第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)ch4-1課件

1《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月20234.1引言4.2幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能

4.2.1幅度調(diào)制的原理

4.2.2線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

4.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理及抗噪聲性能

4.3.1非線性調(diào)制的原理

4.3.2非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

4.4各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較4.5頻分復(fù)用(FDM)4.6復(fù)合調(diào)制及多極調(diào)制的概念笫4章笫四章

模擬調(diào)制系統(tǒng)2《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.1引言從消息變換過來的原始信號(hào)具有頻率較低頻譜

分量,這種信號(hào)在許多信道中不適宜進(jìn)行傳輸.載波調(diào)制－按調(diào)制信號(hào)(基帶信號(hào))的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程.載波的分類

－用正弦信號(hào)作為載波；用脈沖串或一組數(shù)

字信號(hào)作為載波。3《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）調(diào)制的兩種方式

－模擬(連續(xù)調(diào)制)和數(shù)字調(diào)制.調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用

－進(jìn)行頻譜搬移,將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換:1)適合于信道傳輸;

2)已調(diào)信號(hào)便于信道多路頻分復(fù)用.常用的重要的模擬調(diào)制方式

1、用正弦波作為載波的幅度調(diào)制包括：調(diào)幅AM，雙邊帶DSB，殘留邊帶VSB，單邊帶SSB.

2、角度調(diào)制包括:頻率調(diào)制FM，相位調(diào)制PM.4《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.2

幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能4.2.1幅度調(diào)制的原理正弦載波為：4.2-1為載波角頻率;為載波的初始相位;A為載波的幅度.

5《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）幅度調(diào)制是正弦載波的幅度隨調(diào)制信號(hào)作線性變化的過程。幅度已調(diào)信號(hào)可表示成：4.2-2當(dāng)時(shí):為基帶調(diào)制信號(hào).6《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）設(shè)調(diào)制信號(hào)的頻譜為。由傅式變換的頻移特性，已調(diào)信號(hào)的頻譜幅度已調(diào)信號(hào)的頻譜－是基帶信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移.這種搬移是線性的,因此,幅度調(diào)制又稱為

線性調(diào)制.4.2-37《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）線性調(diào)制器的一般模型:為帶通濾波器圖4-1×8《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）線性調(diào)制器模型輸出信號(hào)的時(shí)域和頻域表示式為:

時(shí)域:4.2-44.2-29《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）頻域:由式4.2-3和時(shí)域的卷積定理可得4.2-5上述模型稱為調(diào)制器的一般模型,在該模型中,適當(dāng)選擇帶通濾波器的沖激相應(yīng),便可得到各種幅度調(diào)制信號(hào).(上次課講到此處)10《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）雙邊帶DSB信號(hào)圖4-1中，如果輸入基帶信號(hào)m(t)沒有直流分量且是理想帶通濾波器，則得到的輸出信號(hào)便是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)或稱抑制載

波雙邊帶(DSB-SC)調(diào)制信號(hào).其波形和頻譜如圖4-2所示.11《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）12《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）13《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）圖4-2DSB信號(hào)的波形及頻譜14《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）調(diào)幅AM信號(hào)如果輸入基帶信號(hào)帶有直流分量和交流分量,也是理想帶通濾波器的沖激響應(yīng),得到的輸出信號(hào)便是有載波分量的雙邊帶信號(hào).若＞，則該信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào):

即：SAM時(shí)域表示:15《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）載波信號(hào)DSB－SC信號(hào)4.2-64.2-7頻域表示:16《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）單邊帶SSB信號(hào)雙邊帶調(diào)制信號(hào)包含有兩個(gè)邊帶,即上、下邊帶.這兩個(gè)邊帶包含的信息相同.在調(diào)制器的一般模型中,將帶通濾波器設(shè)計(jì)成圖4-3的帶通或帶阻形式,帶阻(a)將產(chǎn)生上邊帶信號(hào)，帶通(b)將產(chǎn)生下邊帶信號(hào)。頻譜如圖4-4所示。17《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）圖4-3形成單邊帶信號(hào)的濾波特性上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶×18《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶×19《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）圖4-4單邊帶信號(hào)的頻譜上邊帶頻譜下邊帶頻譜20《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）單邊帶信號(hào)的時(shí)域表示，以下邊帶的單邊調(diào)制為例：下邊帶SSB信號(hào),可由一個(gè)DSB信號(hào)通過理想低通濾波器獲得.令下邊帶信號(hào)頻譜為.由式4.2-5得:4.2-821《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）帶通濾波器的頻率特性可表示為：4.2-94.2-10將式4.2-9代入式4.2-8得：4.2-822《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）圖4-4單邊帶信號(hào)的頻譜23《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）由于4.2-114.2-1224《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）是的希爾伯特變換,故得到下邊帶SSB信號(hào)的時(shí)域表示式為:4.2-134.2-14同理可得上邊帶SSB信號(hào)的時(shí)域表示式為:25《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）殘留邊帶VSB信號(hào)

雙邊帶信號(hào)調(diào)制占用頻帶寬,單邊帶實(shí)現(xiàn)上較困難.殘留邊帶調(diào)制是介于雙邊帶與單邊帶之間的一種線性調(diào)制.殘留邊帶信號(hào)的頻域表示式為:4.2-1526《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）殘留邊帶濾波器的特性－接收端如果采用同步解調(diào)法進(jìn)行解調(diào),如圖4-5所示.相乘器輸出信號(hào)應(yīng)為殘留邊帶信號(hào)與同步載波的乘積.該乘積信號(hào)的頻譜應(yīng)等于和相應(yīng)頻譜的卷積,即

4.2-1627《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）殘留邊帶濾波器的傳輸特性的意義:×低通濾波器圖4-5同步解調(diào)法組成方框圖28《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.2-174.2-18所以由式4.2-16和式4.2-17可得:若設(shè)同步載波,其頻譜為:29《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）因?yàn)?.2-194.2-1830《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）式4.2-19代入式4.2-18得:4.2-20式中,與是搬移到處的頻譜.它可由解調(diào)中的低通濾波器濾除.低通濾波器輸出的頻譜為:31《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.2-214.2-22a4.2-22b上式中c為常數(shù).由于

信號(hào)帶寬為,即時(shí).所以,上式4.2-22a成立的條件為即殘留邊帶濾波器傳輸特性必須滿足的條件為:為了準(zhǔn)確地獲得,上式中必須滿足:32《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）殘留邊帶濾波器的傳輸特性的意義:×低通濾波器圖4-5同步解調(diào)法組成方框圖33《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）34《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）圖4-6殘留邊帶濾波器的幾何解釋35《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）結(jié)論

－只要?dú)埩暨厧V波器的截止特性在載頻處具有互補(bǔ)對(duì)稱特性,采用同步解調(diào)法解調(diào)殘留邊帶信號(hào)就能準(zhǔn)確地恢復(fù)所需的基帶信號(hào).濾波器截止特性的影響

－如果濾波器截止特性非常陡峭,那么所得到的殘留邊帶信號(hào)便接近單邊帶信號(hào);如果濾波器截止特性的陡峭程度變差,則殘留部分就自然增多,殘留邊帶信號(hào)所占據(jù)的帶寬也越寬,甚至越來越逼近雙邊帶信號(hào).36《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.2.2

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能問題－信道存在加性高斯白噪聲時(shí),各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能.通常認(rèn)為加性噪聲只對(duì)信號(hào)的接收產(chǎn)生影響,故調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能是利用解調(diào)器的抗噪聲能力來衡量.信噪比

－信號(hào)與噪聲的平均功率之比.37《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）解調(diào)器的模型+帶通濾波器解調(diào)器已調(diào)信號(hào)高斯白噪聲帶通型噪聲基帶信號(hào)解調(diào)器輸出噪聲圖4-7分析解調(diào)器性能的模型(1)[的平均功率](4)

[的直流功率](5)[方差，的交流功率]38《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）解調(diào)器輸入噪聲是帶通型噪聲，通常是一個(gè)窄帶高斯噪聲:4.2-234.2-24或?qū)懗伞?/p>

和

具有相同的平均功率(方差):4.2-254.2-26

或記為39《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）解調(diào)器輸入噪聲具有帶寬B,輸入噪聲平均功率為:4.2-274.2-28設(shè)經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后得到有用基帶信號(hào)記為,解調(diào)器輸出噪聲記為,解調(diào)器輸出信號(hào)的平均功率與輸出噪聲平均功率之比可表示為:40《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）調(diào)制制度增益G

－解調(diào)器輸出信噪比與輸入信噪比的比值.DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能DSB信號(hào)的解調(diào)器為同步解調(diào)器,由相乘器和低通濾波器構(gòu)成.4.2-2741《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）若解調(diào)器輸入信號(hào)為4.2-29

其平均功率為:

42《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）若同步解調(diào)器中相干載波為,則解調(diào)器輸出信號(hào)為:

濾掉

輸出有用信號(hào)功率為:4.2-3043《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）同步解調(diào)相乘器輸出的噪聲為:解調(diào)器的低通濾波濾除44《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）輸出噪聲功率為:4.2-314.2-3245《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）解調(diào)器輸入信噪比為:4.2-334.2-34解調(diào)器輸出信噪比為:調(diào)制制度增益(DSB調(diào)制系統(tǒng))為:4.2-35結(jié)論：DSB信號(hào)的解調(diào)器使信噪比改善一倍。46《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能SSB信號(hào)解調(diào)與DSB信號(hào)解調(diào)方法的區(qū)別

——解調(diào)方法相同,區(qū)別是解調(diào)之前的帶通濾波器.SSB帶通濾波器只讓一個(gè)邊帶信號(hào)通過；DSB帶通濾波器讓兩個(gè)邊帶信號(hào)通過.前者帶寬是后者的一半.單邊帶信號(hào)解調(diào)器輸入噪聲與輸出噪聲為:4.2-3647《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）解調(diào)器的輸入信號(hào)為:4.2-37是的所有頻率成分都相移的信號(hào)(希爾伯特變換),“+”形成下邊帶,“－”形成上邊帶.單邊帶解調(diào)器輸入信號(hào)功率為:4.2-3848《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）單邊帶解調(diào)器輸入信號(hào)功率為:4.2-38所以得4.2-394.2-40由于與

具有相同的功率譜密度或相同的平均功率,故有:49《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）單邊帶解調(diào)器輸出功率由輸出信號(hào)m0(t)推導(dǎo)得到:

通過濾波:50《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）

輸出功率為:4.2-414.2-42單邊帶解調(diào)器輸入信噪比為:4.2-4051《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）單邊帶解調(diào)器輸出信噪比為:4.2-434.2-44調(diào)制制度增益為:4.2-3652《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）AM系統(tǒng)的性能AM信號(hào)可用同步檢測(cè)和包絡(luò)檢測(cè)兩種方法解調(diào).實(shí)際中,AM信號(hào)的解調(diào)器幾乎都用包絡(luò)檢波器(線性檢波或平方律檢波).下面主要結(jié)合線性包絡(luò)檢波器討論.解調(diào)器輸入信號(hào)為:4.2-45式中：A>|m(t)|max53《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.2-46解調(diào)器輸入信號(hào)功率和噪聲功率為:輸入噪聲為:4.2-474.2-4854《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）檢波器輸入端信號(hào)加噪聲的合成包絡(luò)：4.2-494.2-50其中:4.2-51當(dāng)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)時(shí),就是檢波器的輸出。包絡(luò)中的信號(hào)和噪聲存在著非線性關(guān)系.55《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）故:包絡(luò)檢波器輸出端的信號(hào)功率和噪聲功率:大信噪比情況條件:由4.2-5056《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.2-5257《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）包絡(luò)檢波器輸出的有用信號(hào)是,輸出噪聲是。輸出信號(hào)功率S0和噪聲功率N0分別為：4.2-5358《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）

故:

調(diào)制制度增益為:4.2-544.2-55結(jié)論：AM信號(hào)檢波器的G隨A的減小而增加,但A不小于。59《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）100%調(diào)制時(shí)調(diào)制制度增益:

此時(shí),,且又是正弦型信號(hào),有:4.2-564.2-57

調(diào)制制度增益:4.2-5560《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉14一月2023第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）結(jié)論1：G=2/3是包絡(luò)檢波器能夠得到的最大信噪比改善值。結(jié)論2：若采用同步檢測(cè)法解調(diào)AM信號(hào)得到的調(diào)制制度增益也為：（證明略）同步檢測(cè)器的調(diào)制制度增益G不受信號(hào)與噪聲相對(duì)幅度