第5章模擬調制系統-1第一頁，共54頁。主要內容幅度調制的原理幅度調制的抗噪性能角度調制原理角度調制的抗噪原理各種模擬調制系統的比較第二頁，共54頁。什么是調制？調制：把信號轉換成適合在信道中傳輸的形式的一種過程。第三頁，共54頁。為什么要調制？適合信道的需要，完成遠距離傳輸。多路復用，提高傳輸效率。改善信噪比，提高傳輸質量。通過擴展發送信號帶寬（為代價）來增加抗噪聲性能。如FM、CDMA系統。第四頁，共54頁。調制的定義定義：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或方式稱為調制。基帶信號（調制信號）：來自信源的消息信號。載波：一種用來搭載原始信號（信息）的高頻信號，它本身不含有任何有用信息。已調信號：載波調制之后的信號。第五頁，共54頁。怎樣調制？基帶信號m(t)高頻載波信號為c(t)=Acos(ct+)讓它的三個基本參量分別按基帶信號變化：

1、AA(t)=A0+kAm(t)；稱為調幅----線性調制。

2、c

(t)=0+kFm(t)；稱為調頻-----角度調制。

3、

(t)=0+kPm(t)；稱為調相-----角度調制。第六頁，共54頁。調制的分類調制信號：m(t)載波信號：c(t)已調信號：s(t)1、根據m(t)的不同分：模擬調制和數字調制；2、根據c(t)不同分：連續載波和脈沖載波調制；3、根據c(t)被調制的參數不同：幅度調制、頻率調制和相位調制。4、按頻譜特性分：線性和非線性調制。

第七頁，共54頁。幅度調制(線性調制)原理線性調制：已調信號s(t)的頻譜和輸入基帶信號m(t)的頻譜之間滿足線性搬移的關系。幅度調制又分為四種具體的調制方法：常規調幅（AM）雙邊帶調制（DSB）單邊帶調制（SSB）殘留邊帶調制（VSB）第八頁，共54頁。常規調幅（AM）調制方法(1)抬高基帶信號m(t)的電平，使m(t)+A0恒為正，即要求A0

|m(t)|max(2)產生高頻等幅載波c(t)=cosct//cos(ct+)(3)相乘：SAM(t)=[A0+m(t)]cosct第九頁，共54頁。AM調制信號的時域表達和波形SAM(t)=[A0+m(t)]cosctA0-A0m(t)c(t)SAM(t)第十頁，共54頁。AM調制信號的頻譜和帶寬SAM(t)=A0cosct+m(t)cosctM(ω)

1

-ωm0ωmωSAM(ω)

USBLSBLSBπA0USB

?-ωC0ωCω2ωm

若基帶信號最高頻率m=2fm，則AM調制信號帶寬為：B=2fm第十一頁，共54頁。AM已調信號的功率和調制效率AM已調信號的功率基帶信號能量為調制效率第十二頁，共54頁。AM調制信號舉例單音信號調制效率邊帶功率和總平均功率之比叫調制效率，它反映發送的功率中有多少比例是花在了信息上。第十三頁，共54頁。AM調制信號舉例單音信號調制效率邊帶功率和總平均功率之比叫調制效率，它反映發送的功率中有多少比例是花在了信息上。第十四頁，共54頁。常規調幅的缺點常規調幅方式效率很低，原因在于直流成分A0在已調信號中成為“空載波”，浪費的能量超過了有用信號。如果沒有直流成分A0效率將會達到百分之百。第十五頁，共54頁。如果完全去掉直流？如果沒有直流成分，采用包絡解調后信號會發生嚴重的失真。包絡檢波低通濾波隔斷直流第十六頁，共54頁。過調制的解調產生失真：

A0正常調制的解調波形：A0第十七頁，共54頁。只要有辦法解決解調后信號的失真問題，就能大大提高調制效率。相關解調與雙邊帶調制第十八頁，共54頁。雙邊帶調幅(DSB)調制方法：不加直流電壓，直接調制。DSB調制信號時域表達與波形SDSB(t)=m(t)cosc

t載波反相點第十九頁，共54頁。DSB調制信號的頻譜和帶寬M()

-ωm0ωmω

SDSB(ω)USBLSBLSBUSB

-ωCωC

ω雙邊帶調制信號帶寬仍然為B=2fm除了沒有沖擊譜線之外，與AM完全相同。SDSB(t)=m(t)cosc

t第二十頁，共54頁。DSB調制信號的功率和調制效率DSB信號的平均功率DSB信號的調制效率第二十一頁，共54頁。DSB信號解調方法相干解調Sd(t)SDSB(t)S0(t)SDSB(t)=m(t)cosωtSd(t)=m(t)cos2ωtm(t)第二十二頁，共54頁。單邊帶調幅(SSB)SDSB(ω)

上下下上

HL(ω)-ωCωCSLSB(ω)HU(ω)SUSB(ω)-ωCωC若基帶信號最高頻率m=2fm

，則單邊帶信號帶寬為：B=fm

。第二十三頁，共54頁。濾波法產生單邊帶信號第二十四頁，共54頁。單邊帶信號的時域表達以下邊帶為例G2ωc(ω)-ωcωc第二十五頁，共54頁。第二十六頁，共54頁。因為希爾伯特變換表明希爾伯特變換的結果是將信號頻譜負正兩半分別相移π/2第二十七頁，共54頁。第二十八頁，共54頁。相移法產生單邊帶信號第二十九頁，共54頁。單音信號的特例相當于第三十頁，共54頁。SSB信號的功率與帶寬SSB信號帶寬:

BSSB=fm=1/2BDSB第三十一頁，共54頁。單邊帶調制存在的問題單邊帶調制需要理想的低通（或高通）濾波器，使截取的上、下兩邊帶都十分完整，這在實際中是難以實現的。如果上、下兩邊帶雖然都不是那么完整，但可以互補，和起來仍然能夠得到完整的信息。從雙邊帶出發，巧妙地設計濾波器，使上、下兩塊不那么完整的邊帶互補，這樣的調制方法稱為殘留邊帶調制。第三十二頁，共54頁。殘留邊帶調幅（VSB）乘法器

本地載波

Cosct同步低通濾波殘留邊帶相干解調框圖：

SVSB(t)

Sd(t)So(t)=f(t)/4殘留邊帶調制原理第三十三頁，共54頁。殘留邊帶濾波器特性雙邊帶信號通過殘留邊帶濾波器后解調時，乘以本地載波后頻譜再次搬移低通濾波后只要設計信號即可復原。第三十四頁，共54頁。第三十五頁，共54頁。第三十六頁，共54頁。VSB信號的時域與頻域表達“-”表示殘留上邊帶信號，“+”表示殘留下邊帶信號；為m(t)通過正交濾波器的輸出。發送功率PVSB：PSSB≤PVSB≤PDSB頻帶寬度BVSB：BSSB≤BVSB≤BDSBBVSB=(1~2)fm第三十七頁，共54頁。線性調制系統的抗噪聲性能解調器抗噪聲性能分析模型信道第三十八頁，共54頁。噪聲模型高斯白噪聲雙邊功率譜密度Pn(ω)=n0/2線性調制系統中，噪聲是以窄帶高斯方式進入信號的ni(t)=nc(t)cosωct-ns(t)sinωct第三十九頁，共54頁。抗噪性能的分析方法輸入信噪比輸出信噪比信噪比得益率：(調制制度增益)第四十頁，共54頁。DSB調制系統的抗噪性能分析輸入信噪比已調信號：Sm(t)=SDSB(t)=m(t)cosωct輸入信號平均功率輸入噪聲平均功率解調器輸入端的信噪比第四十一頁，共54頁。輸出信噪比Sd(t)SDSB(t)S0(t)收濾波器輸出端：SDSB(t)+ni(t)=m(t)cosωct+nc(t)cosωct-ns(t)sinωct

=[m(t)+nc(t)]cosωct-ns(t)sinωct通過乘法器后表達式為Sd(t)={[m(t)+nc(t)]cosωct-ns(t)sinωct}cosωct=[m(t)+nc(t)](1+cos2ωct)/2-ns(t)sin2ωct/2通過LPF，濾去二次諧波成分（2ωc）S0(t)+n0(t)=[m(t)+nc(t)]/2收濾波器輸出端：通過乘法器后表達式為通過LPF，濾去二次諧波成分（2ωc）第四十二頁，共54頁。輸出信噪比與制度增益輸出端的信號平均功率輸出噪聲功率解調器輸出端信噪比調制制度增益（信噪比得益率）第四十三頁，共54頁。SSB系統的抗噪性能分析輸入信噪比已調信號輸入信號平均功率輸入噪聲平均功率解調器輸入端的信噪比第四十四頁，共54頁。輸出信噪比收濾波器輸出端：通過乘法器后表達式為通過LPF，濾去二次諧波成分（2ωc）m0(t)+n0(t)=m(t)/4+nc(t)/2第四十五頁，共54頁。輸出信噪比與制度增益輸出端的信號平均功率輸出噪聲功率解調器輸出端信噪比調制制度增益（信噪比得益率）第四十六頁，共54頁。根據上述結果，不能得出DSB比SSB解調性能好的結論。因SSB信號所需帶寬僅是DSB的一半，在噪聲功率密度相同的情況下，DSB解調器的輸入噪聲功率是SSB的二倍，從而也使其輸出噪聲功率比SSB的大一倍，因此，盡管DSB的G比SSB的大，但他的實際解調性能不會優于SSB如果解調器的輸入噪聲功率密度相同，輸入的信號功率也相同，則兩者的在解調器輸出端的信噪比是相等的。第四十七頁，共54頁。AM系統的