通信原理第三章 模拟调制系统.ppt

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1、第 3 章教学提示在在此此之之前前，我我们们为为通通信信系系统统的的讨讨论论提提供供了了必必要要的的数数学学基基础础，即即信信号号分分析析和和随随机机理理论论，有有了了这这些些工工具具之之后后，就就可可以以转转入入本本课课程程的的第第二二部部分分内内容容，即即中中心心内内容容，开开始始讨讨论论通通信信系系统统的的实实质质问问题题：有有效效性性和和可可靠靠性性的的问问题题。具具体体涉涉及及的的问问题题就是就是调制和解调调制和解调的问题。的问题。（1）信号的时域表达信号的时域表达式和时域波形；式和时域波形；（2）频谱表达式和频频谱表达式和频谱图；谱图；（3）解调方式；解调方式；（4）抗噪声性能。抗

2、噪声性能。第 3 章第三章 模拟调制系统引言引言3.1幅度幅度调调制制n标准调幅（标准调幅（AM）n双边带调幅（双边带调幅（DSB）n单边带调幅（单边带调幅（SSB）n残留边带调幅（残留边带调幅（VSB）3.2角度调制原理角度调制原理3.3抗噪声性能抗噪声性能n各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能n非线性调制系统的抗噪性能非线性调制系统的抗噪性能n模拟系统比较模拟系统比较第 3 章 引引 言言由信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内直接传输，因由信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内直接传输，因此需要经过调制将他变换成适于在信道内传输的信号此需要经过调制将他变换成适于在

3、信道内传输的信号.调制的定义调制的定义：把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形：把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形信源信源调制调制发滤波器发滤波器信道信道收滤波器收滤波器解调解调调制调制信宿信宿n(t)n(t)(Cw w点点-点通信系统点通信系统一、调制的功能一、调制的功能1、频率变换、频率变换：为了采用无线传送方式，如将（：为了采用无线传送方式，如将（0.33.4KHz）有效有效带宽内的语音信号调制到高频段上去。带宽内的语音信号调制到高频段上去。2、实现信道复用、实现信道复用：例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信道：例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信道中传输。中传输。3、提

4、高抗干扰性、提高抗干扰性：抗干扰性（即可靠性）与有效性互相制约，通常：抗干扰性（即可靠性）与有效性互相制约，通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如FM替代替代AM。第 3 章3.1 幅度调制幅度调制一、一、幅度调制的一般概念幅度调制的一般概念概念概念：幅度调制是正弦载波的幅度随调制信号线性变化的过程。：幅度调制是正弦载波的幅度随调制信号线性变化的过程。1）、线性调制模型）、线性调制模型其模型如图所示。其模型如图所示。2）、线性调制方法）、线性调制方法利用模型中利用模型中h(t)的不同特性，可以得到各种幅度调制信号。如的不同特性，可以得到各种幅度调制信号。如AM

5、，DSB，SSB和和VSB等信号。等信号。3）、时域和频域波形）、时域和频域波形令载波幅度为令载波幅度为1，相位为，相位为0。已调信号的时域和频域信号表达式。已调信号的时域和频域信号表达式如下。如下。AM:A+m(t)C(t)tcoscwH(f)h(t)Sm(t)DSB,VSB,SSB:m(t)S(t)0)t(m=HLff第 3 章3.1.1 标准调幅（标准调幅（AM）标准双边带调幅标准双边带调幅1、AM信号的时域表达式及波形信号的时域表达式及波形所所谓谓的的标标准准调调幅幅就就是是指指输输入入的的调调制制信信号号除除了了来来自自消消息息的的基基带带信信号号外外，还还包包含含了了直直流流信信号

6、号A，总总的的输输入入信信号号为为A+m(t)，h(t)为为理理想想的的带带通通滤滤波波器器，这这样样调调制制后后输输出出信信号号便便既既含含载载波波分分量由含有边带分量的标准调幅信号。量由含有边带分量的标准调幅信号。1）AM调制数学模型调制数学模型2）数学表达式）数学表达式S SAMAM(t)=(t)=A+mA+m(t)cost)cosc ct t式中的第一项代表载波分式中的第一项代表载波分量，第二项代表边带分量量，第二项代表边带分量,，该项为消息信号，该项为消息信号。3)时域波形时域波形4)AM信号的波形为幅度信号的波形为幅度随信号变化的余弦波形随信号变化的余弦波形。第 3 章4）、线性调

7、幅的条件）、线性调幅的条件由波形图知由波形图知AM信号有以下特点：信号有以下特点：（1）、幅度调制：）、幅度调制：AM信号的包络是随着信号呈线性关系变信号的包络是随着信号呈线性关系变化的，所以它是幅度调制。化的，所以它是幅度调制。（2）、频率未变：已调波的波形疏密程度相同，也就是说载）、频率未变：已调波的波形疏密程度相同，也就是说载波仅仅是幅度受到了调制，频率没有发生变化。波仅仅是幅度受到了调制，频率没有发生变化。（3）、调幅条件：）、调幅条件：如果如果A不够大，已调信号的包络不一定与不够大，已调信号的包络不一定与m(t)成正比，将出现这样无法采用包络检波的方法检出其包络，成正比，将出现这样无

8、法采用包络检波的方法检出其包络，通常我们称这种现象为过调。通常我们称这种现象为过调。保证不过调的条件为：保证不过调的条件为：所以线性调幅的条件为：所以线性调幅的条件为：第 3 章5）、调制指数）、调制指数为了衡量标准调幅的调制程度，定义调制指数为为了衡量标准调幅的调制程度，定义调制指数为实际工程中，一般调制指数取（实际工程中，一般调制指数取（0.30.8）。）。2、AM信号的频域表示及频谱图信号的频域表示及频谱图讨论频域的原因：讨论频域的原因：（1）系统的有效性就是系统所需的传输带宽，而传输带宽只）系统的有效性就是系统所需的传输带宽，而传输带宽只能在频域中体现。能在频域中体现。（2）有时在频域

9、中分析问题较在时域更为方便。）有时在频域中分析问题较在时域更为方便。信号频谱：就是指时域信号的付式变换。信号频谱：就是指时域信号的付式变换。S SAMAM(t)=A+m(t)=A+m(t)cost)cosc ct t第 3 章S(f)S(f)C(f)C(f)f f0 0-f-fc cf fc cM(f)M(f)-f-fH H -f fL L 0 f0 fL L f fH Hf fc(t)载波载波调制调制信号信号m(t)sm(t)已调已调信号信号特点特点：信号的频谱经过：信号的频谱经过AM调制后形状未变，仅仅是幅度下降的一半，调制后形状未变，仅仅是幅度下降的一半，位置发生了变换，搬移到了位置发生

10、了变换，搬移到了c。带宽由原始消息信号的带宽由原始消息信号的fH变为变为2fH。在。在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量，因此，该调制为线性调这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量，因此，该调制为线性调制。制。问题问题：通常：通常AM已调信号的频谱中，高于已调信号的频谱中，高于c部分称为上边带（部分称为上边带（USB），），低于低于c部分称为下边带（部分称为下边带（LSB）。）。事实上，任何一个边带足以表达消事实上，任何一个边带足以表达消息信号的全部信息，显然息信号的全部信息，显然AM传输有些浪费。传输有些浪费。解决办法解决办法：采用单边带调制。：采用单边带调制。-f-fc c0 f0 f

11、c c-f-fH H f fc c f fc c+f+fH Hf f第 3 章3、AM信号的功率分配信号的功率分配归一化功率概念：归一化功率概念：1电阻上所电阻上所消耗的功率。通信系统中的功率消耗的功率。通信系统中的功率均为归一化功率。均为归一化功率。AM信号的功率为：信号的功率为：式中：式中：调制效率定义调制效率定义:S第 3 章设设m(t)为为正正弦弦信信号号，100%调调制制，求调制效率。求调制效率。第 3 章4、AM信号的解调信号的解调解调：从已调信号中恢复信号的解调：从已调信号中恢复信号的过程。过程。AM解调方法：解调方法：相干解调相干解调、非相、非相干解调干解调1）、非相干解调（包

12、络检波）、非相干解调（包络检波）2）、相干解调）、相干解调S Sm m(t)(t)n(t)n(t)带通滤波器带通滤波器S Sm m(t)(t)n ni i(t)(t)tcoscw w低通滤波器低通滤波器m m0 0(t)(t)n n0 0(t)(t)B第 3 章5、AM系统的特点及其应用系统的特点及其应用优点：解调方便（包络检波），优点：解调方便（包络检波），缺点：占用频带宽，（消息信号的缺点：占用频带宽，（消息信号的两倍），调制效率低（发射功率大）两倍），调制效率低（发射功率大）应用：广播。应用：广播。第 3 章3.1.2 双边带调幅（双边带调幅（DSB）1、DSB信号的时域表达式及波形信号

13、的时域表达式及波形DSB的时域表达为的时域表达为2、DSB信号的频域表达式及信号的频域表达式及频谱图频谱图对公式（对公式（1）进行傅立叶变换，得）进行傅立叶变换，得DSB信号的频域表示式信号的频域表示式DSB信号的频谱有如下信号的频谱有如下特点特点：1、上、下边带均包含调制信号的全部信息；、上、下边带均包含调制信号的全部信息；2、幅度减半，带宽加倍；、幅度减半，带宽加倍；3、线性调制。、线性调制。m(t)cosctm(t)cosctf fc c0 0f f0 0f f(1)(2)第 3 章3、DSB信号的解调信号的解调方法：方法：相干解调。相干解调。-f-fc cf fc c0 0-f-fc

14、cf fc c0 0-2f-2fc c2f2fc c0 00 0-f-fm mf fm mf ff ff ff fa ab bc cd d第 3 章4、DSB信号的功率及效率信号的功率及效率显然，显然，DSB信号的功率仅由边带功率构成，这样其调制效率为信号的功率仅由边带功率构成，这样其调制效率为由于双边带信号的频谱不存在载波分量，所有的功率都集中在由于双边带信号的频谱不存在载波分量，所有的功率都集中在两个边带中，因此它的调制效率为百分之百，这是它的最大优两个边带中，因此它的调制效率为百分之百，这是它的最大优点。点。(3)(4)第 3 章5、DSB的特点与应用的特点与应用优点：调制效率高。优点：

15、调制效率高。缺点：占用频带宽，为消息基带信号的缺点：占用频带宽，为消息基带信号的2倍。倍。应用：无线通信，常用语传输数字信号，如应用：无线通信，常用语传输数字信号，如ASK。SDSB(t)Acosct包络检波包络检波m0(t)第 3 章3.1.3 单边带调幅单边带调幅SSB-fcfc0fDSB下边带上边带cc-f ffH(f)由得下边带LSB,-fcfc0fUSBfH(f)得上边带USB,-fcfc由-fcfc0fLSB一、一、SSB的一般概念及基础知识的一般概念及基础知识AM、DSB的共同缺点：所需传输的带宽是信号的的共同缺点：所需传输的带宽是信号的2倍，这样就降低了倍，这样就降低了系统的有

16、效性。由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包含的系统的有效性。由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包含的信息相同，因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。信息相同，因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。1、SSB概念概念概念：只传送一个边带的调制方式成为单边带调制。概念：只传送一个边带的调制方式成为单边带调制。SSB信号的频谱如图信号的频谱如图显然，显然，SSB信号的带宽是与消息信号信号的带宽是与消息信号m(t)相同。相同。比较：比较：AM、DSB信号无论在时域还是在频域，都比较直观，但是信号无论在时域还是在频域，都比较直观，但是SSB信号在频域非常直观，但是在时域很难想象。

17、信号在频域非常直观，但是在时域很难想象。第 3 章2、基础知识基础知识-希尔波特（希尔波特（Hilbert）变换变换1)、定义：将一个信号波形中的全部频率分量相移、定义：将一个信号波形中的全部频率分量相移-90后所得的后所得的时间信号就叫做原信号的希尔波特变换。时间信号就叫做原信号的希尔波特变换。2）、）、变化公式变化公式在频率域中的数学描述为：在频率域中的数学描述为：希尔波特变换在时间域的数学描述如下：希尔波特变换在时间域的数学描述如下：f(t)(Hw)t(f)t1)t(h,)sgn(j)(Hp pw ww w=-=第 3 章3）、）、Hilbert变换的性质变换的性质:（1）、信号和它的希

18、尔波特变换具有相同的能量谱密度或相）、信号和它的希尔波特变换具有相同的能量谱密度或相同的功率谱密度。同的功率谱密度。推论：推论：（2）、信号和它的希尔波特变换的能量）、信号和它的希尔波特变换的能量(或功率或功率)相同。相同。（3）、信号和它的希尔波特变换具有相同的自相关函数。）、信号和它的希尔波特变换具有相同的自相关函数。（4）、信号和它的希尔波特变换互为正交。）、信号和它的希尔波特变换互为正交。4）、）、Hilterb变换的用途：变换的用途：在单边带调制中，用来实现相位选择，以产生单边带信号在单边带调制中，用来实现相位选择，以产生单边带信号第 3 章二、二、SSB信号的时域表达式及频谱信号的

19、时域表达式及频谱1、模型、模型2、SSB信号的频谱信号的频谱下边带低通滤波器可等效为下边带低通滤波器可等效为m(t)cosctm(t)coscth(t)SSSB(t)cw w-0 0w w)sgn(cw ww w+cw w0 0w w)sgn(cw ww w-4 )sgn()()sgn()(41)()(41ccccccMMMMw ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww w-+-=)sgn()()sgn()(1)sgn()()sgn()(41)sgn()sgn(21)()(21)(ccccccccccccLSBMMMMMMSw ww ww ww ww ww ww ww

20、ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww ww w-+-+-+-=-+-+=载波为载波为cosct第 3 章当载波为当载波为sinct时时当载波为当载波为cosct时时同理同理载波为载波为cosct第 3 章三、三、SSB信号的产生信号的产生(1)滤波法滤波法(2)相移法相移法m(t)cosctm(t)coscth(t)SSSB(t)m(t)m(t)。90-。90-tcoscw w）（tm)+-tsincw wS SLSBLSB(t)(t)S SUSBUSB(t)(t)第 3 章四、四、SSB信号的解调信号的解调相干解调法相干解调法五、五、

21、SSB的特点及应用的特点及应用优点：具有最窄的传输带宽，优点：具有最窄的传输带宽，信道利用率最高；信道利用率最高；缺点：（缺点：（1）电路实现复杂，）电路实现复杂，技术要求高（技术要求高（2）解调时同步）解调时同步误差要小误差要小应用：（应用：（1）载波通信和微波）载波通信和微波多路通信，（多路通信，（2）保密通信）保密通信（运用频谱倒置）。（运用频谱倒置）。SSSB(t)cosctSp(t)LPFm0(t)第 3 章3.1.4 残留边带调幅（残留边带调幅（VSB）一、一、VSB的一般概念的一般概念SSB问题问题：理想的滤波器难以实现。：理想的滤波器难以实现。VSB调制调制：与：与SSB相似，

22、但是允许滤波器有过渡带，其中一相似，但是允许滤波器有过渡带，其中一个边带损失的能够恰好被另外一个边带残留的部分补偿。个边带损失的能够恰好被另外一个边带残留的部分补偿。二、二、Hv()的要求的要求m(t)cosctm(t)coscthv(t)SVSB(t)Hccff0,C)ff(H)ff(H =-+第 3 章三、三、VSB信号的时间表达式信号的时间表达式四、四、VSB信号的产生、解调信号的产生、解调通常采用二种方法：通常采用二种方法：滤波法滤波法移相法（与移相法（与SSB相似）相似）解调：解调：相干解调相干解调五、五、VSB的特点及应用的特点及应用1、所需带宽为所需带宽为fHf2fH;2、采用滤

23、波法较易实现。采用滤波法较易实现。-表示取上边带；表示取上边带；+表示取下边带。表示取下边带。第 3 章3.2角度调制（非线性调制）系统概述角度调制（非线性调制）系统概述一、角度调制的基本概念一、角度调制的基本概念1、角度调制的概念角度调制的概念一个余弦信号可以写成一个余弦信号可以写成:s(t)=A0cosc ct+t+(t)(3.2-1)其中其中:A0为常数，当为常数，当(t)=c ct+t+(t)随基带信号随基带信号m(t)变化变化时，则称角度调制。时，则称角度调制。2、瞬时相位与瞬时角频率、瞬时相位与瞬时角频率瞬瞬时时相相位：位：(t)=c ct+t+(t)其中其中:(t)瞬瞬时相位偏移

24、相位偏移瞬时角频率：瞬时相位的导数称为瞬时角频率瞬时角频率：瞬时相位的导数称为瞬时角频率.(t)d(t)/dt=c c+d(t)/dt其中其中:d(t)/dt瞬瞬时频率偏移率偏移二者之间的关系为：二者之间的关系为：(3.2-2)第 3 章3、角度调制的方法角度调制的方法两种方法：两种方法：调频调频FM：角频率：角频率偏移偏移随消息信号随消息信号m(t)变化；变化；调相调相PM：相位：相位偏移偏移随消息信号随消息信号m(t)变化。变化。4、角度调制的特点角度调制的特点角度调制的优点：（角度调制的优点：（1）抗干扰性强；）抗干扰性强；（2）实现和解调都较简单。）实现和解调都较简单。缺点：频带利用率

25、低缺点：频带利用率低(有效性低有效性低)。第 3 章二、调频信号二、调频信号FMd(t)/dtt)/dt随基带信号随基带信号m(t)m(t)成比例变化，即成比例变化，即d(t)/dtt)/dt=K Kf fm(tm(t)式中：式中：K Kf f称为调频灵敏度，单位调制信号幅度引起的频率偏称为调频灵敏度，单位调制信号幅度引起的频率偏移量，单位：移量，单位：rad/(s.Vrad/(s.V)调频波表示为：调频波表示为：设单频调制信号：设单频调制信号：m(t)=m(t)=A Am mcoscosm mt t则：则：式中：式中：KfAm为最为最大角频偏，记为大角频偏，记为；m m为调制角制角频率率mf

26、称为调频指数称为调频指数:第 3 章三、调相信号三、调相信号PM相位随基带信号相位随基带信号m(t)成比例变化，即成比例变化，即(t)=(t)=K Kp pm(tm(t)调相波可表示为：调相波可表示为：S SPMPM(t(t)=)=AcosAcos c ct t+K Kp pm(tm(t)式中：式中：K Kp p称为调相灵敏度，单位调制信号幅度引起的称为调相灵敏度，单位调制信号幅度引起的PMPM信号的相位偏移，单位：信号的相位偏移，单位：radrad/V/V最大相位偏移：最大相位偏移：第 3 章四、四、PM波与波与FM波的关系波的关系尽管尽管PM、FM是两种不同的调制方式，但是并无本质上的区别

27、。是两种不同的调制方式，但是并无本质上的区别。原因：用原因：用FM电路可以实现电路可以实现PM波，而用波，而用PM电路也可以实现电路也可以实现FM波。波。第 3 章3.2.2窄带调频（NBFM）1概念概念:当调频指数当调频指数mf1时，所得的调频波称为窄带调频波时，所得的调频波称为窄带调频波.2NBFM的时域表达式的时域表达式上上式式为为NBFM的的时时间间表表达达式式，它它由由两两项项组组成成，第第一一项项为为载载波波，其不携带任何消息，第二项含有用消息信号。其不携带任何消息，第二项含有用消息信号。结论：结论：BNFM波是有载频分量及边带分量构成。波是有载频分量及边带分量构成。d2fH。1基

28、础数学知识基础数学知识-n阶第一类贝塞尔函数阶第一类贝塞尔函数Jn(x)注意：在此我们感兴趣的仅仅是注意：在此我们感兴趣的仅仅是Jn(x)的形式和性质，利用它们，的形式和性质，利用它们，得出得出WBFM的频谱结构和带宽。的频谱结构和带宽。n阶贝塞尔方程阶贝塞尔方程其中其中Jn(x)为为n阶第一类贝塞尔函数，形式为阶第一类贝塞尔函数，形式为d/6第 3 章Jn(x)的性质的性质第 3 章数学公式数学公式cos(xsin)将将sin(xcos)展开为傅立叶级数有如下形式。展开为傅立叶级数有如下形式。2宽带调频信号的时域表达式及频谱宽带调频信号的时域表达式及频谱为了分析方便，先讨论单音调制时的情况，

29、然后再进行推广。mf第 3 章mfmfmfmfmfmfmfmfmfmfmfmfmfFM波是由一系列幅度不同、频率不同的余弦波组成，这样波是由一系列幅度不同、频率不同的余弦波组成，这样表示使求表示使求FM波的频谱变得更加简捷。波的频谱变得更加简捷。FM波的频谱为波的频谱为mf第 3 章结论：结论：1、FM波的频谱包含载波和各次边带谐波，形成一个无限宽的波的频谱包含载波和各次边带谐波，形成一个无限宽的频谱结构；所以频谱结构；所以WBFM为非线性调制；为非线性调制；2、各相邻谱线间隔为各相邻谱线间隔为m，幅度取决于，幅度取决于Jn(mf)；3、各次谐波对称分布于载频两侧。各次谐波对称分布于载频两侧。

30、第 3 章3FM波的带宽波的带宽理论上讲，理论上讲，FM波的带宽为无穷。波的带宽为无穷。贝塞尔函数的性质可知，当贝塞尔函数的性质可知，当nmf+1时时,Jn(mf)0.1。在计算在计算FM带宽的过程中，归一化幅度小于带宽的过程中，归一化幅度小于0.1的分量的分量都可以忽略不计。都可以忽略不计。BFM=2(mf+1)fm=2(f+fm)当当mf1时时BFM=2f这是大指数这是大指数WBFM情况，说明带宽由最大频偏决定。情况，说明带宽由最大频偏决定。说明说明：当：当m(t)不是单音信号，而只是频带限制在不是单音信号，而只是频带限制在fm内的一个低通信号时，内的一个低通信号时，以上结论、公式依然适用

31、，只是这时的以上结论、公式依然适用，只是这时的fm为为m(t)的最高截止频率。的最高截止频率。第 3 章4FM波功率分配波功率分配结论结论：适当选取调制指数：适当选取调制指数mf，可使，可使J0(mf)很小，适当情况下，使很小，适当情况下，使J0(mf)=0，此时，此时Pc=0。调制效率。调制效率=100%。查表可知查表可知mf=2.405，5.52，8.6等值时，等值时，J0(mf)=0。载波功率为：载波功率为：mfmf边带功率为边带功率为:mfmf第 3 章3.2.4调频信号的产生、解调一、调频信号的产生一、调频信号的产生n直接调频直接调频:利用调制信号直接控制振荡器的频率，利用调制信号直

32、接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。使其按调制信号的规律线性变化。n振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡压控振荡器器（VCO），它产生的输出频率正比于所加的控制），它产生的输出频率正比于所加的控制电压，即电压，即其中，其中，c是外加控制电压为是外加控制电压为0时压控振荡器的时压控振荡器的自由振荡频率，也就是压控振荡器的中心频率。自由振荡频率，也就是压控振荡器的中心频率。n优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。缺点是频率稳定度不高，往往需要附加稳的频偏。缺点是频率稳定度不高，往往需要附加稳

33、频电路来稳定中心频率。频电路来稳定中心频率。(t)c+KFm(t)第 3 章2、间接调频、间接调频用调相电路产生窄带调频波用调相电路产生窄带调频波;倍频法：窄带调频倍频法：窄带调频+倍频倍频产生宽带调频波。产生宽带调频波。间接调频框图窄带调频信号产生第 3 章二、调频信号的解调二、调频信号的解调1、鉴频器鉴频器1）构成：由一个微分）构成：由一个微分器和一个包络检波器级器和一个包络检波器级联而成；联而成；2）基本功能）基本功能微分电路将幅度衡定的微分电路将幅度衡定的调频波变换为调幅调频调频波变换为调幅调频波，即幅度和频率都随波，即幅度和频率都随基带信号基带信号m(t)线性变线性变化。化。第 3

34、章2.NBFM的解调的解调由于由于NBFM属于线性调制，所以可以采用相干解调的方法。如属于线性调制，所以可以采用相干解调的方法。如图所示。图所示。例例例例3.33.3第 3 章3.3各种调制系统的抗噪声性能各种调制系统的抗噪声性能 一、一、准备知识准备知识考虑加性高斯白噪声考虑加性高斯白噪声,系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能n(t)是高斯白噪声，功率谱密度为是高斯白噪声，功率谱密度为n0/2。BPF作用：通过已调信号，抑制噪声，其带宽与已调信号的带作用：通过已调信号，抑制噪声，其带宽与已调信号的带宽相同。宽相同。信道内高斯噪声信道内高斯噪声n(t)经过经过BPF后，形成窄带噪声后，形成窄带噪声

35、ni(t)。BPF调制器调制器解调器解调器m(t)sm(t)n(t)h(t)m0(t)ni(t)式中式中B是理想带通滤波器的带宽，即已调信号带宽，也是解调是理想带通滤波器的带宽，即已调信号带宽，也是解调器输入端的噪声带宽；器输入端的噪声带宽；no(t)第 3 章评价模拟通信系统的质量性能指标用评价模拟通信系统的质量性能指标用输出信噪比输出信噪比：也可用信噪比增益（也可用信噪比增益（调制制度增益调制制度增益）作用作用：用来判断解调器性能的优劣，：用来判断解调器性能的优劣，G越大，性能越好。越大，性能越好。其中其中Si/Ni为为输入信噪比输入信噪比，定义为，定义为显然，输出信噪比和显然，输出信噪比

36、和G不仅与调制方式有关，也与解调方式有不仅与调制方式有关，也与解调方式有关。在相同的关。在相同的Si和和n0的条件下，输出信噪比越高，则解调器的的条件下，输出信噪比越高，则解调器的抗噪声性能越好。抗噪声性能越好。第 3 章二、相干解调二、相干解调DSB系统的性能系统的性能1、输入信噪比输入信噪比定义：指解调器的输入信号平均功率与输入噪声平均功率之比。定义：指解调器的输入信号平均功率与输入噪声平均功率之比。假设：（假设：（1）SDSB（t）与）与ni(t)相互独立相互独立（2）信道是理想的，无衰减。）信道是理想的，无衰减。设解调器输入信号设解调器输入信号输入信号平均功率输入信号平均功率输入噪声平

37、均功率输入噪声平均功率输输入入信信噪噪比比S Sm m(t)(t)n(t)n(t)带通滤波器带通滤波器S Sm m(t)(t)n ni i(t)(t)tcoscw w低通滤波器低通滤波器m m0 0(t)(t)n n0 0(t)(t)BP 58第 3 章2、输出信噪比输出信噪比DSB相干解调后，输出信号：相干解调后，输出信号：输出信号平均功率输出信号平均功率So输出噪声平均功率为输出噪声平均功率为No，经过经过LPF后，噪声为后，噪声为输出信噪比输出信噪比3、解调增益解调增益G（信噪比增益）信噪比增益）DSB解解调调器器信信噪噪比比改改善善一一倍倍。原原因因是是相相干干解解调调把把噪噪声声中中

38、的的正正交交分分量量抑抑制制掉，从而使噪声功率减半。掉，从而使噪声功率减半。第 3 章三、相干解调三、相干解调SSB系统的性能系统的性能1、输入信噪比输入信噪比解调器输入信号：解调器输入信号：输入信噪比：输入信噪比：其中带宽其中带宽B=fH解调器输出信号与噪声分别为解调器输出信号与噪声分别为输出信噪比：输出信噪比：S Sm m(t)(t)n(t)n(t)带通滤波器带通滤波器S Sm m(t)(t)n ni i(t)(t)tcoscw w低通滤波器低通滤波器m m0 0(t)(t)n n0 0(t)(t)B制度增益：制度增益：SSB解解调调器器信信噪噪比比未未改改善善。原原因因是是信信号号和和噪

39、噪声声有有相相同同表表示示形形式式，相干解调中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉。相干解调中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉。第 3 章四、四、AM调制（包络检波）调制（包络检波）设解调器输入信号设解调器输入信号S SAMAM(t)=A+m(t)=A+m(t)cost)cosc ct tA=|m(t)|A=|m(t)|maxmax信号传输带宽：信号传输带宽：B=2fH输入信噪比：输入信噪比：Si/Ni=A2+m2(t)/(2n0B)解调器输入端信号加噪声的合成包络：解调器输入端信号加噪声的合成包络：其中包络：其中包络：（1）大信噪比情况）大信噪比情况（小噪声情况）（小噪声情况）解调器输出包络

40、解调器输出包络输出信噪比输出信噪比制度增益：制度增益：在在小小噪噪声声情情况况下下，AM系系统统的的相相干干解解调调与与非非相相干干解解调有相同的抗噪声性能调有相同的抗噪声性能第 3 章（2）小信噪比时）小信噪比时：包络近似为：包络近似为：式中式中R(t)及及(t)分分别为别为噪声噪声ni(t)的包的包络及相位。及相位。讨论（a）小小信信噪噪比比时，信信号号m(t)无无法法与与噪噪声声分分开开，有有用用信信号号“淹淹没没”在在噪噪声声中中，这时，输出出信信噪噪比比不不是是按按比比例例地地随随着着输入入信信噪噪比比上上升升，而而是是急急剧恶化化，这种种现象象称称为门限限效效应。开开始始出出现门限

41、效限效应的的输入信噪比称入信噪比称为门限限值。（b)相相干干解解调器器不不存存在在门限限效效应。原原因因是是信信号号与与噪噪声声可可分分开解开解调，解，解调器器输出端出端总是是单独存在有用信号独存在有用信号项。例例例例3.43.4第 3 章3.3.2 非线性调制系统的抗噪声性能非线性调制系统的抗噪声性能BPF的作用的作用：与线性调制系统相同，通带范围与：与线性调制系统相同，通带范围与SFM(t)的频带相同。的频带相同。限幅的作用限幅的作用：FM波的幅度是恒定的，但是在信道噪声的影响下，波的幅度是恒定的，但是在信道噪声的影响下，FM波波的幅度或多或少的会发生变化，因此需要加以限制，加限幅的作用就

42、是的幅度或多或少的会发生变化，因此需要加以限制，加限幅的作用就是限制幅度噪声。限制幅度噪声。鉴频器（鉴频器（DIS）的作用）的作用：先将：先将Si(t)经微分电路，变成调幅调频波，然后经微分电路，变成调幅调频波，然后再由包络检波器提取包络。这实际上相当于对瞬时相位求导数。再由包络检波器提取包络。这实际上相当于对瞬时相位求导数。LPF的作用的作用：SFM（t）与）与ni(t)经经DIS（鉴频器）后，输出中有信号和（鉴频器）后，输出中有信号和噪声，但此时噪声所占频带宽度一般较宽，即噪声的带宽大于消息信号噪声，但此时噪声所占频带宽度一般较宽，即噪声的带宽大于消息信号m(t)的带宽。这样的带宽。这样L

43、PF可以限制带外噪声，提高输出信噪比。可以限制带外噪声，提高输出信噪比。第 3 章(a)mf不同，调频波的频谱结构不同。不同，调频波的频谱结构不同。调频波带宽调频波带宽:BFM=2(mf+1)fm=2(f+fm)当当mf1(宽带调频）时：宽带调频）时：BFM=2f(b)mf增加，传输带宽加大，系统的抗噪声性能改善。增加，传输带宽加大，系统的抗噪声性能改善。调频方式调频方式的这种以带宽换取信噪比的特性十分有益。而调幅信号带宽固定，的这种以带宽换取信噪比的特性十分有益。而调幅信号带宽固定，因此不能实现带宽与信噪比的互换。因此不能实现带宽与信噪比的互换。结论：大信噪比时，调频系统抗噪声性能比调幅系统

44、结论：大信噪比时，调频系统抗噪声性能比调幅系统优越，且其优越程度随传输带宽的增加而增加。优越，且其优越程度随传输带宽的增加而增加。大信噪比大信噪比（限幅鉴频器（限幅鉴频器）时，制度增益：）时，制度增益：第 3 章3.3.3调制系统的抗噪性能比较调制系统的抗噪性能比较类别BG备注AM2fH2/3DSB2fH2SSBfH1VSBfH2fH/FM2(mf+1)fm2(f+fm)3mf3第 3 章性能比较性能比较:可靠性可靠性优优劣劣:FM，SSB（DSB），），AM有效性优有效性优劣劣:SSB，VSB，AM（DSB）FMVSB的可靠性，无分析结论。的可靠性，无分析结论。虽虽然然 GSSB=1，GDS

45、B=2，但但两两者者输输出出信信噪噪比比相相同同。因因BDSB=2BSSB，故两者抗噪性能相同。故两者抗噪性能相同。第 3 章第3章 教学要求掌握掌握AM、DSB、SSB、VSB信号的调制和解调信号的调制和解调原理原理掌握上述各信号的频谱、带宽以及掌握上述各信号的频谱、带宽以及AM、DSB、SSB信号的时域表达式信号的时域表达式掌握掌握FM信号的调制和解调原理以及时域表达式、信号的调制和解调原理以及时域表达式、频谱特点和带宽频谱特点和带宽掌握掌握AM系统、系统、DSB系统、系统、SSB系统以及系统以及FM系系统的抗噪性能的分析方法及结论统的抗噪性能的分析方法及结论习题习题:3-13-33-43

46、-53-9第 3 章ffH-fH0Hccff0,C)ff(H)ff(H =-+2fc-2fc0fM0(f)0ff-fcfcSVSB(f)fSm(f)-fcfcf0-fcfcH(f)f第 3 章3-4 信道具有均匀的双边噪声功率谱密度信道具有均匀的双边噪声功率谱密度Pn(f)=1*10-3W/Hz,传输传输USB信号，调制信号频带限制在信号，调制信号频带限制在10kHz,载波载波100kHz，已调信号功率，已调信号功率20kW，若接收机的输入，若接收机的输入信号在加至解调器前，先经过一理想带通滤波器滤波。信号在加至解调器前，先经过一理想带通滤波器滤波。求：该带通滤波器的传输函数？求：该带通滤波器的传输函数？解调器的输入端信噪比？解调器的输入端信噪比？解调器的输出端信噪比？解调器的输出端信噪比？第 3 章第 3 章例题例题：求：已调信号功率、调频指数、最大频偏、信号带宽。求：已调信号功率、调频指数、最大频偏、信号带宽。