通信基础 第二章 模拟调制系统

11调制的分类2幅度调制（线性调制）的原理3角度调制(非线性调制)的原理4线性调制系统的抗噪声性能5非线性调制系统的抗噪声性能第二章模拟调制系统2调制－把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义调制－分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。狭义调制－仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。调制信号－指来自信源的基带信号载波调制－用调制信号去控制载波的参数的过程。载波－未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已调信号－载波受调制后称为已调信号。解调（检波）－调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。2.1调制的分类3根据调制信号分类模拟调制和数字调制。根据载波分类连续载波调制脉冲载波调制根据调制器的功能幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带角度调制：频率调制、相位调制根据调制前后信号的频谱结构关系分类线性调制非线性调制2.1调制的分类4一般原理表示式：设：余弦型载波为式中，A—载波幅度；c—载波角频率；0—载波初始相位（以后假定0＝0）。则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成式中，m(t)—基带调制信号。0()coscctAt()()cosmcstAmtt2.2线性调制52.2.1常规双边带调制系统时域表示式式中m(t)－调制信号，均值为0；A0－常数，表示叠加的直流分量。频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须用功率谱描述。调制器模型00()[()]coscos()cosAMcccstAmttAtmtt01()[()()][()()]2AMccccSAMMmtmstcosct0A6波形图由波形可以看出，当满足条件：|m(t)|A0时，其包络与调制信号波形相同，因此用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。否则，出现“过调幅”现象。这时用包络检波将发生失真。但是，可以采用其他的解调方法，如同步检波。ttttmt0Amt载波AMstHHMAMScc07频谱图由频谱可以看出，AM信号的频谱由载频分量上边带下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。ttttmt0Amt载波AMstHHMAMScc0载频分量载频分量上边带上边带下边带下边带8AM的调制与解调包络检测法相干解调92.2.2抑制载波双边带调制（DSBDoublesidebandModulation）时域表示式：无直流分量A0频谱：无载频分量ttmtscDSBcos)()()]()([21)(ccDSBMMSDSBsttttHHMDSBScc010调制效率：100％优点：节省了载波功率缺点：不能用包络检波，需用相干检波，较复杂。2.2.3单边带调制(SSBSinglesidebandModulation）原理：双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱M()的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。11SSB信号的频谱上边带频谱图:()()SSBDSBSSHDSBScc0USBHcc0USBScc012SSB信号的解调SSB信号的解调和DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调。SSB信号的性能SSB信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。132.2.4残留边带（VSB）调制(VestigesidebandModulation)原理：残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现中的困难。在这种调制方式中，不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留—小部分，如下图所示：Mcfcf0DSBSSBVSB14角度调制的基本概念FM和PM信号的一般表达式角度调制信号的一般表达式为式中，A－载波的恒定振幅；[ct+(t)]＝(t)－信号的瞬时相位；(t)－瞬时相位偏移。d[ct+(t)]/dt=(t)－称为瞬时角频率d(t)/dt－称为瞬时频偏。)](cos[)(ttAtscm2.3角度调制（非线性调制）15相位调制(PM)：瞬时相位偏移随调制信号作线性变化，即式中Kp－调相灵敏度，含义是单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量，单位是rad/V。将上式代入一般表达式得到PM信号表达式)()(tmKtp)](cos[)(tmKtAtspcPM)](cos[)(ttAtscm16频率调制(FM)：瞬时频率偏移随调制信号成比例变化，即式中Kf－调频灵敏度，单位是rad/sV。这时相位偏移为将其代入一般表达式得到FM信号表达式)()(tmKdttdf()()ftKmd()cos[()]FMcfstAtKmd)](cos[)(ttAtscm17PM与FM的区别比较上两式可见，PM是相位偏移随调制信号m(t)线性变化，FM是相位偏移随m(t)的积分呈线性变化。如果预先不知道调制信号m(t)的具体形式，则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。)](cos[)(tmKtAtspcPM()cos[()]FMcfstAtKmd18PM信号和FM信号波形(a)PM信号波形(b)FM信号波形tmttmtttttc0PMsttFMsttc0000019窄带调频（NBFM）定义：如果FM信号的最大瞬时相位偏移满足下式条件则称为窄带调频；反之，称为宽带调频。）（或5.06])(tfdmK20频谱图mMω21宽带调频调频信号表达式设：单音调制信号为则单音调制FM信号的时域表达式为将上式利用三角公式展开，有将上式中的两个因子分别展成傅里叶级数，式中Jn(mf)－第一类n阶贝塞尔函数tfAtAtmmmmm2coscos)(]sincos[)(tmtAtsmfcFM()coscos(sin)sinsin(sin)FMcfmcfmstAtmtAtmttnmJmJtmmfnnfmf2cos)(2)()sincos(120tnmJtmmfnnmf)12sin()(2)sinsin(11222某单音宽带调频波的频谱：图中只画出了单边振幅谱。c23分析模型图中sm(t)－已调信号n(t)－信道加性高斯白噪声ni(t)－带通滤波后的噪声m(t)－输出有用信号no(t)－输出噪声omt带通滤波器mst解调器ontmstintnt2.4线性调制系统的抗噪声性能24解调器输出信噪比定义输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。显然，输出信噪比越大越好。制度增益定义：用G便于比较同类调制系统采用不同解调器时的性能。G也反映了这种调制制度的优劣。式中输入信噪比Si/Ni的定义是：2oo2oo()()SmtNnt解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平均功率iiNSNSG//00)()(22tntsNSimii功率解调器输入噪声的平均平均功率解调器输入已调信号的25重点讨论FM非相干解调时的抗噪声性能分析模型图中n(t)－均值为零，单边功率谱密度为n0的高斯白噪声FM()stBPF)(tn)(tSi)(tniLPF)(tnoo()mt限幅鉴频2.5非线性系统的抗噪声性能26输入信噪比设输入调频信号为故其输入信号功率为输入噪声功率为式中，BFM－调频信号的带宽，即带通滤波器的带宽因此输入信噪比为FM()cos[()]tcFstAtKmd2/2ASiFMiBnN0FMiiBnANS022272FM22oFMo3.(1).iFMiSSNN其中，是调频指数输出信噪比22omaxFM2o0()3..2()mmSfftANfnfft（）（）当调制信号为单频信号时输出信噪比282930