第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)1OK

5.1引言5.2幅度調(diào)制原理及抗噪聲性能5.3非線性調(diào)制原理及抗噪聲性能5.4各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較5.5頻分復用5.6復合調(diào)制及多級調(diào)制第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)2/6/20231第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的研究對象問題：

為什么要對信號進行調(diào)制？什么是調(diào)制？2/6/20232第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的概念調(diào)制：就是將基帶信號進行各種變換后，使信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸形式的過程。其中包括調(diào)制映射，頻率搬移等等。頻率搬移2/6/20233第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的目的：提高無線通信時的天線輻射效率。傳輸頻率：3kHz，天線高度：25km傳輸頻率：

900MHz，天線高度：8cm把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現(xiàn)信道的多路復用，提高信道利用率。擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。2/6/20234第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制分類調(diào)制信號：指來自信源的基帶信號

載波信號：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。已調(diào)信號：載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號。解調(diào)（檢波）：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。幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制線性調(diào)制非線性調(diào)制2/6/20235第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2幅度調(diào)制原理及抗噪聲性能5.2.1幅度調(diào)制原理5.2.2線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2/6/20236第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)圖5–1線性調(diào)制的一般模型

5.2.1幅度調(diào)制的原理2/6/20237第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

5.2.1幅度調(diào)制的原理幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號的規(guī)律而變化的過程。已調(diào)信號的時域和頻域一般表示式為Sm(t)=[m(t)cosωct］*h(t)Sm(ω)=［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］H(ω)2/6/20238第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)HPF：高通濾波器LPF：低通濾波器BPF：帶通濾波器

DSB：doubleside-band，雙邊帶調(diào)制SSB：singleside-band，單邊帶調(diào)制USB：upperside-band，上邊帶調(diào)制LSB：lowerside-band，下邊帶調(diào)制VSB:vestigialside-band，殘留邊帶調(diào)制2/6/20239第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)AM調(diào)制器模型1、調(diào)幅(AM)信號2/6/202310第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)sAM(t)=［A0+m(t)］cosωct=A0cosωct+m(t)cosωctSAM(ω)=πA0［δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)］+［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］

2/6/202311第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)AM信號的波形和頻譜BAM=2fH2/6/202312第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

調(diào)幅信號的平均功率為：功率特性分析常規(guī)調(diào)幅信號的功率由載波功率Pc和邊帶功率Pf組成；邊帶功率與調(diào)制信號有關，是有用功率：載波功率？？因為2/6/202313第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

調(diào)制效率：邊帶功率與總功率之比，即：當時，有：此時：若，調(diào)制效率最大值為1/3。常規(guī)調(diào)幅調(diào)制效率低，載波分量不攜帶信息卻占用大部分功率！

改進方案----抑制載波雙邊帶調(diào)制2/6/202314第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)AM小結(jié)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易。缺點：功率效率非常低，最大為1/3頻譜效率也不高，為信號最高頻率的2倍。應用：中短波段AM廣播。2/6/202315第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)思路：AM信號，載波分量占據(jù)了大部分功率，又不包含信息，造成功率浪費，可去除直流部分。原理：調(diào)制信號m(t)沒有直流分量時，得到DSB信號。頻譜：兩個邊帶包含相同的信息。2、抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）2/6/202316第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)DSB信號的波形和頻譜

2/6/202317第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)DSB小結(jié)

優(yōu)點：功率利用率較高（與AM相比）。缺點：解調(diào)復雜。DSB信號不能采用簡單的包絡檢波來恢復調(diào)制信號，需采用相干解調(diào)。節(jié)省了載波功率，但頻帶與AM信號同，是調(diào)制信號帶寬的2倍。

應用：FM立體聲中的差信號調(diào)制，彩色TV系統(tǒng)中的色差信號調(diào)制，以及正交調(diào)制等。2/6/202318第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)3、單邊帶調(diào)制(SSB)原理：

思路：DSB信號中，調(diào)制形成的兩個邊帶互為對稱，很自然的想到只傳輸一個邊帶，這就是SSB.原理：2/6/202319第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)表示式：濾波器：

頻域表示FLASH演示2/6/202320第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)單邊帶信號時域表達式時域關系：濾波器：2/6/202321第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)3、單邊帶調(diào)制(SSB)（1）用濾波法形成單邊帶信號產(chǎn)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。用濾波法形成SSB信號的技術難點在于濾波器的設計和制作有困難。（2）用相移法形成單邊帶信號相移法形成SSB信號的技術難點在于寬帶相移網(wǎng)絡的制作2/6/202322第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)形成SSB信號的濾波特性

2/6/202323第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

相移法形成SSB信號設調(diào)制信號為：載波信號為：則DSB信號為：上邊帶信號為：下邊帶信號為：2/6/202324第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)相移法形成單邊帶信號2/6/202325第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)小結(jié)優(yōu)點：調(diào)制前后帶寬保持不變（與調(diào)制信號相同）。缺點：信號產(chǎn)生及其解調(diào)復雜。應用：

長途（載波）電話。2/6/202326第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

綜上所述：SSB調(diào)制方式在傳輸信號時，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，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成為短波通信中的一種重要調(diào)制方式。SSB信號的解調(diào)和DSB一樣不能采用簡單的包絡檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調(diào)信號，它的包絡不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。2/6/202327第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

4、殘留邊帶調(diào)制(VSB)思路：AM和DSB信號的帶寬是原信號的兩倍，而SSB調(diào)制系統(tǒng)實現(xiàn)較困難，因此提出了一種介于DSB和SSB之間的調(diào)制方式VSB。原理：2/6/202328第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)頻域表示FLASH演示2)]()()[(1)()()()(CCVSBVSBVSBDSBVSBFFHSthtStSwwwwww++-=*=2/6/202329第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)解調(diào)采用相干解調(diào)解調(diào)不失真條件：

要求濾波器特性滿足互補對稱性。2/6/202330第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)殘留邊帶濾波器的傳輸特性2/6/202331第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

殘留邊帶濾波器的幾何解釋2/6/202332第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)滿足互補對稱特性的滾降形狀并不是唯一的，目前應用最多的是直線滾降和余弦滾降。它們分別在電視信號傳輸和數(shù)據(jù)信號傳輸中得到應用。2/6/202333第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)說明只要殘留邊帶濾波器的截止特性在載頻處具有互補對稱特性，則采用同步解調(diào)法解調(diào)殘留邊帶信號就能準確地恢復所需的基帶信號。殘留邊帶濾波器的截止特性具有很大的選擇自由度。但有選擇自由度并不意味著對“陡峭程度”就沒有制約了。殘留邊帶信號的帶寬與濾波器的實現(xiàn)之間存在著矛盾，在實際中，需要恰當處理。

2/6/202334第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

5.2.2線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能評估指標

信噪比增益：說明：本節(jié)要討論的問題是信道存在加性高斯白噪聲時，各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。而抗噪聲能力通常用“信噪比”來度量，即信號的平均功率與噪聲的平均功率之比。2/6/202335第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)圖5-7解調(diào)器抗噪聲性能分析模型5.2.2線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2/6/202336第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)帶通濾波器傳輸特性

2/6/202337第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)2/6/202338第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能分析模型2/6/202339第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)1、DSB調(diào)制系統(tǒng)

經(jīng)低通濾波器后，輸出信號為解調(diào)器輸出端的有用信號功率為2/6/202340第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)解調(diào)DSB時，接收機中的帶通濾波器的中心頻率ω0與調(diào)制載頻ωc相同，因此解調(diào)器輸入端的噪聲ni(t)可表示為它與相干載波cosωct相乘后，得2/6/202341第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

解調(diào)器輸入信號：

可得解調(diào)器的輸入信噪比為：2/6/202342第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

解調(diào)器輸出信號：

可得解調(diào)器的輸出信噪比為：2/6/202343第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

GDSB=2由此可見，DSB信號的解調(diào)器使信噪比改善一倍。這是因為采用同步解調(diào)，使輸入噪聲中的一個正交分量ns(t)被消除的緣故。

2/6/202344第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

2SSB調(diào)制相干解調(diào)由于所以有

經(jīng)低通后輸出為：2/6/202345第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

輸出信號功率為：輸出噪聲功率為：輸出信噪比為：輸入信號功率為：輸入噪聲功率為：信噪比增益為：2/6/202346第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)物理意義分析GSSB=1，解調(diào)對信噪比沒有改善。因為在SSB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被抑制掉，故信噪比沒有改善。2/6/202347第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)GDSB=2GSSB這能否說明雙邊帶系統(tǒng)的抗噪聲性能比單邊帶系統(tǒng)好呢？回答是否定的。因為在上述討論中，雙邊帶已調(diào)信號的平均功率是單邊帶信號的2倍，所以兩者的輸出信噪比是在不同的輸入信號功率情況下得到的。如果我們在同等條件下（相同的輸入信號功率Si，相同輸入噪聲功率譜密度n0，相同基帶信號帶寬fH條件下），對這兩種調(diào)制方式進行比較，可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。但雙邊帶信號所需的傳輸帶寬是單邊帶的2倍。2/6/202348第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

例5-1對雙邊帶信號和單邊帶進行相干解調(diào)，接收信號功率為2mW，噪聲雙邊功率譜密度為，調(diào)制信號是最高頻率為4kHz的低通信號。(1)比較解調(diào)器輸入信噪比；(2)比較解調(diào)器輸出信噪比。解：SSB信號的輸入信噪比和輸出信噪比分別為：

DSB信號的輸入信噪比和輸出信噪比分別為：2/6/202349第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

輸入信噪比的比較為輸出信噪比的比較為計算結(jié)果說明兩種信號的抗噪聲性能一致。2/6/202350第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)3、AM包絡檢波的抗噪聲性能分析模型2/6/202351第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

2/6/202352第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（1）大信噪比情況2/6/202353第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)這里利用了近似公式

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，因而可分別計算出輸出信號功率及噪聲功率比：

2/6/202354第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

顯然，AM信號的調(diào)制制度增益GAM隨A0的減小而增加。但對包絡檢波器來說,為了不發(fā)生過調(diào)制現(xiàn)象,應有A0≥|m(t)|max，所以GAM總是小于1。例如：100%的調(diào)制(即A0=|m(t)|max)且m(t)又是正弦型信號時），有

這是AM系統(tǒng)的最大信噪比增益。這說明解調(diào)器對輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。

2/6/202355第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

可以證明，若采用同步檢波法解調(diào)AM信號，則得到的調(diào)制制度增益GAM與上式給出的結(jié)果相同。由此可見，對于AM調(diào)制系統(tǒng)，在大信噪比時，采用包絡檢波器解調(diào)時的性能與同步檢波器時的性能幾乎一樣。但應該注意，后者的調(diào)制制度增益不受信號與噪聲相對幅度假設條件的限制。2/6/202356第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

其中R(t)及θ(t)代表噪聲ni(t)的包絡及相位（2）小信噪比時：2/6/202357第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)E(t)近似表示為：2/6/202358第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)

由以上分析可得如下結(jié)論：大