第5章模擬調制系統(tǒng)1OK

5.1引言5.2幅度調制原理及抗噪聲性能5.3非線性調制原理及抗噪聲性能5.4各種模擬調制系統(tǒng)的性能比較5.5頻分復用5.6復合調制及多級調制第5章模擬調制系統(tǒng)2/6/20231第四章模擬調制系統(tǒng)調制的研究對象問題：

為什么要對信號進行調制？什么是調制？2/6/20232第四章模擬調制系統(tǒng)調制的概念調制：就是將基帶信號進行各種變換后，使信號轉換成適合在信道中傳輸形式的過程。其中包括調制映射，頻率搬移等等。頻率搬移2/6/20233第四章模擬調制系統(tǒng)調制的目的：提高無線通信時的天線輻射效率。傳輸頻率：3kHz，天線高度：25km傳輸頻率：

900MHz，天線高度：8cm把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現信道的多路復用，提高信道利用率。擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實現傳輸帶寬與信噪比之間的互換。2/6/20234第四章模擬調制系統(tǒng)調制分類調制信號：指來自信源的基帶信號

載波信號：未受調制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已調信號：載波受調制后稱為已調信號。解調（檢波）：調制的逆過程，其作用是將已調信號中的調制信號恢復出來。幅度調制頻率調制相位調制線性調制非線性調制2/6/20235第四章模擬調制系統(tǒng)5.2幅度調制原理及抗噪聲性能5.2.1幅度調制原理5.2.2線性調制系統(tǒng)的抗噪聲性能2/6/20236第四章模擬調制系統(tǒng)圖5–1線性調制的一般模型

5.2.1幅度調制的原理2/6/20237第四章模擬調制系統(tǒng)

5.2.1幅度調制的原理幅度調制是用調制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調制信號的規(guī)律而變化的過程。已調信號的時域和頻域一般表示式為Sm(t)=[m(t)cosωct］*h(t)Sm(ω)=［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］H(ω)2/6/20238第四章模擬調制系統(tǒng)HPF：高通濾波器LPF：低通濾波器BPF：帶通濾波器

DSB：doubleside-band，雙邊帶調制SSB：singleside-band，單邊帶調制USB：upperside-band，上邊帶調制LSB：lowerside-band，下邊帶調制VSB:vestigialside-band，殘留邊帶調制2/6/20239第四章模擬調制系統(tǒng)AM調制器模型1、調幅(AM)信號2/6/202310第四章模擬調制系統(tǒng)sAM(t)=［A0+m(t)］cosωct=A0cosωct+m(t)cosωctSAM(ω)=πA0［δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)］+［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］

2/6/202311第四章模擬調制系統(tǒng)AM信號的波形和頻譜BAM=2fH2/6/202312第四章模擬調制系統(tǒng)

調幅信號的平均功率為：功率特性分析常規(guī)調幅信號的功率由載波功率Pc和邊帶功率Pf組成；邊帶功率與調制信號有關，是有用功率：載波功率？？因為2/6/202313第四章模擬調制系統(tǒng)

調制效率：邊帶功率與總功率之比，即：當時，有：此時：若，調制效率最大值為1/3。常規(guī)調幅調制效率低，載波分量不攜帶信息卻占用大部分功率！

改進方案----抑制載波雙邊帶調制2/6/202314第四章模擬調制系統(tǒng)AM小結優(yōu)點：結構簡單，實現容易。缺點：功率效率非常低，最大為1/3頻譜效率也不高，為信號最高頻率的2倍。應用：中短波段AM廣播。2/6/202315第四章模擬調制系統(tǒng)思路：AM信號，載波分量占據了大部分功率，又不包含信息，造成功率浪費，可去除直流部分。原理：調制信號m(t)沒有直流分量時，得到DSB信號。頻譜：兩個邊帶包含相同的信息。2、抑制載波雙邊帶調制（DSB-SC）2/6/202316第四章模擬調制系統(tǒng)DSB信號的波形和頻譜

2/6/202317第四章模擬調制系統(tǒng)DSB小結

優(yōu)點：功率利用率較高（與AM相比）。缺點：解調復雜。DSB信號不能采用簡單的包絡檢波來恢復調制信號，需采用相干解調。節(jié)省了載波功率，但頻帶與AM信號同，是調制信號帶寬的2倍。

應用：FM立體聲中的差信號調制，彩色TV系統(tǒng)中的色差信號調制，以及正交調制等。2/6/202318第四章模擬調制系統(tǒng)3、單邊帶調制(SSB)原理：

思路：DSB信號中，調制形成的兩個邊帶互為對稱，很自然的想到只傳輸一個邊帶，這就是SSB.原理：2/6/202319第四章模擬調制系統(tǒng)表示式：濾波器：

頻域表示FLASH演示2/6/202320第四章模擬調制系統(tǒng)單邊帶信號時域表達式時域關系：濾波器：2/6/202321第四章模擬調制系統(tǒng)3、單邊帶調制(SSB)（1）用濾波法形成單邊帶信號產生SSB信號最直觀的方法是讓雙邊帶信號通過一個邊帶濾波器，保留所需要的一個邊帶，濾除不要的邊帶。用濾波法形成SSB信號的技術難點在于濾波器的設計和制作有困難。（2）用相移法形成單邊帶信號相移法形成SSB信號的技術難點在于寬帶相移網絡的制作2/6/202322第四章模擬調制系統(tǒng)形成SSB信號的濾波特性

2/6/202323第四章模擬調制系統(tǒng)

相移法形成SSB信號設調制信號為：載波信號為：則DSB信號為：上邊帶信號為：下邊帶信號為：2/6/202324第四章模擬調制系統(tǒng)相移法形成單邊帶信號2/6/202325第四章模擬調制系統(tǒng)小結優(yōu)點：調制前后帶寬保持不變（與調制信號相同）。缺點：信號產生及其解調復雜。應用：

長途（載波）電話。2/6/202326第四章模擬調制系統(tǒng)

綜上所述：SSB調制方式在傳輸信號時，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，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成為短波通信中的一種重要調制方式。SSB信號的解調和DSB一樣不能采用簡單的包絡檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調信號，它的包絡不能直接反映調制信號的變化，所以仍需采用相干解調。2/6/202327第四章模擬調制系統(tǒng)

4、殘留邊帶調制(VSB)思路：AM和DSB信號的帶寬是原信號的兩倍，而SSB調制系統(tǒng)實現較困難，因此提出了一種介于DSB和SSB之間的調制方式VSB。原理：2/6/202328第四章模擬調制系統(tǒng)頻域表示FLASH演示2)]()()[(1)()()()(CCVSBVSBVSBDSBVSBFFHSthtStSwwwwww++-=*=2/6/202329第四章模擬調制系統(tǒng)解調采用相干解調解調不失真條件：

要求濾波器特性滿足互補對稱性。2/6/202330第四章模擬調制系統(tǒng)殘留邊帶濾波器的傳輸特性2/6/202331第四章模擬調制系統(tǒng)

殘留邊帶濾波器的幾何解釋2/6/202332第四章模擬調制系統(tǒng)滿足互補對稱特性的滾降形狀并不是唯一的，目前應用最多的是直線滾降和余弦滾降。它們分別在電視信號傳輸和數據信號傳輸中得到應用。2/6/202333第四章模擬調制系統(tǒng)說明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，則采用同步解調法解調殘留邊帶信號就能準確地恢復所需的基帶信號。殘留邊帶濾波器的截止特性具有很大的選擇自由度。但有選擇自由度并不意味著對“陡峭程度”就沒有制約了。殘留邊帶信號的帶寬與濾波器的實現之間存在著矛盾，在實際中，需要恰當處理。

2/6/202334第四章模擬調制系統(tǒng)

5.2.2線性調制系統(tǒng)的抗噪聲性能通信系統(tǒng)的質量指標模擬調制系統(tǒng)的性能評估指標

信噪比增益：說明：本節(jié)要討論的問題是信道存在加性高斯白噪聲時，各種線性調制系統(tǒng)的抗噪聲性能。而抗噪聲能力通常用“信噪比”來度量，即信號的平均功率與噪聲的平均功率之比。2/6/202335第四章模擬調制系統(tǒng)圖5-7解調器抗噪聲性能分析模型5.2.2線性調制系統(tǒng)的抗噪聲性能2/6/202336第四章模擬調制系統(tǒng)帶通濾波器傳輸特性

2/6/202337第四章模擬調制系統(tǒng)2/6/202338第四章模擬調制系統(tǒng)線性調制相干解調的抗噪聲性能分析模型2/6/202339第四章模擬調制系統(tǒng)1、DSB調制系統(tǒng)

經低通濾波器后，輸出信號為解調器輸出端的有用信號功率為2/6/202340第四章模擬調制系統(tǒng)解調DSB時，接收機中的帶通濾波器的中心頻率ω0與調制載頻ωc相同，因此解調器輸入端的噪聲ni(t)可表示為它與相干載波cosωct相乘后，得2/6/202341第四章模擬調制系統(tǒng)

解調器輸入信號：

可得解調器的輸入信噪比為：2/6/202342第四章模擬調制系統(tǒng)

解調器輸出信號：

可得解調器的輸出信噪比為：2/6/202343第四章模擬調制系統(tǒng)

GDSB=2由此可見，DSB信號的解調器使信噪比改善一倍。這是因為采用同步解調，使輸入噪聲中的一個正交分量ns(t)被消除的緣故。

2/6/202344第四章模擬調制系統(tǒng)

2SSB調制相干解調由于所以有

經低通后輸出為：2/6/202345第四章模擬調制系統(tǒng)

輸出信號功率為：輸出噪聲功率為：輸出信噪比為：輸入信號功率為：輸入噪聲功率為：信噪比增益為：2/6/202346第四章模擬調制系統(tǒng)物理意義分析GSSB=1，解調對信噪比沒有改善。因為在SSB系統(tǒng)中，信號和噪聲有相同表示形式，所以相干解調過程中，信號和噪聲中的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒有改善。2/6/202347第四章模擬調制系統(tǒng)GDSB=2GSSB這能否說明雙邊帶系統(tǒng)的抗噪聲性能比單邊帶系統(tǒng)好呢？回答是否定的。因為在上述討論中，雙邊帶已調信號的平均功率是單邊帶信號的2倍，所以兩者的輸出信噪比是在不同的輸入信號功率情況下得到的。如果我們在同等條件下（相同的輸入信號功率Si，相同輸入噪聲功率譜密度n0，相同基帶信號帶寬fH條件下），對這兩種調制方式進行比較，可以發(fā)現它們的輸出信噪比是相等的。但雙邊帶信號所需的傳輸帶寬是單邊帶的2倍。2/6/202348第四章模擬調制系統(tǒng)

例5-1對雙邊帶信號和單邊帶進行相干解調，接收信號功率為2mW，噪聲雙邊功率譜密度為，調制信號是最高頻率為4kHz的低通信號。(1)比較解調器輸入信噪比；(2)比較解調器輸出信噪比。解：SSB信號的輸入信噪比和輸出信噪比分別為：

DSB信號的輸入信噪比和輸出信噪比分別為：2/6/202349第四章模擬調制系統(tǒng)

輸入信噪比的比較為輸出信噪比的比較為計算結果說明兩種信號的抗噪聲性能一致。2/6/202350第四章模擬調制系統(tǒng)3、AM包絡檢波的抗噪聲性能分析模型2/6/202351第四章模擬調制系統(tǒng)

2/6/202352第四章模擬調制系統(tǒng)（1）大信噪比情況2/6/202353第四章模擬調制系統(tǒng)這里利用了近似公式

式中直流分量A0被電容器阻隔，有用信號與噪聲獨立地分成兩項，因而可分別計算出輸出信號功率及噪聲功率比：

2/6/202354第四章模擬調制系統(tǒng)

顯然，AM信號的調制制度增益GAM隨A0的減小而增加。但對包絡檢波器來說,為了不發(fā)生過調制現象,應有A0≥|m(t)|max，所以GAM總是小于1。例如：100%的調制(即A0=|m(t)|max)且m(t)又是正弦型信號時），有

這是AM系統(tǒng)的最大信噪比增益。這說明解調器對輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。

2/6/202355第四章模擬調制系統(tǒng)

可以證明，若采用同步檢波法解調AM信號，則得到的調制制度增益GAM與上式給出的結果相同。由此可見，對于AM調制系統(tǒng)，在大信噪比時，采用包絡檢波器解調時的性能與同步檢波器時的性能幾乎一樣。但應該注意，后者的調制制度增益不受信號與噪聲相對幅度假設條件的限制。2/6/202356第四章模擬調制系統(tǒng)

其中R(t)及θ(t)代表噪聲ni(t)的包絡及相位（2）小信噪比時：2/6/202357第四章模擬調制系統(tǒng)E(t)近似表示為：2/6/202358第四章模擬調制系統(tǒng)

由以上分析可得如下結論：大