第3章模擬調制系統(tǒng)

3.1線性系統(tǒng)的調制與解調

3.2線性調制系統(tǒng)的信噪比

3.3非線性調制原理

3.4非線性調制抗噪聲性能

3.5角度調制的接收

3.6預加重和去加重技術第3章模擬調制系統(tǒng)2學習目標：線性模擬調制的原理及抗噪聲性能非線性模擬調制的原理及抗噪聲性能預加重與去加重技術要點：掌握線性調制的原理及系統(tǒng)的抗噪聲性能、掌握非線性調制的原理;了解非線性調制系統(tǒng)抗噪聲性能及預加重與去加重技術。學習目標及要點33.1

線性系統(tǒng)的調制與解調

3.1.1調制的概念

調制是通信原理中一個十分重要的概念，是一種信號處理技術。無論在模擬通信、數字通信還是數據通信中都扮演著重要角色。那么為什么要對信號進行調制處理？什么是調制呢？我們先看看下面的例子。43.1

線性系統(tǒng)的調制與解調

3.1.1調制的概念圖2―1擴音示意圖53.1

線性系統(tǒng)的調制與解調

3.1.1調制的概念調制過程——讓載波的某個參數（或幾個）隨調制信號（原始信號）的變化而變化的過程，稱為調制。

◆原始（基帶）信號—較低頻率分量，不宜無線傳輸?！?/p>

載體（波）—運載基帶信號的載體。

◆參數（或特征值）—載波的隨基帶信號變化的參數。63.1

線性系統(tǒng)的調制與解調

調制的概念調制的本質：◆

基帶信號轉化為適合信道傳輸的頻帶信號；◆信道多路復用，提高信道利用率；◆增強抗干擾能力；調制（載體）方式：

◆形式：模擬；數字

◆載波選擇：正弦波——連續(xù)調制脈沖波——脈沖調制73.1

線性系統(tǒng)的調制與解調

3.1.1振幅調制的基本原理幅度調制器的一般摸型時域，頻域特征AM；DSB；SSB；VSB的形成及解調機理和噪聲分析著重對分析方法的認識83.1

線性系統(tǒng)的調制與解調1.普通調幅波的數學表達式及其頻譜令h(t)=(t)，調制信號疊加直流

后與載波相乘，就可形成標準調幅(AM)信號。載波的振幅受

控制，已調波的包絡按照的規(guī)律線性變化。93.1

線性系統(tǒng)的調制與解調

單頻信號調制當調制信號為單一頻率的余弦波時，其數學表達式為：則：其中：稱為調幅系數103.1

線性系統(tǒng)的調制與解調

普通調幅波的數學表達式及其頻譜多頻率分量信號的調制為分析簡單，令ka=1，，調制信號為f(t)，其頻譜為F()則調幅信號的時域表達式為：由傅里葉變換關系得到以下傅里葉變換對：

f(t)F(ω)113.1

線性系統(tǒng)的調制與解調

普通調幅波的數學表達式及其頻譜多頻率分量信號的調制

所以的頻域表達式為：123.1

線性系統(tǒng)的調制與解調13當滿足條件|f(t)|max≤Ucm

時，AM信號的包絡與調制信號成正比，所以用包絡檢波的方法很容易恢復出原始的調制信號，否則，將會出現過調幅現象而產生包絡失真。這時不能用包絡檢波器進行解調，因基帶信號被噪聲擾亂這種現象叫“門限效應”；為保證無失真解調，可以采用同步檢波器。AM信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬是基帶信號帶寬fH的兩倍，即BAM=2fH。3.1

線性系統(tǒng)的調制與解調143.1

線性系統(tǒng)的調制與解調

普通調幅波的數學表達式及其頻譜調幅波的功率

AM信號平均功率應等于uAM(t)的均方值。當f(t)為確知信號時，uAM(t)的均方值即為其平方的時間平均，假設調制信號f(t)不含直流分量，則可得：

載波功率邊帶功率153.1

線性系統(tǒng)的調制與解調普通調幅波的數學表達式及其頻譜163.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.2雙邊帶調制（DSB）

基本思想：抑制不攜帶信息的載波分量的功率，將有效功率用于邊帶傳輸，從而提高調制效率。DSB的時域、頻域及功率令直流信號的Ucm=0，得到DSB調制信號的時域和頻域描述DSB的全部功率包含在邊帶上，即DSB的調制效率173.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.2雙邊帶調制（DSB）2.DSB調幅波的產生及頻譜分析圖2―3抑制載波的雙邊帶調幅模型圖183.1

線性系統(tǒng)的調制與解調193.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.2雙邊帶調制（DSB）DSB的波形及其頻譜由DSB的時間波形可知，DSB信號的包絡不再與調制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復調制信號，需采用相干解調（同步檢波）。另外，在調制信號f(t)的過零點處，高頻載波相位有180°的突變。由頻譜圖可知，DSB信號雖然節(jié)省了載波功率，功率利用率提高了，但它的頻帶寬度仍是調制信號帶寬的兩倍。DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，它們都攜帶了調制信號的全部信息，因此只需要傳輸其中一個邊帶即可。203.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.3單邊帶調制（SSB）

基本思想：只傳送兩個USB或兩個LSB，節(jié)省一半帶寬，從而提高了信道利用率。同時也更節(jié)省了功率。1.SSB的頻譜2.單邊帶信號的產生濾波法產生單邊帶信號：產生SSB信號最直觀的方法是讓雙邊帶信號通過一個邊帶濾波器，保留所需要的一個邊帶，濾除不要的邊帶。213.1

線性系統(tǒng)的調制與解調223.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.3單邊帶調制（SSB）233.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.3單邊帶調制（SSB）Hd

()是邊帶濾波器的傳輸函數，以c為邊界，若具有嚴格的高通特性，則可濾除下邊帶，保留上邊帶。反過來則可濾除上邊帶，保留下邊帶。用濾波法形成SSB信號的技術難點是，若調制信號都具有豐富的低頻成分，經調制后得到的DSB信號的上、下邊帶之間的間隔很窄，這要求單邊帶濾波器在f0

附近具有陡峭的截止特性，這使濾波器的設計和制作變得困難。其已調信號表達式243.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.3單邊帶調制（SSB）3.單邊帶信號的表達式單邊帶調制下邊帶時域表達式為：上邊帶信號的表達式：253.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.4殘留邊帶調制（VSB）1.VSB的頻譜殘留邊帶調制是介于SSB與DSB之間的一種調制方式，它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現上的難題。在VSB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—小部分，如圖所示。263.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.4殘留邊帶調制（VSB）2.VSB信號的產生用濾波法實現殘留邊帶調制的原理如圖所示。圖中,濾波器的特性HVSB()應按殘留邊帶調制的要求來進行設計。273.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.4殘留邊帶調制（VSB）2.VSB信號的產生殘留邊帶信號必須使用相干解調。283.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.4殘留邊帶調制（VSB）2.VSB濾波器的特性為了保證相干解調的輸出無失真地重現調制信f(t)?F()，要求VSB濾波器傳輸特性HVSB()必須遵循條件：HVSB(+c)+HVSB(?c)=常數。滿足上述條件的HVSB()的可能形式有兩種：低通濾波器形式和帶通（或高通）濾波器形式。293.1

線性系統(tǒng)的調制與解調3.1.5解調信號解調的目的信號解調的方法：相干解調和非相干解調303.1線性系統(tǒng)的調制與解調相干解調（同步檢波）313.1線性系統(tǒng)的調制與解調非相干解調（包絡檢波）AM信號UCM+f(t)323.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比

首先解調方框圖，如下：

圖中u(t)為已調信號，n(t)為加性高斯白噪聲。u(t)和n(t)首先經過一帶通濾波器，通過全部有用信號，濾除帶外的噪聲。經過帶通濾波器后到達解調器輸入端的信號為ui(t)、噪聲為高斯窄帶噪聲ni(t)，顯然解調器輸入端的噪聲帶寬與已調信號的帶寬是相同的。最后經解調器解調輸出的有用信號為uo(t)，噪聲為no(t)。33高斯窄帶噪聲可表示為：其中，高斯窄帶噪聲的同相分量和正交分量都是高斯變量，它們的均值都為0，平均功率都相同，即式中，為解調器的輸入噪聲功率。若高斯白噪聲的單邊功率譜密度為，帶通濾波器的傳輸特性是高度為1、帶寬為B的理想矩形函數，其傳輸特性為：

3.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比343.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比

噪聲只對通信系統(tǒng)的接收端產生影響，所以調制系統(tǒng)的抗噪聲性能，主要由解調器的抗噪聲性能來衡量。對于抗噪聲性能通過信噪比及信噪比增益來衡量。353.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.1雙邊帶調制系統(tǒng)相干解調的抗噪聲性能解調器輸入端的信噪比線性調制系統(tǒng)相關解調方框圖363.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.1雙邊帶調制系統(tǒng)相干解調的抗噪聲性能解調器輸入端的信噪比解調器輸入端的DSB信號的平均功率信號為：解調器輸入端的噪聲為窄帶高斯白噪聲，雙邊功率譜密度為。所以解調器輸入端的噪聲平均功率為：373.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.1雙邊帶調制系統(tǒng)相干解調的抗噪聲性能解調器輸入端的信噪比則進一步得到信噪比為：解調器輸出端的信噪比先寫出輸出端信號的表達式：383.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.1雙邊帶調制系統(tǒng)相干解調的抗噪聲性能通過相干解調，然后通過低通濾波器其表達式為：解調器輸出端的信噪比解調器輸出端的信號與噪聲的平均功率分別為：393.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.1雙邊帶調制系統(tǒng)相干解調的抗噪聲性能因為解調器輸出端的信噪比故輸出端的信噪比為：解調器的信噪比增益403.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.2單邊帶調制系統(tǒng)相干解調的抗噪聲性能解調器輸入端的信噪比解調器輸入端的SSB信號的平均功率信號為：符號“-”表示上邊帶，符號“+”表示下邊帶。413.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.2單邊帶調制系統(tǒng)相干解調的抗噪聲性能解調器輸入端的信噪比則解調器輸入端的信噪比為：SSB信號解調器輸入端的噪聲平均功率為:423.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.2單邊帶調制系統(tǒng)相干解調的抗噪聲性能解調器輸出端的信噪比SSB信號加上噪聲的表達式：通過乘法器及低通濾波器后，恢復的調制信號和噪聲為：433.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.2單邊帶調制系統(tǒng)相干解調的抗噪聲性能解調器輸出端的信噪比輸出端的信號平均功率為：輸出端噪聲平均功率：解調器輸出信噪比為：443.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.2單邊帶調制系統(tǒng)相干解調的抗噪聲性能SSB調制增益注意：雖然DSB是SSB調制增益的2倍，但是DSB信號的傳輸帶寬是單邊帶的2倍，所以DSB與SSB調制的抗噪聲性能是一樣的。45設某信道具有均勻的雙邊噪聲功率譜度在該信道中傳輸抑制載波的雙邊帶信號，并設調制信號的頻帶限制在5KHz，而載波為100KHz，已調信號的功率為10KW，若接收機的輸入信號在加至解調器之前，先經過一個帶寬為10KHz的理想帶通濾波器濾波，試問：(1）該理想帶通濾波器中心頻率為多大？(2)解調器輸入端的信噪功率比為多少？(3)調器輸出端的信噪功率比為多少？(4）求出解調器輸出端的噪聲功率譜密度？3.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比463.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.3AM調制系統(tǒng)非相干解調的抗噪聲性能解調器輸入端的信噪比包絡檢波法解調方框圖473.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.3AM調制系統(tǒng)非相干解調的抗噪聲性能解調器輸入端的信噪比包絡檢波器輸入有用信號為：輸入端的信號平均功率：噪聲功率為：解調器輸入端的信噪比為：483.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.3AM調制系統(tǒng)非相干解調的抗噪聲性能解調器輸出端的信噪比包絡檢波器輸入有用信號和噪聲之和為：則其中包絡A(t)為：信號通過包絡檢波器，其目的是恢復輸入信號的包絡。493.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.3AM調制系統(tǒng)非相干解調的抗噪聲性能解調器輸出端的信噪比1、大信噪比情況則其輸出包絡A(t)為：則檢波器輸出的信號功率和噪聲功率分別為：條件：503.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.3AM調制系統(tǒng)非相干解調的抗噪聲性能解調器輸出端的信噪比1、大信噪比情況對于AM非線性解調系統(tǒng)信噪比增益：進一步得到包絡檢波器輸出的信噪比為：513.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.3AM調制系統(tǒng)非相干解調的抗噪聲性能解調器輸出端的信噪比2、小信噪比情況則其輸出包絡A(t)為：

由于輸出不包含單獨的信號項，故包絡檢波器會把有用信號擾亂成噪聲。條件：523.2

線性調制系統(tǒng)的信噪比3.2.3AM調制系統(tǒng)非相干解調的抗噪聲性能解調器輸出端的信噪比3、門限效應

包絡檢波器的輸入端信噪比大小會影響包絡檢波器的抗噪聲性能。只有信噪比大于某個臨界值時，包絡檢波器才能正常解調，該臨界值稱為門限值，則包絡檢波器存在門限值這一現象稱為門限效應。533.3

非線性調制的原理3.3.1角度調制的基本原理原理

基帶信號改變載波信號的角度這個參量，且形成的頻譜結構不再與原始基帶信號頻譜結構相同。角度調制信號的表達式連續(xù)波調制的高頻載波

振幅調制線性調制FMPM非線性調制543.3

非線性調制的原理3.3.1角度調制的基本原理原理式中：稱為信號的瞬時相位。稱為瞬時相位偏移。稱為信號的瞬時角頻率。稱為瞬時角頻率偏移。553.3

非線性調制的原理3.3.1角度調制的基本原理PM調制原理定義：瞬時相位偏移是調制信號f(t)的線性函數。即：