1、 3.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比 3.3 非線性調制原理非線性調制原理 3.4 非線性調制抗噪聲性能非線性調制抗噪聲性能 3.5 角度調制的接收角度調制的接收3.6 預加重和去加重技術預加重和去加重技術第第 3 3 章章 模擬調制系統模擬調制系統第3章 模擬調制系統2學習目標：學習目標：v 線性模擬調制的原理及抗噪聲性能線性模擬調制的原理及抗噪聲性能v 非線性模擬調制的原理及抗噪聲性能非線性模擬調制的原理及抗噪聲性能v 預加重與去加重技術預加重與去加重技術要點：要點：掌握線性調制的原理及系統的抗噪聲性能、掌握線性調制的原理及系

2、統的抗噪聲性能、掌握非線性調制的原理掌握非線性調制的原理; ;了解非線性調制系統抗噪聲了解非線性調制系統抗噪聲性能及預加重與去加重技術。性能及預加重與去加重技術。學習目標及要點學習目標及要點第3章 模擬調制系統33.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.1 調制的概念調制的概念 調制是通信原理中一個十分重要的概念，是一種信號處理技術。無論在模擬通信、數字通信還是數據通信中都扮演著重要角色。 那么為什么要對信號進行調制處理？什么是調制呢？我們先看看下面的例子。第3章 模擬調制系統43.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調話筒擴音機揚聲器 3.1.1 調制的概念調制的概念圖

3、21 擴音示意圖 )(105 . 11020103438mfc第3章 模擬調制系統53.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.1 調制的概念調制的概念n調制過程讓載波的某個參數（或幾個）隨調制信號（原始信號）的變化而變化的過程，稱為調制。 原始（基帶）信號較低頻率分量，不宜無線傳輸。 載體（波）運載基帶信號的載體。 參數（或特征值）載波的隨基帶信號變化的參數。第3章 模擬調制系統63.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.1 調制的概念調制的概念n調制的本質： 基帶信號轉化為適合信道傳輸的頻帶信號； 信道多路復用，提高信道利用率； 增強抗干擾能力；n調制（載體）

4、方式： 形式：模擬；數字 載波選擇：正弦波連續調制 脈沖波脈沖調制第3章 模擬調制系統73.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.2 振幅調制的基本原理振幅調制的基本原理幅度調制器的一般摸型時域，頻域特征AM；DSB；SSB；VSB的形成及解調機理和噪聲分析著重對分析方法的認識第3章 模擬調制系統83.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調)(tU) (tU 3.1.3 普通調幅波的數學表達式及其頻譜普通調幅波的數學表達式及其頻譜q令h(t) = (t) ，調制信號 疊加直流 后與載波相乘，就可形成標準調幅(AM)信號。 載波的振幅受 控制，已調波的包絡按照 的規律線性變

5、化。)(tUcmU第3章 模擬調制系統93.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.3 普通調幅波的數學表達式及其頻譜普通調幅波的數學表達式及其頻譜n單頻信號調制 當調制信號為單一頻率的余弦波時，其數學表達式為：則：其中： 稱為調幅系數FtUtUtumm2coscos)()cos()cos1 ()cos()()(ccacmccacmAMttmUttukUtucmmaaUUkm第3章 模擬調制系統103.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.3 普通調幅波的數學表達式及其頻譜普通調幅波的數學表達式及其頻譜n多頻率分量信號的調制 為分析簡單，令ka=1， ，調制信號為

6、f(t)，其頻譜為F()則調幅信號的時域表達式為：由傅里葉變換關系得到以下傅里葉變換對： f(t) F()0c)cos()()(ttfUtuccmAM第3章 模擬調制系統113.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.3 普通調幅波的數學表達式及其頻譜普通調幅波的數學表達式及其頻譜n多頻率分量信號的調制 所以 的頻域表達式為：)()(21cos)()()(cosccccccmccmFFttfUtU)(tuAM)()(21)()()(cccccmAMFFUS第3章 模擬調制系統123.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調第3章 模擬調制系統13n當滿足條件|f(t)|max

7、Ucm 時，AM信號的包絡與調制信號成正比，所以用包絡檢波的方法很容易恢復出原始的調制信號，否則，將會出現過調幅現象而產生包絡失真。這時不能用包絡檢波器進行解調，因基帶信號被噪聲擾亂這種現象叫“門限效應”；為保證無失真解調，可以采用同步檢波器。AM信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬是基帶信號帶寬fH的兩倍，即BAM=2fH。HHcHcLHAMfffffffB2)()(3.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調第3章 模擬調制系統143.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.3 普通調幅波的數學表達式及其頻譜普通調幅波的數學表達式及其頻譜n調幅波的功率 AM信號平均功率應

8、等于uAM(t)的均方值。當f(t)為確知信號時，uAM(t)的均方值即為其平方的時間平均，假設調制信號f(t)不含直流分量，則可得： ttfUttftUtupccmcccmAMAM222222cos)(2cos)(cos)(fccmAMAMPPtfUtup2)(2)(222載波功率邊帶功率第3章 模擬調制系統153.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調)()(222tfUtfPPcmAMmAM 3.1.3 普通調幅波的數學表達式及其頻譜普通調幅波的數學表達式及其頻譜第3章 模擬調制系統163.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.4 雙邊帶調制（雙邊帶調制（DSB）q

9、 基本思想：抑制不攜帶信息的載波分量的功率，將有效基本思想：抑制不攜帶信息的載波分量的功率，將有效功率用于邊帶傳輸，從而提高調制效率。功率用于邊帶傳輸，從而提高調制效率。1. DSB的時域、頻域及功率的時域、頻域及功率q 令直流信號的令直流信號的Ucm=0 ，得到，得到DSB調制信號的時域和頻域描調制信號的時域和頻域描述述q DSB的全部功率包含在邊帶上，即的全部功率包含在邊帶上，即21( )2DSBfPPftq DSB的調制效率的調制效率1DSB第3章 模擬調制系統173.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.4 雙邊帶調制（雙邊帶調制（DSB）2. DSB調幅波的產生及頻譜

10、分析調幅波的產生及頻譜分析圖23 抑制載波的雙邊帶調幅模型圖 f (t)sDSB(t)cosct第3章 模擬調制系統183.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調第3章 模擬調制系統193.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.4 雙邊帶調制（雙邊帶調制（DSB）1. DSB的波形及其頻譜的波形及其頻譜q 由由DSB的時間波形可知，的時間波形可知，DSB信號的包絡不再與調制信號信號的包絡不再與調制信號的變化規律一致，因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復調的變化規律一致，因而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（同步檢波）。另外，在調制信制信號，需采用相干解調（

11、同步檢波）。另外，在調制信號號 f(t) 的過零點處，高頻載波相位有的過零點處，高頻載波相位有180的突變。的突變。q 由頻譜圖可知，由頻譜圖可知，DSB信號雖然節省了載波功率，功率利用信號雖然節省了載波功率，功率利用率提高了，但它的頻帶寬度仍是調制信號帶寬的兩倍。率提高了，但它的頻帶寬度仍是調制信號帶寬的兩倍。 DSB 信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，它們都攜帶了信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，它們都攜帶了調制信號的全部信息，因此只需要傳輸其中一個邊帶即可。調制信號的全部信息，因此只需要傳輸其中一個邊帶即可。第3章 模擬調制系統203.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1

12、.5 單邊帶調制（單邊帶調制（SSB）q 基本思想：只傳送兩個基本思想：只傳送兩個USB或兩個或兩個LSB，節省一半帶寬，節省一半帶寬，從而提高了信道利用率。同時也更節省了功率。從而提高了信道利用率。同時也更節省了功率。1. SSB的頻譜的頻譜2. 單邊帶信號的產生單邊帶信號的產生q 濾波法產生單邊帶信號濾波法產生單邊帶信號 ： 產生產生SSB信號最直觀的方法是讓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，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。濾除不要的邊帶。 第3章 模擬調制系統213.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調第3

13、章 模擬調制系統223.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.5 單邊帶調制（單邊帶調制（SSB）第3章 模擬調制系統233.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.5 單邊帶調制（單邊帶調制（SSB）q Hd ( )是邊帶濾波器的傳輸函數，以是邊帶濾波器的傳輸函數，以 c為邊界，若具有嚴格為邊界，若具有嚴格的高通特性，則可濾除下邊帶，保留上邊帶。反過來則可的高通特性，則可濾除下邊帶，保留上邊帶。反過來則可濾除上邊帶，保留下邊帶。濾除上邊帶，保留下邊帶。q 用濾波法形成用濾波法形成SSB信號的技術難點是，若調制信號都具有信號的技術難點是，若調制信號都具有豐富的低頻

14、成分，經調制后得到的豐富的低頻成分，經調制后得到的DSB信號的上、下邊帶信號的上、下邊帶之間的間隔很窄，這要求單邊帶濾波器在之間的間隔很窄，這要求單邊帶濾波器在 f0 附近具有陡峭附近具有陡峭的截止特性，這使濾波器的設計和制作變得困難。的截止特性，這使濾波器的設計和制作變得困難。其已調信號表達式其已調信號表達式第3章 模擬調制系統243.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調ttttftsccUSBfsin)(21cos)(21)( 3.1.5 單邊帶調制（單邊帶調制（SSB）3. 單邊帶信號的表達式單邊帶信號的表達式ttttftsccLSBfsin)(21cos)(21)(q 單邊帶調

15、制下邊帶時域表達式為：單邊帶調制下邊帶時域表達式為：q 上邊帶信號的表達式：上邊帶信號的表達式：第3章 模擬調制系統253.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.6 殘留邊帶調制（殘留邊帶調制（VSB）1. VSB的頻譜的頻譜q 殘留邊帶調制是介于殘留邊帶調制是介于SSB與與DSB之間的一種調制方式，它既之間的一種調制方式，它既克服了克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現信號實現上的難題。在上的難題。在VSB中，不是完全抑制一個邊帶（如同中，不是完全抑制一個邊帶（如同SSB中中那樣），而是逐漸切割，使其殘留那樣），而是逐漸切割，使

16、其殘留小部分，如圖所示。小部分，如圖所示。 第3章 模擬調制系統263.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.6 殘留邊帶調制（殘留邊帶調制（VSB）2. VSB信號的產生信號的產生q 用濾波法實現殘留邊帶調制的原理如圖所示。圖中用濾波法實現殘留邊帶調制的原理如圖所示。圖中,濾波器濾波器的特性的特性HVSB( )應按殘留邊帶調制的要求來進行設計。應按殘留邊帶調制的要求來進行設計。 第3章 模擬調制系統273.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.6 殘留邊帶調制（殘留邊帶調制（VSB）2. VSB信號的產生信號的產生q 殘留邊帶信號必須使用相干解調。殘留邊帶信號

17、必須使用相干解調。第3章 模擬調制系統283.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.6 殘留邊帶調制（殘留邊帶調制（VSB）2. VSB濾波器的特性濾波器的特性q 為了保證相干解調的輸出無失真地重現調制信為了保證相干解調的輸出無失真地重現調制信f(t)F( ) ，要求要求VSB濾波器傳輸特性濾波器傳輸特性HVSB( )必須遵循條件：必須遵循條件： HVSB( + c) + HVSB( c) = 常數。常數。q 滿足上述條件的滿足上述條件的HVSB ( ) 的可能形式有兩種：低通濾波器形的可能形式有兩種：低通濾波器形式和帶通（或高通）濾波器形式。式和帶通（或高通）濾波器形式。第3

18、章 模擬調制系統293.1 線性系統的調制與解調線性系統的調制與解調 3.1.7 解調解調q 信號解調的目的信號解調的目的q 信號解調的方法：相干解調和非相干解調信號解調的方法：相干解調和非相干解調第3章 模擬調制系統303.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比 首先解調方框圖，如下：首先解調方框圖，如下： 圖中Sm(t)為已調信號，n(t)為加性高斯白噪聲。 Sm(t)和n(t)首先經過一帶通濾波器，通過全部有用信號，濾除帶外的噪聲。經過帶通濾波器后到達解調器輸入端的信號為Sm(t) 、噪聲為高斯窄帶噪聲ni(t) ，顯然解調器輸入端的噪聲帶寬與已調信號的帶寬是相同的。最后經解調器解

19、調輸出的有用信號為mo(t)，噪聲為no(t)。第3章 模擬調制系統31高斯窄帶噪聲 可表示為： 其中，高斯窄帶噪聲 的同相分量 和正交分量都是高斯變量，它們的均值都為0，平均功率都相同，即式中 ， 為解調器的輸入 噪聲功率。 若高斯白噪聲的單邊功率譜密度為 ，帶通濾波器的傳輸特性是高度為1、帶寬為B的理想矩形函數，其傳輸特性為： tni)()()(222tntntnNiQiIii tni tniI tniQ tnittnttntnciQciIisin)(cos)()(0nBnNi03.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比iN第3章 模擬調制系統323.2 線性調制系統的信噪比線性調制

20、系統的信噪比解調器輸入端噪聲功率解調器輸入端信號功率iiNS解調器輸出端噪聲功率解調器輸出端信號功率00NS 噪聲只對通信系統的接收端產生影響，所以調制系統的抗噪聲性能，主要由解調器的抗噪聲性能來衡量。對于抗噪聲性能通過信噪比及信噪比增益來衡量。iiNSNSG00第3章 模擬調制系統333.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比 3.2.1 雙邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能雙邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸入端的信噪比解調器輸入端的信噪比q 線性調制系統相關解調方框圖線性調制系統相關解調方框圖第3章 模擬調制系統343.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比)(212

21、cos)(21)(21cos)()(222222tmttmtmttmtSSccDSBiDSBmiiBnfntnN0022)(20n 3.2.1 雙邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能雙邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸入端的信噪比解調器輸入端的信噪比解調器輸入端的DSB信號的平均功率信號為：解調器輸入端的噪聲為窄帶高斯白噪聲，雙邊功率譜密度為 。所以解調器輸入端的噪聲平均功率 為 ：iN第3章 模擬調制系統353.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比mmiifntmfntmNS02024)(2)(21 3.2.1 雙邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能雙邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性

22、能q 解調器輸入端的信噪比解調器輸入端的信噪比則進一步得到信噪比為：q 解調器輸出端的信噪比解調器輸出端的信噪比先寫出輸出端信號的表達式： tttnttntmtttnttnttmttntScciQciIcciQciIcciDSBcossin)(cos)()(cossin)(cos)(coscos2第3章 模擬調制系統363.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比)(21)(21)()(00tntmtntSiI )(4121)(22200tmtmtss 3.2.1 雙邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能雙邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能通過相干解調，然后通過低通濾波器其表達式為：q 解調器輸出

23、端的信噪比解調器輸出端的信噪比解調器輸出端的信號與噪聲的平均功率分別為：)(41)(2200tntnNiI第3章 模擬調制系統373.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比)()()(222tntntnNiQiIiimiifnNtnN0202141)(41mmDSBfntmfntmNs0202002)(21)(41 3.2.1 雙邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能雙邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能因為q 解調器輸出端的信噪比解調器輸出端的信噪比故輸出端的信噪比為：q 解調器的信噪比增益解調器的信噪比增益22)(4)(020200mmiiDSBfntmfntmNSNSG第3章 模擬調制系統3

24、83.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比 3.2.2 單邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能單邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸入端的信噪比解調器輸入端的信噪比解調器輸入端的SSB信號的平均功率信號為：ttmttmtSccSSBsin)(cos)(21)(符號“-”表示上邊帶，符號“+”表示下邊帶。)(41sin)(cos)(41)(222tmttmttmtssccssBi第3章 模擬調制系統393.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比mssBifnBnN00 3.2.2 單邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能單邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸入端的信噪比解調器

25、輸入端的信噪比則解調器輸入端的信噪比為：SSB信號解調器輸入端的噪聲平均功率為:miifntmNs024)(第3章 模擬調制系統403.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比ttnttnttmttmtntSciQciIcciSSBsin)(cos)(sin)(cos)(21)()( 3.2.2 單邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能單邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸出端的信噪比解調器輸出端的信噪比SSB信號加上噪聲的表達式：通過乘法器及低通濾波器后，恢復的調制信號和噪聲為：)(21)(41)()(00tntmtntsiI第3章 模擬調制系統413.2 線性調制系統的信噪比線性調制

26、系統的信噪比miIfntnN02041)(41)(161)(41)(22200tmtmtss 3.2.2 單邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能單邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸出端的信噪比解調器輸出端的信噪比輸出端的信號平均功率為：輸出端噪聲平均功率：解調器輸出信噪比為：mmfntmfntmNS0202004)(41)(161第3章 模擬調制系統423.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比 3.2.2 單邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能單邊帶調制系統相干解調的抗噪聲性能q SSB調制增益調制增益注意：雖然DSB是SSB調制增益的2倍，但是DSB信號的傳輸帶寬是單邊帶的2倍，所

27、以DSB與SSB調制的抗噪聲性能是一樣的。14)(4)(0202mmfntmfntmG第3章 模擬調制系統43n設某信道具有均勻的雙邊噪聲功率譜度 在該信道中傳輸抑制載波的雙邊帶信號，并設調制信號的頻帶限制在5KHz，而載波為100KHz，已調信號的功率為10KW，若接收機的輸入信號在加至解調器之前，先經過一個帶寬為10KHz的理想帶通濾波器濾波，試問：n(1）該理想帶通濾波器中心頻率為多大？n(2) 解調器輸入端的信噪功率比為多少？n(3) 調器輸出端的信噪功率比為多少？n(4）求出解調器輸出端的噪聲功率譜密度？3.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比3105 . 0)(fPn第3章

28、 模擬調制系統443.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比 3.2.3 AM調制系統非相干解調的抗噪聲性能調制系統非相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸入端的信噪比解調器輸入端的信噪比q 包絡檢波法解調方框圖包絡檢波法解調方框圖第3章 模擬調制系統453.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比)(2121cos)()(2202202tmAttmAtSScAMiBnNi0 3.2.3 AM調制系統非相干解調的抗噪聲性能調制系統非相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸入端的信噪比解調器輸入端的信噪比包絡檢波器輸入有用信號為：ttmAtscicos)()(0輸入端的信號平均功率：噪聲功率為：解調

29、器輸入端的信噪比為：BntmABntmANsAMii022002202)(2/)(第3章 模擬調制系統463.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比 3.2.3 AM調制系統非相干解調的抗噪聲性能調制系統非相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸出端的信噪比解調器輸出端的信噪比包絡檢波器輸入有用信號和噪聲之和為：則其中包絡A(t)為：信號通過包絡檢波器，其目的是恢復輸入信號的包絡。)(cos)(sin)(cos)()(sin)(cos)(cos)()()(00tttAttnttntmAttnttnttmAtntScciQciIciQciIciAM)()()(220tnntmAtAiQiI第3章

30、模擬調制系統473.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比 3.2.3 AM調制系統非相干解調的抗噪聲性能調制系統非相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸出端的信噪比解調器輸出端的信噪比1、大信噪比情況則其輸出包絡A(t)為：則檢波器輸出的信號功率和噪聲功率分別為：)()(0tntmAiiIntmAtA)()(0條件：)(20tmS BntnNiI020)(第3章 模擬調制系統483.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比 3.2.3 AM調制系統非相干解調的抗噪聲性能調制系統非相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸出端的信噪比解調器輸出端的信噪比1、大信噪比情況對于AM非線性解調系統信噪比增益：進一步得到包絡檢波器輸出的信噪比為：BntmNsAM0200)()()(2220200tmAtmNSNSGii第3章 模擬調制系統493.2 線性調制系統的信噪比線性調制系統的信噪比 3.2.3 AM調制系統非相干解調的抗噪聲性能調制系統非相干解調的抗噪聲性能q 解調器輸出端的信噪比解調器輸出端的信噪比2、小信噪比情況則其輸出包絡A(t)為： 由于輸出不包含單獨的信號項，故包絡檢波器會把有用信號擾亂成噪聲。)()(0tntmAi)()()()()()()(22022tntntntmAtntntA