通信原理 第5章模拟调制系统.ppt

第五章模拟调制系统1第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.1 5.1 模拟信号的线性调制模拟信号的线性调制 5.2 5.2 模拟信号的非线性调制模拟信号的非线性调制 5.3 5.3 模拟调制方式的性能比较模拟调制方式的性能比较 2第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.1 5.1 模拟信号的线性调制模拟信号的线性调制 5.1.1 5.1.1 常规双边带调制（常规双边带调制（AMAM）常常规规双双边边带带调调制制就就是是标标准准幅幅度度调调制制，它它用用调调制制信信号号去去控控制制高高频频载载波波的的振振幅幅，使使已已调调波波的的振幅按照调制信号的振幅规律线性变化。振幅按照调制信号的振幅规律线性变化。AMAM调制器模型如图调制器模型如图1 1所示。所示。3第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图图1 AM1 AM调制器模型调制器模型4第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统假假设设调调制制信信号号为为x x(t t)，滤滤波波器器H H()=)=，载载波波信信号号为为c c(t t)=)=coscosc ct t,调调制制信信号号x x(t t)叠叠加加直直流流A A0 0后后与与载载波波相相乘乘，经经过过滤滤波波器器后后就就得得到到标标准准调调幅幅（AMAM）信信号号，AMAM信信号的时域和频域表示式分别为号的时域和频域表示式分别为5第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图图 2 2AMAM信号的波形和频谱信号的波形和频谱(a)(a)调制信号；调制信号；(b)(b)叠加直流的调制信号叠加直流的调制信号(c)(c)载波信号；载波信号；(d)(d)已调波信号已调波信号6第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统 图 2AM信号的波形和频谱(a)调制信号；(b)叠加直流的调制信号；(c)载波信号；(d)已调波信号7第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统可以得出以下结论：可以得出以下结论：（1 1）调调幅幅过过程程使使原原始始频频谱谱X X()搬搬移移了了c c，且且频频谱谱中中包包含含载载频频分分量量A A0 0(+c c)+)+(-c c)和和边边带带分分量量（1/21/2）X(X(+c c)+)+X X(c c)两两部部分分。（2 2）AMAM波波的的幅幅度度谱谱|X X()|)|是是对对称称的的。在在正正频频率率区区域域，高高于于c c的的频频谱谱叫叫上上边边带带（USBUSB），低低于于c c的的频频谱谱叫叫下下边边带带（LSBLSB）；又又由由于于幅幅度度谱谱对对原原点点是是偶偶对对称称的的，所所以以在在负负频频率率区区域域，上上边边带带应应落落在在低低于于-c c的的频频谱谱部部分，下边带应落在高于分，下边带应落在高于-c c的频谱部分。的频谱部分。8第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统（3 3）AMAM波波占占用用的的带带宽宽B BAMAM（HzHz）应应是是基基带带消消息息信信号带宽号带宽f fm m （f fm m=m m/2/2）的两倍，即的两倍，即B BAMAM=2=2f fm m。（4 4）要要使使已已调调波波不不失失真真，必必须须在在时时域域和和频频域域满满足以下条件：足以下条件：在时域范围内，在时域范围内，对于所有对于所有t t，必须必须 9第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统这这就就保保证证了了A A(t t)=)=A A0 0+x x(t t)总总是是正正的的。这这时时，调调制制后后的的载载波波相相位位不不会会改改变变，信信息息只只包包含含在在信信号号之之中中，已已调调波波的的包包络络和和x x(t t)的的形形状状完完全全相相同同，用用包包络络检检波波的的方方法法很很容容易易恢恢复复出出原原始始的的调调制制信信号号。否否则则，将将会会出出现现过调幅现象而产生包络失真。过调幅现象而产生包络失真。在频域范围内，在频域范围内，载波频率应远大于载波频率应远大于x x(t)t)的最高的最高频谱分量，即频谱分量，即 若不满足此条件，若不满足此条件，则会出现频谱交叠，则会出现频谱交叠，此时的此时的包络形状一定会产生失真。包络形状一定会产生失真。10第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统振幅调制信号的一个重要参数是调幅度振幅调制信号的一个重要参数是调幅度m ma a，其定义如下：其定义如下：一一般般情情况况，m ma a小小于于1,1,只只有有A A(t t)为为负负值值时时，出出现现过过调调幅幅现象，现象，m ma a才大于才大于1 1。AMAM信信号号在在11电电阻阻上上的的平平均均功功率率P PAMAM等等于于s sAMAM(t t)的的均均均均方方值值。当当x x(t t)为为确确知知信信号号时时，s sAMAM(t t)的的均均方方值值等等于于其其平方的时间平均平方的时间平均:11第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统当当调调制制信信号号无无直直流流分分量量时时，x x(t t)=0)=0，且且当当x x(t t)是是与与载波无关的较为缓慢变化的信号时，载波无关的较为缓慢变化的信号时，有有式中，式中，P Pc c=A=A2 20 0/2/2为载波功率为载波功率，为边为边带功率。带功率。由由上上式式可可知知，AMAM信信号号的的平平均均功功率率是是由由载载波波功功率率和和边边带带功功率率组组成成的的，而而只只有有边边带带功功率率才才与与调调制制信信号号有有关关。载载波波功功率率在在AMAM信信号号中中占占有有大大部部分分能能量量，即即使使在在满满调调制制(m ma a=1)=1)条条件件下下，两两个个边边带带上上的的有有用用信信号号仍仍然然只只占占很很小小能量。因此，从功率上讲，能量。因此，从功率上讲，AMAM信号功率利用率比信号功率利用率比较低。较低。12第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统已调波的调制效率为边带功率与总平均功率之比已调波的调制效率为边带功率与总平均功率之比:对于调制信号为单频余弦信号的情况，对于调制信号为单频余弦信号的情况，此时此时 “满调制满调制”m ma a=1=1 时，时，调制效率达到最大值调制效率达到最大值,AMAM=1/3=1/3。13第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.1.2 5.1.2 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅(DSB-SC)(DSB-SC)为为了了节节省省发发射射功功率率，去去掉掉AMAM信信号号中中的的载载波波功功率率，得到抑制载波的双边带信号得到抑制载波的双边带信号 (DSB)(DSB)。DSBDSB信号的频谱为：信号的频谱为：DSBDSB信号的时域表示为信号的时域表示为 14第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图 3 DSB信号的波形和频谱(a)调制信号；(b)载波信号；(c)已调波信号15第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统由由于于DSBDSB频频谱谱中中没没有有载载波波分分量量，P Pc c=0=0。因因此此，信信号的全部功率都包含在边带号的全部功率都包含在边带上，上，即即 这就使得调制效率达到，即这就使得调制效率达到，即DSBDSB=1=1。16第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.1.35.1.3 单边带调幅单边带调幅(SSB)(SSB)1.1.滤波法产生单边带信号滤波法产生单边带信号所所谓谓滤滤波波法法，就就是是在在双双边边带带调调制制后后接接上上一一个个边边带带滤滤波波器器，保保留留所所需需要要的的边边带带，滤滤除除不不需需要要的的边边带带。边边带带滤滤波波器器可可用用高高通通滤滤波波器器产产生生USBUSB边边带带信信号号，也也可可用用低低通通滤滤波波器器产产生生LSBLSB信信号号。图图(a)(a)是是产产生生SSBSSB信信号号的的高高通通和和低低通通滤滤波波特特性性，图图(b)(b)是是SSBSSB信信号号的的频频谱谱特特性。性。17第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图 4 产生SSB信号的滤波和频谱特性（a）边带滤波特性；(b)频谱特性18第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统用用滤滤波波法法产产生生SSBSSB信信号号的的原原理理框框图图如如图图所所示示。图图中中乘乘法法器器是是平平衡衡调调制制器器，滤滤波波器器是是边边带带滤滤波波器器。从从频频谱谱图图中中可可以以看看出出，要要产产生生单单边边带带信信号号，就就必必须须要要求求滤滤波波器器特特性性十十分分接接近近理理想想特特性性，即即要要求求在在c c处处必必须须具具有有锐锐截截止止特特性性。这这一一点点在在低低频频段段还还可可制制作作出出较较好好的的滤滤波波器器，但但对对于于高高频频段段就就很很难难找找到到合合乎乎特特性性要要求求的的滤滤波器了。波器了。通通常常解解决决高高频频段段滤滤波波器器的的办办法法是是采采用用多多级级调调制制滤滤波波，实实现现多多级级频频率率搬搬移移。也也就就是是说说，先先在在低低载载频频上上形形成成单单边边带带信信号号，然然后后通通过过变变频频将将频频谱谱搬搬移移到到更更高高的的载载频频。频频谱谱搬搬移移可可以以连连续续分分几几步步进进行行，直直至至达达到到所所需需的的载载频频为为止止。图图是是两两级级调调制制滤滤波波器器的的原理框图及频原理框图及频谱图。谱图。19第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图5滤波法产生SSB信号20第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图 6 两级调制滤波产生SSB信号(a)原理框图；(b)调制频谱21第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统2.2.移相法产生单边带信号移相法产生单边带信号任一调制基带信号，可用任一调制基带信号，可用n n个余弦信号之和来表示，个余弦信号之和来表示，即即 经双边带调制经双边带调制 如果通过上边带滤波器如果通过上边带滤波器H HUSBUSB(),),则得到则得到USBUSB信号信号 22第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统如果通过下边带滤波器如果通过下边带滤波器H HLSBLSB(),),则得到则得到LSBLSB信号信号 式中式中是将是将x x(t t)中所有频率成分均相中所有频率成分均相移移9090后得到的。后得到的。把上、下边带信号合并起来，把上、下边带信号合并起来，单边带信号就可写成单边带信号就可写成 式中，式中，“”号表示上边带，号表示上边带，“”号表示下边带。号表示下边带。23第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统根据上式可得到相移法实现单边带信号的原理框根据上式可得到相移法实现单边带信号的原理框图如图所示。图如图所示。从从图图可可知知，相相移移法法单单边边带带信信号号产产生生器器有有两两个个相相乘乘器器，第第一一个个相相乘乘器器产产生生一一般般的的双双边边带带信信号号，第第二二个个相相乘乘器器的的输输入入信信号号需需要要移移相相9090。对对于于单单频频移移相相比比较较容容易易实实现现，但但对对于于宽宽频频信信号号，需需要要一一个个宽宽带带移移相相网网络络，而而制制作作宽宽带带移移相相网网络络是是非非常常困困难难的的。如如果果宽宽带带移移相网络做相网络做得不好，容易使单边带信号失真。得不好，容易使单边带信号失真。24第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图7相移法产生单边带信号原理图25第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统总总之之，单单边边带带调调制制方方式式的的优优点点是是：节节省省载载波波发发射射功功率率，同同时时频频带带利利用用率率也也高高，它它所所占占用用的的频频带带宽宽度度仅仅是是双双边边带带的的一一半半，和和基基带带信信号号的的频频带带宽宽度度相相同同。单单边边带带信信号号的的解解调调和和双双边边带带一一样样，不不能能采采用用简简单单的的包包络络检检波波，因因为为它它的的包包络络不不能能直直接接反反映映调调制制信信号的变化，所以仍然需要采用相干解调。号的变化，所以仍然需要采用相干解调。26第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.1.4 5.1.4 残留边带调幅残留边带调幅(VSB)(VSB)当当调调制制信信号号x x(t t)的的频频谱谱具具有有丰丰富富的的低低频频分分量量时时，如如电电视视和和电电报报信信号号，已已调调信信号号频频谱谱中中的的上上、下下边边带带就就很很难难分分离离，这这时时用用单单边边带带就就不不能能很很好好地地解解决决问问题题。那那么么，残残留留边边带带就就是是解解决决这这种种问问题题一一个个折折衷衷的的办办法法，它它是是介介于于SSBSSB和和DSBDSB之之间间的的一一种种调调制制方方法法，既既克克服服了了DSBDSB信信号号占占用用频频带带宽宽的的缺缺点点，又又解解决决了了SSBSSB实实现现上上的的难难题题。在在VSBVSB中中，不不是是对对一一个个边边带带完完全全抑抑制制，而而是是使使它它逐逐渐渐截截止止，使使其其残残留留一一小小部部分分。图图8 8 示示出出了了调调制制信信号、号、DSBDSB、SSBSSB及及 VSBVSB信号频谱结构比较特性。信号频谱结构比较特性。27第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图8调制信号、DSB、SSB和VSB信号的频谱28第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统滤滤波波法法实实现现残残留留边边带带调调制制的的原原理理如如图图9(a)9(a)所所示示。图图中中H HVSBVSB()是是残残留留边边带带滤滤波波器器传传输输特特性性，它它的的特特点点是是c c附附近近具具有有滚滚降降特特性性，如如图图9(b)9(b)所所示示，而而且且要要求求这这段段特特性性对对于于|c c|上上半半幅幅度度点点呈呈现现奇奇对对称称，即即互互补补对对称称特特性性。在在边边带带范范围围内内其其他他各各处处的的传传输输特特性性应应当是平坦的。当是平坦的。29第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图图 9 VSB9 VSB调制原理框图及滤波器特性调制原理框图及滤波器特性(a)(a)残留边带调制器；残留边带调制器；(b)(b)残留边带滤波器残留边带滤波器(c)(c)残留边带滤波器的互补对称性残留边带滤波器的互补对称性 30第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统由由于于边边带带信信号号频频谱谱具具有有偶偶对对称称性性，因因此此，VSBVSB中中的的互互补补对对称称性性就就意意味味着着将将H HVSBVSB()分分别别移移动动c c和和c c就就可可以以到到如如图图9 9(c)(c)所所示示的的H HVSBVSB(+c c)和和H HVSBVSB(c c)，将两者叠加，即将两者叠加，即|m m 式中，式中，m m是调制信号的最高频率。是调制信号的最高频率。31第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.1.5 5.1.5 模拟线性调制的一般模型模拟线性调制的一般模型1.1.模拟线性调制信号产生的一般模型模拟线性调制信号产生的一般模型模拟线性调制的一般模型如图模拟线性调制的一般模型如图1010所示。所示。图图 10 10 模拟线性调制的一般模型模拟线性调制的一般模型 32第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统设设调调制制信信号号x x(t t)的的频频谱谱为为X X()，冲冲激激响响应应h h(t t)的的滤滤波波器器特特性性为为H H()，则则其其输输出出已已调调信信号号的的时时域域和和频域表示式为频域表示式为 (5-13)(5-13)式中式中,c c为载波角频率，为载波角频率，。33第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统分解：分解：式式中中第第一一项项是是载载波波为为coscosc ct t的的双双边边带带调调制制信信号号，与与参参考考载载波波同同相相，称称为为同同相相分分量量，第第二二项项是是以以sinsinc ct t为为载载波波的的双双边边带带调调制制，与与参参考考载载波波coscosc ct t正正交交，称称为为正正交交分分量量。s sI I(t t)和和s sQ Q(t t)分分别别称称为为同同相相分分量量幅幅度度和和正正交分量幅度。交分量幅度。34第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统相应的频域表示式为相应的频域表示式为 于于是是，模模拟拟线线性性调调制制的的模模型型可可换换成成另另一一种种形形式式，即即模模拟拟线线性性调调制制相相移移法法的的一一般般模模型型，如如图图1111所所示示。这这个模型适用于所有线性调制。个模型适用于所有线性调制。35第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图11 模拟线性调制相移法的一般模型36第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统 2.2.模拟线性调制相干解调的一般模型模拟线性调制相干解调的一般模型 调调制制过过程程是是一一个个频频谱谱搬搬移移的的过过程程，它它是是将将低低频频信信号号的的频频谱谱搬搬到到载载频频位位置置；解解调调是是调调制制的的反反过过程程，它它是是将将已已调调信信号号的的频频谱谱中中位位于于载载频频的的信信号号频频谱谱再再搬搬回回到到低低频频上上来来。因因此此，解解调调的的原原理理与与调调制制的的原原理理是是类类似似的的，均均可可用用乘乘法法器器予予以以实实现现。相相干干解解调调的的一一般般模模型型如如图图1212所示。所示。为为了了不不失失真真地地恢恢复复出出原原始始信信号号，要要求求相相干干解解调调的的本本地地载载波波和和发发送送载载波波必必须须相相干干或或者者同同步步，即即要要求求本本地地载波和接收信号的载波同频和同相。载波和接收信号的载波同频和同相。37第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图图12 12 模拟线性调制相干解调的一般模型模拟线性调制相干解调的一般模型38第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统 相干解调的输入信号应是调制器的输出信号，相干解调的输入信号应是调制器的输出信号，这时相干解调的输入信号为这时相干解调的输入信号为 与同频同相的本地载波相乘后，与同频同相的本地载波相乘后，得得 经低通滤波器（经低通滤波器（LPFLPF）后，后，39第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.1.6 5.1.6 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能在实际系统中，噪声对系统的影响是在所难免的。其中，加性高斯白噪声是普遍存在的一种噪声，本节分析在加性高斯白噪声的影响下的各种线性调制系统的抗噪声性能。40第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图图 13 13 解调器抗噪声性能的分析模型解调器抗噪声性能的分析模型41第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统 带带通通滤滤波波器器带带宽宽远远小小于于中中心心频频率率c c时时，可可视视带带通通滤滤波波器器为为窄窄带带滤滤波波器器，平平稳稳高高斯斯白白噪噪声声通通过过窄窄带带滤滤波波器器后后，可可得得到到平平稳稳高高斯斯窄窄带带噪噪声声。于于是是n ni i(t t)即即为为窄带高斯噪声，窄带高斯噪声，其表示式为：其表示式为：或者42第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统其中其中 V V(t t)的的一一维维概概率率密密度度为为瑞瑞利利分分布布，(t t)的的一一维维概概率率密密度度函函数数是是均均匀匀分分布布。n ni i(t t)、n nC C(t t)和和n nS S(t t)的的均均值值均均为零，但平均功率不为零且具有相同值，为零，但平均功率不为零且具有相同值，即即 43第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统式式中中，N Ni i为为输输入入噪噪声声功功率率。若若白白噪噪声声的的双双边边功功率率谱谱密密度度为为n n0 0/2,/2,带带通通滤滤波波器器是是高高度度为为1 1、带带宽宽为为B B的的理理想想矩矩形函数，则解调器的输入噪声功率为形函数，则解调器的输入噪声功率为 这这里里的的带带宽宽B B通通常常取取已已调调信信号号的的频频带带宽宽度度，目目的的是是使使已已调调信信号号能能无无失失真真地地进进入入解解调调器器，同同时时又又最最大大限限度度地地抑制噪声。抑制噪声。44第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统模拟通信系统的可靠性指标就是系统的输出信噪比，模拟通信系统的可靠性指标就是系统的输出信噪比，其定义为其定义为 当然，也有对应的输入信噪比，当然，也有对应的输入信噪比，其定义为其定义为 45第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统为为了了便便于于衡衡量量同同类类调调制制系系统统采采用用不不同同解解调调器器时时输输入入信信噪噪比比的的影影响响，还还可可用用输输出出信信噪噪比比和和输输入入信信噪噪比比的的比比值值G G来来度度量量解解调调器器的的抗抗噪噪声声信信能能，比比值值G G称称为为调调制制制制度增益，度增益，定义为定义为 同一调制方式，调制制度增益越大，表明解调同一调制方式，调制制度增益越大，表明解调器的抗噪声性能越好。器的抗噪声性能越好。46第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统2.DSB2.DSB调制系统的性能调制系统的性能DSBDSB调调制制系系统统中中的的解解调调器器是是相相干干解解调调器器，由由乘乘法法器器和和低低通通滤滤波波器器组组成成。由由相相干干解解调调的的一一般般模模型型可可知知，经经低低通通滤滤波波器器输输出出后后的的信信号号与与原原始始信信号号成成正正比比例例关关系系。因此，解调器输出端的有用信号功率为因此，解调器输出端的有用信号功率为 47第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统解解调调器器输输出出端端的的噪噪声声功功率率是是根根据据解解调调器器输输入入噪噪声声与与本本地地载载波波coscosc ct t相相干干后后，再再经经低低通通滤滤波波器器而而得得到到输输出出噪噪声声n no o(t t)的的平平均均功功率率而而推推出出的的。因因此此，解解调调器器最最终终的输出噪声为的输出噪声为 故输出噪声功率为故输出噪声功率为 根据式根据式(4-23)(4-23)和式和式(4-24)(4-24)，可得可得 对于对于DSB,DSB,带宽带宽B B=2=2fm m。48第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统解调器输入信号平均功率为解调器输入信号平均功率为 这时，可求得这时，可求得 49第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统于是调制制度增益为于是调制制度增益为 上上式式说说明明，DSBDSB调调制制系系统统的的调调制制制制度度增增益益为为2 2，DSBDSB调制使系统信噪比改调制使系统信噪比改善了一倍。善了一倍。50第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统 3.SSB3.SSB调制系统的性能调制系统的性能 在在SSBSSB相相干干解解调调中中，与与DSBDSB相相比比较较，所所不不同同的的是是SSBSSB解解调调器器之之前前的的带带通通滤滤波波器器的的带带宽宽是是DSBDSB带带宽宽的的一一半半，即即B=B=fm m。这时，单边带解调器的输入信噪比为这时，单边带解调器的输入信噪比为 输出信噪比为输出信噪比为51第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统因此，因此，SSBSSB的调制制度增益为的调制制度增益为 这这里里G GSSBSSB=1=1并并不不说说明明DSBDSB抗抗噪噪声声性性能能好好于于SSBSSB。这这是是因因为为双双边边带带已已调调信信号号的的平平均均功功率率是是单单边边带带信信号号的的两两倍倍，所所以以两两者者的的输输出出信信噪噪比比是是在在不不同同的的输输入入信信号号功功率率情情况况下下得得到到的的。如如果果我我们们在在相相同同的的输输入入信信号号功功率率S Si i、相相同同输输入入噪噪声声功功率率谱谱密密度度n n0 0、相相同同基基带带信信号号宽宽带带f fm m条条件件下下，对对这这两两种种调调制制方方式式作作比比较较，可可以以发发现现它它们们的的输输出出信信噪噪比比是是相相等等的的。由由此此我我们们可可以以说说，DSBDSB和和SSBSSB两两者者的的抗抗噪噪声声性性能能是是相相同同的的，但双边带信号所需的传输带宽是单边带的两倍。但双边带信号所需的传输带宽是单边带的两倍。52第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统 4.AM4.AM调制系统的性能调制系统的性能 AMAM信信号号可可采采用用相相干干解解调调和和包包络络检检波波两两种种方方式式。相相干干解解调调时时AMAM调调制制系系统统的的性性能能分分析析与与前前面面几几个个的的分分析析方方法法相相同同，在在此此无无需需赘赘述述。这这里里，仅仅就就常常用用的的简简单单的的包包络络检检波波解解调调性性能能作作一一分分析析，其其分分析析模模型型如如图图1414所所示示。设包络检波器的输入信号为设包络检波器的输入信号为 且假设且假设x x(t t)均值为零，均值为零，A A0 0|x x(t t)|)|maxmax。53第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图图14 AM14 AM包络检波抗噪声性能分析模型包络检波抗噪声性能分析模型54第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统输入噪声为输入噪声为 包络检波器输入端的信噪比为包络检波器输入端的信噪比为 当包络检波器输入端的信号是有用信号和噪声的混合当包络检波器输入端的信号是有用信号和噪声的混合波形时，波形时，即即 55第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统其中其中,合成包络为合成包络为 合成相位为合成相位为 包包络络检检波波的的作作用用就就是是输输出出A A(t t)中中的的有有用用信信号号。实实际际上上，检检波波器器输输出出的的有有用用信信号号与与噪噪声声混混合合在在一一起起，无无法法完完全全分分开开.因因此此，计计算算输输出出信信噪噪比比十十分分困困难难。这里，考虑两种特殊情况这里，考虑两种特殊情况。56第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统1)1)大信噪比情况大信噪比情况大信噪比指的是输入信号幅度远大于噪声幅度，大信噪比指的是输入信号幅度远大于噪声幅度，即即 这时合成包络可简化为这时合成包络可简化为 由由于于A A0 0被被电电容容器器阻阻隔隔，有有用用信信号号与与噪噪声声独独立立分分成成两两项项，可类似前面的分析方法进行。可类似前面的分析方法进行。系统输出信噪比为系统输出信噪比为 57第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统可得调制制度增益为：可得调制制度增益为：上上式式表表明明，AMAM信信号号的的调调制制制制度度增增益益G GAMAM随随A A0 0的的减减小小而而增增大大。由由于于A A0 0|x x(t t)|)|maxmax，所所以以G GAMAM总总是是小小于于，可可见见包包络络检检波波器器对对输输入入信信噪噪比比没没有有改改善善，而而是是恶恶化化了了。对对于于100%100%调制，调制，x x(t t)为单频正弦信号，为单频正弦信号，G GAMAM最大值为。最大值为。58第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统2)2)小信噪比情况小信噪比情况小信噪比指的是输入信号幅度远小于噪声幅度，小信噪比指的是输入信号幅度远小于噪声幅度，即即 这时，合成包络变为：这时，合成包络变为：式中，式中，R R(t t)及及(t t)代表噪声代表噪声n ni i(t t)的包络和相位。其中的包络和相位。其中 59第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统由由此此可可见见，A A(t t)中中没没有有与与x x(t t)成成正正比比或或单单独独信信号号项项,只只 有有 受受 coscos(t t)调调 制制 的的x x(t t)cos)cos(t t)项项，由由 于于coscos(t t)是是随随机机噪噪声声，因因而而x x(t t)被被噪噪声声扰扰乱乱，结结果果 x x(t t)cos)cos(t t)仍仍然然被被视视为为噪噪声声。这这表表明明，在在小小信信噪噪比比情况下，情况下，信号不能通过包络检波器恢复出来。信号不能通过包络检波器恢复出来。60第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统 有有资资料料分分析析表表明明，小小信信噪噪比比输输入入情情况况下下，包包络络检检波波器器的的输输出出信信噪噪比比基基本本上上与与输输入入信信噪噪比比的的平平方方成成正正比比，即即 因此因此,小信噪比输入情况下，包络检波器不能正常解调。小信噪比输入情况下，包络检波器不能正常解调。由由于于大大信信噪噪比比条条件件下下，检检波波输输出出信信噪噪比比S So o/N No o与与输输入入信信噪噪比比S Si i/N Ni i成成正正比比，能能够够实实现现正正常常解解调调。可可以以预预料料，应应该该存存在在一一个个临临界界值值，当当输输入入信信噪噪比比大大于于此此临临界界值值时时包包络络检检波波器器能能正正常常地地工工作作，而而小小于于此此临临界界值值时时，不不能能正正常常工工作作，这这个个临临界界状状态态的的输输入入信信噪噪比比叫叫做做门门限值。限值。61第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统门门限限值值的的意意义义表表示示，当当S Si i/N Ni i降降到到此此值值以以下下时时，S So o/N No o恶恶化化的的速速度度比比S Si i/N Ni i迅迅速速得得多多。包包络络检检波波器器存存在在门门限限值值这这一一现现象象叫叫做做门门限限效效应应。门门限限效效应应是是由由包包络络检检波波器器的的非非线线性性解解调调作作用用引引起起的的，因因此此，所所有有非非相相干干解解调调都都存存在在着着门门限限效效应应。门门限限效效应应在在输输入入噪噪声声功功率率接接近近载载波波功功率率时时开开始始明明显显。在在小小信信噪噪比比输输入入情情况况下下，包包络络检检波波器器的的性性能能较较相相干干解解调调器器差差，所所以以在在噪噪声声条件条件恶劣下常采用相干解调。恶劣下常采用相干解调。62第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.2 5.2 模拟信号的非线性调制模拟信号的非线性调制 5.2.1 5.2.1 基本概念基本概念 角度调制信号的一般表示式为角度调制信号的一般表示式为 式式中中，A A是是载载波波的的恒恒定定幅幅度度,c ct t+(t t)是是信信号号的的瞬瞬时时相相位位(t t),),而而(t t)称称为为相相对对于于载载波波相相位位c ct t的的瞬瞬 时时 相相 位位 偏偏 移移。而而 瞬瞬 时时 相相 位位 的的 导导 数数d dc ct t+(t t)/d dt t就就是是瞬瞬时时频频率率，瞬瞬时时相相位位偏偏移移的的导数导数d d(t t)/d)/dt t就称为相对于载频就称为相对于载频c c的的瞬时频偏瞬时频偏。63第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统所所谓谓相相位位调调制制，就就是是指指瞬瞬时时相相位位偏偏移移随随调调制制信信号号x(tx(t)作作线线性性变变化化，相相应应的的已已调调信信号号称称为为调调制制信信号号，当当起始相位为零时，起始相位为零时，其时域表示式为其时域表示式为 式中，式中，K Kp p为常数，称为相移常数。为常数，称为相移常数。所所谓谓频频率率调调制制，就就是是指指瞬瞬时时频频率率偏偏移移随随调调制制信信号号x x(t t)作作线线性性变变化化，相相应应的的已已调调信信号号称称为为调调频频信信号号，调调频信号的域表示式为频信号的域表示式为 64第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统式中，式中，K Kf f为常数，称为频偏常数，因为为常数，称为频偏常数，因为 所以所以 如如果果将将调调制制信信号号先先微微分分，然然后后进进行行调调频频，则则可可得得到到调调相相信信号号，这这种种方方法法称称为为间间接接调调相相法法，如如图图1515所所示示，同同样样，也也可可用用相相位位调调制制器器来来产产生生调调频频信信号号，这这时时调调制制信信号号必必须须先先积积分分然然后后送送入入相相位位调调制制器器，这这种种方方法法称称为为间接调频法，间接调频法，如图如图1616所示。所示。65第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图 15 调相法66第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图 16 调频法67第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.5.窄带调频窄带调频(NBFM)(NBFM)通常认为调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于通常认为调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于3030称为窄带调频。称为窄带调频。将调频信号时域表示式展开将调频信号时域表示式展开68第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统利用傅氏变换公式，可将窄带调频信号的频域表示为利用傅氏变换公式，可将窄带调频信号的频域表示为其中其中 69第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统一一般般情情况况下下，AMAM信信号号中中载载波波与与上上、下下边边频频的的合合成成矢矢量量与与载载频频同同相相，只只发发生生幅幅度度变变化化，而而在在NBFMNBFM中中，由由于于一一个个边边频频为为负负，两两个个边边频频的的合合成成矢矢量量与与载载波波则则是是正正交交相相加加，因因而而NBFMNBFM存存在在相相位位变变化化，当当最最大大相相位位偏偏移移满满足足式式（5151）时时，合合成成矢矢量量的的幅幅度度基基本本不不变变，这这样样就就形形成成了了调调频频信信号号。AMAM与与NBFMNBFM的的矢矢量量表表示示如如图图所示。所示。70第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统图图 17 17 AMAM与与NBFMNBFM矢量表示矢量表示(a)AM(a)AM矢量表示；矢量表示；(b)NBFM(b)NBFM矢量表示矢量表示 71第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.2.3 5.2.3 宽带调频宽带调频(WBFM)(WBFM)当当调调频频引引起起的的最最大大相相位位偏偏移移大大于于3030o o，为为宽宽带带调调频频。这这时时，调调频频信信号号的的时时域域表表示示不不能能简简化化，因因而而宽宽带带调调频频系系统统的的频频谱谱分分析析就就显显得得困困难难一一些些。为为使使问问题题简简化化，我我们只研究单音调制的情况，们只研究单音调制的情况，并将其推广到多音情况。并将其推广到多音情况。调频信号的瞬时相偏为调频信号的瞬时相偏为 单音调制信号为单音调制信号为72第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统式中，式中，A Am mK Kf f为最大角频偏，记为为最大角频偏，记为。m mf f为调频指数，为调频指数，它表示为它表示为 m mf f表表示示最最大大频频率率偏偏移移f f相相对对于于中中心心频频率率f fm m的的相相对对变变化化值。于是，值。于是，单音宽带调频的时域表示式可写为单音宽带调频的时域表示式可写为 将上式用三角函数展开，将上式用三角函数展开，则有则有 73第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统进一步利用贝塞尔进一步利用贝塞尔(Bessel)(Bessel)函数为系数的三角函数，函数为系数的三角函数，有有 有关贝塞尔函数知识，有关贝塞尔函数知识，请参阅相关参考书。请参阅相关参考书。74第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统调频信号的级数展开式为调频信号的级数展开式为 其相应的傅氏变换所得到的频谱为其相应的傅氏变换所得到的频谱为 以以上上分分析析可可以以看看出出，调调频频波波的的频频谱谱包包含含无无穷穷多多个个分分量量，从从理理论论上上讲讲，它它的的频频带带宽宽度度为为无无限限宽宽。实实际际上上，边边频频幅幅度度J Jn n（m mf f)随随着着n n的的增增大大而而逐逐渐渐减减小小，因因此此只只要要适适当当选选取取n n值值，使使得得边边频频分分量量减减小小到到可可以以忽忽略略的的程程度度，调频信号的带宽可近似认为是有限频谱。调频信号的带宽可近似认为是有限频谱。75第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统当当m mf f时时，取取边边频频数数n=mn=mf f，这这时时n n m mf f以以上上的的边边频频幅幅度度J Jn n（m mf f)均均小小于于.1.1，相相应应产产生生的的功功率率均均在在总总功功率率以以下下，可可以以忽忽略略不不计计。这这时时调调频频波波的带宽为的带宽为 上上式式说说明明，调调频频信信号号的的带带宽宽取取决决于于最最大大频频偏偏f f和和调调制制信信号号的的频频率率f fm m。当当m mf f时时,B BFMFM22f f，这这就就是是大大指指数数宽宽带带调调频频的的情情况况，带带宽宽由由最最大大频频偏偏所所决决定定。76第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统5.2.4 调频信号的产生与解调1.调频信号的产生调频信号的产生方法：直接法和间接法。直接法就是用调制信号直接控制振荡器的频率。直接法的主要优点是可以得到较大的频偏，主要缺点是频率稳定度不高，因而需要附加稳频