第2章模拟调制系统.ppt

第第2章章 模拟调制系统模拟调制系统2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析2.4 2.4 角度调制系统角度调制系统2.1.1 2.1.1 调制的作用调制的作用调制的基本作用是将信号的频谱进行搬移，即将调制信号的频调制的基本作用是将信号的频谱进行搬移，即将调制信号的频谱从低频搬移到高频端。具体而言，调制的作用体现在以下几个方谱从低频搬移到高频端。具体而言，调制的作用体现在以下几个方面：面：（1 1）适合信道传输要求）适合信道传输要求调制可以把信号频谱搬移到一定的频率范围内，以适应信道的调制可以把信号频谱搬移到一定的频率范围内，以适应信道的传输要求。传输要求。（2 2）提高频率以便于辐射）提高频率以便于辐射进行无线通信时，只有当天线的尺寸可与被辐射的信号的波长进行无线通信时，只有当天线的尺寸可与被辐射的信号的波长相比拟时（波长相比拟时（波长的的1/101/101 1），），2.1 2.1 概述概述下一页 返回信号才能被有效地辐射出去。基带信号直接传输在大部分情况信号才能被有效地辐射出去。基带信号直接传输在大部分情况下都是难以实现的。下都是难以实现的。（3 3）实现多路复用）实现多路复用如果传输信道的带宽较宽，可以通过调制将各个基带信号的频如果传输信道的带宽较宽，可以通过调制将各个基带信号的频谱分别搬移到相应的频带上，然后将它们合在一起送入信道传输。谱分别搬移到相应的频带上，然后将它们合在一起送入信道传输。这样就可以实现一个信道同时传输多路信号，这种在频率上实现的这样就可以实现一个信道同时传输多路信号，这种在频率上实现的复用称为频分多路复用（复用称为频分多路复用（FDMFDM）。）。（4 4）提高系统的抗噪性能）提高系统的抗噪性能通信中干扰和噪声是不可避免的，提高通信系统抗噪声性能的通信中干扰和噪声是不可避免的，提高通信系统抗噪声性能的主要方法之一就是通过选择适当的调制解调方式。主要方法之一就是通过选择适当的调制解调方式。2.1 2.1 概述概述下一页 返回上一页2.1.2 2.1.2 调制的分类调制的分类调制是将基带信号（调制信号）搬移到高频载波上的过程，这调制是将基带信号（调制信号）搬移到高频载波上的过程，这一过程靠调制器完成。也就是说，调制有三个基本要素：调制信号、一过程靠调制器完成。也就是说，调制有三个基本要素：调制信号、高频载波和调制器。根据这三者的不同可以将调制分为以下几类：高频载波和调制器。根据这三者的不同可以将调制分为以下几类：1 1根据调制信号的不同分类根据调制信号的不同分类调制信号有模拟信号与数字信号之分，因此调制可分为两类。调制信号有模拟信号与数字信号之分，因此调制可分为两类。（1 1）模拟调制）模拟调制调制信号是幅度连续变化的模拟量，本章介绍的各种调制均属调制信号是幅度连续变化的模拟量，本章介绍的各种调制均属于模拟调制。于模拟调制。2.1 2.1 概述概述下一页 返回上一页（2 2）数字调制）数字调制调制信号是幅度离散的数字量，将在本书的第四章介绍。调制信号是幅度离散的数字量，将在本书的第四章介绍。2 2根据载波的类型不同分类根据载波的类型不同分类载波有连续波与脉冲波之分，因此调制可分为两类。载波有连续波与脉冲波之分，因此调制可分为两类。（1 1）连续波调制）连续波调制载波是连续波形，通常可用单频余弦波表示。载波是连续波形，通常可用单频余弦波表示。（2 2）脉冲调制）脉冲调制载波信号是一个脉冲序列，通常用周期性矩形脉冲序列表示，载波信号是一个脉冲序列，通常用周期性矩形脉冲序列表示，理想情况下为一个理想冲击脉冲序列。理想情况下为一个理想冲击脉冲序列。2.1 2.1 概述概述下一页 返回上一页3 3根据载波受控制参数的不同分类根据载波受控制参数的不同分类载波参数有幅度、频率和相位，因此调制可分为三类。载波参数有幅度、频率和相位，因此调制可分为三类。（1 1）幅度调制）幅度调制载波信号的幅度参数随调制信号的变化而变化。常见的有标准载波信号的幅度参数随调制信号的变化而变化。常见的有标准调幅（调幅（AMAM）、脉冲振幅调制（）、脉冲振幅调制（PAMPAM）、振幅键控（）、振幅键控（ASKASK）等。）等。（2 2）频率调制）频率调制载波信号的频率参数随调制信号的变化而变化。常见的有调频载波信号的频率参数随调制信号的变化而变化。常见的有调频（FMFM）、脉冲频率调制（）、脉冲频率调制（PFMPFM）、频率键控（）、频率键控（FSKFSK）等。）等。2.1 2.1 概述概述下一页 返回上一页（3 3）相位调制）相位调制载波信号的相位参数随调制信号的变化而变化。常见的有调相载波信号的相位参数随调制信号的变化而变化。常见的有调相（PMPM）、脉冲相位调制（）、脉冲相位调制（PPMPPM）、相位键控（）、相位键控（PSKPSK）等。）等。4 4根据调制器的传输特性不同分类根据调制器的传输特性不同分类调制器的传输特性对调制信号的影响，可归结为已调信号与调调制器的传输特性对调制信号的影响，可归结为已调信号与调制信号频谱之间的关系，因此可分为两种。制信号频谱之间的关系，因此可分为两种。（1 1）线性调制）线性调制已调信号的频谱和调制信号的频谱之间呈线性搬移关系。即已已调信号的频谱和调制信号的频谱之间呈线性搬移关系。即已调信号和调制信号的频谱一致，仅仅是在频率轴上的位置发生了变调信号和调制信号的频谱一致，仅仅是在频率轴上的位置发生了变化。化。2.1 2.1 概述概述下一页 返回上一页如标准调幅（如标准调幅（AMAM）、双边带（）、双边带（DSBDSB）、单边带（）、单边带（SSBSSB）、残留边）、残留边带（带（VSBVSB）等。）等。（2 2）非线性调制）非线性调制已调信号的频谱和调制信号的频谱之间呈非线性关系。即已调已调信号的频谱和调制信号的频谱之间呈非线性关系。即已调信号和调制信号的频谱相比，有较大变化，出现了频率扩展或增生。信号和调制信号的频谱相比，有较大变化，出现了频率扩展或增生。如调频（如调频（FMFM）、调相（）、调相（PMPM）、相位键控（）、相位键控（PSKPSK）等。）等。2.1 2.1 概述概述返回上一页在模拟调制系统中，幅度调制包括标准调幅（在模拟调制系统中，幅度调制包括标准调幅（AMAM）、抑制载波）、抑制载波的双边带调幅（的双边带调幅（DSBDSB）、单边带调幅（）、单边带调幅（SSBSSB）和残留边带调幅（）和残留边带调幅（VSBVSB）等。等。2.2.1 2.2.1 标准调幅（标准调幅（AMAM）标准调幅（标准调幅（AMAM）也称调幅，是指用调制信号去控制载波的振幅，）也称调幅，是指用调制信号去控制载波的振幅，使已调波的包络按照调制信号的规律线性变化的过程。使已调波的包络按照调制信号的规律线性变化的过程。1 1调幅波的波形和频谱调幅波的波形和频谱假设调制信号为假设调制信号为f f（t t），其最高频率为），其最高频率为f fm m，载波为，载波为2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回其中，其中，A A0 0为载波振幅，为载波振幅，c c为载波角频率，为载波角频率，0 0为载波初始相位。为载波初始相位。根据调幅波的定义，已调信号根据调幅波的定义，已调信号f fAMAM（t t）可以写为）可以写为式经过付氏变换可得式经过付氏变换可得AMAM波的频谱（为分析方便，假设波的频谱（为分析方便，假设0 0=0=0）调幅过程的波形和频谱变换图如调幅过程的波形和频谱变换图如图图2-12-1所示，由该图可得出如下所示，由该图可得出如下结论：结论：（1 1）调幅波的包络完全反映了调制信号的变化规律。）调幅波的包络完全反映了调制信号的变化规律。（2 2）调幅信号的频谱结构和调制信号完全一致。亦即调幅过程）调幅信号的频谱结构和调制信号完全一致。亦即调幅过程没有改变调制信号的频谱结构，没有改变调制信号的频谱结构，2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页仅仅是信号频谱的位置发生了变化。仅仅是信号频谱的位置发生了变化。（3 3）调幅信号的频谱由位于）调幅信号的频谱由位于c c处的冲击函数和分布在处的冲击函数和分布在c c处的边带频谱组成。处的边带频谱组成。（4 4）调幅信号的带宽是调制信号带宽的两倍。即）调幅信号的带宽是调制信号带宽的两倍。即（5 5）一般把频率的绝对值大于载波频率的信号频谱称为上边带）一般把频率的绝对值大于载波频率的信号频谱称为上边带（USBUSB），把频率的绝对值小于载波频率的信号频谱称为下边带），把频率的绝对值小于载波频率的信号频谱称为下边带（LSBLSB）。因此，通常认为）。因此，通常认为AMAM信号的频谱由三部分组成，即载频、上信号的频谱由三部分组成，即载频、上边带和下边带（统称边频）。边带和下边带（统称边频）。以上结论是在正常调幅情况下得出的，且具有通用性。为实现以上结论是在正常调幅情况下得出的，且具有通用性。为实现不失真调幅，必须满足以下两个条件：不失真调幅，必须满足以下两个条件：2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页（1 1）对于所有）对于所有t t，必须有，必须有若该条件不满足则会发生过调幅现象。此时，已调信号的波形若该条件不满足则会发生过调幅现象。此时，已调信号的波形发生过零点现象，且在过零点处载波相位发生发生过零点现象，且在过零点处载波相位发生180180o o反转，造成包络反转，造成包络失真。过调幅时失真。过调幅时AMAM波的波形图如波的波形图如图图2-22-2所示。所示。（2 2）载波频率远高于信号频率的最大值，即）载波频率远高于信号频率的最大值，即否则也将造成否则也将造成AMAM信号包络失真。信号包络失真。根据上述结论，可以快速画出根据上述结论，可以快速画出AMAM已调信号的的波形和频谱草图。已调信号的的波形和频谱草图。2 2调幅波的功率和效率调幅波的功率和效率信号的功率是指信号在信号的功率是指信号在11电阻上消耗的平均功率，非直流时它电阻上消耗的平均功率，非直流时它等于信号的均方根值。等于信号的均方根值。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页限于该内容涉及工程数学，此处简介如下：限于该内容涉及工程数学，此处简介如下：调幅波的平均功率调幅波的平均功率式中，式中，是信号的平均功率。在上式计算中利用到了以下是信号的平均功率。在上式计算中利用到了以下几个公式：几个公式：由式可知，调幅信号的平均功率由两部分组成，第一部分称为由式可知，调幅信号的平均功率由两部分组成，第一部分称为载频功率载频功率P Pc c，它不携带信息；第二部分称为边频功率，它不携带信息；第二部分称为边频功率P Ps s，它携带信息。，它携带信息。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页即即通常把边频功率和调幅信号总功率之比称为调制效率，用符号通常把边频功率和调幅信号总功率之比称为调制效率，用符号 表示。表示。3 3调幅波的产生调幅波的产生由式直接画出调幅电路的数学模型，该模型如由式直接画出调幅电路的数学模型，该模型如图图2-42-4所示。所示。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页调幅信号产生电路很多，通常可以按照输出功率的高低，将调调幅信号产生电路很多，通常可以按照输出功率的高低，将调幅电路分为高电平调幅电路和低电平调幅电路。幅电路分为高电平调幅电路和低电平调幅电路。低电平调幅的调制过程是在低电平级进行的，所需调制功率小，低电平调幅的调制过程是在低电平级进行的，所需调制功率小，但输出调幅波的功率也小。在需要大功率调幅波的场合，必须经过但输出调幅波的功率也小。在需要大功率调幅波的场合，必须经过线性功率放大器放大才能达到所需功率。属于这类调幅的电路有：线性功率放大器放大才能达到所需功率。属于这类调幅的电路有：模拟相乘调幅、平衡调幅、环形调幅、斩波调幅和平方律调幅。模拟相乘调幅、平衡调幅、环形调幅、斩波调幅和平方律调幅。高电平调幅的调制过程是在高电平级进行的，因此所需调制功高电平调幅的调制过程是在高电平级进行的，因此所需调制功率大，而输出调幅波的功率也大，可以满足输出功率要求，是调幅率大，而输出调幅波的功率也大，可以满足输出功率要求，是调幅发射机常采用的电路。属于这类调幅的电路有：基极调幅和集电极发射机常采用的电路。属于这类调幅的电路有：基极调幅和集电极调幅等。调幅等。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页2.2.2 2.2.2 抑制载波的双边带调幅（抑制载波的双边带调幅（DSBDSB）在标准调幅中，载波分量不包含任何信息成分，却占整个调幅在标准调幅中，载波分量不包含任何信息成分，却占整个调幅波平均功率的大部分。因此，如果能把载波抑制掉，仅传输两个边波平均功率的大部分。因此，如果能把载波抑制掉，仅传输两个边带功率，就可以在不影响信息传输的情况下，大大提高调制的效率带功率，就可以在不影响信息传输的情况下，大大提高调制的效率（100%100%）。这种仅传输两个边带的调幅方式称为抑制载波的双边带）。这种仅传输两个边带的调幅方式称为抑制载波的双边带调幅，简称双边带调幅（调幅，简称双边带调幅（DSBDSB）。它是振幅调制的一种特例，即在）。它是振幅调制的一种特例，即在AMAM信号的表达式中令信号的表达式中令A A0 0=0=0的一种情况。的一种情况。1 1双边带调幅（双边带调幅（DSBDSB）的波形和频谱）的波形和频谱在式中令在式中令A A0 0 =0=0，可得到，可得到DSBDSB信号的表达式信号的表达式 2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页为分析方便，常假设为分析方便，常假设0 0 =0=0，即，即 将式进行付氏变换，便得到将式进行付氏变换，便得到DSBDSB的频谱的频谱 2 2双带调幅（双带调幅（DSBDSB）波的产生）波的产生由式可见，由式可见，DSBDSB调制器的数学模型实际上是一个乘法器。因此，调制器的数学模型实际上是一个乘法器。因此，DSBDSB调制器的数学模型可用调制器的数学模型可用图图2-62-6表示。表示。DSBDSB调幅电路的原理和调幅电路的原理和AMAM调幅基本一致，这里不再叙述。调幅基本一致，这里不再叙述。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页2.2.3 2.2.3 单边带调幅（单边带调幅（SSBSSB）由图由图2-52-5可见，双边带调幅信号的上边带或下边带都包含了调制可见，双边带调幅信号的上边带或下边带都包含了调制信号的全部信息。因此，从传输信息的角度来看，还可以进一步把信号的全部信息。因此，从传输信息的角度来看，还可以进一步把其中的一个边带抑制掉。这种仅传输一个边带（上边带或下边带）其中的一个边带抑制掉。这种仅传输一个边带（上边带或下边带）的调幅方式称为抑制载波的单边带调幅，简称单边带调幅，用的调幅方式称为抑制载波的单边带调幅，简称单边带调幅，用SSBSSB表表示。示。SSBSSB信号的实质就是将信号的实质就是将DSBDSB信号的一个边带（上边带或下边带）信号的一个边带（上边带或下边带）滤除掉，剩下的信号就是滤除掉，剩下的信号就是SSBSSB信号。信号。图图2-72-7表明了这一产生过程，这表明了这一产生过程，这种单边带信号的产生方法称为滤波法，将在随后进行介绍。种单边带信号的产生方法称为滤波法，将在随后进行介绍。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页1 1SSBSSB信号的波形和频谱信号的波形和频谱SSBSSB信号的表达式和波形均较困难，但在调制信号是单频信号时信号的表达式和波形均较困难，但在调制信号是单频信号时推导还是比较简单的。下面以单频调制信号为例来推导推导还是比较简单的。下面以单频调制信号为例来推导SSBSSB信号的表信号的表达式及其波形。达式及其波形。假设调制信号假设调制信号 ，载波，载波 ，为分析方便，令为分析方便，令 ，则双边带信号为，则双边带信号为 如该信号通过上边带滤波器（设增益为如该信号通过上边带滤波器（设增益为1 1），），2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页则得到上边带信号则得到上边带信号 如该信号通过下边带滤波器则可得到下边带信号如该信号通过下边带滤波器则可得到下边带信号 将上下边带合并起来可写成将上下边带合并起来可写成 式中，式中，“-”表示取上边带，表示取上边带，“+”表示取下边带。表示取下边带。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页由式可以看出，单频调制的由式可以看出，单频调制的SSBSSB信号仍然是一个等幅单频信号，信号仍然是一个等幅单频信号，只不过其频率比载波高（只不过其频率比载波高（USBUSB）或低（）或低（LSBLSB）一个信号频率。）一个信号频率。式（式（2.2.242.2.24）虽然是在单频调制时导出的，但它具有一般性。）虽然是在单频调制时导出的，但它具有一般性。因为任意复杂信号总可以表示成若干个正弦信号之和，任意信号调因为任意复杂信号总可以表示成若干个正弦信号之和，任意信号调制的制的SSBSSB信号表达式为信号表达式为 （2.2.252.2.25）式中，是指对调制信号进行希尔伯特变换。所谓希尔伯特变换式中，是指对调制信号进行希尔伯特变换。所谓希尔伯特变换是指对信号进行整体相移，当信号带宽较宽时，这在技术上实现起是指对信号进行整体相移，当信号带宽较宽时，这在技术上实现起来较为困难。来较为困难。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页2 2SSBSSB信号的功率和带宽信号的功率和带宽由于由于SSBSSB信号是将信号是将DSBDSB信号抑制掉一个边带得到的，因此，它的信号抑制掉一个边带得到的，因此，它的平均功率和带宽均只有平均功率和带宽均只有DSBDSB的一半。即的一半。即 SSBSSB的最大优点是比的最大优点是比AMAM和和DSBDSB节省一半带宽，同时由于不发送载节省一半带宽，同时由于不发送载波而仅仅发送一个边带，所以更节省功率，因此这种调制方式在通波而仅仅发送一个边带，所以更节省功率，因此这种调制方式在通信中获得了广泛的应用。信中获得了广泛的应用。3 3SSBSSB信号的产生信号的产生比较常见的比较常见的SSBSSB信号产生方法有滤波法和相移法。信号产生方法有滤波法和相移法。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页（1 1）滤波法产生）滤波法产生SSBSSB信号信号滤波法是在双边带调制器后接上一个边带滤波器，直接滤除一滤波法是在双边带调制器后接上一个边带滤波器，直接滤除一个边带而让另一个边带通过的方法，其数学模型如个边带而让另一个边带通过的方法，其数学模型如图图2-92-9所示。所示。滤波法电路结构简单，工作稳定可靠，信号质量较好；它的主滤波法电路结构简单，工作稳定可靠，信号质量较好；它的主要缺点是要求滤波器的特性十分接近理想特性，即要求在要缺点是要求滤波器的特性十分接近理想特性，即要求在c c处必须处必须具有尖锐截止特性。目前载频在具有尖锐截止特性。目前载频在1MHz1MHz以下实现起来较容易，但高于以下实现起来较容易，但高于此频率就难以找到合适的滤波器了。通常采用的解决办法是采用多此频率就难以找到合适的滤波器了。通常采用的解决办法是采用多次搬频，即在较低的载频上形成单边带信号，再通过几次变频将频次搬频，即在较低的载频上形成单边带信号，再通过几次变频将频谱搬移到工作载频上。谱搬移到工作载频上。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页如果调制信号不包含显著的低频分量，则滤波问题比较容易。如果调制信号不包含显著的低频分量，则滤波问题比较容易。因为这种信号的上下边带之间的过渡区间内，频谱分量的功率可以因为这种信号的上下边带之间的过渡区间内，频谱分量的功率可以忽略，对单边带滤波器的要求可以降低。例如语音信号就是这种情忽略，对单边带滤波器的要求可以降低。例如语音信号就是这种情况，它的低频分量功率较小；而电视信号则不同，它具有丰富的低况，它的低频分量功率较小；而电视信号则不同，它具有丰富的低频分量，因此，语音信号常采用单边带传送，电视信号常采用残留频分量，因此，语音信号常采用单边带传送，电视信号常采用残留边带调制方式。边带调制方式。（2 2）相移法产生）相移法产生SSBSSB信号信号由式可得到相移法产生由式可得到相移法产生SSBSSB信号的数学模型，该模型如信号的数学模型，该模型如图图2-102-10所所示。示。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页相移法避开了边带滤波器的问题，但由于宽带移相网络在实际相移法避开了边带滤波器的问题，但由于宽带移相网络在实际中实现起来很困难，因此这种方法产生的中实现起来很困难，因此这种方法产生的SSBSSB信号质量较差，限制了信号质量较差，限制了其使用场合。其使用场合。2.2.4 2.2.4 残留边带调幅（残留边带调幅（VSBVSB）虽然单边带调制具有节省功率和带宽的优点，但当调制信号具虽然单边带调制具有节省功率和带宽的优点，但当调制信号具有丰富的低频分量（如电视信号和高速数据信号）时，上下边带很有丰富的低频分量（如电视信号和高速数据信号）时，上下边带很难分离。因此，不宜采用单边带方式传送这类信号。为了解决这个难分离。因此，不宜采用单边带方式传送这类信号。为了解决这个问题，可以采用介于单边带和双边带之间的一种调制方法，这就是问题，可以采用介于单边带和双边带之间的一种调制方法，这就是残留边带调制（残留边带调制（VSBVSB）。这种调制方案中，不是将一个边带完全抑制，）。这种调制方案中，不是将一个边带完全抑制，而是使它逐渐截止，如而是使它逐渐截止，如图图2-112-11（d d）所示。所示。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页截止特性使传输边带（图中为上边带）在载频附近被抑制的部截止特性使传输边带（图中为上边带）在载频附近被抑制的部分被不需要的边带的残留部分精确地补偿。这样处理后，在接收端分被不需要的边带的残留部分精确地补偿。这样处理后，在接收端经解调过程将两个频谱搬到一起就可以不失真地恢复信号。如经解调过程将两个频谱搬到一起就可以不失真地恢复信号。如图图2-2-1111（d d）中央虚线画出的图形所示。在满足补偿条件下，它的形状与中央虚线画出的图形所示。在满足补偿条件下，它的形状与调制信号频谱调制信号频谱F(F()完全相同。完全相同。滤波法同样可用来产生滤波法同样可用来产生VSBVSB信号，其模型如信号，其模型如图图2-122-12（a a）所示。所示。与图与图2-92-9相比，它们的主要区别在于滤波器的滤波特性不同。残留边相比，它们的主要区别在于滤波器的滤波特性不同。残留边带滤波器的特点是要求滤波器的截止特性对于载频带滤波器的特点是要求滤波器的截止特性对于载频c c具有互补对称具有互补对称特性特性(如图如图2-122-12（b b）所示）所示)。互补对称特性意味着，对于。互补对称特性意味着，对于VSBVSB滤波器，滤波器，始终有始终有2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统下一页 返回上一页C C为常数。为常数。满足该条件后，满足该条件后，VSBVSB信号频谱中传输边带被衰减掉的那部分能量信号频谱中传输边带被衰减掉的那部分能量正好被被抑制边带中残留下来的那部分能量所补偿，因此在接收端正好被被抑制边带中残留下来的那部分能量所补偿，因此在接收端能够不失真地恢复调制信号，如能够不失真地恢复调制信号，如图图2-112-11（d d）所示所示残留边带调制在节省带宽方面几乎与单边带系统相同，并具有残留边带调制在节省带宽方面几乎与单边带系统相同，并具有良好的基频基带特性。因此，对于电视信号或低频分量传输很重要良好的基频基带特性。因此，对于电视信号或低频分量传输很重要的信号，采用残留边带调制是一种标准的办法。残留边带滤波器比的信号，采用残留边带调制是一种标准的办法。残留边带滤波器比要求具有陡峭截止特性的单边带滤波器简单的多。可以说，残留边要求具有陡峭截止特性的单边带滤波器简单的多。可以说，残留边带调制综合了单边带和双边带的优点，消除了它们的缺点。带调制综合了单边带和双边带的优点，消除了它们的缺点。2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统返回上一页2.3.12.3.1相干解调系统及其性能分析相干解调系统及其性能分析1 1幅度调制信号的相干解调幅度调制信号的相干解调（1 1）AMAM和和DSBDSB信号的解调信号的解调设接收机解调器输入的设接收机解调器输入的AMAM信号为信号为 本地载波本地载波 乘法器输出乘法器输出2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回经低通滤波器（经低通滤波器（LPFLPF）滤除高频分量后，解调器输出为）滤除高频分量后，解调器输出为 可见，当本地载波和调制载波严格同频同相（即可见，当本地载波和调制载波严格同频同相（即 ）时，）时，同步检波器输出同步检波器输出 隔断直流隔断直流 后，即可得到无失真的输出信号后，即可得到无失真的输出信号f f（t t）。）。令中令中A A0 0 =0=0，类似可得到，类似可得到DSBDSB解调的输出结果。当相位严格同步解调的输出结果。当相位严格同步时，解调输出为时，解调输出为 也能无失真地恢复信号也能无失真地恢复信号f f（t t）。）。2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回上一页（2 2）SSBSSB和和VSBVSB信号的解调信号的解调若输入为若输入为SSBSSB信号信号 则乘法器输出则乘法器输出 经低通滤波器（经低通滤波器（LPFLPF）滤除高频分量后，解调器输出为）滤除高频分量后，解调器输出为 2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回上一页当当 时，则有时，则有 可见，当本地载波精确同步时，就能得到无失真的输出信号可见，当本地载波精确同步时，就能得到无失真的输出信号f(tf(t)。2 2相干解调时系统性能的分析相干解调时系统性能的分析（1 1）本地载波不同步时对系统的影响）本地载波不同步时对系统的影响如果解调端的本地载波与调制载波同频不同相，仅存在相位误如果解调端的本地载波与调制载波同频不同相，仅存在相位误差，即差，即 。则据式可知，会对。则据式可知，会对AMAM和和DSBDSB系统造成如下影响：系统造成如下影响：若若 、均为常数且均为常数且 ，。此时输出不失真，。此时输出不失真，但幅度减小。但幅度减小。2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回上一页若若 ，则无输出。，则无输出。若若 ，则输出反相。这对音频信号影响不大，但对，则输出反相。这对音频信号影响不大，但对数字信号是不允许的。数字信号是不允许的。如果本地载波与调制载波不仅存在相位误差如果本地载波与调制载波不仅存在相位误差 ，也存在频率，也存在频率误差误差 ，则检波器的输出可表示为，则检波器的输出可表示为 该式相当于一个低该式相当于一个低“载频载频”且相位也缓慢变化的标准调幅波。且相位也缓慢变化的标准调幅波。如果调制信号为语音信号，则可听见语音中伴随着一种缓慢而周期如果调制信号为语音信号，则可听见语音中伴随着一种缓慢而周期性变化的干扰音。性变化的干扰音。2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回上一页（2 2）系统抗噪声性能的分析）系统抗噪声性能的分析在幅度调制信号传输的过程中，不可避免的要受到噪声的影响，在幅度调制信号传输的过程中，不可避免的要受到噪声的影响，从而降低系统的可靠性。对于模拟通信系统，可靠性指标通常用系从而降低系统的可靠性。对于模拟通信系统，可靠性指标通常用系统的信噪比来衡量。一个通信系统质量的好坏，最终取决于解调器统的信噪比来衡量。一个通信系统质量的好坏，最终取决于解调器输出端调制信号平均功率输出端调制信号平均功率SoSo与噪声功率与噪声功率NoNo之比。显然，输出信噪比之比。显然，输出信噪比So/NoSo/No越大越好。但是，系统输出信噪比越大越好。但是，系统输出信噪比So/NoSo/No不仅和解调器输入端不仅和解调器输入端的输入信噪比的输入信噪比Si/NiSi/Ni有关，还和解调方式有关。同样的输入信噪比有关，还和解调方式有关。同样的输入信噪比Si/NiSi/Ni，通过不同的解调方式后具有不同的输出信噪比。因此，为了，通过不同的解调方式后具有不同的输出信噪比。因此，为了比较各种调制系统的好坏，定义参数比较各种调制系统的好坏，定义参数2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回上一页G G称为调制制度增益或调制信噪比增益。一般情况下，称为调制制度增益或调制信噪比增益。一般情况下，G G越大，越大，说明相应的调制方式抗干扰性能越好。说明相应的调制方式抗干扰性能越好。相干解调时各种调制方式的抗噪声性能分析模型如相干解调时各种调制方式的抗噪声性能分析模型如图图2-142-14所示。所示。其中，其中，f fi i（t t）和）和f fo o（t t）分别为解调器的输入和输出信号，）分别为解调器的输入和输出信号，n n（t t）为收发机噪声和信道噪声的集中表示，通常认为是一种加性）为收发机噪声和信道噪声的集中表示，通常认为是一种加性高斯白噪声。接收机解调器以前的电路可等效为一理想带通滤波器高斯白噪声。接收机解调器以前的电路可等效为一理想带通滤波器（BPFBPF），其带宽仅可保证让信号通过而滤除信号带宽以外的噪声，），其带宽仅可保证让信号通过而滤除信号带宽以外的噪声，且认为本地载波与发送端调制载波准确同步。且认为本地载波与发送端调制载波准确同步。2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回上一页2.3.22.3.2非相干解调系统及其性能分析非相干解调系统及其性能分析1 1AMAM信号的包络检波信号的包络检波AMAM信号的包络检波器的原理框图如信号的包络检波器的原理框图如图图2-152-15（a a）所示，（所示，（b b）图）图为应用最为广泛的二极管包络检波器实际电路。包络检波器能直接为应用最为广泛的二极管包络检波器实际电路。包络检波器能直接将将AMAM信号的包络提取出来，再经过低通滤波器平滑滤波后即可从包信号的包络提取出来，再经过低通滤波器平滑滤波后即可从包络中恢复调制信号络中恢复调制信号f f（t t）。）。包络检波器实现简单，检波效率高，且不需要同步载波，因此，包络检波器实现简单，检波效率高，且不需要同步载波，因此，几乎所有的几乎所有的AMAM接收机都采用该方式检波。但其抗噪声能力较差，存接收机都采用该方式检波。但其抗噪声能力较差，存在门限效应。在门限效应。2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回上一页2 2非相干解调时系统性能的分析非相干解调时系统性能的分析非相干解调时系统性能的分析模型如非相干解调时系统性能的分析模型如图图2-172-17所示。模型中所示。模型中BPFBPF及及n n（t t）的含义与相干解调分析模型一致。由于包络检波器主要应用）的含义与相干解调分析模型一致。由于包络检波器主要应用于于AMAM系统中，因此，仅对输入信号为系统中，因此，仅对输入信号为AMAM信号时的情况进行分析。信号时的情况进行分析。AMAM系统采用包络检波方式时的系统性能分析分两种情况：一种系统采用包络检波方式时的系统性能分析分两种情况：一种是接收机输入为大信噪比的情况，其具体分析过程超出本书讨论范是接收机输入为大信噪比的情况，其具体分析过程超出本书讨论范围，下面直接给出分析结果，并对其进行简单讨论；另一种是接收围，下面直接给出分析结果，并对其进行简单讨论；另一种是接收机输入为小信噪比的情况。机输入为小信噪比的情况。2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回上一页（1 1）大信噪比情况）大信噪比情况在解调器输入为大信噪比的条件下，可得在解调器输入为大信噪比的条件下，可得AMAM系统的调制制度增系统的调制制度增益为益为 因此，在大信噪比条件下，对因此，在大信噪比条件下，对AMAM系统来说，采用包络检波和采系统来说，采用包络检波和采用相干解调时系统抗噪声性能几乎一致。同样，在单频调制且调制用相干解调时系统抗噪声性能几乎一致。同样，在单频调制且调制度为度为100%100%时，可得到包络检波时调制制度增益的最大值时，可得到包络检波时调制制度增益的最大值 也与相干解调时一致。也与相干解调时一致。2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回上一页（2 2）输入为小信噪比的情况）输入为小信噪比的情况在解调器输入为小信噪比的条件下，可近似的到经验公式在解调器输入为小信噪比的条件下，可近似的到经验公式 则则 由于由于 远小于远小于1 1，因此，小信噪比输入时采用包络检波的，因此，小信噪比输入时采用包络检波的AMAM系统调制制度增益很小，其抗噪声能力差。系统调制制度增益很小，其抗噪声能力差。（3 3）包络检波的）包络检波的“门限效应门限效应”非相干解调都存在一个所谓的非相干解调都存在一个所谓的“门限效应门限效应”。2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析下一页 返回上一页所谓门限效应就是指当输入信噪比下降到某一值时，出现输出所谓门限效应就是指当输入信噪比下降到某一值时，出现输出信噪比的值随之急剧下降，发生严重恶化的现象，这个值称为门限。信噪比的值随之急剧下降，发生严重恶化的现象，这个值称为门限。门限效应是由于包络检波器的非线性解调作用而引起的，相干解调门限效应是由于包络检波器的非线性解调作用而引起的，相干解调时一般不存在门限效应。时一般不存在门限效应。对于对于AMAM信号，可以得出结论：在输入大信噪比的情况下，包络信号，可以得出结论：在输入大信噪比的情况下，包络检波器的性能几乎与相干解调时的性能一样。但随着输入信噪比的检波器的性能几乎与相干解调时的性能一样。但随着输入信噪比的降低，包络检波器在一个特定的输入信噪比的值上出现门限效应，降低，包络检波器在一个特定的输入信噪比的值上出现门限效应，门限效应发生后，包络检波器的输出信噪比会急剧变坏。门限效应发生后，包络检波器的输出信噪比会急剧变坏。2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析返回上一页角度调制是将调制信号附加到载波的相角上。角度调制已调信角度调制是将调制信号附加到载波的相角上。角度调制已调信号的频谱不是调制信号频谱在频率轴上的线性搬移，而是使调制信号的频谱不是调制信号频谱在频率轴上的线性搬移，而是使调制信号的频谱结构发生了根本改变。因此，角度调制也称非线性调制。号的频谱结构发生了根本改变。因此，角度调制也称非线性调制。角度调制过程中，载波的振幅始终不变，而载波的频率或相位角度调制过程中，载波的振幅始终不变，而载波的频率或相位随调制信号的规律变化。据此可将角度调制分为频率调制和相位调随调制信号的规律变化。据此可将角度调制分为频率调制和相位调制两种。频率调制简称调频，用制两种。频率调制简称调频，用FMFM表示；相位调制简称调相，用表示；相位调制简称调相，用PMPM表示。表示。2.4.12.4.1角度调制的基本概念角度调制的基本概念任何一个正弦载波，当它的振幅保持不变时，可用下式表示任何一个正弦载波，当它的振幅保持不变时，可用下式表示2.4 2.4 角度调制系统角度调制系统下一页 返回式中，式中，为载波的瞬时相位。未进行调制时，有为载波的瞬时相位。未进行调制时，有 如果对进行求导，可得到载波的瞬时角频率如果对进行求导，可得到载波的瞬时角频率 为为 即瞬时角频率和瞬时相位的关系为即瞬时角频率和瞬时相位的关系为 1 1相位调制（相位调制（PMPM）PMPM是使载波的瞬时相位是使载波的瞬时相位 随调制信号随调制信号f f（t t）线性变化，而载）线性变化，而载波的振幅恒定。波的振幅恒定。2.4 2.4 角度调制系统角度调制系统下一页 返回上一页因此因此PMPM的瞬时相位的瞬