第五章 模拟调制系统

fc fc
f
b c
f
-2f c
d
0 -f m 0 fm f
2f c
f
第5章
4、DSB的特点与应用
优点：调制效率高。 缺点：占用频带宽，为消息基带信号的2倍。 应用：无线通信，常用语传输数字信号，如ASK。
SDSB(t)
包络检波 Acosωct
m0(t)
第5章
4.4
DSB
单边带调幅SSB
下边带
上边带 AM、DSB的共同缺点：所需传输的带宽是信号的2倍，这样就降低了 f 0 系统的有效性。由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包含的 -f f H(f) c c 信息相同，因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。 由 得上边带USB, 1、 SSB概念 f 概念：只传送一个边带的调制方式成为单边带调制。 fc -fc SSB信号的频谱如图4.4-1 USB 显然，SSB信号的带宽是与消息信号m(t)相同。 f 比较：AM、DSB信号无论在时域还是在频域，都比较直观，但是 0 f -f c c SSB信号在频域非常直观，但是在时域很难想象。
由信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内直接传输，因
此需要经过调制将他变换成适于在信道内传输的信号. 调制的定义：把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形
C(w )
信源
调制
发滤波器
信道
收滤波器
解调 调制
信宿
n(t) 点---点通信系统
一、调制的功能 1、频率变换：为了采用无线传送方式，如将（0.3~3.4KHz）有效 带宽内的语音信号调制到高频段上去。 2、实现信道复用：例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信 道中传输。 3、提高抗干扰性：抗干扰性（即可靠性）与有效性互相制约，通 常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如FM替代AM。
第5章
4.5
残留边带调幅（VSB）
一、 VSB的一般概念 SSB问题：理想的滤波器难以实现。 VSB调制：与SSB相似，但是允许滤波器有过过渡带，其中 一个边带损失的能够恰好被另外一个边带残留的部分补偿。
m(t)
m(t) cosωct
hv(t) cosωct
SSSB(t)
二、Hv(ω)的要求 H(f fc) H(f fc) C, 0 < f < fH
1 1 ) S LSB (t ) m(t ) cos w ct m(t ) sin w ct 2 2
——载波为cosωct
第5章
1 1 ) m(t ) cos w c t m(t ) sin w c t 载波为cosωct 2 2
同理
SUSB (t )
当载波为cosωct时
S LSB (t )
SUSB (t )
当载波为sinωct时
1 1 ) m(t ) cos w c t m(t ) sin w c t 2 2
1 1 ) m(t ) cos w c t m(t ) sin w c t 2 2
S LSB ( t )
1 1 ) m( t ) sin w c t m( t ) cosw c t 2 2 1 1 ) S USB ( t ) m( t ) sin w c t m( t ) cosw c t 2 2
第5章
二、调制的分类
基带信号m(t)
调制器 C(t) 载波
Sm(t)
调制器模型 调制方法可以从以下几个角度进行分类。 1、 按信号m(t)的不同分： 模拟调制，特点：m(t) 2、按载波信号c(t)不同分： 是连续信号。 数字调制，特点：m(t) 是数字信号。 连续波调制，特点：c(t) 连续，如c(t)=cosωct； 3、 按调制器功能的功能分： 脉冲调制，特点：c(t) 为脉冲，如周期矩形脉冲序列。 幅度调制，特点：用: m(t)改变c(t)的幅度，如AM，DSB，SSB，VSB。 4、按调制器传输函数来分： 频率调制，特点：用: m(t)改变c(t)的频率，如FM。 线性调制，特点：调制前、后的频谱呈线性搬移关系。 相位调制，特点：用: m(t)改变c(t)的相位，如PM。 非线性调制，特点无上述关系，且调制后产生许多新成份。
f
0 f c -f H fc f c +f H
特点：信号的频谱经过AM调制后形状未变，仅仅是幅度下降的一半， 位置发生了变换，搬移到了±ωc。带宽由原始消息信号的ωm变为2ωm。 在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量，因此，该调制为线性 调制。 问题：通常AM已调信号的频谱中，高于ωc部分称为上边带（USB）， 低于ωc部分称为下边带（LSB）。事实上，任何一个边带足以表达消 息信号的全部信息，显然AM传输有些浪费。 解决办法：采用单边带调制。
第5章
教学提示
（1） 信号的时域表达 式和时域波形； （2） 频谱表达式和频 谱图； （3） 解调方式； （4） 抗噪声性能。
在此之前，我们为通信
系统的讨论提供了必要 的数学基础，即信号分 析和随机理论，有了这 些工具之后，就可以转 入本课程的第二部分内 容，即中心内容，开始 讨论通信系统的实质问 题：有效性和可靠性的 问题。具体涉及的问题 就是调制和解调的问题。
第5章
四、SSB信号的解调 相干解调法 五、SSB的特点及应用 优点：具有最窄的传输带宽， 信道利用率最高； 缺点：（1）电路实现复杂， 技术要求高（2）解调时同步 误差要小 应用：（1）载波通信和微波 多路通信，（2）保密通信 （运用频谱倒置）。
SSSB(t)
Sp(t)
LPF cosωct
m0(t)
第5章
三、 VSB信号的时间表达式
"-"表示取上边带； "+"表示取下边带。 四、 VSB信号的产生 通常采用二种方法： 滤波法 移相法（与SSB相似） 五、VSB的特点及应用 1、 所需带宽为ωH< ω < 2ωH; 2、 采用滤波法较易实现。
第5章
4.6
各种幅度调制系统的噪声性能
一、 准备知识 考虑加性高斯白噪声,系统的抗噪声性能
一、 SSB的一般概念及基础知识 H(f) 由 -fc 得下边带LSB, f
LSB
0
f c
f -f c f c
第5章
2、 基础知识-希尔波特（Hilbert）变换 1)、定义：将一个信号波形中的全部频率分量相移-90°后所得 的时间信号就叫做原信号的希尔波特变换。 2）、变化公式 在频率域中的数学描述为： 希尔波特变换在时间域的数学描述如下： f(t) H(w) ) f ( t)
第5章
第5章 模拟调制系统
引言 标准调幅（AM） 双边带调幅（DSB） 单边带调幅（SSB） 残留边带调幅（VSB） 各种幅度调制系统的噪声性能 角度调制原理及抗噪性能 频分复用(FDM)
5.1
5.2
5.3 5.4 5.5 5.6
5.7
5.8
第5章
5. 1 引 言
第5章
二、SSB信号的时域表达式及频谱 1、模型 2、SSB信号的频谱 下边带低通滤波器可等效为 1 H (w ) sgnw w c sgnw w c 2
S LSB (w )
m(t)
m(t) cosωct
h(t) cosωct
SSSB(t)
w sgn( wc)
第5章
4）、线性调幅的条件
由波形图知AM信号有以下特点： （1）、幅度调制：AM信号的包络是随着信号呈线性关系变 化的，所以它是幅度调制。 （2）、频率未变：已调波的波形疏密程度相同，也就是说载 波仅仅是幅度受到了调制，频率没有发生变化。 （3）、调幅条件： 如果A不够大，已调信号的包络不一定与 m(t)成正比，将出现这样无法采用包络检波的方法检出其包 络，通常我们称这种现象为过调。
第5章
三、SSB信号的产生 (1)滤波法 (2)相移法
m(t)
m(t) cosωct
h(t) cosωct
SSSB(t)
cos w ct m(t) 90
。
+ + sin wct 。
90 ) m（t）
S (t) LSB S (t) USB
1 1 ) S SSB (t ) m(t ) cos wc t m(t ) sin wc t 2 2
1 S AM (w ) A w wc w wc [ M (w wc ) M (w wc )] 2
第5章
c(t) 载波 调制 信号 已调 信号 m(t)
-f
H
C(f)
-f c 0 fc
f
M(f)
f
-f L 0 f
L
fH
sm(t)
-f c
S(f)
第5章
1、AM信号的时域表达式及波形 所谓的标准调幅就是指输入的调制信号除了来自消息的 基带信号外，还包含了直流信号A，总的输入信号为A+m(t)， h(t)为理想的带通滤波器，这样调制后输出信号便既含载波分 量由含有边带分量的标准调幅信号。 1）AM调制数学模型 2）数学表达式 SAM(t)=[A+m (t)]cosωct 式中的第一项代表载波分 量，第二项代表边带分量,， 该项为消息信号。 3) 时域波形 AM 信号的波形为幅度随信 号变化的余弦波形 。
m(t)
调制器
sm(t)
h(t) BPF n(t)
解制器
ni(t)
m0(t)
n(t)是高斯白噪声，功率谱密度为n0/2。 BPF作用：通过已调信号，抑制噪声，其带宽与已调信号的带 宽相同。 信道内高斯噪声n(t)经过BPF后，形成窄带噪声ni(t)。
ni (t ) nc (t ) coswct ns (t ) sin wct
f f