1、现代通信原理,吉林大学远程教育学院,第4章 模拟调制系统,主 要 内 容,4.6 调频信号的抗噪声性能,4.5 角度调制,4.3 单边带与残留边带调制,4.2 调幅与双边带调制,4.1 引言,4.8 频分复用及应用实例,4.4 幅度调制系统的抗噪声性能,4.7 各种模拟调制系统的比较,4.1 引 言,调制：用欲传输的原始信号m(t)去控制高频载波或周期性脉冲信号的某一参量，使它随m(t)线性变化。,模拟通信系统的模型：,调制的目的：实现信源频谱与信道频带的匹配。,载波,调制器的模型：,调制的分类(1),调制器的模型：,矩形周期脉冲,单频正弦波,调制的分类(2),按调制器的功能：,按调制器的传递
2、函数：,线性调制：调制前、调制后的频谱呈线性搬移关系。 非线性调制：调制前、调制后的频谱不是线性搬移关系，产生出新的频率成分。,幅度调制：载波的幅度随调制信号m(t)线性变化。,设正弦型载波为：,幅度调制的一般模型,不同的h(t),可得到不同的幅度调制信号,4.2 调幅（AM）与双边带（DSB）调制,版权所有赵蓉,4.2.1.AM信号的时间表达式和时间波形,特点：包络随 线性变化。,过调制,包络检波不失真条件：,定义：调幅指数（百分调制度）,工程中取 0.3-0.8。,频谱表达式为：,4.2.2 AM信号的频谱表示式和频谱图,USB,LSB,带宽,4.2.3 AM信号的功率分配与调制效率,讨论
3、在1电阻上的平均功率应等于sAM(t)的均方值,载波功率,边带功率,定义调制效率,注意：不携带消息,其中：,例题,调制效率最高的是幅度为A的方波，此时调制效率为50%。,设调制信号为单音信号 ，求调制效率。,（设载波幅度为A）,解,4.2.4 AM信号的解调,解调方式：相干解调和非相干解调,重点：非相干解调（包络检波）,优点：结构简单，实现容易。 解调简单包络检波缺点：调制效率低，单音最高为1/3。应用：广播（一发多收）,4.2.5 双边带调制（抑制载波的双边带调制DSB-SC）,1.DSB信号的时间表达式和时间波形,数学模型,频谱表达式为：,2.DSB信号的频谱表示式和频谱图,USB,LSB
4、,带宽,调制效率：100%,3.DSB信号的相干解调（1）,4.同步误差的影响,4.3 单边带与残留边带调制,4.3.1 单边带调制,概念：只传输一个边带的调制方式称单边带调制。,下边带的表达式：,上边带的表达式：,1.单边带调制（SSB）信号的时间表达式,(1)滤波法,SSB信号的滤波法产生,2.单边带调制（SSB）信号的产生,多级滤波法产生SSB信号,3.SSB信号的相干解调,4.3.2 残留边带（VSB）调制,1.VSB的一般概念 是介于SSB和DSB之间的一个折中方案。 在这种调制中，一个边带绝大部分被发送，而另一个 边带只发送残留的一小部分。,DSB、SSB和VSB信号的频谱,DSB
5、,SSB,VSB,带宽,2.对VSB滤波器的要求,残留边带滤波器传递函数在载频处具有互补对称特性,残留边带滤波器传递函数在载频处具有互补对称特性,（a）下边带残留的上边带滤波器特性,（b）上边带残留的下边带滤波器特性,4.4 幅度调制系统的抗噪声性能,4.4.0分析模型4.4.1相干解调DSB系统的抗噪声性能4.4.2 相干解调SSB系统的抗噪声性能4.4.3 相干解调AM系统的抗噪声性能 非相干解调AM系统的抗噪声性能,4.4.0 分析模型,若白噪声的双边功率谱密度为n0/2,B 带通滤波器的带宽（应等于已调信号的带宽）,分析内容,调制制度增益,4.4.1相干解调DSB系统的抗噪声性能(1）
6、,4.4.1相干解调DSB系统的抗噪声性能(2）,4.4.1相干解调DSB系统的抗噪声性能(3）,4.4.2相干解调SSB系统的抗噪声性能（1）,4.4.2 相干解调SSB系统的抗噪声性能(2),解调器输出信噪比,3.调制制度增益,低通滤波器输出信号,输出信号平均功率,输出噪声平均功率,2.解调器输出信噪比,4.4.3AM系统的抗噪声性能(1）,1.解调器输入信噪比,1.相干解调AM系统的抗噪声性能,4.4.3AM系统的抗噪声性能(2）,4.4.3 AM系统的抗噪声性能(3）,对于100%的单音调制,调制制度增益,2. AM 包络检波的抗噪声性能,输入信噪比,（1）有噪声背景的方框图,4.4.
7、3 AM系统的抗噪声性能(4）,4.4.3 AM系统的抗噪声性能(5）,（1）大信噪比情况,输入信号幅度远大于噪声幅度,（1）大信噪比情况,输出信噪比,调制制度增益,（2）小信噪比情况,噪声幅度远大于输入信号幅度,噪声,有用信号m(t)被噪声扰乱，致使m(t)cos(t)也只能看作是噪声,出现门限效应。,门限,门限效应：当解调器的输入信噪比降低到一个特定的数值后，输出信噪比出现急剧恶化的一种现象，该特定的输入信噪比就被称为“门限”。,例题 设高斯白噪声的双边功率谱密度 传输SSB信号，调制信号的上限频率为5KHz，载频为100KHz，已调信号功率为10KW，试求：（1）解调器的输入信噪比；（2
8、）解调器的输出信噪比；（3）若已调信号的功率为20KW，则解调器的输出信噪比为多少？,解：,4-27,解：,（1）,考虑信道衰减,（2）,考虑信道衰减,4.5 非线性调制（角度调制）原理,非线性调制：已调信号的频谱不是原调制信号频谱线性搬 移，产生出新的频率成分。,角度调制的优点： 1）抗干扰性强； 2）实现和解调都较简单缺点： 频带利用率低（有效性低）。,4.5.1 角度调制的基本概念,角度调制信号的一般表达式为,随m(t)变化称角度调制,瞬时相位,瞬时角频率,瞬时相位偏移,瞬时角频率偏移,瞬时相位和瞬时角频率的关系,1.相位调制（PM）,概念：瞬时相位偏移随调制信号m(t)线性变化的调制方
9、式。,瞬时相位偏移,瞬时相位,调相灵敏度（rad/V),瞬时角频率,最大相位偏移,最大角频率偏移,2.频率调制（PM）,概念：瞬时频率偏移随调制信号m(t)线性变化的调制方式。,瞬时相位,调频灵敏度（rad/sV）),最大相位偏移,最大角频率偏移,瞬时角频率,版权所有赵蓉,3.时间波形,频率随m(t)线性变化,频率随m (t)线性变化,4.调频信号与调相信号的关系,4.5.2 窄带调频（NBFM）,4.窄带调频信号的产生,4.窄带调频信号的解调（相干解调）,LPF输出,解调过程,微分后输出,滤掉,滤掉,4.5.3 宽带调频（WBFM）,单频调制时宽带调频信号的时域表达式； 优点：方便求频谱。
10、单频调制时的频谱和带宽； 任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽 。,1.概念,2.讨论问题：,3.数学准备 n 阶第一类贝塞尔函数 Jn（x),计算,2.查曲线,3.查表,4.单音调制时宽带调频信号,展开,得,含有无穷多个频谱分量,宽带调频信号的频谱：,5.宽带调频信号的频谱和带宽,调频信号的频谱包含无穷多个频率分量，理论带宽为无限宽。各次边频幅度随着n的增大而减小，取适当的n值，边频分量可以小到能忽略的程度，因此调频信号的带宽就是有限的。,适用于m(t)为单音信号或限带信号,卡森公式,NBFM的带宽,大指数WBFM的带宽,卡森公式是忽略了小于未调载波幅度10的边频之后得到的。,4.5.4 宽
11、带调频信号的产生和解调,一、产生,.直接调频,2. 间接调频间接法又称倍频法，它是由窄带调频通过倍频产生宽带调频信号的方法。,间接产生WBFM的框图（阿姆斯特朗法）,倍频器,倍频器,二、宽带调频信号的解调,4.6 宽带调频系统的抗噪声性能,FM信号的非相干解调分析模型,4.6.1 输入信噪比,输入信噪比,输入信号功率,输入噪声功率,4.6.2 输出信噪比,输出信号功率：,输出噪声功率：,输出信噪比：,小信噪比情况下，即 ，可得,4.6.3 小信噪比时的门限效应,解调器输出端不存在单独的有用信号项，信号被噪声扰乱，因而输出信噪比急剧恶化，也称之为门限效应。,DSB相干解调,解：,解：,例,AM
12、=1,各种模拟调制系统的性能曲线,对于DSB系统,对于SSB系统,对于AM系统,对于FM系统:,4.7 各种模拟调制系统的抗噪声性能比较,m(t)单音,4.8 频分复用及应用实例,复用：将若干个彼此独立的信号同时在一条信道上传输.,4.8.1频分复用,复用方法：频分复用(FDM)：按频率区分信号时分复用(TDM)：按时间区分信号,频分复用的频谱,以SSB（取上边带）为例讨论频分复用的原理,频分复用原理框图,4.8.2 应用举例,立体声广播信号的频谱,1.调频立体声广播,供电台内部联络通信及广告节目使用。,立体声广播接收端结构,本 章 小 结,1.调制的概念、功能与分类；2.各种幅度调制系统的时域、频域及抗噪声性能 分析；3.频率调制和相位调制的基本概念；4.频率调制系统的抗噪声性能分析；5.各种模拟调制系统的性能比较；6.频分复用的概念与应用。,Thank You !,
