第四章模擬通信系統彭濤pengtao@4.1引言模擬信源的輸出M(t)模擬信源的一個確知輸出信號m(t)4.1引言用正弦型載波調制模擬基帶信號調制就是用載波c(t)承載信號m(t)，實現頻譜搬移。方法是用m(t)控制載波參量4.1引言調制的作用實現信號的頻譜搬移，適應在頻帶信道內的傳輸當頻帶信道帶寬遠大于信號帶寬時，可以將多路基帶信號調制到互不重疊的頻帶上，充分利用信道帶寬，實現頻分復用（FDM）不同的調制方式具有不同的有效性和可靠性（如FM的可靠性好而有效性差，AM有效性好而可靠性差），可以根據需要選用合適的調制方法4.1引言本章內容三種調制（AM，FM和PM）的信號表示，頻譜分析和解調原理三種調制在加性白高斯噪聲干擾下的解調性能多路信號的FDM簡述超外差接收機通信系統中接收機的噪聲系數和等效噪聲溫度4.2幅度調制調幅：用模擬基帶信號m(t)來控制載波的幅度參量Ac四種幅度調制的方法雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）具有離散大載波的雙邊帶調幅（AM）單邊帶調幅（SSBAM）殘留邊帶調幅（VSBAM）4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）信號的產生和表達式4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）信號m(t)和s(t)的波形圖（圖4.2.2）

4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）確定調制信號s(t)的頻譜4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）確定調制信號s(t)的頻譜圖4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）確定調制信號s(t)的頻譜的性質經調制后，調制信號的帶寬變為原基帶信號的2倍：模擬基帶信號帶寬為W，則調制信號的帶寬為2W調制信號中不包含離散的載頻分量：因為原模擬基帶信號中不含離散直流分量4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）確定調制信號s(t)的頻譜的性質

4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）隨機調制信號S(t)4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）隨機調制信號S(t)的平均功率譜密度4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）雙邊帶抑制載波調幅的特點調制信號的帶寬變為原基帶信號的2倍調制信號中不包含離散的載頻分量（抑制載波）包含上下兩個邊帶，且攜帶相同信息（雙邊帶）不論是確定信號的頻譜，還是隨機信號的功率譜，都是基帶信號頻譜/功率譜的線性搬移。因而被稱為線性調制。4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）雙邊帶抑制載波調幅信號的解調基本思路：利用恢復的載波與信號相乘，將頻譜搬移到基帶，還原出原基帶信號4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）雙邊帶抑制載波調幅信號的解調4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）雙邊帶抑制載波調幅信號的解調當恢復載波與原載波頻率不完全一樣時，解調信號是原基帶信號與低頻正弦波的乘積若恢復載波與原載波頻率相同，而相位不同時，輸出信號達不到最大值相干解調（同步解調）：利用相干載波（頻率和相位都與原載波相同的恢復載波）進行的解調4.2.1雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SCAM）相干載波的提取導頻法：在發送端加上一離散的載頻分量，即導頻（圖4.2.7）；在接收端用窄帶濾波器提取出來作為相干載波注意：導頻的功率要求比調制信號的功率小（這是與有大離散載波的調幅信號的區別所在）缺點：一部分發射功率消耗在導頻上不需導頻的方法：平方環法、COSTAS環法4.2.2具有離散大載波的雙邊帶幅度調制（AM）AM出現：是低價調幅收音機的需要DSBSC-AM的問題：解調需要載波提取電路，成本較高AM的優勢：可以使用包絡檢波器進行解調，成本低；大功率離散載波造成的成本問題由廣播電臺解決4.2.2具有離散大載波的雙邊帶幅度調制（AM）具有離散大載波的雙邊帶調幅信號多大的離散載波：確保使調制信號不產生相位突變（圖4.2.8）4.2.2具有離散大載波的雙邊帶幅度調制（AM）AM確定信號的頻譜其頻譜是DSBSC-AM信號的頻譜加上離散大載波的頻譜4.2.2具有離散大載波的雙邊帶幅度調制（AM）AM隨機信號4.2.2具有離散大載波的雙邊帶幅度調制（AM）AM隨機信號的功率譜4.2.2具有離散大載波的雙邊帶幅度調制（AM）AM隨機信號的功率譜的特點其功率譜是DSBSC-AM信號的功率譜加上離散大載波的功率譜AM的調制效率不超過1/24.2.2具有離散大載波的雙邊帶幅度調制（AM）AM信號的解調（包絡檢波）整流：只保留信號中幅度大于0的部分（圖4.2.10）低通濾波器：過濾出基帶信號隔直流電容：過濾掉直流分量包絡檢波不需載波提取電路，成本低；它屬于非相干解調4.2.3單邊帶調幅（SSBAM）雙邊帶調幅的頻帶浪費問題上下兩個邊帶攜帶著相同的信息，造成頻率資源的浪費解決方法：只要一個邊帶即可4.2.3單邊帶調幅（SSBAM）SSBAM信號的產生4.2.3單邊帶調幅（SSBAM）確定下邊帶調幅信號的頻譜4.2.3單邊帶調幅（SSBAM）確定下邊帶調幅信號的表達式4.2.3單邊帶調幅（SSBAM）SSBAM信號的表達式SSBAM信號的另一產生法（圖4.2.13）使用希爾伯特濾波器（利用上面表達式）4.2.3單邊帶調幅（SSBAM）SSBAM信號的另一種表達式4.2.3單邊帶調幅（SSBAM）SSBAM隨機信號4.2.3單邊帶調幅（SSBAM）SSBAM隨機信號的功率譜4.2.3單邊帶調幅（SSBAM）SSBAM信號的相干解調（圖4.2.15）4.2.3單邊帶調幅（SSBAM）具有離散大載波的SSBAM信號的非相干解調：當離散大載波的幅度遠大于信號幅度時，可以使用包絡檢波進行解調4.2.4殘留邊帶調幅(VSBAM)單邊帶調幅的問題產生單邊帶調幅信號需要使用邊帶濾波器對于含有直流分量和低頻分量豐富的信號（如視頻信號），邊帶濾波器必須具有極其陡峭的截止特性，實現非常困難對于不含直流分量且低頻成分很少的信號（如語聲信號），邊帶濾波器比較容易實現VSBAM可以解決邊帶濾波器的問題4.2.4殘留邊帶調幅(VSBAM)問題：怎樣的帶通濾波器能使經調制的信號在接收端能得以還原？發送端接收端m(t)=y(t)?4.2.4殘留邊帶調幅(VSBAM)求解H(f)4.2.4殘留邊帶調幅(VSBAM)可見，使得y(t)=m(t)的條件是這就是殘留邊帶調幅對發送端帶通濾波器的要求4.3角度調制角度調制：用模擬基帶信號m(t)控制載波相角的調制方式。調頻和調相都屬于角度調制角調信號的時域表達式4.3.1調頻及調相信號PM和FM中的相位PM和FM的關系4.3.1調頻及調相信號幾個參數的定義PM系統FM系統4.3.1調頻及調相信號窄帶角度調制窄帶角度調制信號的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍，與AM信號相似實際中很少應用4.3.2角度調制信號的頻譜特性角度調制信號的頻譜特性很難精確求出，下面主要考慮兩種情況基帶信號是單一的正弦信號基帶信號是一般的確定信號對于均值為零的平穩高斯過程，其角度調制信號的功率譜分析十分復雜，不作介紹4.3.2角度調制信號的頻譜特性正弦基帶信號的角度調制有效帶寬的定義包含98%或99%的信號功率的帶寬，稱為信號的有效帶寬利用上述兩點即可求正弦基帶信號的角度調制信號的有效帶寬4.3.2角度調制信號的頻譜特性單一正弦信號的角度調制信號的有效帶寬計算近似公式一般的確定信號的角度調制信號的有效帶寬的計算：卡松公式4.3.2角度調制信號的頻譜特性角度調制與幅度調制的比較幅度調制是線性調制，頻譜只發生搬移；角度調制是非線性調制，頻譜與基帶信號相比發生了很大的變化幅度調制信號帶寬窄（一倍到兩倍的基帶信號帶寬），是有效性高而可靠性差的調制；而角度調制帶寬遠大于基帶信號帶寬（使用大的調制指數時），是用大帶寬（低有效性）換取高可靠性的調制4.3.3角度調制器與解調器調相信號可以由調頻器得到，下面只討論產生調頻信號的方法1.直接調頻第二個方法的優點：解決VCO中心頻率穩定性問題4.3.3角度調制器與解調器2.間接調頻4.3.3角度調制器與解調器1.普通鑒頻器解調A.用微分器實現從調頻信號到調頻調幅信號的變換B.用調諧電路的上升頻率特性實現到調頻調幅信號的變換（圖4.3.7）兩種方法中，包絡檢波器的輸入噪聲均為為調頻信號帶寬內噪聲，即為寬帶噪聲4.3.3角度調制器與解調器2.調頻負反饋解調當Kv>>1時，e’(t)是窄帶調頻信號（帶寬匹配于基帶信號帶寬），這樣中頻濾波器、鑒頻器和低通濾波都可使用窄帶器件，有效的抑制了噪聲4.3.3角度調制器與解調器3.鎖相環解調環路濾波器G(f)的帶寬與基帶信號帶寬一樣，因而鎖相環解調也可以有效抑制噪聲4.4線性調制系統的抗噪聲性能通過加性白高斯噪聲信道的解調模型4.4.1DSB-SCAM系統的抗噪聲性能4.4.1DSB-SCAM系統的抗噪聲性能4.4.2SSBAM系統的抗噪聲性能4.4.2SSBAM系統的抗噪聲性能4.4.3AM系統的抗噪聲性能相干解調性能4.4.3AM系統的抗噪聲