信噪比小信噪比 (Small signal-to-nois

30、e ratio)(Small signal-to-noise ratio)可見：可見：小信噪比時小信噪比時，有用信號被，有用信號被“淹沒淹沒”在噪聲中，在噪聲中，無無法正常解調(diào)。法正常解調(diào)。)()()(022tmAtntnsc)()(2)()()()(02220tntmAtntntmAtAcsc即即)()()()()()(02222tmAtntntntntnsccsc不能獨立地分成兩項不能解調(diào) 3. 3.包絡檢波的門限效應包絡檢波的門限效應（2 2）解決方法解決方法 增大發(fā)射功率，增大發(fā)射功率， 減小信道噪聲，減小信道噪聲， 縮短通信距離等?？s短通信距離等。（1 1）門限效應）門限效應(Thr

31、eshold effect )(Threshold effect ) 當當輸入信噪比下降到一個特定數(shù)值輸入信噪比下降到一個特定數(shù)值后，檢波器后，檢波器輸出信噪比急劇惡化的現(xiàn)象。輸出信噪比急劇惡化的現(xiàn)象。小信噪比時存在門限效應；小信噪比時存在門限效應；相干解調(diào)不存在門限效應；相干解調(diào)不存在門限效應；結(jié)論：在大信噪比情況下，包絡檢波的性能與相干解調(diào)結(jié)論：在大信噪比情況下，包絡檢波的性能與相干解調(diào)相同；但隨著信噪比的減小，包絡檢波會才出現(xiàn)門限效相同；但隨著信噪比的減小，包絡檢波會才出現(xiàn)門限效應，致使解調(diào)器的輸出信噪比急劇下降。應，致使解調(diào)器的輸出信噪比急劇下降。AM信號包絡檢波抗噪聲性能的特點：3.

32、2.3 調(diào)幅信號包絡檢波的抗噪聲性能 不僅可以把調(diào)制信號的信息寄托在載波的幅度變化中，不僅可以把調(diào)制信號的信息寄托在載波的幅度變化中，還可以寄托在載波的頻率或相位變化中。還可以寄托在載波的頻率或相位變化中。 這種使高頻載波的頻率或相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化這種使高頻載波的頻率或相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化而而振幅保持恒定的調(diào)制方式振幅保持恒定的調(diào)制方式，稱為頻率調(diào)制（，稱為頻率調(diào)制（FM）和相位）和相位調(diào)制調(diào)制(PM) 。因為頻率或相位的變化都可以看成是載波角度因為頻率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故調(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為角度調(diào)制的變化，故調(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為角度調(diào)制。 3.3 非線性調(diào)制（角調(diào)

33、制）的原理幅度調(diào)制 角度調(diào)制與線性調(diào)制不同，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新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制非線性調(diào)制。 由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之間存在密切的關(guān)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻頻。 3.3 非線性調(diào)制（角調(diào)制）的原理3.3 3.3 非線性調(diào)制的原理非線性調(diào)制的原理 一、非線性調(diào)制的原理 (Principle of Nonlinear Modulation)Principle of Nonlinear Modulation) 1.1.頻率調(diào)制頻率調(diào)制（FM : Frequency

34、 ModulationFM : Frequency Modulation）)()(tmKtfcdttmKttfc)()()(cos)(0dttmKtAtsfcFM積分瞬時頻偏隨調(diào)制信號瞬時頻偏隨調(diào)制信號m(t)m(t)成比例變化成比例變化2.2.相位調(diào)制相位調(diào)制（PM : Phase ModulationPM : Phase Modulation）)()(tmKttPc)(cos)(0tmKtAtspcPMmmmmffAKmsincos)(0tmtAtsmfcFMmfmfmfmAKftAtmmmcos)(當當調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù)瞬時相偏隨調(diào)制信號瞬時相偏隨調(diào)制信號m(t)m(t)成比例變化成比例變

35、化由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之間存在密切的關(guān)系，即間存在密切的關(guān)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻。 tfcFMmKtAtsd)(cos)()()(tmKtmfo 由于調(diào)頻信號的瞬時頻率正比于調(diào)制信號的幅由于調(diào)頻信號的瞬時頻率正比于調(diào)制信號的幅度，度， 因而因而調(diào)頻信號的解調(diào)器必須能產(chǎn)生正比于輸入調(diào)頻信號的解調(diào)器必須能產(chǎn)生正比于輸入頻率的輸出電壓頻率的輸出電壓。調(diào)頻信號的解調(diào)二、二、FMFM非相干解調(diào)非相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能分析系統(tǒng)的抗噪聲性能分析1.1.分析模型分析模型 (Analysis Mo

36、del)(Analysis Model)(cos)(0dttmKtAtsfcFM已知鑒頻器鑒頻器2.2.輸入信噪比分析輸入信噪比分析2002iiFMSANn B)(cos)(0dttmktAtsfcFM2)(S202AtsFMiFMiiBntn02)(N而3.3.輸出信噪比分析輸出信噪比分析ttnttndttmKtAtntscsccfciisin)(cos)()(cos)()(0)(cos)()(cos)()(cos0tttBtttVttAccc鑒頻器輸入端合成信號：鑒頻器輸入端合成信號：鑒頻輸出鑒頻輸出: :11( )( )( )2kodtutk f tdt011cos( )coscAtta

37、22( )cos( )coscV ttta( )cos( )coscB ttta令令(1) (1) 大信噪比大信噪比情況情況 )(0tVA dttdnAdttddttdtuso)(21)(21)(21)(0則：則：)(21)(210tnAtmKsf可證：可證：0)()()(Atntts輸出信號功率0S)(4)(2222tmKtsSfoo輸出噪聲功率oN可證：可證：2)(202FMonBfAfnfPo)(21)(0tnAtnso可見：可見： 鑒頻器輸出噪聲功率譜為拋物線分布，并隨著輸出頻鑒頻器輸出噪聲功率譜為拋物線分布，并隨著輸出頻率增加而平方地增大。率增加而平方地增大。2)(202FMonBf

38、AfnfPomonffAfnfPo202)(203032)(AfndffPNmoffnmmo經(jīng)經(jīng)LPFLPF后：后：輸出信噪比單音調(diào)頻時的00SN和和FMG則則22202303( )8foomA K mtSNn ftAtmmmcos)(設(shè)設(shè)mmfmmffmAfmAmKAtm221)(22mfoofnAmNS0202223可見：可見：大信噪比時，加大調(diào)頻指數(shù)，可以迅速改善寬帶調(diào)大信噪比時，加大調(diào)頻指數(shù)，可以迅速改善寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能。頻系統(tǒng)的抗噪聲性能。例如：FM 廣播mfFMfmnABnA) 1(222NS020020ii) 1(32ffFMmmG。，4505FMfGm（2）小信噪比時0

39、( )( )sin( )( )( )AttttV t可見，可見，鑒頻器不能正常解調(diào)，出現(xiàn)門限效應。鑒頻器不能正常解調(diào)，出現(xiàn)門限效應。)(0tVA 4.4.門限效應門限效應(Threshold Effect(Threshold Effect)（1 1）現(xiàn)象（只發(fā)送載波時）現(xiàn)象（只發(fā)送載波時） 大信噪比：起伏噪聲，沙沙聲音。大信噪比：起伏噪聲，沙沙聲音。 小信噪比：脈沖噪聲，喀喇聲音。小信噪比：脈沖噪聲，喀喇聲音。6050403020100051015202010743FM2( )FM / dBSiNi( )FM / dBS0N0m mf f不同，門限值不同。不同，門限值不同。m mf f越大，門

40、限越大，門限點點(S(Si i/N/Ni i) )b b越高。越高。(S(Si i/N/Ni i) )FMFM(S(Si i/N/Ni i) )b b時，時，(S(So o/N/No o) )FMFM與與(S(Si i/N/Ni i) )FMFM呈線性關(guān)系，呈線性關(guān)系，且且m mf f越大，輸出信噪比的改善越明顯。越大，輸出信噪比的改善越明顯。(S(Si i/N/Ni i) )FMFM(S(Si i/N/Ni i) )b b時，時，(S(So o/N/No o) )FMFM將隨將隨(S(Si i/N/Ni i) )FMFM的下降而急劇下降。且的下降而急劇下降。且m mf f越越大，大，(S(S

41、o o/N/No o) )FMFM下降得越快，甚至比下降得越快，甚至比DSBDSB或或SSBSSB更差。更差。 非相干解調(diào)的門限效應調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Si/Ni)b1.去加重鑒頻鑒頻去加重去加重sFM(t)H(f)m(t)噪聲功率譜噪聲功率譜三、改善調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能方法加重技術(shù)三、改善調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能方法加重技術(shù)2.預加重預加重預加重FMm(t)H(f)sFM(t)加重技術(shù)可使輸出信噪比提高加重技術(shù)可使輸出信噪比提高13dB13dB左右。左右。3.4 3.4 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較一、抗噪聲性能比較可見：可見：1.1.從抗噪聲性能看從抗噪聲性能看,FM,FM系

42、統(tǒng)性能最好，系統(tǒng)性能最好，AMAM系統(tǒng)最差。系統(tǒng)最差。2.2.從頻帶利用率看，從頻帶利用率看，SSBSSB系統(tǒng)是最佳的。系統(tǒng)是最佳的。二、頻帶利用率比較mDSBAMfBB2mSSBfBmfFMfmB)1(2調(diào)制調(diào)制方式方式信號帶寬信號帶寬優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點主要應用主要應用DSB功率利用率高功率利用率高接收要同步解接收要同步解調(diào)，設(shè)備復雜調(diào)，設(shè)備復雜較少應用較少應用SSB抗干擾能力較高抗干擾能力較高頻帶利用率高頻帶利用率高發(fā)送、接收設(shè)發(fā)送、接收設(shè)備復雜備復雜短波無線電廣播，短波無線電廣播，話音頻分多路話音頻分多路VSB略大于略大于 近似近似SSB抗干擾能力較高抗干擾能力較高頻帶利用率高頻帶利用率高

43、接收要同步解接收要同步解調(diào)，設(shè)備復雜調(diào)，設(shè)備復雜商用電視廣播商用電視廣播AM接收機簡單接收機簡單功率利用率低功率利用率低抗干擾能力差抗干擾能力差中短波無線電廣播中短波無線電廣播FM抗干擾能力高抗干擾能力高抗快衰落能力強抗快衰落能力強頻帶利用率低頻帶利用率低超短波小功率電臺，超短波小功率電臺，微波中繼，調(diào)頻立微波中繼，調(diào)頻立體聲廣播，衛(wèi)星通體聲廣播，衛(wèi)星通信信mffm) 1( 2mfmiffnSm0223mifnS031mifnS0mfooNSmf2mifnS0mf2三、模擬調(diào)制系統(tǒng)的特點與應用三、模擬調(diào)制系統(tǒng)的特點與應用 3.5 3.5 頻分復用頻分復用 （FDM: Frequency-div

44、ision multiplexingFDM: Frequency-division multiplexing）2.FDM 2.FDM 組成框圖組成框圖一、一、FDM FDM 原理原理 1.1.概念概念 采用采用頻率分割頻率分割的方法，將的方法，將若干個相互獨立的若干個相互獨立的信號信號復復合在同一個信道合在同一個信道中，同時傳送到接收端的技術(shù)。中，同時傳送到接收端的技術(shù)。3.頻分復用中的串擾(Crosstalk(Crosstalk）問題及解決措施 4.4.用途用途 FDMFDM廣泛用于長途載波電話、立體聲調(diào)頻、電視廣播和廣泛用于長途載波電話、立體聲調(diào)頻、電視廣播和空間遙測等?？臻g遙測等。串擾串

45、擾：FDMFDM主要問題是各路信號之間的相互干擾。主要問題是各路信號之間的相互干擾。解決措施解決措施： （1 1）發(fā)送端帶通限帶）發(fā)送端帶通限帶（2 2）對系統(tǒng)線性度要求很高）對系統(tǒng)線性度要求很高（3 3）合理選擇副載波頻率）合理選擇副載波頻率12,.,cccnfff（相鄰信號間留有一定防護頻帶相鄰信號間留有一定防護頻帶） 在多路載波電話中采用單邊帶調(diào)制頻分復用，主要在多路載波電話中采用單邊帶調(diào)制頻分復用，主要是為了最大限度地節(jié)省傳輸頻帶。每路電話信號限帶于是為了最大限度地節(jié)省傳輸頻帶。每路電話信號限帶于300-3400Hz,300-3400Hz,單邊帶調(diào)制后其帶寬與調(diào)制信號相同。為了單邊帶調(diào)

46、制后其帶寬與調(diào)制信號相同。為了在鄰路已調(diào)信號間留有保護頻帶，以便濾波器有可實現(xiàn)在鄰路已調(diào)信號間留有保護頻帶，以便濾波器有可實現(xiàn)的過渡帶，的過渡帶，通常每路話音信號取通常每路話音信號取4kHz4kHz作為標準頻帶。作為標準頻帶。FBffc1fcn保護頻帶信道帶寬信號帶寬:f:F:B例：例：M M路具有路具有f fm m最高頻率的信號進行頻分復用，并采用最高頻率的信號進行頻分復用，并采用單邊帶調(diào)制，鄰路間保持單邊帶調(diào)制，鄰路間保持0.25f0.25fm m的防護頻帶，試求整個的防護頻帶，試求整個信號頻帶寬度應為多少？信號頻帶寬度應為多少？解：解：51(1)0.2544mmmmBMfMff Mf二、

47、載波電話系統(tǒng)二、載波電話系統(tǒng)(Carrier Telephone System)(Carrier Telephone System)多路載波電路分群等級多路載波電路分群等級分群等級分群等級容量容量 (路數(shù)路數(shù))帶寬帶寬 (KHZ)基本頻帶基本頻帶 (KHZ)基群基群超群超群基本主群基本主群基本超主群基本超主群12MHZ系統(tǒng)系統(tǒng)60MHZ系統(tǒng)系統(tǒng)605 12300560900330027003900108001290012482401200360010.8MHZ43.2MHZ60 108312 552812 20448516 1238812路基群信號的頻譜形成過程路基群信號的頻譜形成過程4個前群

48、個前群SSBSSB調(diào)制調(diào)制FMFM調(diào)制調(diào)制三、立體聲廣播三、立體聲廣播(Stereo broadcasting)(Stereo broadcasting)DSB19kHz導頻導頻L+RFDM信號信號FDM信號信號L+RDSB-SCL-R19kHz導頻導頻38kHz載頻載頻 ttmttmtsccSSBsincosmmmmmffffffnfP02)(一、某模擬通信系統(tǒng)接收機輸入端的接收信號為：其中m(t)的功率譜密度為: 設(shè)信道噪聲雙邊功率譜密度Pn (f)=n0/2。（1）試畫出發(fā)送端產(chǎn)生該信號的原理框圖；（2）試畫出接收端對該信號解調(diào)的原理框圖；（3）求解調(diào)器的輸入信噪比；（4）求解調(diào)器的輸出

49、信噪比。 二、設(shè)所需傳輸?shù)膯我粽{(diào)制信號為Amcos2fmt，其中fm=15KHz，先用載頻fc=38KHz的載波進行SSB-SC調(diào)制，并取下邊帶；然后再進行調(diào)頻，形成SSB/FM的發(fā)送信號。已知調(diào)頻信號的幅度為2V，調(diào)頻信號的帶寬為184KHz，信道加性高斯白噪聲單邊功率譜密度n0=410-7W/Hz，載波載頻為100MHz。試求：（1）單邊帶的數(shù)學表示式（下邊帶）；（2）發(fā)送信號調(diào)頻波的數(shù)學表示式；（3） 鑒頻器輸入信噪比和輸出信噪比（忽略信道衰減）；三、某頻分多路復用系統(tǒng)發(fā)送信號為： tiiiiiFmdtttfttfKtAts01210sincoscos（1）已知fi(t)是需傳輸?shù)牡趇路基帶信號，試畫出S