1、本章主要內(nèi)容 調(diào)制的概念 幅度調(diào)制、角度調(diào)制 抗噪聲性能分析第五章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1 引言調(diào)制：用基帶信號（調(diào)制信號）去改變載波信號的某些參數(shù)過程。 其實(shí)質(zhì)是改變基帶信號的頻譜位置。分類：正弦波調(diào)制模擬調(diào)制：調(diào)制信號連續(xù)變化，如AM，DSB，F(xiàn)M，PM等數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號離散變化，如ASK，PSK，QAM等脈沖調(diào)制模擬調(diào)制：調(diào)制信號連續(xù)變化，如PAM，PPM等數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號離散變化，如PCM，DPCM等4.2 幅度調(diào)制的原理5.2.1 幅度調(diào)制原理線性調(diào)制幅度調(diào)制的一般模型乘法 h（t）m（t）sm（t）COS c(t)調(diào)制信號載波信號已調(diào)信號sm（t）= m(t) COS c(t) *

2、h(t)1. 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅（AM）m(t)上疊加直流分量，且 ，h(t)=(t)，即H（）=1的全通濾波器.sAM（t）= A0 + m(t) COS c(t) SAM（）= M(+ c)+ M( c)+A0(+ c)+ ( c)乘法m（t）+A0sm（t）COS c(t)調(diào)制信號載波信號已調(diào)信號c-c可見，要保證包絡(luò)不失真，則應(yīng)滿足 調(diào)幅指數(shù) 設(shè)調(diào)制信號為單頻余弦信號m(t)= Am cost，則調(diào)幅信號為 SAM(t)=Ao+ Am cost cosct =Ao 1+AMcostcosct AM= Am/ Ao調(diào)制指數(shù)。 AM1 ：過調(diào)制m(t)為一般信號時功率與效率平均功率： 調(diào)制效率：如單

3、頻余弦調(diào)制信號m(t)= Am cost ，當(dāng)AM=1時，AM=1/3。c-c2. 雙邊帶（DSB）調(diào)制sDSB（t）=m(t) COS c(t)載波反相點(diǎn)m(t)中無直流分量，且h(t)=(t)，即H（）=1的全通濾波器.平均功率：調(diào)制效率：DSB=13. 單邊帶（SSB）調(diào)制其中：m(t)m(t)的希爾伯特變換。上邊帶下邊帶希爾伯特變換及其性質(zhì)希爾伯特變換：正變換： 反變換：希爾伯特變換性質(zhì)： Hcos(ct+)=sin(ct+) Hsin(ct+)=cos(ct+) 若f（t）的頻帶限于| c ,則有 Hf(t)sin ct =f(t)cos ct Hf(t)cos ct = f(t)

4、sin ct 若有希爾伯特濾波器1|Hh()|0 h()/2- /20結(jié)論：希爾伯特濾波器實(shí)質(zhì)上是一個寬帶移相網(wǎng)絡(luò)。Hh()=-jsgn()Hh()f(t)例: 單頻信號的單邊帶調(diào)制4. 殘留邊帶（VSB）調(diào)制sVSB（t）= m(t) cos c(t)*h（t） 殘留部分下邊帶殘留部分上邊帶關(guān)鍵：如何確定H（）？解調(diào)輸出的頻譜 要求重要概念：只要?dú)埩暨厧V波器的截止特性在載頻處具有互補(bǔ)對稱(奇對稱)特性，采用同步解調(diào)就可以不失真地恢復(fù)基帶信號。乘法器低通SVSB（t）m（t）同步解調(diào)器例：滿足互補(bǔ)對稱特性的滾降形狀常用的是直線滾降和余弦滾降。c-c直線滾降c-c余弦滾降DSBAM5.2.2

5、線性調(diào)制的一般模型1. 線性調(diào)制信號產(chǎn)生的一般模型濾波法 乘法h（t）m（t）sm（t）COS c(t)調(diào)制信號載波信號已調(diào)信號sm（t）=m(t) COS c(t) *h(t) 2. 線性調(diào)制信號產(chǎn)生的一般模型相移法同向濾波器正交濾波器 a. DSB調(diào)制Hc()Hs() b. SSB調(diào)制 應(yīng)當(dāng)指出，不論哪一種線性調(diào)制，其已調(diào)信號的同相分量幅度sc(t)均正比于調(diào)制信號m(t).5.2.3 線性解調(diào)的一般模型相干解調(diào)、非相干解調(diào)（如包絡(luò)檢波），載波插入解調(diào)。相干解調(diào)適合所有線性調(diào)制，但接收必須產(chǎn)生與調(diào)制載波同頻同相的本地載波。 相干解調(diào) 包絡(luò)檢波 包絡(luò)檢波僅適用于AM調(diào)制，因包絡(luò)中含有調(diào)制信號

6、的信息。而其他線性調(diào)制信號的包絡(luò)中不完全含有調(diào)制信號的信息，不能直接用包絡(luò)檢波解調(diào)。 插入強(qiáng)載波解調(diào) 對于SSB, DSB, VSB，若插入很強(qiáng)的載波，則使之近似 成為AM信號，也可以采用包絡(luò)檢波。5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能設(shè)信道引入的是加性高斯白噪聲（AGWN）Sm(t)已調(diào)信號高斯噪聲帶通高斯噪聲解調(diào)信號輸出噪聲信噪比：調(diào)制度增益： 帶通濾波器 解調(diào)器5.2.1 概念ni(t)為高斯窄帶型噪聲由高斯隨機(jī)過程通過線性系統(tǒng)性質(zhì)推導(dǎo)：5.2.2 各種幅度調(diào)制系統(tǒng)的噪聲分析1. DSB系統(tǒng)（同步解調(diào)）乘上本地載波，并經(jīng)低通濾除高頻分量后得輸入信號：輸入噪聲： 帶通濾波器 解調(diào)器 解調(diào)器 解調(diào)

7、器 解調(diào)器LPF輸出信號：輸出噪聲：輸入信噪比：輸出信噪比：說明DSB同步解調(diào)可以使信噪比改善一倍。2. SSB系統(tǒng)（同步解調(diào)）乘上本地載波，并經(jīng)低通濾除高頻分量后得上邊帶 帶通濾波器 解調(diào)器 解調(diào)器 解調(diào)器 解調(diào)器LPF輸入信號：因為即幅度譜相同，僅相位譜不同。輸入信噪比：輸出信號：輸出噪聲：低通濾除B以上的頻率分量后得輸出信噪比：如果在相同輸入信號功率、相同噪聲功率譜密度、相同調(diào)制信號帶寬情況下，則兩種調(diào)制的信噪比改善是完全相同的，但DSB帶寬是SSB的兩倍。3. AM系統(tǒng)(包絡(luò)檢波)輸入AM信號： m(t)為均值是0的各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)隨機(jī)過程。輸入噪聲：輸入信噪比： 帶通濾波器 解調(diào)器 解調(diào)

8、器 解調(diào)器 解調(diào)器LPF包絡(luò)檢波a. 大信噪比：其中：輸出包絡(luò)信號：調(diào)制度增益：（大信噪比）例： m（t）為單頻正弦信號 ，且100%調(diào)幅時，有信號與噪聲無法分開，有用信號“淹沒”在噪聲之中，包絡(luò)檢波器出現(xiàn)“門限效應(yīng)”。包絡(luò)其中“門限效應(yīng)”：當(dāng)輸入信噪比下降到一定程度后，輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的現(xiàn)象。b.小信噪比：例1：雙邊帶調(diào)幅信號 的功率譜密度 如圖所示，信道噪聲為加性高斯白噪聲，求解調(diào)輸出信噪比。解：調(diào)制信號功率輸出信號功率輸出噪聲功率輸出信噪比例2: 對DSB和SSB分別進(jìn)行相干解調(diào)，接收信號功率為2 mW，噪聲雙邊功率譜密度為210-9W/Hz，調(diào)制信號最高頻率為4kHz。 1、比較

9、解調(diào)器輸入信噪比； 2、比較解調(diào)器輸出信噪比。解 SSB信號輸入信噪比和輸出信噪比分別為DSB信號輸入信噪比和輸出信噪比分別為計算結(jié)果表明兩種信號的抗干擾性能相同。輸出信噪比的比較為輸入信噪比的比較為5.3 角度調(diào)制的原理及抗噪聲性能5.3.1 非線性調(diào)制原理FM，PM瞬時相位： ct+(t)瞬時相位偏移： (t)瞬時頻率：瞬時頻率偏移：調(diào)相：(t)=Kpm(t) SPM(t)=Acosct+ Kpm(t) 調(diào)頻：d(t)/dt=Kfm(t)Sm(t)=Acosct+(t)調(diào)角信號調(diào)相與調(diào)頻波的波形如下圖所示調(diào)頻波性質(zhì)：窄帶調(diào)頻波單頻調(diào)制 寬帶調(diào)頻波設(shè)基帶信號為正弦信號m(t)=cosmt第一

10、類n階Bessel函數(shù)Jn(mf)性質(zhì): n 為奇數(shù) n 為偶數(shù) 調(diào)頻波的帶寬 B=2(mf+1)fm=2(f+fm) 卡森公式 mf=KFM/m= / m= f/fma. mf1時， B= 2fb. mf1的寬帶調(diào)頻，有：BFM2fmax=2 fm mf = BAM mf 可見，寬帶調(diào)頻信號的抗干擾性能優(yōu)于AM信號，是靠增加傳輸帶寬獲得的。但線性調(diào)制帶寬固定，帶寬與信噪比不能互換。 調(diào)頻系統(tǒng)中帶寬換取抗干擾性能的提高不是無止境的，隨著帶寬增加，輸入噪聲增大，在輸入信號功率不變時，輸入信噪比下降，不滿足大輸入信噪比條件，而產(chǎn)生“門限效應(yīng)”。 小信噪比輸出信號被噪聲淹沒，輸出端產(chǎn)生“門限效應(yīng)”。

11、改善“門限效應(yīng)”措施：（1）采用鎖相環(huán)或反饋解調(diào)器。（2）采用“預(yù)加重”和“去加重”技術(shù)。5.4 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)性能比較前提：輸入信號功率相同，加性噪聲均值為零，雙邊功率譜為no/2，且性能比較：WBFM抗噪聲性能最好，DSB、SSB、VSB次之，AM最差。FM的調(diào)制指數(shù)越大，抗噪聲性能越好，但門限值越高。FM占據(jù)頻帶最寬，SSB最窄。 5.5 頻分復(fù)用（FDM）復(fù)用（multiplexing）多路信號以不同方式在同一信道中傳輸。復(fù)用分類：頻分復(fù)用：按頻率分割信道，用于模擬通信，如載波電話。時分復(fù)用：按時間分割信道，用于數(shù)字通信，如PCM。碼分復(fù)用：用正交的脈沖序列攜帶不同的信號，用于擴(kuò)頻

12、通信，如CDMA。CDM載頻選擇：fc(i+1)=fci+fm+fg總帶寬：Bn=(n-1)B1+fm頻分多路復(fù)用系統(tǒng)LPFSBF1ADDCHANNELLPFSBF2LPFSBF3BPF1BPF2BPF3LPFLPFLPFFDM系統(tǒng)舉例：1. 大容量載波電話系統(tǒng)分群等級容量（路）帶寬（KHz）占據(jù)頻帶（KHz）基群124860-108超群60=512240312-552基本主群300=5 601200812-2044基本超主群900=3 30036008516-1238812 MHz系統(tǒng)2700=3 9001080060 MHz系統(tǒng)10800=12 90043200北美多路載波電話系統(tǒng)：第一級復(fù)用第二級復(fù)用第三級復(fù)用話音基群超群主群基群頻譜603003125525648048121052106013001308154815561796180420442172241225482788主群頻譜04f/KHz超群頻譜2. 立體聲調(diào)頻3. 廣播電視 圖像信號頻帶寬，低頻分量豐富，難以用單邊帶調(diào)制，故用殘留邊帶調(diào)制，并插入很強(qiáng)載波，使電視機(jī)收機(jī)可用包絡(luò)接收圖像信號。圖像：殘留邊帶調(diào)制；伴音：頻率調(diào)制；圖像載頻與伴音載頻差6.5MHz，信號總帶寬8 MHz；殘留邊帶信號在載頻附近的互補(bǔ)性由接收端形成（接收機(jī)中放理想頻率特性為一斜特性）。4. 衛(wèi)星直播電視 衛(wèi)星