模擬調(diào)制系統(tǒng)ch41

4.1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)2025/2/171《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.1引言從消息變換過來的原始信號具有頻率較低頻譜

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

－用正弦信號作為載波；用脈沖串或一組數(shù)

字信號作為載波。2025/2/172《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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

－進行頻譜搬移,將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換:1)適合于信道傳輸;

2)已調(diào)信號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.2025/2/173《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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.

2025/2/174《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）幅度調(diào)制是正弦載波的幅度隨調(diào)制信號作線性變化的過程。幅度已調(diào)信號可表示成：4.2-2當(dāng)時:為基帶調(diào)制信號.2025/2/175《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）設(shè)調(diào)制信號的頻譜為。由傅式變換的頻移特性，已調(diào)信號的頻譜幅度已調(diào)信號的頻譜－是基帶信號頻譜結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的簡單搬移.這種搬移是線性的,因此,幅度調(diào)制又稱為

線性調(diào)制.4.2-32025/2/176《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）線性調(diào)制器的一般模型:為帶通濾波器圖4-1×2025/2/177《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）線性調(diào)制器模型輸出信號的時域和頻域表示式為:

時域:4.2-44.2-22025/2/178《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）頻域:由式4.2-3和時域的卷積定理可得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.(上次課講到此處)2025/2/179《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）雙邊帶DSB信號圖4-1中，如果輸入基帶信號m(t)沒有直流分量且是理想帶通濾波器，則得到的輸出信號便是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號或稱雙邊帶抑制載波(DSB-SC)調(diào)制信號.其波形和頻譜如圖4-2所示.2025/2/1710《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）2025/2/1711《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）2025/2/1712《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）圖4-2DSB信號的波形及頻譜2025/2/1713《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）調(diào)幅AM信號如果輸入基帶信號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),得到的輸出信號便是有載波分量的雙邊帶信號.若＞，則該信號為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號:

即：SAM時域表示:2025/2/1714《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）載波信號DSB－SC信號4.2-64.2-7頻域表示:2025/2/1715《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）單邊帶SSB信號雙邊帶調(diào)制信號包含有兩個邊帶,即上、下邊帶.這兩個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)計成圖4-3的帶通或帶阻形式,帶阻(a)將產(chǎn)生上邊帶信號，帶通(b)將產(chǎn)生下邊帶信號。頻譜如圖4-4所示。2025/2/1716《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）圖4-3形成單邊帶信號的濾波特性上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶×2025/2/1717《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶×2025/2/1718《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）圖4-4單邊帶信號的頻譜上邊帶頻譜下邊帶頻譜2025/2/1719《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）單邊帶信號的時域表示，以下邊帶的單邊調(diào)制為例：下邊帶SSB信號,可由一個DSB信號通過理想低通濾波器獲得.令下邊帶信號頻譜為.由式4.2-5得:4.2-82025/2/1720《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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：4.2-82025/2/1721《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）圖4-4單邊帶信號的頻譜2025/2/1722《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）由于4.2-114.2-122025/2/1723《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）是的希爾伯特變換,故得到下邊帶SSB信號的時域表示式為:4.2-134.2-14同理可得上邊帶SSB信號的時域表示式為:2025/2/1724《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）殘留邊帶VSB信號

雙邊帶信號調(diào)制占用頻帶寬,單邊帶實現(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.殘留邊帶信號的頻域表示式為:4.2-152025/2/1725《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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)法進行解調(diào),如圖4-5所示.相乘器輸出信號應(yīng)為殘留邊帶信號與同步載波的乘積.該乘積信號的頻譜應(yīng)等于和相應(yīng)頻譜的卷積,即

4.2-162025/2/1726《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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2025/2/1727《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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:2025/2/1728《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）因為4.2-194.2-182025/2/1729《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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:2025/2/1730《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.2-214.2-22a4.2-22b上式中c為常數(shù).由于

信號帶寬為,即時.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:2025/2/1731《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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2025/2/1732《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）2025/2/1733《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）圖4-6殘留邊帶濾波器的幾何解釋2025/2/1734《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）結(jié)論

－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,采用同步解調(diào)法解調(diào)殘留邊帶信號就能準(zhǔn)確地恢復(fù)所需的基帶信號.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便接近單邊帶信號;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,殘留邊帶信號所占據(jù)的帶寬也越寬,甚至越來越逼近雙邊帶信號.2025/2/1735《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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,各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能.通常認(rèn)為加性噪聲只對信號的接收產(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

－信號與噪聲的平均功率之比.2025/2/1736《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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)信號高斯白噪聲帶通型噪聲基帶信號解調(diào)器輸出噪聲圖4-7分析解調(diào)器性能的模型2025/2/1737《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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2025/2/1738《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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記為,解調(diào)器輸出噪聲記為,解調(diào)器輸出信號的平均功率與輸出噪聲平均功率之比可表示為:2025/2/1739《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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.4.2-272025/2/1740《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）若解調(diào)器輸入信號為4.2-29

其平均功率為:

2025/2/1741《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）若同步解調(diào)器中相干載波為,則解調(diào)器輸出信號為:

濾掉

輸出有用信號功率為:4.2-302025/2/1742《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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2025/2/1743《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）輸出噪聲功率為:4.2-314.2-322025/2/1744《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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信號的解調(diào)器使信噪比改善一倍。2025/2/1745《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能SSB信號解調(diào)與DSB信號解調(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邊帶信號通過；DSB帶通濾波器讓兩個邊帶信號通過.前者帶寬是后者的一半.單邊帶信號解調(diào)器輸入噪聲與輸出噪聲為:4.2-362025/2/1746《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）解調(diào)器的輸入信號為:4.2-37是的所有頻率成分都相移的信號(希爾伯特變換),“+”形成下邊帶,“－”形成上邊帶.單邊帶解調(diào)器輸入信號功率為:4.2-382025/2/1747《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）單邊帶解調(diào)器輸入信號功率為: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:2025/2/1748《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）單邊帶解調(diào)器輸出功率由輸出信號m0(t)推導(dǎo)得到:

通過濾波:2025/2/1749《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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:4.2-402025/2/1750《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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:4.2-362025/2/1751《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）AM系統(tǒng)的性能AM信號可用同步檢測和包絡(luò)檢測兩種方法解調(diào).實際中,AM信號的解調(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)器輸入信號為:4.2-45式中：A>|m(t)|max

2025/2/1752《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.2-46解調(diào)器輸入信號功率和噪聲功率為:輸入噪聲為:4.2-474.2-482025/2/1753《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）檢波器輸入端信號加噪聲的合成包絡(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,就是檢波器的輸出。包絡(luò)中的信號和噪聲存在著非線性關(guān)系.2025/2/1754《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）故:包絡(luò)檢波器輸出端的信號功率和噪聲功率:大信噪比情況條件:由4.2-502025/2/1755《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）4.2-522025/2/1756《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）包絡(luò)檢波器輸出的有用信號是,輸出噪聲是。輸出信號功率S0和噪聲功率N0分別為：4.2-532025/2/1757《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）

故:

調(diào)制制度增益為:4.2-544.2-55結(jié)論：AM信號檢波器的G隨A的減小而增加,但A不小于。2025/2/1758《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)（analogmodulativesystem）100%調(diào)制時調(diào)制制度增益:

此時,,且又是正弦型信號,有:4.2-564.2-57

調(diào)制制度增益:4.2-552025/2/1759《通信原理》--信息學(xué)院王學(xué)偉第四章模擬調(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：若采用同步檢測法解調(diào)AM信號得到的調(diào)制制度增益也為：（證明略）同步檢測器的調(diào)制制度增益G不受信號與噪聲相對幅度假設(shè)條件的限制,G對一切噪聲均值都相同。2025/2