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1、现代通信原理吉林大学远程教育学院 主主 要要 内内 容容4.6 调频信号的抗噪声性能调频信号的抗噪声性能4.5 角度调制角度调制4.3 单边带与残留边带调制单边带与残留边带调制4.2 调幅与双边带调制调幅与双边带调制4.1 引言引言4.8 频分复用及应用实例频分复用及应用实例4.4 幅度调制系统的抗噪声性能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各种模拟调制系统的比较 4.1 4.1 引引 言言 调制：调制：用欲传输的原始信号用欲传输的原始信号m(t)去控制高频载波或周去控制高频载波或周期性脉冲信号的某一参量，使它随期性脉冲信号的某一参量，使它随m(t)线性变化。线性变化。模拟通

2、信系统的模型：模拟通信系统的模型：n调制的目的：实现信源频谱与信道频带的匹配。调制器n调制器的模型：调制器的模型：调制的分类(1)调制器n调制器的模型：调制器的模型：连续波调制：连续波调制：s(t)为连续波为连续波形形脉冲调制：脉冲调制：s(t)为脉冲波形为脉冲波形矩形周期脉冲单频正弦波 调制的分类(2)n按调制器的功能：按调制器的功能：n按调制器的传递函数：按调制器的传递函数：n 线性调制：调制前、调制后的频谱呈线性搬移关系。线性调制：调制前、调制后的频谱呈线性搬移关系。n 非线性调制：非线性调制：调制前、调制后的频谱不是线性搬移关系，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

3、。产生出新的频率成分。幅度调制（幅度调制（AM):AM，DSB,SSB,VSB 频率调制频率调制（FM）:NBFM，WBFM 相位调制（相位调制（PM）:NBPM，WBPM调制器T 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：设正弦型载波为：T 幅度调制的一般模型幅度调制的一般模型不同的不同的h(th(t),),可可得到不同的幅得到不同的幅度调制信号度调制信号 4.2 4.2 调幅调幅（AMAM）与双边带（）与双边带（DSBDSB）调制）调制版权所有版权所有赵蓉赵蓉 4.2.1.AM信号的时间表达式和时间波形信号的时间表达式和时间波形 特点：包络随 线性变化。过调制过调制包

4、络检波不失真条件：包络检波不失真条件：定义：调幅指数（百分调制度）定义：调幅指数（百分调制度）工程中取工程中取 0.3-0.80.3-0.8。频谱表达式为：4.2.2 AM 4.2.2 AM信号的频谱表示式和频谱图信号的频谱表示式和频谱图USBLSB带宽 4.2.3 AM AM信号的功率分配与调制效率信号的功率分配与调制效率v讨论在讨论在1电阻上的平均功率应等于电阻上的平均功率应等于sAM(t)的均方值的均方值 载波功率载波功率边带功率边带功率定义调制效率定义调制效率注意：不携带消息其中：例题例题 调制效率最高的是幅度为调制效率最高的是幅度为A A的方波，此时调制效率为的方波，此时调制效率为5

5、0%50%。设调制信号为单音信号设调制信号为单音信号 ，求调制效率。，求调制效率。（设载波幅度为（设载波幅度为A）4.2.4 4.2.4 AM信号的解调信号的解调 解调方式：相干解调和非相干解调解调方式：相干解调和非相干解调 重点：重点：非相干解调（包络检波）非相干解调（包络检波）包络检波包络检波包络检波包络检波v优点：结构简单，实现容易。优点：结构简单，实现容易。解调简单解调简单包络检波包络检波v缺点：调制效率低，单音最高为缺点：调制效率低，单音最高为1/31/3。v应用：广播（一发多收）应用：广播（一发多收）4.2.5 4.2.5 双边带调制（抑制载波的双边带调制双边带调制（抑制载波的双边

6、带调制DSB-SCDSB-SC）1.DSB信号的时间表达式和时间波形信号的时间表达式和时间波形数学模型数学模型 频谱表达式为：2.DSB 2.DSB信号的频谱表示式和频谱图信号的频谱表示式和频谱图USBLSB带宽 3.DSB 3.DSB信号的相干解调（信号的相干解调（1 1）4.4.同步误差的影响同步误差的影响 4.3 4.3 单边带与残留边带调制单边带与残留边带调制 4.3.1 4.3.1 单边带调制单边带调制 概念：只传输一个边带的调制方式称只传输一个边带的调制方式称单边带调制单边带调制。下边带的表达式：下边带的表达式：上边带的表达式：上边带的表达式：1.1.单边带调制（单边带调制（SSB

7、SSB）信号的时间表达式）信号的时间表达式 (1)滤波法滤波法 SSB信号的滤波法产生信号的滤波法产生 2.2.单边带调制（单边带调制（SSBSSB）信号的产生）信号的产生多级滤波法产生多级滤波法产生SSB信号信号 3.SSB 3.SSB信号的相干解调信号的相干解调4.3.2 4.3.2 残留边带（残留边带（VSBVSB）调制）调制 1.VSB的一般概念的一般概念 是介于是介于SSB和和DSB之间的一个折中方案。之间的一个折中方案。在在这这种种调调制制中中，一一个个边边带带绝绝大大部部分分被被发发送送，而而另另一一个个 边带只发送残留的一小部分。边带只发送残留的一小部分。DSB、SSB和和VS

8、B信号的频谱信号的频谱 DSBSSBVSB带宽带宽2.2.对对VSBVSB滤波器的要求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）上边带残留的下边带滤波器特性 4.4 4.4 幅度调制系统的抗噪声性能幅度调制系统的抗噪声性能v4.4.0分析模型v4.4.1相干解调DSB系统的抗噪声性能v4.4.2 相干解调SSB系统的抗噪声性能v4.4.3 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 4.4.0 分析模型分析

9、模型若白噪声的双边功率谱密度为若白噪声的双边功率谱密度为n0/2 B B 带通滤波器的带宽（应等于已调信号的带宽）同相分量正交分量分析内容分析内容调制制度增益调制制度增益4.4.14.4.1相干解调相干解调DSBDSB系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能(1(1）4.4.14.4.1相干解调相干解调DSBDSB系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能(2(2）4.4.14.4.1相干解调相干解调DSBDSB系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能(3(3）4.4.24.4.2相干解调相干解调SSBSSB系统的抗噪声性能（系统的抗噪声性能（1 1）4.4.2 4.4.2 相干解调相干解调SSBSSB系统的抗噪声性能

10、系统的抗噪声性能(2)(2)解调器输出信噪比解调器输出信噪比3.3.调制制度增益调制制度增益低通滤波器输出信号低通滤波器输出信号 输出信号平均功率输出信号平均功率输出噪声平均功率输出噪声平均功率2.2.解调器输出信噪比解调器输出信噪比+带通带通滤波器滤波器低通低通滤波器滤波器)(tn4.4.34.4.3AMAM系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能(1(1）1.1.解调器输入信噪比解调器输入信噪比1.1.相干解调相干解调AMAM系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能4.4.34.4.3AMAM系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能(2(2）4.4.3 AM4.4.3 AM系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能(3(3

11、）对于对于100%100%的单音调制的单音调制,调制制度增益调制制度增益2.AM 2.AM 包络检波的抗噪声性能包络检波的抗噪声性能输入信噪比输入信噪比+带通带通滤波器滤波器包络包络检波器检波器)(tn（1 1）有噪声背景的方框图）有噪声背景的方框图4.4.3 AM4.4.3 AM系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能(4(4）4.4.3 AM4.4.3 AM系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能(5(5）（1 1）大信噪比情况）大信噪比情况v输入信号幅度远大于噪声幅度输入信号幅度远大于噪声幅度 （1 1）大信噪比情况）大信噪比情况输出信噪比输出信噪比调制制度增益调制制度增益（2 2）小信噪比情况）小信噪

12、比情况v噪声幅度远大于输入信号幅度噪声幅度远大于输入信号幅度 噪声有用信号有用信号m m(t t)被噪声扰乱，被噪声扰乱，致使致使m m(t t)cos)cos(t t)也只能也只能看作是噪声看作是噪声 出现门限效应出现门限效应。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）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

13、少？4-27 （1 1）考虑信道衰减（2 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（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 4.5.1 角度调制的基本概念角度调制的基本概念角度调制信号的一般表达式为幅度幅度角度角度幅度恒定幅度恒定随随m(t)变化变化称角度调制称角度调制瞬时相位瞬时相位瞬时角频率瞬时角频率瞬时相位偏移瞬时相位偏移瞬时角频率偏移瞬时角频率偏移瞬时相位和瞬时角频率的关系瞬时相位和瞬时角频率的关系1.1.相位调制（相

14、位调制（PMPM）概念：瞬时相位偏移随调制信号概念：瞬时相位偏移随调制信号m(tm(t)线性变化的调制方式。线性变化的调制方式。瞬时相位偏移瞬时相位偏移瞬时相位瞬时相位调相灵敏度（调相灵敏度（radrad/V)/V)瞬时角频率瞬时角频率最大相位偏移最大相位偏移最最大角大角频率偏移频率偏移 2.2.频率调制（频率调制（PMPM）概念：瞬时频率偏移随调制信号概念：瞬时频率偏移随调制信号m(tm(t)线性变化的调制方式。线性变化的调制方式。瞬时相位瞬时相位调频灵敏度调频灵敏度（rad/srad/sV V）)最大相位偏移最大相位偏移最最大角大角频率偏移频率偏移瞬时角频率瞬时角频率版权所有版权所有赵蓉赵

15、蓉 3.3.时间波形时间波形频率随频率随m(t)线性变化线性变化频率随频率随m(t)线性变化线性变化4.4.调频信号与调相信号的关系调频信号与调相信号的关系 4.5.2 4.5.2 窄带调频（窄带调频（NBFMNBFM）4.4.窄带调频信号的产生窄带调频信号的产生4.4.窄带调频信号的解调（相干解调）窄带调频信号的解调（相干解调）LPFLPF输出输出解调过程解调过程微分后输出微分后输出4.5.3 4.5.3 宽带调频（宽带调频（WBFMWBFM）v单频调制时宽带调频信号的时域表达式；单频调制时宽带调频信号的时域表达式；优点：方便求频谱。优点：方便求频谱。v单频调制时的频谱和带宽；单频调制时的频

16、谱和带宽；v任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽。1.1.概念概念2.2.讨论问题：讨论问题：3.3.数学准备数学准备 n n 阶第一类贝塞尔函数阶第一类贝塞尔函数 JnJn（x)x)x1.1.计算计算2.2.查曲线查曲线3.3.查表查表 4.4.单音调制时宽带调频信号单音调制时宽带调频信号含有无穷多个频谱分量含有无穷多个频谱分量宽带调频信号的频谱：宽带调频信号的频谱：5.5.宽带调频信号的频谱和带宽宽带调频信号的频谱和带宽v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。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。v各次边频幅度随着各次边频

17、幅度随着n的增大而减小，取适当的的增大而减小，取适当的n值，边频分量可以小值，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。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NBFMNBFM的带宽的带宽大指数大指数WBFMWBFM的带宽的带宽卡森公式是忽略了小于未调载波幅度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。的边频之后得到的。4.5.4 宽带调频信号的产生和解调宽带调频信号的产生和解调v一、产生一、产生 v.直接调频直接调频 VCOv 2.间接调频间接调频v间间接接法法又又称称倍倍频频法法，它它是是由由窄窄带带调调频频通通过过倍倍频

18、频产产生生宽宽带带调频信号的方法。调频信号的方法。间接产生间接产生WBFM的框图（阿姆斯特朗法）的框图（阿姆斯特朗法）混频器倍频器倍频器 二、宽带调频信号的解调二、宽带调频信号的解调4.6 宽带调频系统的抗噪声性能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 4.6.1 输入信噪比输入信噪比输入信噪比输入信噪比输入信号功率输入信号功率输入噪声功率输入噪声功率4.6.2 4.6.2 输出信噪比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

19、之为门限效应。门限10dB左右DSB相干解调AM=1 各种模拟调制系统的性能曲线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 4.8 频分复用及应用实例频分复用及应用实例v复用：复用：将若干个彼此独立的信号同时在一条信道上传输.1 1时间时间时间时间频率频率频率频率2 23 34 41 1时间时间时间时间频率频率频率频率2 23 34 41 1v4.8.1频分复用频分复用复用方法：频分复用频分复用(FDM)：按频率区分信号按频率区分信号时分复用时分复用(TDM)：按时间区分信号按时间区分信号 频分复用的频谱频分复用的频谱以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 本本 章章 小小 结结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。