第三章模擬調(diào)制系統(tǒng)1

1、第第3章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)3.1 3.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理3.2 3.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3.3 3.3 非線性調(diào)制（角調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角調(diào)制）的原理3.4 3.4 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較3.3.5 5 頻分復(fù)用系統(tǒng)頻分復(fù)用系統(tǒng) 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的實(shí)質(zhì)是調(diào)制的實(shí)質(zhì)是 ，其作用和目的是，其作用和目的是：n將將調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)（頻帶信號(hào)）；的已調(diào)信號(hào)（頻帶信號(hào)）；n實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信

2、道利用率提高信道利用率；n減少干擾，減少干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力提高系統(tǒng)抗干擾能力；n實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換傳輸帶寬與信噪比之間的互換。頻譜搬移頻譜搬移1( )()()( )2mccSMMH3.1 幅度調(diào)制原理輸出已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域一般表示式為)(cos)()(thttmtscmh(t)m(t)sm(t)ccostFT調(diào) 幅(AM)0( )()()1()()2AMccccSAMM 0max( )( )0m tAm t00( )coscos( )( )cosAMcccsttAtm ttAm t3.1 幅度調(diào)制原理AM調(diào)制器模型m(t)平均平均值為值為0AM信號(hào)的波形和頻譜2AMHB

3、fOtOtOOttA0c A0SAM()0211M()HH0A0m(t)cosctSAM(t)22202222200( )( )coscos( )cos2( )cosAMAMccccPstAm tw tAw tm tw tA m tw t( )0m t 由于由于只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)從功率上講，從功率上講，AMAM信號(hào)的功率利用率比較低。信號(hào)的功率利用率比較低。022 (2 )2AMscmtAPPP調(diào)幅(AM)信號(hào)功率PAM 計(jì)算2cos1/ 2cw t 載波功率邊帶功率信號(hào)信號(hào)功率計(jì)算功率計(jì)算dttsE)(2/22/21lim( )TTTPs t dtTl在

4、通信理論中，把功率定義為在通信理論中，把功率定義為在單位電阻上在單位電阻上(1)(1)消耗的功率（歸一化功率）。消耗的功率（歸一化功率）。/()=2222PVRI RVIwl這樣，這樣，電流的平方和電壓的平方電流的平方和電壓的平方都都等于功率等于功率。l用用s(t)代表時(shí)間代表時(shí)間t時(shí)刻的電流或電壓，則時(shí)刻的電流或電壓，則s2(t)代表瞬代表瞬時(shí)功率。時(shí)功率。l信號(hào)能量為：信號(hào)能量為：l信號(hào)平均功率為：信號(hào)平均功率為：2( )s t)cos()(mmmtAtm)()(2202tmAtmPPAMSAM22220222AMAMmmAMAAA10AAmAM為調(diào)幅指數(shù)（或調(diào)制幅度）1AM3/1AM調(diào)幅

5、調(diào)幅(AM)(AM)調(diào)制效率調(diào)制效率計(jì)算計(jì)算例1 設(shè)m(t)為正弦信號(hào)，進(jìn)行100%的幅度調(diào)制，求此時(shí)的調(diào)制效率。解：依題意可設(shè) 而100%調(diào)制就是tAtmmmcos)(22)(2022AAtmm%3.3331)()(2202tmAtmAMA0 = |m(t)|max 的調(diào)制，即A0 =Am 因此結(jié)論：結(jié)論：AMAM信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，載波分量不攜帶分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，載波分量不攜帶信息，信息，所以，調(diào)制效率低是所以，調(diào)制效率低是AMAM調(diào)制的一個(gè)最大缺點(diǎn)。調(diào)制的一個(gè)最大缺點(diǎn)。A0c A0S

6、AM()0212AMHBf式中，式中，f fH H為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。 3.1.2 抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMS將AM信號(hào)中的A0去掉，即可輸出DSB-SC信號(hào)cos0tOttOm (t)sDSB(t)OtOccM ()OHHSDSB()Occ載波反相點(diǎn)2Hcos0tOttOm (t)sDSB(t)OtOccM ()OHHSDSB()Occ載波反相點(diǎn)2H抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）DSB信號(hào)的波形和頻譜信號(hào)的波形和頻譜2DSBHBf除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號(hào)的頻譜與AM信號(hào)的頻譜完全

7、相同，仍由上下對稱的兩個(gè)邊帶組成。所所以以DSBDSB信號(hào)的帶寬與信號(hào)的帶寬與AMAM信號(hào)的帶寬相同，也為基帶信號(hào)信號(hào)的帶寬相同，也為基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即帶寬的兩倍，即HAMDSBfBB2式中，式中，f fH H為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。 由于不再包含載波成分，因此，DSB信號(hào)的功率就等于邊帶功率，是調(diào)制信號(hào)功率的一半，即221( )( )2DSBDSBmPstPm t式中，式中，P Pmm為邊帶功率，為邊帶功率，DSBDSB信號(hào)的調(diào)制效率信號(hào)的調(diào)制效率為為 。 DSB信號(hào)的功率分配及調(diào)制效率信號(hào)的功率分配及調(diào)制效率100%需采用相干解調(diào)需采用相干解調(diào)( (同步檢波同步檢波

8、) )，不能采用簡單的，不能采用簡單的包絡(luò)檢波。包絡(luò)檢波。在調(diào)制信號(hào)在調(diào)制信號(hào)m(t)m(t)的過零點(diǎn)處，高頻載波相位有的過零點(diǎn)處，高頻載波相位有180180的突變。的突變。 DSBDSB信號(hào)功率利用率提高了，但信號(hào)功率利用率提高了，但它的頻帶寬度它的頻帶寬度仍是調(diào)制信號(hào)帶寬的兩倍仍是調(diào)制信號(hào)帶寬的兩倍，與，與AMAM信號(hào)帶寬相信號(hào)帶寬相同。同。 DSB信號(hào)的特點(diǎn)（與AM信號(hào)相比）：抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）3.1.3 3.1.3 單邊帶調(diào)制（單邊帶調(diào)制（SSBSSB） 由于DSB信號(hào)的上、下兩個(gè)邊帶是完全對稱的，它們都攜帶了調(diào)制信號(hào)的全部信息，因此僅傳輸其中一個(gè)邊帶即可，即單邊帶調(diào)制

9、能解決這個(gè)問題。 產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。SSBSSB信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生1 1、用濾波法形成單邊帶信號(hào)、用濾波法形成單邊帶信號(hào) 由于單邊帶調(diào)制只傳送雙邊帶調(diào)制信號(hào)的一個(gè)邊帶。由于單邊帶調(diào)制只傳送雙邊帶調(diào)制信號(hào)的一個(gè)邊帶。因此因此產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的最直觀的方法是讓雙邊帶信號(hào)產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的最直觀的方法是讓雙邊帶信號(hào)通過一個(gè)單邊帶濾波器通過一個(gè)單邊帶濾波器，濾除不要的邊帶濾除不要的邊帶，即可得到，即可得到單邊帶信號(hào)。我們把這種方法稱為濾波法，它是最簡單邊帶信號(hào)。我們把這種方法稱為濾波法，它是最簡單的也是最常用的方法。單的也是最常用的方法。圖圖 SSBSSB信號(hào)

10、的濾波法產(chǎn)生信號(hào)的濾波法產(chǎn)生 單邊帶調(diào)制（SSB）單邊帶濾波器單邊帶濾波器形成形成SSB信號(hào)的濾波特性信號(hào)的濾波特性M ()HHSM()ccOO 上邊帶 下邊帶 下邊帶 上邊帶ccO上邊帶頻譜Occ下邊帶頻譜SSBHBfM()HHSM()ccOO 上 邊 帶 下 邊 帶 下 邊 帶 上 邊 帶ccO上 邊 帶 頻 譜Occ下 邊 帶 頻 譜上邊帶濾波器M()HHSM()ccOO 上 邊 帶 下 邊 帶 下 邊 帶 上 邊 帶ccO上 邊 帶 頻 譜Occ下 邊 帶 頻 譜下邊帶濾波器由圖可見，只需將濾波器由圖可見，只需將濾波器HSSB()設(shè)計(jì)成理想設(shè)計(jì)成理想高通特高通特性性HUSB()或或理想

11、低通特性理想低通特性HLSB() ，就可以分別得，就可以分別得到上邊帶信號(hào)和下邊帶信號(hào)。到上邊帶信號(hào)和下邊帶信號(hào)。顯然顯然，SSBSSB信號(hào)的頻譜可表示信號(hào)的頻譜可表示為為 1( )( )( )()()( )2SSBDSBSSBccSSBSSHMMH 濾波法的頻譜變換關(guān)系如下圖所示。濾波法的頻譜變換關(guān)系如下圖所示。 單邊帶調(diào)制（SSB）用濾波法形成SSB信號(hào)的技術(shù)難點(diǎn)技術(shù)難點(diǎn)是： 要求單邊帶濾波器在fc附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制無用的一個(gè)邊帶。這就使濾波器的濾波器的設(shè)計(jì)和制作很困難設(shè)計(jì)和制作很困難。 為此，為此，在工程中往往采用多級(jí)調(diào)制濾波的方法。在工程中往往采用多級(jí)調(diào)制濾波的方法

12、。圖圖 濾波法產(chǎn)生濾波法產(chǎn)生SSBSSB的多級(jí)頻率搬移過程的多級(jí)頻率搬移過程 用相移法形成單邊帶信號(hào)考慮單頻調(diào)制信號(hào)：考慮單頻調(diào)制信號(hào)：tAtmmmcos)(11( )coscossinsin22SSBmmcmmcstAttAtt( )coscos11cos()cos()22DSBmmcmcmmcmstAttAtAt90900 0相移相移用相移法形成單邊帶信號(hào)寬帶寬帶90900 0相相移網(wǎng)絡(luò)移網(wǎng)絡(luò)ttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(由于SSB只含一個(gè)邊帶,所以其功率為DSB的一半;即不但可節(jié)省載波發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度為BSSB=fH=BDSB/2。SSB信號(hào)的

13、解調(diào)和DSB一樣不能采用簡單的包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)。濾波法中的濾波器和相移法中的寬帶相移網(wǎng)絡(luò)較難制作。SSB信號(hào)的特點(diǎn)：單邊帶調(diào)制（SSB）)(41212tmPPDSBSSB 殘留邊帶調(diào)制（殘留邊帶調(diào)制（VSB）是介于）是介于SSB與與DSB之之間的一種調(diào)制方式，間的一種調(diào)制方式， 它它既克服了既克服了DSB信號(hào)占用頻信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)帶寬的缺點(diǎn)，又，又解決了解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)上的難題信號(hào)實(shí)現(xiàn)上的難題。基本原理基本原理： 在在VSB中，不是完全抑制一個(gè)邊帶（如同中，不是完全抑制一個(gè)邊帶（如同SSB中那樣），而是逐漸切割，使其殘留一小部分。中那樣），而是逐漸切割，使其殘留一小部分。 3.

14、1.3 殘留邊帶調(diào)制（VSB，Vestigial Sideband)M()2B2BODSB()ccO(a)(b)SSB()OccccVSB()O(c)(d)DSB、 SSB和VSB信號(hào)的頻譜DSBSSBVSB如何選擇殘留邊帶濾波器的濾波特性如何選擇殘留邊帶濾波器的濾波特性,使殘留邊帶信號(hào)解調(diào)后不產(chǎn)生失真呢？使殘留邊帶信號(hào)解調(diào)后不產(chǎn)生失真呢？HVSB()m (t)c (t)cosctsVSB(t)LPFmo(t)2 cosctsVSB(t)(a )(b )1( )()()( )2VSBccVSBSMMH()().VSBcVSBcHHHconst 1( )( )()()2oVSBcVSBcMMHH

15、2( )cos()()VSBcVSBcVSBcsttSS 殘留邊帶信號(hào)解調(diào)后不產(chǎn)生失真條件殘留邊帶信號(hào)解調(diào)后不產(chǎn)生失真條件HVSB()m (t)c (t) cosctsVSB(t)LPFmo(t)2 cosctsVSB(t)(a )(b )常數(shù)常數(shù)邊帶濾邊帶濾波器傳波器傳輸特性輸特性殘留邊帶濾波器的幾何解釋cOcHVSB()HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc( a)( b)( c)( d)cOcHVS B()HVS B(c)cOcHVS B(c)HVS B(c) HVS B(c)OOcc( a)( b)( c)( d)cOcHVSB()HVSB(c)cOc

16、HVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc(a)(b)(c)(d)cOcHVSB()HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc( a)( b)( c)( d)實(shí)現(xiàn)容易；只要HVSB()在c處具有互補(bǔ)對稱（奇對稱）（奇對稱）特性，那么，采用相干解調(diào)法解調(diào)殘留邊帶信號(hào)就能夠準(zhǔn)確地恢復(fù)所需的基帶信號(hào)。 VSB信號(hào)的特點(diǎn)：殘留邊帶調(diào)制(a) 殘留部分上邊帶的濾波器特性;(b) 殘留部分下邊帶的濾波器特性HVSB()10.50cccc00.51HVSB()(a)(b)殘留邊帶濾波器特性3.1.5 線性調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)線性調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào) 解調(diào)的方式有兩種：解調(diào)的方式有

17、兩種：相干解調(diào)相干解調(diào)與與非相干解調(diào)非相干解調(diào)。u相干解調(diào)相干解調(diào)適用于各種線性調(diào)制系統(tǒng)；適用于各種線性調(diào)制系統(tǒng)； （Coherent Detection)Coherent Detection)u非相干解調(diào)非相干解調(diào)一般只適用幅度調(diào)制（一般只適用幅度調(diào)制（AMAM）信號(hào)。）信號(hào)。 包絡(luò)檢波（包絡(luò)檢波（Envelope Detection)Envelope Detection)相干解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型相干解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型 1. 相干解調(diào)相干解調(diào)1、AMAM和和DSBDSB信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào)設(shè)上圖的輸入為AM信號(hào) 00( )( )( )cos()mAMcStStAm tt乘法器輸出為乘法器輸出為 0

18、0000( )( )cos()cos()1( )cos()cos(2)2ccctAm tttAm tt通過低通濾波器后通過低通濾波器后 0001( )( ) co s()2mtAm t當(dāng)當(dāng) 常數(shù)時(shí)常數(shù)時(shí)，解調(diào)輸出信號(hào)為，解調(diào)輸出信號(hào)為0001()() 2mtAmt同理，當(dāng)同理，當(dāng) 時(shí)，上述分析即為時(shí)，上述分析即為DSB的結(jié)果。的結(jié)果。其解調(diào)輸出信號(hào)為其解調(diào)輸出信號(hào)為00A)(21)(0tmtm相干解調(diào)的基本原理：相干解調(diào)的基本原理： 接收端提供一個(gè)與發(fā)射端接收端提供一個(gè)與發(fā)射端嚴(yán)格同步的本嚴(yán)格同步的本地載波地載波，它與接收的以調(diào)信號(hào)相乘它與接收的以調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)后，經(jīng)低低通濾波器取出低頻分量

19、通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。帶調(diào)制信號(hào)。同頻同相同頻同相已調(diào)信號(hào)3.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3.2.1 分析模型分析模型帶通濾波器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)解調(diào)器mo(t)no(t)加性白噪聲窄帶加性白噪聲已調(diào)信號(hào)解調(diào)后的調(diào)制信號(hào)解調(diào)后的噪聲信號(hào)BPF：濾除帶外噪聲，濾除帶外噪聲， 取有用信號(hào)。取有用信號(hào)。( )n t:加性高斯白噪聲加性高斯白噪聲功率譜密度：功率譜密度：( )( )cos( )siniccscn tn ttn tt( )( )cos( )icn tV tttni(t)為平穩(wěn)窄帶高斯白噪聲Ni為解調(diào)器輸入噪聲ni(t)的平

20、均功率平均功率( )( )( )0icsn tn tn t222( )( )( )icsin tn tn tN均值均值方差方差BPF：濾除帶外噪聲，濾除帶外噪聲， 取有用信號(hào)。取有用信號(hào)。BndffPNBcBciffni0)(222雙邊功率譜密度雙邊功率譜密度)()(202000tntmNS 功功率率解解調(diào)調(diào)器器輸輸出出噪噪聲聲的的平平均均平平均均功功率率解解調(diào)調(diào)器器輸輸出出有有用用信信號(hào)號(hào)的的00/iiSNGSN評價(jià)一個(gè)模擬通信系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，最終是要看 解調(diào)器 的輸出信噪比(SNR)。)()(22tntsNSimii功率解調(diào)器輸入噪聲的平均平均功率解調(diào)器輸入已調(diào)信號(hào)的模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能評估

21、指標(biāo)模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能評估指標(biāo)解調(diào)后解調(diào)后解調(diào)前解調(diào)前信噪比信噪比增益增益線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能3.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能帶通濾波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通濾波器cosct線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能分析模型( )( )cosmcstm tt01( )( )2m tm t211( )cos( )( )cos222ccm ttm tm tt22001( )( )4Sm tm t乘法器LPF有用信號(hào)輸出功率3.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能)(21)(0tntnc22001( )( )4cNn tn tttnttntncsccisin)(cos)()

22、( )cos( )cos( )sincos11( )( )cos2( )sin222icccscccccscn ttn ttn tttn tn ttn tt乘法器LPF3.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能2/00iiDSBNSNSG)(21cos)()(222tmttmtsScmiBntmNSii022/ )(3.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能BntmNtmNSi02200)(4/4/ )(ttmttmtsccmsin)(21cos)(21)(SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 01( )( )4m tm t3.2.3 SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能乘法器LPF1/00iiSSBNSNSGBntmBntmNSii02024

23、)(4/ )(BntmNtmNSi022004)(4/16/ )()(161)(2200tmtmS001144()HiNNn BBf3.2.3 SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能信噪比增益信噪比增益G G (Gain)(Gain)定義定義iiooNSNSG/)()(22202tmAtmGAM)3(2dBGDSB)0(1dBGSSB小結(jié)：各種線性調(diào)制系統(tǒng)性能比較小結(jié)：各種線性調(diào)制系統(tǒng)性能比較本質(zhì)上抗噪聲能力相同本質(zhì)上抗噪聲能力相同條件條件: 當(dāng)當(dāng) 、 、 相同時(shí)，則有相同時(shí)，則有iS02nm 可見可見: :AMAM系統(tǒng)抗噪聲性能最差，系統(tǒng)抗噪聲性能最差，DSBDSB與與SSBSSB系統(tǒng)相同。系統(tǒng)相同。 但但S

24、SBSSB傳輸帶寬比傳輸帶寬比AMAM、DSBDSB窄，頻帶利用率最高。窄，頻帶利用率最高。miAMoonStmAtmNS02202)()()(miimDSBoonStmSntmBntmNS020202)(22)()()(miSSBoonSNS0)(各種線性調(diào)制系統(tǒng)性能比較各種線性調(diào)制系統(tǒng)性能比較iS1 例例22某線性調(diào)制系統(tǒng)的某線性調(diào)制系統(tǒng)的輸出信噪輸出信噪比為比為20dB20dB，輸出噪聲功率為輸出噪聲功率為1010-9-9WW，由發(fā)射機(jī)輸出端到，由發(fā)射機(jī)輸出端到解調(diào)器輸入之間總的傳輸損耗為解調(diào)器輸入之間總的傳輸損耗為100dB100dB，試，試求：求：（1 1）DSBDSB時(shí)的發(fā)射機(jī)輸出

25、功率；時(shí)的發(fā)射機(jī)輸出功率；（2 2）SSBSSB時(shí)的發(fā)射機(jī)輸出功率。時(shí)的發(fā)射機(jī)輸出功率。解：（解：（1 1）在）在DSBDSB方式中，信噪比增益方式中，信噪比增益G=2G=2，則調(diào)，則調(diào)制器輸入信噪比為制器輸入信噪比為201011105022ioioSSNN同時(shí)，在相干解調(diào)時(shí)同時(shí)，在相干解調(diào)時(shí)944 10ioNNW因此解調(diào)器輸入端的信號(hào)功率因此解調(diào)器輸入端的信號(hào)功率 7502 10iiSNW考慮發(fā)射機(jī)輸出端到解調(diào)器輸入端之間的考慮發(fā)射機(jī)輸出端到解調(diào)器輸入端之間的100dB100dB傳輸損耗，可得發(fā)射機(jī)輸出功率傳輸損耗，可得發(fā)射機(jī)輸出功率 100310102 10oiSSW（2 2）在）在SSB

26、SSB方式中，信噪比增益方式中，信噪比增益G=1,G=1,則調(diào)制器輸入信噪比為則調(diào)制器輸入信噪比為 100ioioSSNN944 10ioNNW 因此，解調(diào)器輸入端的信號(hào)功率因此，解調(diào)器輸入端的信號(hào)功率 7100410iiSNW發(fā)射機(jī)輸出功率發(fā)射機(jī)輸出功率 103104 10oiSSW AM信號(hào)可采用相干解調(diào)和包絡(luò)檢波。相信號(hào)可采用相干解調(diào)和包絡(luò)檢波。相干解調(diào)時(shí)干解調(diào)時(shí)AM系統(tǒng)的性能分析方法與前面雙系統(tǒng)的性能分析方法與前面雙邊帶（或單邊帶）的相同。邊帶（或單邊帶）的相同。 實(shí)際中，實(shí)際中，AM信號(hào)常用簡單的信號(hào)常用簡單的包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法解調(diào)解調(diào)。3.2.3 調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能已調(diào)

27、信號(hào)分析模型分析模型帶通濾波器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)包絡(luò)檢波mo(t)no(t)加性白噪聲窄帶加性白噪聲已調(diào)信號(hào)解調(diào)后的調(diào)制信號(hào)解調(diào)后的噪聲信號(hào)AM包絡(luò)檢波的抗噪聲性能分析模型3.2.3 調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能你能直接寫出來了嗎？2)(2)(2202tmAtsSmiBntmANSii02202)(ttnttntncsccisin)(cos)()(ttmAtscmcos)()(0BntnNii02)(帶通濾波器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)包絡(luò)檢波mo(t)no(t)()()(arctan)(0tntmAtntcs)()()()(220tntntmAtEsc0( )

28、( )( )cos( )sin( )cos( )miccsccstnAm tnttnttE ttt E(t)是理想包絡(luò)檢波器的輸出包絡(luò)檢波是信號(hào)和噪聲的包絡(luò)3.2.3 調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能)()()(220tntntmAsc1. 大信噪比情況(Large signal-to-noise ratio) (Large signal-to-noise ratio) 此時(shí)， 輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度， 即20022( )2( )( )( )( )( )ccsAm tAm t n tE tntnt)()(2)(020tntmAtmAc)()(21)(00tmAtntmAc)()(1)(00tm

29、AtntmAc)()(0tntmAc1,21121xxx3.2.3 調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能 式中直流分量A0被電容器阻隔，有用信號(hào)與噪聲 獨(dú)立地分成兩項(xiàng)獨(dú)立地分成兩項(xiàng) ，因而可分別計(jì)算出輸出有用信號(hào)功率及噪聲功率)(20tmS BntntnNic0220)()(BntmNS0200)(3.2.3 調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能 可見可見: :大信噪比時(shí)，大信噪比時(shí)，AMAM系統(tǒng)的系統(tǒng)的包絡(luò)檢波與相干解調(diào)包絡(luò)檢波與相干解調(diào)抗抗噪聲噪聲性能相同。性能相同。而包絡(luò)檢波電路具有電路簡單的優(yōu)勢。而包絡(luò)檢波電路具有電路簡單的優(yōu)勢。2. 2. 小信噪比小信噪比 (Small signal-to-nois

30、e ratio)(Small signal-to-noise ratio)可見：可見：小信噪比時(shí)小信噪比時(shí)，有用信號(hào)被，有用信號(hào)被“淹沒淹沒”在噪聲中，在噪聲中，無無法正常解調(diào)。法正常解調(diào)。)()()(022tmAtntnsc)()(2)()()()(02220tntmAtntntmAtAcsc即即)()()()()()(02222tmAtntntntntnsccsc不能獨(dú)立地分成兩項(xiàng)不能解調(diào) 3. 3.包絡(luò)檢波的門限效應(yīng)包絡(luò)檢波的門限效應(yīng)（2 2）解決方法解決方法 增大發(fā)射功率，增大發(fā)射功率， 減小信道噪聲，減小信道噪聲， 縮短通信距離等?？s短通信距離等。（1 1）門限效應(yīng)）門限效應(yīng)(Thr

31、eshold effect )(Threshold effect ) 當(dāng)當(dāng)輸入信噪比下降到一個(gè)特定數(shù)值輸入信噪比下降到一個(gè)特定數(shù)值后，檢波器后，檢波器輸出信噪比急劇惡化的現(xiàn)象。輸出信噪比急劇惡化的現(xiàn)象。小信噪比時(shí)存在門限效應(yīng)；小信噪比時(shí)存在門限效應(yīng)；相干解調(diào)不存在門限效應(yīng)；相干解調(diào)不存在門限效應(yīng)；結(jié)論：在大信噪比情況下，包絡(luò)檢波的性能與相干解調(diào)結(jié)論：在大信噪比情況下，包絡(luò)檢波的性能與相干解調(diào)相同；但隨著信噪比的減小，包絡(luò)檢波會(huì)才出現(xiàn)門限效相同；但隨著信噪比的減小，包絡(luò)檢波會(huì)才出現(xiàn)門限效應(yīng)，致使解調(diào)器的輸出信噪比急劇下降。應(yīng)，致使解調(diào)器的輸出信噪比急劇下降。AM信號(hào)包絡(luò)檢波抗噪聲性能的特點(diǎn)：3.

32、2.3 調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能 不僅可以把調(diào)制信號(hào)的信息寄托在載波的幅度變化中，不僅可以把調(diào)制信號(hào)的信息寄托在載波的幅度變化中，還可以寄托在載波的頻率或相位變化中。還可以寄托在載波的頻率或相位變化中。 這種使高頻載波的頻率或相位按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化這種使高頻載波的頻率或相位按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化而而振幅保持恒定的調(diào)制方式振幅保持恒定的調(diào)制方式，稱為頻率調(diào)制（，稱為頻率調(diào)制（FM）和相位）和相位調(diào)制調(diào)制(PM) 。因?yàn)轭l率或相位的變化都可以看成是載波角度因?yàn)轭l率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故調(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為角度調(diào)制的變化，故調(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為角度調(diào)制。 3.3 非線性調(diào)制（角調(diào)

33、制）的原理幅度調(diào)制 角度調(diào)制與線性調(diào)制不同，已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制非線性調(diào)制。 由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之間存在密切的關(guān)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻頻。 3.3 非線性調(diào)制（角調(diào)制）的原理3.3 3.3 非線性調(diào)制的原理非線性調(diào)制的原理 一、非線性調(diào)制的原理 (Principle of Nonlinear Modulation)Principle of Nonlinear Modulation) 1.1.頻率調(diào)制頻率調(diào)制（FM : Frequency

34、 ModulationFM : Frequency Modulation）)()(tmKtfcdttmKttfc)()()(cos)(0dttmKtAtsfcFM積分瞬時(shí)頻偏隨調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)頻偏隨調(diào)制信號(hào)m(t)m(t)成比例變化成比例變化2.2.相位調(diào)制相位調(diào)制（PM : Phase ModulationPM : Phase Modulation）)()(tmKttPc)(cos)(0tmKtAtspcPMmmmmffAKmsincos)(0tmtAtsmfcFMmfmfmfmAKftAtmmmcos)(當(dāng)當(dāng)調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù)瞬時(shí)相偏隨調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)相偏隨調(diào)制信號(hào)m(t)m(t)成比例變化成比例變

35、化由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之間存在密切的關(guān)系，即間存在密切的關(guān)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻。 tfcFMmKtAtsd)(cos)()()(tmKtmfo 由于調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率正比于調(diào)制信號(hào)的幅由于調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率正比于調(diào)制信號(hào)的幅度，度， 因而因而調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)器必須能產(chǎn)生正比于輸入調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)器必須能產(chǎn)生正比于輸入頻率的輸出電壓頻率的輸出電壓。調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)二、二、FMFM非相干解調(diào)非相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能分析系統(tǒng)的抗噪聲性能分析1.1.分析模型分析模型 (Analysis Mo

36、del)(Analysis Model)(cos)(0dttmKtAtsfcFM已知鑒頻器鑒頻器2.2.輸入信噪比分析輸入信噪比分析2002iiFMSANn B)(cos)(0dttmktAtsfcFM2)(S202AtsFMiFMiiBntn02)(N而3.3.輸出信噪比分析輸出信噪比分析ttnttndttmKtAtntscsccfciisin)(cos)()(cos)()(0)(cos)()(cos)()(cos0tttBtttVttAccc鑒頻器輸入端合成信號(hào)：鑒頻器輸入端合成信號(hào)：鑒頻輸出鑒頻輸出: :11( )( )( )2kodtutk f tdt011cos( )coscAtta

37、22( )cos( )coscV ttta( )cos( )coscB ttta令令(1) (1) 大信噪比大信噪比情況情況 )(0tVA dttdnAdttddttdtuso)(21)(21)(21)(0則：則：)(21)(210tnAtmKsf可證：可證：0)()()(Atntts輸出信號(hào)功率0S)(4)(2222tmKtsSfoo輸出噪聲功率oN可證：可證：2)(202FMonBfAfnfPo)(21)(0tnAtnso可見：可見： 鑒頻器輸出噪聲功率譜為拋物線分布，并隨著輸出頻鑒頻器輸出噪聲功率譜為拋物線分布，并隨著輸出頻率增加而平方地增大。率增加而平方地增大。2)(202FMonBf

38、AfnfPomonffAfnfPo202)(203032)(AfndffPNmoffnmmo經(jīng)經(jīng)LPFLPF后：后：輸出信噪比單音調(diào)頻時(shí)的00SN和和FMG則則22202303( )8foomA K mtSNn ftAtmmmcos)(設(shè)設(shè)mmfmmffmAfmAmKAtm221)(22mfoofnAmNS0202223可見：可見：大信噪比時(shí)，加大調(diào)頻指數(shù)，可以迅速改善寬帶調(diào)大信噪比時(shí)，加大調(diào)頻指數(shù)，可以迅速改善寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能。頻系統(tǒng)的抗噪聲性能。例如：FM 廣播mfFMfmnABnA) 1(222NS020020ii) 1(32ffFMmmG。，4505FMfGm（2）小信噪比時(shí)0

39、( )( )sin( )( )( )AttttV t可見，可見，鑒頻器不能正常解調(diào)，出現(xiàn)門限效應(yīng)。鑒頻器不能正常解調(diào)，出現(xiàn)門限效應(yīng)。)(0tVA 4.4.門限效應(yīng)門限效應(yīng)(Threshold Effect(Threshold Effect)（1 1）現(xiàn)象（只發(fā)送載波時(shí)）現(xiàn)象（只發(fā)送載波時(shí)） 大信噪比：起伏噪聲，沙沙聲音。大信噪比：起伏噪聲，沙沙聲音。 小信噪比：脈沖噪聲，喀喇聲音。小信噪比：脈沖噪聲，喀喇聲音。6050403020100051015202010743FM2( )FM / dBSiNi( )FM / dBS0N0m mf f不同，門限值不同。不同，門限值不同。m mf f越大，門

40、限越大，門限點(diǎn)點(diǎn)(S(Si i/N/Ni i) )b b越高。越高。(S(Si i/N/Ni i) )FMFM(S(Si i/N/Ni i) )b b時(shí)，時(shí)，(S(So o/N/No o) )FMFM與與(S(Si i/N/Ni i) )FMFM呈線性關(guān)系，呈線性關(guān)系，且且m mf f越大，輸出信噪比的改善越明顯。越大，輸出信噪比的改善越明顯。(S(Si i/N/Ni i) )FMFM(S(Si i/N/Ni i) )b b時(shí)，時(shí)，(S(So o/N/No o) )FMFM將隨將隨(S(Si i/N/Ni i) )FMFM的下降而急劇下降。且的下降而急劇下降。且m mf f越越大，大，(S(S

41、o o/N/No o) )FMFM下降得越快，甚至比下降得越快，甚至比DSBDSB或或SSBSSB更差。更差。 非相干解調(diào)的門限效應(yīng)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Si/Ni)b1.去加重鑒頻鑒頻去加重去加重sFM(t)H(f)m(t)噪聲功率譜噪聲功率譜三、改善調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能方法加重技術(shù)三、改善調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能方法加重技術(shù)2.預(yù)加重預(yù)加重預(yù)加重FMm(t)H(f)sFM(t)加重技術(shù)可使輸出信噪比提高加重技術(shù)可使輸出信噪比提高13dB13dB左右。左右。3.4 3.4 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較一、抗噪聲性能比較可見：可見：1.1.從抗噪聲性能看從抗噪聲性能看,FM,FM系

42、統(tǒng)性能最好，系統(tǒng)性能最好，AMAM系統(tǒng)最差。系統(tǒng)最差。2.2.從頻帶利用率看，從頻帶利用率看，SSBSSB系統(tǒng)是最佳的。系統(tǒng)是最佳的。二、頻帶利用率比較mDSBAMfBB2mSSBfBmfFMfmB)1(2調(diào)制調(diào)制方式方式信號(hào)帶寬信號(hào)帶寬優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)主要應(yīng)用主要應(yīng)用DSB功率利用率高功率利用率高接收要同步解接收要同步解調(diào)，設(shè)備復(fù)雜調(diào)，設(shè)備復(fù)雜較少應(yīng)用較少應(yīng)用SSB抗干擾能力較高抗干擾能力較高頻帶利用率高頻帶利用率高發(fā)送、接收設(shè)發(fā)送、接收設(shè)備復(fù)雜備復(fù)雜短波無線電廣播，短波無線電廣播，話音頻分多路話音頻分多路VSB略大于略大于 近似近似SSB抗干擾能力較高抗干擾能力較高頻帶利用率高頻帶利用率高

43、接收要同步解接收要同步解調(diào)，設(shè)備復(fù)雜調(diào)，設(shè)備復(fù)雜商用電視廣播商用電視廣播AM接收機(jī)簡單接收機(jī)簡單功率利用率低功率利用率低抗干擾能力差抗干擾能力差中短波無線電廣播中短波無線電廣播FM抗干擾能力高抗干擾能力高抗快衰落能力強(qiáng)抗快衰落能力強(qiáng)頻帶利用率低頻帶利用率低超短波小功率電臺(tái)，超短波小功率電臺(tái)，微波中繼，調(diào)頻立微波中繼，調(diào)頻立體聲廣播，衛(wèi)星通體聲廣播，衛(wèi)星通信信mffm) 1( 2mfmiffnSm0223mifnS031mifnS0mfooNSmf2mifnS0mf2三、模擬調(diào)制系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用三、模擬調(diào)制系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用 3.5 3.5 頻分復(fù)用頻分復(fù)用 （FDM: Frequency-div

44、ision multiplexingFDM: Frequency-division multiplexing）2.FDM 2.FDM 組成框圖組成框圖一、一、FDM FDM 原理原理 1.1.概念概念 采用采用頻率分割頻率分割的方法，將的方法，將若干個(gè)相互獨(dú)立的若干個(gè)相互獨(dú)立的信號(hào)信號(hào)復(fù)復(fù)合在同一個(gè)信道合在同一個(gè)信道中，同時(shí)傳送到接收端的技術(shù)。中，同時(shí)傳送到接收端的技術(shù)。3.頻分復(fù)用中的串?dāng)_(Crosstalk(Crosstalk）問題及解決措施 4.4.用途用途 FDMFDM廣泛用于長途載波電話、立體聲調(diào)頻、電視廣播和廣泛用于長途載波電話、立體聲調(diào)頻、電視廣播和空間遙測等?？臻g遙測等。串?dāng)_串

45、擾：FDMFDM主要問題是各路信號(hào)之間的相互干擾。主要問題是各路信號(hào)之間的相互干擾。解決措施解決措施： （1 1）發(fā)送端帶通限帶）發(fā)送端帶通限帶（2 2）對系統(tǒng)線性度要求很高）對系統(tǒng)線性度要求很高（3 3）合理選擇副載波頻率）合理選擇副載波頻率12,.,cccnfff（相鄰信號(hào)間留有一定防護(hù)頻帶相鄰信號(hào)間留有一定防護(hù)頻帶） 在多路載波電話中采用單邊帶調(diào)制頻分復(fù)用，主要在多路載波電話中采用單邊帶調(diào)制頻分復(fù)用，主要是為了最大限度地節(jié)省傳輸頻帶。每路電話信號(hào)限帶于是為了最大限度地節(jié)省傳輸頻帶。每路電話信號(hào)限帶于300-3400Hz,300-3400Hz,單邊帶調(diào)制后其帶寬與調(diào)制信號(hào)相同。為了單邊帶調(diào)

46、制后其帶寬與調(diào)制信號(hào)相同。為了在鄰路已調(diào)信號(hào)間留有保護(hù)頻帶，以便濾波器有可實(shí)現(xiàn)在鄰路已調(diào)信號(hào)間留有保護(hù)頻帶，以便濾波器有可實(shí)現(xiàn)的過渡帶，的過渡帶，通常每路話音信號(hào)取通常每路話音信號(hào)取4kHz4kHz作為標(biāo)準(zhǔn)頻帶。作為標(biāo)準(zhǔn)頻帶。FBffc1fcn保護(hù)頻帶信道帶寬信號(hào)帶寬:f:F:B例：例：M M路具有路具有f fm m最高頻率的信號(hào)進(jìn)行頻分復(fù)用，并采用最高頻率的信號(hào)進(jìn)行頻分復(fù)用，并采用單邊帶調(diào)制，鄰路間保持單邊帶調(diào)制，鄰路間保持0.25f0.25fm m的防護(hù)頻帶，試求整個(gè)的防護(hù)頻帶，試求整個(gè)信號(hào)頻帶寬度應(yīng)為多少？信號(hào)頻帶寬度應(yīng)為多少？解：解：51(1)0.2544mmmmBMfMff Mf二、

47、載波電話系統(tǒng)二、載波電話系統(tǒng)(Carrier Telephone System)(Carrier Telephone System)多路載波電路分群等級(jí)多路載波電路分群等級(jí)分群等級(jí)分群等級(jí)容量容量 (路數(shù)路數(shù))帶寬帶寬 (KHZ)基本頻帶基本頻帶 (KHZ)基群基群超群超群基本主群基本主群基本超主群基本超主群12MHZ系統(tǒng)系統(tǒng)60MHZ系統(tǒng)系統(tǒng)605 12300560900330027003900108001290012482401200360010.8MHZ43.2MHZ60 108312 552812 20448516 1238812路基群信號(hào)的頻譜形成過程路基群信號(hào)的頻譜形成過程4個(gè)前群

48、個(gè)前群SSBSSB調(diào)制調(diào)制FMFM調(diào)制調(diào)制三、立體聲廣播三、立體聲廣播(Stereo broadcasting)(Stereo broadcasting)DSB19kHz導(dǎo)頻導(dǎo)頻L+RFDM信號(hào)信號(hào)FDM信號(hào)信號(hào)L+RDSB-SCL-R19kHz導(dǎo)頻導(dǎo)頻38kHz載頻載頻 ttmttmtsccSSBsincosmmmmmffffffnfP02)(一、某模擬通信系統(tǒng)接收機(jī)輸入端的接收信號(hào)為：其中m(t)的功率譜密度為: 設(shè)信道噪聲雙邊功率譜密度Pn (f)=n0/2。（1）試畫出發(fā)送端產(chǎn)生該信號(hào)的原理框圖；（2）試畫出接收端對該信號(hào)解調(diào)的原理框圖；（3）求解調(diào)器的輸入信噪比；（4）求解調(diào)器的輸出

49、信噪比。 二、設(shè)所需傳輸?shù)膯我粽{(diào)制信號(hào)為Amcos2fmt，其中fm=15KHz，先用載頻fc=38KHz的載波進(jìn)行SSB-SC調(diào)制，并取下邊帶；然后再進(jìn)行調(diào)頻，形成SSB/FM的發(fā)送信號(hào)。已知調(diào)頻信號(hào)的幅度為2V，調(diào)頻信號(hào)的帶寬為184KHz，信道加性高斯白噪聲單邊功率譜密度n0=410-7W/Hz，載波載頻為100MHz。試求：（1）單邊帶的數(shù)學(xué)表示式（下邊帶）；（2）發(fā)送信號(hào)調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式；（3） 鑒頻器輸入信噪比和輸出信噪比（忽略信道衰減）；三、某頻分多路復(fù)用系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)為： tiiiiiFmdtttfttfKtAts01210sincoscos（1）已知fi(t)是需傳輸?shù)牡趇路基帶信號(hào)，試畫出S