第五章模拟调制系统3 OK
第五章模拟调制系统PPT课件
1 m(t)
2
1 2
m(t
)
sin
c
t
1
sS S B (t)2m (t)co sct
1 2m ( t)sin ct
“－” 表示 上边带信号 ， “＋” 表示 下边带信号
m
(t)
是 m (t) 的 希尔伯特变换 。Leabharlann 黄超制作SSB技术实现难点：
第5章 模拟调制 第
12
页
➢ 滤波法：理想低通或高通滤波器难以实现
3、 改善系统抗噪声性能；
黄超制作
调制的分类
正弦波调制
调制
脉冲调制
模拟调制 数字调制
第5章 模拟调制 第
3 页
t
t
黄超制作
5.1 幅度调制原理 1、AM调制
m(t )
＋
第5章 模拟调制 第
4 页
sAM (t )
A0
cosc t
AM 调制模型
s A M ( t ) A 0 m ( t ) c o sc t A 0 c o sc t m ( t ) c o sc t
sDSB (t )
+
SDSB(t)+ni(t)
BPF
×
第5章 模拟调制 第
18 页
解调器
LPF
噪声n(t)
从图中可以看出
cos ct m(t)n(t)
o
o
输出信号S功m率 2(t)
oo
输出噪声N功n率 2(t)
oo
输入信号S 功 s2率(t) 输入噪声N功n率 2(t)
i DSB
ii
黄超制作
(1)输入信号S功 s2率(t) i DSB
黄超制作
第 05 章 模拟调制系统.
5.1 幅度调制 (线性调制) 的原理 SSB
三、单边带调幅 (SSB)
1. SSB 调制：
• 滤波法 • 相移法
m(t) sDSB(t) 单边带 滤波器 sSSB(t)
coswct
频域表示及滤波法
• 功率： • 带宽：BSSB = fH
Sm(w) -wc
通信原理 第 5 章 模拟调制系统
通信原理 第 5 章 模拟调制系统
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5.1 幅度调制 (线性调制) 的原理 DSB
2. DSB 解调 DSB 相干解调：
• c(t)：同频同相的本地载波 coswct • sp(t) = sDSB(t)⋅c(t) = m(t)cos2wct
通信原理 第 5 章 模拟调制系统
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希尔伯特变换 (Hilbert Transform)
希尔伯特变换是一个时域变换， 在信号处理等领域有重要意义和实用价值
m(t) hh(t)
^ m(t)
^ M(w) Hh(w) M(w)
Page #3
数字信号 数字调制 ( 7, 8 章) ASK, FSK, PSK 等 脉冲数字调制 ( 9 章) PCM, DM, DPCM 等
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通信原理 第 5 章 模拟调制系统
5.0 引言
模拟调制系统：
线性调制：幅度调制，Amplitude Modulation
Page #16
大学课程通信原理第5章-模拟调制系统课件
调制信号：原始基带信号
模拟调制：调制信号取值连续 数字调制：调制信号取值离散
正弦波模拟调制
载波：携带调制信号的信号
正弦波调制：正弦型信号作为载波 脉冲调制：脉冲串作为载波
正弦波数字调制 脉冲模拟调制 脉冲数字调制
2
1 调制的定义和分类(2)
正弦波模拟调制
调制信号：模拟信号：m(t)
0 0
A 2
M
c
M
c
已调信号的频谱是调制信号频谱的线性搬移。
线性调制
4
2.1 幅度调制的原理(2)
幅度调制器的一般模型
mt
ht
sm t
ht H
cos ct
sm t m t cos ct h t
Sm
1 2
M
c
M
c
H
m t ,ht 不同
双边带调幅(DSB) 标准调幅(AM)
载波分量
DSB分量
m ' t
sAM t
m0
S AM
m0
c
c
1 2
M
'
c
M
'
c
where m ' t M ' .
12
2.1 幅度调制的原理(8)
调幅系数
m ' t
AM
max 1 m0
已调信号的包络与调 制信号成比例变化.
m't
sAM t
m0
m0 m '(t )
sAM t m0 m '(t)
单边带调幅(SSB)
残留边带调幅(VSB) 5
常规调幅AM：H(ω)为全通网络，m(t) 有直流成 分。
第五章模拟调制系统PPT课件
5
m(t) O
A0+ m(t)
O cos wc(t)
O
sAM(t)
O
w 正弦载波：s (t) A cot s( )
c
0
A：振幅
t
ωc=2πfc：角频率 0：初相位
t
M(w)
1t£wH0 Nhomakorabeaw H
w
SAM(w)
pA0
1 2
pA0
t
t
£wc
0
wc
w
SFM(t)
正弦波调制的信号波形
x (t) O
假 设信 号波 形 t
4. 效率
AM波的平均功率为：
P AM SA 2 M (t)A 2 02m 2 2(t)P cP s
Pc为载波功率，Ps为边带功率
调制效率：
AM
Ps Pc Ps
1 2
举例 15
标准调幅AM(续)
5. 缺点：边带传递有效信息，载波不传，但载 波要占一半以上的功率，发送功率的效率低。
16
三、抑制载波双边带调幅DSB
扩展信号带宽，实现带宽与信噪比之间的互换， 提高抗干扰、抗衰落能力。
调制对通信系统的有效性和可靠性都有影 响。
4
引言(续)
调制 方法
正弦波 调制
脉冲调制
模拟 调制
幅度调制 线性调制
角度调制 非线性调制
数字调制
模拟调制 数字调制
标准调幅AM 双边带调制DSB 单边带调制SSB 残留边带调制VSB 调频FM 调相PM 振幅键控ASK 频移键控FSK 相移键控PSK，DPSK 其他QAM，MSK 脉幅调制PAM 脉宽调制PDM 脉位（脉速）调制PPM 脉码调制PCM 增量调制ΔM 差分脉码调制DPCM
第五章 模拟调制系统总结
原因：
a.信道噪声（n0）相同，但进入解调器的噪声不一样。 b.SSB 带宽窄，对噪声的滤除能力强，NiSSB = n0 Bs , 只为 DSB 时的一半。 c. DSB 由于 G = 2 ，在解调时抑制了一半噪声。
SSB 有效性好，应尽量选用 SSB 方式。
三、AM 系统
大信噪比时： G = 2m2 (t ) A2 + m2 (t )
节 2 线性调制基本原理
一、基本原理方框
调制：
sm
(t
)
=
m(t )cos ω 0t
⇔
Sm
(ω
)
=
1 2
[M
(ω
+
ω0
)+
M
(ω
−
ω0
)]
已调信号的谱是以ω= 0 为轴的基带谱 M (ω) 搬移到以ω0 为中心的某个频域上构
成，谱结构不变，为线性搬移，称为线性调制。
sm
(t )cos ω 0t
=
m(t )cos 2
调制：
sDSB (t )
=
m(t )cos ω 0t
⇔
SDSB (ω )
=
1 2
[M
(ω
−ω0
)+
M
(ω
+ω0
)]
解调方式：相干解调
已调信号带宽与调幅时一致: BDSB = 2 BS 3、单边带信号（SSB）
调制：
相干解调
SSSB（t）只含有一个边带，其带宽与调制信号带宽一致，有利于 扩展容量，提高系
ω0t
=
1 2
m(t
)[1+
cos
2ω 0t ]
相干解调：
第五章模拟调制系统
第五章模拟调制系统知识结构-调制的基本概念和作用、分类-幅度调制的主要类型，及各自的调制解调方法、波形、频谱、带宽、及抗噪声性能-角度调制的主要类型，及各自的调制解调方法、功率、带宽、及抗噪声性能教学目的-了解模拟调制及其解调的原理和系统的抗噪声性能-掌握各种已调信号的时域波形和频谱结构，系统的抗噪声性能-了解一些常用的调制解调芯片教学重点-信噪比增益-已调信号表达式的写法及分析、波形画法及分析-卡森公式教学难点-信噪比增益-角度调制中最大频偏的概念和计算教学方法及课时-多媒体授课（6学时）（3个单元）作业-5-4，5-7，5-9，5-16，5-18备注（在上课之前最好让学生复习一下“高频电路”中相关内容）AM和DSB在高频电路中如果已经讲的比较细，此处可略讲。
单元七（2学时）§5.1 引言（调制的作用和分类）知识要点：调制的过程、作用、分类我们在第一章已经学过了模拟通信系统和数字频带通信系统的模型。
从模型图中可以看出，它们都需要进行“调制”。
那么什么是调制？为什么要进行调制？调制有哪些分类呢？我们下面逐一介绍。
§5.1.1 调制的概念（过程）所谓调制，就是在发送端将要传送的信号附加在高频振荡信号上，也就是使高频振荡信号的某一个或几个参数随基带信号的变化而变化。
其中要发送的基带信号又称“调制信号”；高频振荡信号又称“被调制信号”。
§5.1.2 调制的作用调制的主要作用有三个：1、将基带信号转化成利于在信道中传输的信号；2、改善信号传输的性能（如FM具有较好的信噪比性能）3、可实现信道复用，提高频带利用率。
§5.1.3 调制的分类分2大类：正弦波调制、脉冲调制正弦波调制又可分为模拟调制和数字调制。
其中模拟调制又分调幅和调角2类，这是我们本章的主要内容。
§5.2 幅度调制与解调知识要点：AM DSB SSB VSB的原理及波形频谱的画法带宽计算§5.2.1 幅度调制的一般模型幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。
樊昌信《通信原理》(第7版)课后习题(模拟调制系统)【圣才出品】
第5章模拟调制系统思考题5-1 何谓调制？调制在通信系统中的作用是什么？答：（1）调制是指把信号转换成适合在信道中传输的一种过程。
广义的调制分为基带调制和带通调制（又称载波调制）。
（2）调制在通信系统中的作用：①将基带信号的频谱搬至较高的频率上，提高发射效率；②将多个基带信号分别搬移到不同的载频处，实现信道的多路复用，提高信道利用率；③扩展信号带宽，提高系统抗干扰能力。
5-2 什么是线性调制？常见的线性调制方式有哪些？答：（1）线性调制又称幅度调制，是指由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。
波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移（精确到常数因子）。
（2）常见的线性调制有调幅、双边带调制、单边带调制和残留边带调制。
5-3 AM信号的波形和频谱有哪些特点？答：（1）AM信号的波形特点：AM波的包络与调制信号的形状完全一样。
（2）AM信号的频谱特点：①AM信号的频谱有载频分量、上边带和下边带三部分组成；②上边带的频谱结构和原调制信号的频率结构相同，下边带是上边带的镜像；③带宽是基带信号带宽的2倍。
5-4 与未调载波的功率相比，AM信号在调制过程中功率增加了多少？答：由于AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成，而只有边带的功率才与带宽相关，也就是说载波分量并不携带信息，因此AM信号在调制过程中功率增加了调制信号的功率。
5-5 为什么要抑制载波？相对AM信号来说，抑制载波的双边带信号可以增加多少功效？答：（1）抑制载波的原因：抑制载波可以提高调制效率，节省载波功率，若不存在载波分量，信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。
（2）对于AM信号，抑制载波的双边带可以使其调制效率提高到100%。
5-6 SSB信号的产生方法有哪些？各有何技术难点？答：（1）SSB信号的产生方法：①滤波法，滤波法是指先产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号；②相移法，相移法是指利用相移网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在合成过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。
通信原理第5章
相干解调适用于所有线性调制信号的解调。 20
5.1 线性调制
相干解调性能分析——以单边带调制为例
单边带信号的一般表达式为：
与相干载波相乘：
1 1 ˆ (t ) sin c t sSSB (t ) m(t ) cos c t m 2 2
s p (t ) sSSB (t ) cosct
5.2 线性调制系统的抗噪性能
讨 论
能否根据 GDSB 2， GSSB 1 ，判断DSB系统的 抗噪性能优于SSB系统呢？
不能！
因为计算的前提条件不一致，不能直接比较。 若设定相同的前提条件，二者抗噪性相同，而 SSB只需DSB的一半带宽，因而应用普遍。
31
5.3 非线性调制
调制分类
1 1 1 ˆ (t ) sin 2c t m(t ) m(t ) cos 2c t m 4 4 4
经低通滤波器滤波，得到：
1 sd (t ) m(t ) 4
21
5.1 线性调制
包络检波
适用条件
AM信号，且要求|m(t)|max A0
原
理
直接从已调信号的幅度中提取信号，sd t A0 m(t ) 隔去直流，就得到原调制信号m(t)。
n t
窄带 高斯噪声
mo(t) － 输出有用信号 no(t) － 输出噪声
25
5.2 线性调制系统的抗噪性能
解调器输出信噪比定义
2 So 解调器输出有用信号的平均功率 mo (t ) 2 No 解调器输出噪声的平均功率 no (t )
解调器输出信噪比是模拟通信系统的主要质量指标， 显然输出信噪比越大越好。
载波参量
幅 度
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2020/4/9
第四章 模拟调制系统
14
2020/4/9
(
Si Ni
)FM/ dB
60 20
50
10
7
40
4
3
＝2
30
FM
20
10
0
0
5
10 15 20
(
Si Ni
)FM / d B
非湘干解调的门限效应
第四章 模拟调制系统
15
➢ 门限效应是FM系统存在的一个实际问题。尤其在采 用调频制的远距离通信和卫星通信等领域中，对调频 接收机的门限效应十分关注，希望门限点向低输入信 噪比方向扩展。
例如调频广播中常取mf=5，则制度增益GFM=450。 也就是说，加大调制指数mf，可使调频系统的抗噪声 性能迅速改善。
2020/4/9
第四章 模拟调制系统
7
• 例5-5 设调频与常规调幅信号均为单频调制，调频指数为 m f ，
调幅指数 AM 1 ,调制信号频率为 fm 。当信道
• 条件相同、接收信号功率相同时比较它们的抗噪声性能。
• 解：调频波的输出信噪比
S o FM N o FM
GFM
Si FM Ni FM
• •
常规调幅波的输出信噪比 则两种信号输出信噪比之比为
SoAM NoAM
GAM
Si AM N i AM
S o FM
NoFM GFM SiFM NiAM
SoAM GAMSi AMNi FM NoAM
2020/4/9
So No
AM
1 3
Si n0 Bb
结论：当输入信噪比较 高时，采用FM方式可 以得到更大好处。
So No
FM
3 2
m2f
Si n0 Bb
比AM优越 22dB
门限电平以下， 曲线将迅速跌落
比AM优越 4.7dB以上
2020/4/9
第四章 模拟调制系统
22
调制方式 传输带宽
•
(
So No
)
AM
E f 2 (t) 2n0 fm
A2 / 2
2n0 fm
(
So No
)FM
3 2
2
fmax fm
A2 / 2 n0 fm
（ So ）
No FM （ So ）
3m2f
No AM
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第四章 模拟调制系统
10
–讨论
调频系统的这一优越性是以增加其传输带宽来 换取的。因为，对于AM 信号而言，传输带宽
鉴频器输出噪声功率谱随f呈抛物线形状增大。但 在调频广播中所传送的语音和音乐信号的能量却 主要分布在低频端，且其功率谱密度随频率的增 高而下降。
在信号高频端的信号谱密度最小，而噪声谱密度 却是最大，致使高频端的输出信噪比明显下降， 这对解调信号质量会带来很大的影响。
采用降低输出噪声功率N0的方法提高S0/N0。
5.3.2
调频系统抗噪声性能的分析方法和分析模 型与线性调制系统相似；调频信号的解调有相 干解调和非相干解调两种，相干解调仅适用于 窄带调频信号，且需同步信号； 而非相干解调 适用于窄带和宽带调频信号，而且不需同步信 号，因而是FM系统的主要解调方式，其分析 模型如下图 所示。
2020/4/9
第四章 模拟调制系统
2020/4/9
第四章 模拟调制系统
13
（2 ）小信噪比情况与门限效应
应该指出，以上分析都是在Si/Ni足够大的 条件下进行的。当Si/Ni 减小到一定程度时， 解调器的输出中不存在单独的有用信号项， 信号被噪声扰乱，因而So/No 急剧下降。这种 情况与AM包检时相似，我们称之为门限效应。 出 现 门 限 效 应 时 所 对 应 的 Si/Ni 值 被 称 为 门 限 值，记为(Si/Ni)b。
3m2f
3
BFM BAM
2
No AM
宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与它们带宽比的
平方成正比。调频是以带宽换取信噪比的改善。
2020/4/9
第四章 模拟调制系统
12
» 结论：
在大信噪比情况下，调频系统的抗噪声性能 将比调幅系统优越，且其优越程度将随传输 带宽的增加而提高。
但是，FM系统以带宽换取输出信噪比改善并 不是无止境的。随着传输带宽的增加，输入 噪声功率增大，在输入信号功率不变的条件 下，输入信噪比下降，当输入信噪比降到一 定程度时就会出现门限效应，输出信噪比将 急剧恶化。
➢ 降低门限值（也称门限扩展）的方法有很多，例如， 可以采用锁相环解调器和负反馈解调器，它们的门限 比一般鉴频器的门限电平低 6~10dB。
➢ 还可以采用“预加重”和“去加重”技术来进一步改 善调频解调器的输出信噪比。这也相当于改善了门限。
2020/4/9
第四章 模拟调制系统
16
•
采用预加重和去加重改善信噪比原因：
同噪声功率谱密度n0、相同基带信号带宽 Bb（fm）的条件下，AM为100%调制， 调制信号为均值为0的单频正弦信号。
2020/4/9
第四章 模拟调制系统
21
5、各种模拟调制系统的比较
So
/
No
DSB
Si
/
n0Bb
出现门限效应时的曲 线拐点
So No
SSB
Si n0 Bb
1 2
(L－R)
立 体 声指 示
调频立体声广播系统发送与接收原理图
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第四章 模拟调制系统
29
• 例5-6已知调制信号是8MHz的单频余弦信号，若要求输出信噪 比为40 dB，试比较调制效率为1/3的常规调幅系统和调频指数 为5的调频系统的带宽和发射功率。设信道噪声的单边功率谱密
左声道 L
右声道 R
＋ ＋ L－R × －
38 kHz 振荡器
＋ ＋＋
L＋R
LPF 0 ~ 15 kHz
÷2 (a)
衰减
＋ ＋
∑
去 调 频发 射 机
＋
1 2
(L＋R) ＋
L
＋
＋
来 自 鉴频 器
BP F 23 ~ 53 kHz
×
导 频 滤波 19 kHz
×2 (b)
LPF
－
＋ ＋
R
0 ~ 15 kHz
FDM频分复用是指按照频率的不同来复 用多路信号的方法。在频分复用中，信道的带 宽被分成若干个相互不重叠的频段，每路信号 占用其中一个频段，因而在接收端可以采用适 当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出 所需要的信号。
2020/4/9
第四章 模拟调制系统
24
图 4 – 13 频分复用系统组成原理图
2020/4/9
第四章 模拟调制系统
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HT ( f )
x(t)
预加重
K
加重技术பைடு நூலகம்图
调制器
信道
解调器
HR(f )
x(t)
去加重
抵消去加重网络的影响， 使传输信号不失真
传输特性随频率增加而滚降，将高端 的噪声衰减，则总的噪声功率可以减
小（对调频尤为明显）
可以使输出信噪比提 高6dB左右
R
C
输入
C
输出
F
解调器的输入信噪比：
Si A2 Ni 2n0 BFM
计算输出信噪比时，由于非相干解调不满足叠加 性，无法分别计算信号与噪声功率，因此，也和AM 信号的非相干解调一样，考虑两种极端情况，即大信 噪比情况和小信噪比情况，使计算简化。
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第四章 模拟调制系统
3
（ 1） 大信噪比情况
在大信噪比条件下，信号和噪声的相互作
优点：可以在给定的信道内同时传输许多路信号，提高信号传输的有效性 缺点：设备复杂，因滤波器特性不够理想和信道内存在非线性而产生路间干扰
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第四章 模拟调制系统
26
例：调频立体声广播(FM Stereo Broadcasting)
调频立体声广播系统占用频段为88~108 MHz， FDM方式。在调频之前，首先采用抑
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第四章 模拟调制系统
17
• 采用预加重和去加重改善信噪比目的：
为了进一步改善调频解调器的输出信噪比，针 对鉴频器输出噪声谱呈抛物线形状这一特点， 在调频系统中广泛采用了加重技术，包括“预 加重和“去加重”措施。
“预加重”和“去加重”的设计思想是保持输 出信号不变，有效降低输出噪声，以达到提高 输出信噪比的目的。
“预加重”：在调制器前加入一个预加重网络
Hp(f) ，人为地提升调制信号的高频分量，以抵 消去加重网络的影响。显然，为了使传输信号不
失真，应该有
Hp(
f
)
1 Hd (
f
)
– 这是保证输出信号不变的必要条件。
2020/4/9
第四章 模拟调制系统
20
5.4 各种模拟调制系统的性能比较
• 同等条件下比较： 在相同的解调器输入信号功率Si、相
VSB
略大于Bb
SSB和DSB 三者的优
滤波，要求相 电视广播系统；数据 干解调，设备 传输
点
复杂
宽带FM的抗
FM
2（mf＋1） Bb
干扰能力 和抗快衰
调制器较复杂
数据传输；无线电广 播；微波中继；
落能力强
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第四章 模拟调制系统
23
5.5 频分复用
(Frequency division Multiplexing)
用可以忽略， 这时可以把信号和噪声分开来
算，经过分析，我们直接给出解调器的输出
信噪比
S0 N0