1

模擬調(diào)制系統(tǒng)2基帶信號：由消息轉(zhuǎn)換過來的原始信號。基帶信號不易在信道中直接傳輸。發(fā)端：通常將基帶信號“附加”在高頻振蕩上進(jìn)行傳輸，即將信號頻譜進(jìn)行搬移，此過程就是調(diào)制。幾個(gè)術(shù)語：基帶信號稱為調(diào)制信號

高頻振蕩為運(yùn)載基帶信號的工具，稱為載波

經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩稱為已調(diào)波信號

3收端：將載波上所攜帶的信號取下來，恢復(fù)原基帶信號，此過程稱為解調(diào)。調(diào)制：使信號f(t)控制載波的某一個(gè)(或N個(gè))參數(shù)，使這個(gè)參數(shù)按照信號f(t)的規(guī)律變化的過程。為什么要對信號進(jìn)行調(diào)制？將消息變換為便于傳輸?shù)男问健Ｌ岣咝阅?，提高抗干擾性。有效的利用頻帶。4調(diào)制的分類：正弦波調(diào)制和脈沖調(diào)制正弦波調(diào)制：用正弦高頻信號作為載波

調(diào)制信號：脈沖調(diào)制:用脈沖串構(gòu)成一組數(shù)字信號作為載波

脈沖模擬調(diào)制：PAMPDMPPM

脈沖編碼調(diào)制(脈沖數(shù)字調(diào)制)：PCM

MDPCM

5對于連續(xù)波調(diào)制，已調(diào)信號可以表示為：

本章主要討論正弦信號做載波的模擬調(diào)制

幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制63.1.1標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅（AM）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅(AM)是指用信號m(t)去控制載波s(t)的振幅，使已調(diào)波的包絡(luò)按照m(t)的規(guī)律線性變化。設(shè)m(t)為調(diào)制信號，載波為AM信號可以表示為3.1幅度調(diào)制系統(tǒng)未調(diào)載波振幅載波角頻率載波起始相位7AM信號的頻譜：標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型：8AM的波形和其相應(yīng)的頻譜圖形：

f(t)+A0t0A0Wm–Wmω02πA0δ(ω)+M(ω)m(t)t0Wm–Wmω0M(ω)–ω0ω0ω0πδ(ω-ω0)πδ(ω+ω0)cosω0tt0sAM(t)t0ω0ω0–ω0SAM(ω)USBUSBLSBLSB2Wm2Wm結(jié)論：調(diào)制過程使基帶信號的頻譜搬移到

ω0處

AM的頻譜中含有載頻和上、下兩個(gè)邊帶

已調(diào)波帶寬為原基帶信號帶寬的兩倍，即WAM=2Wm

AM調(diào)制是屬于線性調(diào)制

93.1.2抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB)

標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅(AM)的缺點(diǎn)：在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅中含有載波分量，但載波分量并不攜帶有用消息，卻耗散大量的功率。改進(jìn)：將不攜帶消息的載波分量抑制掉，僅傳輸攜帶消息的兩個(gè)邊帶。這就是抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB)。DSB的時(shí)域表達(dá)式：10DSB信號的頻譜：DSB信號產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型：(

0=0)

cos(

0t+

0）m(t)SDSB(t)=m(t)cos(

0t+

0）11DSB信號的波形及其頻譜圖：m(t)t0ω0Wm–WmM(ω)–ω0ω0ω0πδ(ω-ω0)πδ(ω+ω0)cosω0tt0ω0ω0–ω0SDSB(ω)USBUSBLSBLSB2WmSDSB(t)t0反相點(diǎn)結(jié)論：載波被抑制波形有反向點(diǎn)頻譜中只有上、下邊帶，WDSB=2Wm

=100%

123.1.3單邊帶調(diào)制(SSB)

DSB信號的缺點(diǎn)：傳輸帶寬需要兩倍基帶信號帶寬，所以它的信道利用率不高。信號頻譜分析：

ω0Wm–WmF(ω)ω0ω0–ω0SDSB(ω)USBUSBLSBLSB2Wmω0ω0–ω0SSSB下(ω)Wmω0ω0–ω0SSSB上(ω)Wm

在DSB信號頻譜中，位于±ω0處的兩側(cè)出現(xiàn)了兩個(gè)與M(ω)形狀完全相同的頻譜，即上邊帶和下邊帶中都含有M(ω)的全部消息?！嗨灾粋魉鸵粋€(gè)邊帶就足夠了13結(jié)論：①SSB信號的帶寬比AM和DSB帶寬減小一倍，因而提高了信道利用率。由于抑制載波并僅發(fā)送一個(gè)邊帶，故節(jié)省功率。SSB信號的產(chǎn)生：（1）濾波法SSSB(t)cos(

0t+

0）m(t)HSSB(

)14

設(shè)單音調(diào)制信號m(t)=Amcosωmt，載波c(t)=cosω0t，則兩者相乘后得到的DSB信號為：

濾出上邊帶，則

濾出下邊帶，則15上、下邊帶的表達(dá)式合并可寫成：

（2）相移法產(chǎn)生SSB

∵cos

0tSSSB(

)m(t)-

/2-

/2sin

0t

-USB+LSB163.1.4殘留邊帶調(diào)幅(VSB)

由于雙邊帶信號浪費(fèi)邊帶，單邊帶信號的產(chǎn)生需要銳截止特性的濾波器不容易實(shí)現(xiàn)，特別是所傳信號的頻譜具有豐富的低頻分量時(shí)(例如電視、電報(bào))，SSB的上、下邊帶就很難分離。為此可采用帶寬介于單邊帶調(diào)制與雙邊帶調(diào)制之間的一種調(diào)制方式，這就是殘留邊帶調(diào)制(VSB)。

殘留邊帶調(diào)制(VSB)：除傳送一個(gè)邊帶外，還保留另一邊帶的一部份。

數(shù)學(xué)模型：cos

0tf(t)SVSB(t)HV(

)

濾波器HV(ω)不需要十分陡峭的濾波特性

17殘留邊帶濾波器特性

：在|ω0|附近具有滾降特性對于|ω0|上半幅度點(diǎn)呈現(xiàn)奇對稱(互補(bǔ)對稱)

在邊帶范圍內(nèi)其它處是平坦的。（如下圖所示）H(ω)ωω0-ω00H(ω-ω0)+H(ω+ω0)=Kω018解調(diào)：將位于載頻的信號頻譜再搬回來，并且不失真地恢復(fù)出原始信號。解調(diào)方式：相干解調(diào)非相干解調(diào)1相干調(diào)解相干解調(diào)適用各種調(diào)幅系統(tǒng)。要求：本地載波和接收信號的載波必須保持同頻同相，這種方法稱為相干解調(diào)。數(shù)學(xué)模型：P(t)3.2調(diào)幅系統(tǒng)的解調(diào)cos(

0t+φ)S(t)fd(t)LPF19以DSB為例說明相干解調(diào)的過程：（1）解析分析

乘法器輸出：通過LPF后：

當(dāng)θ＝φ＝常數(shù)時(shí)：

若θ

φ，信號失真。

20（2）圖解分析–ω0ω0ω0πδ(ω-ω0)πδ(ω+ω0)cosω0tt0f(t)t0ω0ω0–ω0SDSB(ω)SDSB(t)t0ω02ω0–2ω0P(ω)212非相干解調(diào)在接收端解調(diào)信號時(shí)不需要本地載波，是利用已調(diào)信號中的包絡(luò)信息來恢復(fù)原始信號。非相干解調(diào)一般只適用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅(AM)系統(tǒng)。

AM信號非相干解調(diào)方法通常采用包絡(luò)檢波法。223.3頻率調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制：載波的振幅保持不變，而載波的頻率或相位受調(diào)制信號的控制而發(fā)生變化時(shí)，稱為頻率調(diào)制或相位調(diào)制。因?yàn)轭l率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，因此這種調(diào)制又稱為角度調(diào)制。角度調(diào)制是頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)的統(tǒng)稱。233.3.1角度調(diào)制的基本概念未調(diào)制的正弦載波：

瞬時(shí)頻率ω(t)與瞬時(shí)相角

(t)的關(guān)系：1相位調(diào)制（PM）（1）定義瞬時(shí)相角24

若正弦載波的瞬時(shí)相角

(t)與調(diào)制信號f(t)是線性函數(shù)關(guān)系，就稱之為PM波，即

式中：

0：載波的固定角頻率

0：載波的相角，它們均為常數(shù)。

Kp：比例常數(shù)，表示調(diào)相器靈敏度，弧度/伏（2）瞬時(shí)相角

Kp

f(t)：瞬時(shí)相位偏移，即25最大相位偏移：（3）瞬時(shí)頻率

(t)結(jié)論：PM的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號f(t)的微分呈線性關(guān)系。（4）PM波表達(dá)式單音頻信號調(diào)制時(shí)：26則：其中：稱為調(diào)相指數(shù)，代表調(diào)相波的最大相位偏移。2頻率調(diào)制（FM）（1）定義

若正弦載波的瞬時(shí)頻率

(t)與信號f(t)呈線性關(guān)系，則稱之為FM。即

0：固有角頻率Kf

：比例常數(shù)，表示調(diào)頻器靈敏度，弧度/秒·伏。27（2）瞬時(shí)相角結(jié)論：FM波的瞬時(shí)相角與f(t)的積分呈線性關(guān)系。（3）FM波的表達(dá)式單音頻信號調(diào)制時(shí)：則：28其中：稱為調(diào)頻指數(shù)，代表FM波的最大相位偏移△

FM。FM的最大頻偏：對于單音頻調(diào)制：因此若把調(diào)制信號f(t)先積分，再進(jìn)行調(diào)相，得到的是調(diào)頻波。同樣，把f(t)先微分，然后再進(jìn)行調(diào)頻，得到的是調(diào)相波。因此，調(diào)頻和調(diào)相并無本質(zhì)上的區(qū)別。

29單音頻調(diào)制時(shí)，調(diào)頻波和調(diào)相波的波形：PM波形FM波形303.3.2窄帶調(diào)頻(NBFM)1定義

如果調(diào)頻波的最大相位偏移滿足如下條件稱為窄帶調(diào)頻。在這種情況下,調(diào)頻波占有比較窄的頻帶寬度。2NBFM表達(dá)式已知FM波表達(dá)式為31設(shè)

0=0，并將其按三角函數(shù)展開，則有注：在以上推導(dǎo)中利用了近似關(guān)系：

x<<1時(shí)，cosx

1和sinx

x。其頻譜為32討論：NBFM與AM的比較相同點(diǎn)：頻譜相類似，都包含有載波和上、下兩個(gè)邊帶已調(diào)信號的帶寬都為調(diào)制信號的兩倍不同點(diǎn)：

NBFM信號的邊帶分量與頻率有關(guān)兩個(gè)邊帶的相位不一樣。負(fù)頻域的邊帶分量相位翻轉(zhuǎn)1800

NBFM解調(diào)方式窄帶調(diào)頻波和調(diào)幅信號一樣，可以采用相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方法來恢復(fù)原調(diào)制信號。而窄帶調(diào)頻多采用相干解調(diào)。

333.3.3寬帶調(diào)頻(WBFM)1定義不滿足的FM稱為WBFM2WBFM的頻譜寬帶調(diào)頻的頻譜是由載頻分量和無窮多個(gè)邊頻分量組成。這些邊頻分量對稱地分布在載頻的兩側(cè)，相鄰頻率之間的間隔為

m。對稱的邊頻分量幅度相等，但n為偶數(shù)時(shí)的上、下邊頻幅度的符號相同，而n為奇數(shù)時(shí)，其上、下邊頻幅度的符號相反。

34WBFM的頻譜圖相鄰頻率間的間隔n為奇數(shù)時(shí)，上、下邊頻幅度的符號相反n為偶數(shù)時(shí)，上、下邊頻幅度的符號相同353單頻調(diào)制時(shí)的頻帶寬度設(shè)FM信號的有效頻帶取到

+1次邊頻，則由于相鄰頻譜分量的間隔為

m。所以單音頻調(diào)制時(shí)，F(xiàn)M信號的帶寬為調(diào)頻信號的帶寬也可寫為這個(gè)關(guān)系稱為卡森公式。若

FM<<1，則若

FM>>1，則36

當(dāng)調(diào)制信號是多頻調(diào)制時(shí)，仍可采用上卡森公式計(jì)算FM的帶寬。

其中△f為最大頻偏，fm和

FM為最高調(diào)制頻率和其對應(yīng)的

FM。

4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)（1）調(diào)頻信號的產(chǎn)生

產(chǎn)生調(diào)頻的方法直接調(diào)頻法倍頻法37

直接調(diào)頻法：用調(diào)制信號直接改變決定載波頻率的電抗元件的參數(shù)，使輸出信號SFM(t)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號線性變化。

直接調(diào)頻法的優(yōu)點(diǎn)：可以得到很大的頻偏。主要缺點(diǎn)：載波頻率會發(fā)生漂移，因而需要附加穩(wěn)頻電路。38倍頻法：由窄帶調(diào)頻通過倍頻產(chǎn)生寬帶調(diào)頻信號的方法。它是由倍頻器和混頻器適當(dāng)配合組成的。

39（2）調(diào)頻信號的解調(diào)寬帶調(diào)頻信號的解調(diào)主要采用非相干解調(diào)，非相干解調(diào)的電路類型很多，例如：相位鑒頻器、比例鑒頻器、晶體鑒頻器等。鑒頻器的數(shù)學(xué)模型：

設(shè)調(diào)頻波為

40經(jīng)過微分電路后

可見，調(diào)頻信號經(jīng)微分后變成了調(diào)幅調(diào)頻波，其幅度變化為經(jīng)過包絡(luò)檢波器并隔除直流分量后，輸出為得到的輸出信號S0(t)正比于調(diào)制信號m(t)。413.4模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3.4.1調(diào)幅系統(tǒng)的抗噪聲性能1通信系統(tǒng)中有噪聲解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型對模擬通信系統(tǒng)來說，解調(diào)器的抗噪聲性能主要是用“信噪比”來衡量，信噪比指的是信號和噪聲的平均功率之比，用S/N表示。其數(shù)學(xué)模型為42

S(t)為解調(diào)器輸入端的已調(diào)信號，n(t)為加性高斯白噪聲。帶通濾波器：濾出有用信號，濾除帶外噪聲。

Si

、S0分別表示解調(diào)器輸入端和輸出端的有用信號功率

Ni

和N0分別表示解調(diào)器輸入端和輸出端的噪聲功率。

Si/Ni：解調(diào)器的輸入信噪比

S0/N0：輸出信噪比。信噪比增益定義為信噪比增益越高，則解調(diào)器的抗噪聲性能愈好。432相干解調(diào)的抗噪聲性能經(jīng)推導(dǎo),各調(diào)幅系統(tǒng)的信噪比增益分別為44幾點(diǎn)結(jié)論：AM信號經(jīng)相干解調(diào)后，即使在最好的情況下，也不能改善其輸入信噪比，而信噪比一般都會惡化。DSB可以改善其輸入信噪比3dB，即信噪比改善了兩倍。SSB和VSB即不改善也不惡化其輸入信噪比。信噪比增益只適用于同一系統(tǒng)不同解調(diào)。注意：這并不說明DSB的抗噪聲性能優(yōu)于SSB。因?yàn)樾旁氡仍鲆鎯H僅適用于同類調(diào)制系統(tǒng)作為衡量不同解調(diào)器的抗噪聲性能，而不能用在不同調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能比較上，DSB的信噪比增益比SSB高一倍，是因?yàn)镾SB所需帶寬僅為DSB的一半，因此在噪聲功率譜相同的情況下DSB的輸入噪聲功率是SSB的兩倍。盡管DSB的信噪比增益為2，但一開始其輸入噪聲就已高出SSB的2倍，所以解調(diào)器對信噪比的改善被更大的輸入噪聲所低消。因此，對給定的輸入信號功率，DSB和SSB輸出端的信噪比是相同的，SSB和DSB解調(diào)器的性能是相同的。

453非相干解調(diào)的抗噪聲性能

AM采用包絡(luò)檢波器解調(diào)的噪聲性能。（1）大信噪比情況下(即小噪聲)

信噪比增益為

此結(jié)果與相干解調(diào)時(shí)得到的信噪比公式相同。由此說明：AM在大輸入信噪比時(shí)，包絡(luò)檢波器性能與相干解調(diào)性能相同。（2）小信噪比情況(大噪聲)

在小信噪比的情況，信號完全被包絡(luò)檢波器破壞。所以不能通過包絡(luò)檢波器恢復(fù)信號。46

小信噪比時(shí)非相干解調(diào)器不能提取信號的現(xiàn)象稱為門限效應(yīng)。例

某接收機(jī)的輸出噪聲功率為10-9W，輸出信噪比為20dB，由發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間總傳輸損耗為100dB。①試求用DSB調(diào)制時(shí)發(fā)射功率應(yīng)為多少?②若改用SSB調(diào)制,問發(fā)射功率應(yīng)為多少?解：①DSB：

S0/N0=20dB100（倍）

已知：又

Ni=4N0=4

10-9

47又

1010

（倍）②SSB：

S0/N0=20dB100（倍）已知：又

Ni=4N0=4

10-9

又

1010

（倍）483.4.2調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能1窄帶調(diào)頻NBFM的抗噪聲性能窄帶調(diào)頻信號的相干解調(diào)器模型：

單音頻調(diào)制時(shí)的信噪比增益為492寬帶調(diào)頻WBFM的抗噪聲性能寬帶調(diào)頻一般是用非相干解調(diào)，通常采用鑒頻器。含有噪聲的非相干解調(diào)器數(shù)學(xué)模型如圖所示。單音調(diào)制時(shí)50結(jié)論：

G與最大頻偏△ω的三次方成正比。通過增加頻偏可以提高輸出信噪比，從而使寬帶調(diào)頻的抗噪聲性能優(yōu)于調(diào)幅系統(tǒng)。由于WFM

2△ω，因此△ω的增加，會使系統(tǒng)帶寬加寬，從而使解調(diào)器的輸入噪聲功率Ni增加，輸入信噪比(Si/Ni)FM下降。當(dāng)解調(diào)器的輸入信噪比下降至某一數(shù)值時(shí)，輸出信噪比將急劇下降。這種情況下，增加頻偏不僅不會有好處，反而帶來壞處。這種現(xiàn)象稱