《现代通信系统原理》电子教案 第3章 模拟调制系统

mo
(t
)
1 4
m(t
)
So
mo2 (t)
1 16
m2 (t)
（2）输出噪声的功率
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No
1 4
ni2
(t)
1 4
Ni
1 4
no B
现代通信系统原理 26
第3章 模拟调制系统
（3）输出信号的功率
Si
sm2 (t)
[1 2
m(t)cos ct
1 2
mˆ (t) sinct]2
1[m2 (t) 8
3.1.1 幅度调制的一般模型
定义：用调制信号去 m(t) ×
sm (t)
h(t)
控制高频正弦载波的幅度，
cos ct
使其按调制信号的规律变 图3-1幅度调制器的一般模型
化的过程。
sm (t) [m(t) cos ct] * h(t)
Sm
()
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]H
()
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现代通信系统原理 3
图3-18 带通滤波器传输特 性
f
现代通信系统原理 21
第3章 模拟调制系统
输出信噪比定义为
So No
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
＝
mo2 no2
(t) (t)
输入信噪比
Si Ni
解调器输入已调信号的 平均功率 解调器输入噪声的平均 功率
＝
sm2 ni2
(t (t
) )
BDSB BAM 2Bm 2 f H
2. DSB信号的功率分配及调制效率
PDSB
Ps
1 2
m2 (t)
1 2
Pm
显然，DSB信号的调制效率为100%。
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现代通信系统原理 10
第3章 模拟调制系统
3. DSB信号的解调
DSB信号只能采用相干解调，则乘法器
输出为：sDSB(t) cos ct m(t) cos 2 ct
残留边带调制是介于单边带调制与双边 带调制之间的一种调制方式，它既克服了 DSB信号占用频带宽的问题，又解决了单边 带滤波器不易实现的难题。
在残留边带调制中，除了传送一个边带 外，还保留了另外一个边带的一部分。
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现代通信系统原理 17
第3章 模拟调制系统
m(t)
sDSB (t)
×
HV SB( )
调制的方式 ：模拟调制和数字调制 ；正 弦波和脉冲调制 。
调制的目的：进行频谱搬移，把调制信号 的频谱搬移到所希望的位置上，从而提高系统 信息传输的有效性和可靠性。
调制的种类： AM 、 DSB-SC、 SSB 、
VSB 、FM和PM。
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现代通信系统原理 2
第3章 模拟调制系统
1.1 幅度调制的原理
mo (t) no (t)
（1）输出信号的功率
sm (t) m(t) cos ct
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m(t)
cos2
ct
1 2
m(t)
1 2
m(t)
cos2ct
mo
(t)
1 2
m(t)
So
mo2 (t)
1 4
m2 (t)
现代通信系统原理 23
第3章 模拟调制系统
（2）输出噪声的功率
ni (t) nc (t) cos ct ns (t) sin ct
第3章 模拟调制系统
3.1.2 常规双边带调幅（AM）
1. AM信号的表达式、频谱及带宽
若假设滤波器为全通网络：
s AM (t) [ A0 m(t)] cos c (t)
m(t)
＋
sAM (t)
×
A0 cos c (t) m(t) cos c (t)
A0
cos ct
S
AM
()
A0 [
(
c
2. 残留边带信号的解调
sVSB (t) s p (t)
x
LPF
mo (t)
cos ct
S
p
(
)
图123[S-1VS6B
( VSB
c ) 信号
SVSB ( c )] 的相干解调
S
p
()
1 4
HVSB
(
c
)[M
(
2c
)
M
()]
1 4
HVSB
(
c
)[M
()
M
(
2 c
)]
M
o
()
1 4
M
( )[ H VSB
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现代通信系统原理 20
第3章 模拟调制系统
ni (t)为窄带高斯噪声，可以表示为：
ni (t) nc (t) cos 0t ns (t) sin 0t
其功率为：Ni n0B
nc2 (t) ns2 (t) ni2 (t) Ni
H( f )
1
B
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f0
0
f0
ni (t) cos ct [nc (t) cos ct ns (t) sin ct]cos ct
1 2
nc
(t)
1 2
[nc
(t)
cos
2 c t
ns
(t) sin
2 c t ]
解调器最终的输出噪声为
no
(t)
1 2
nc
(t)
No
no2 (t)
1 4
nc2 (t)
No
1 4
ni2 (t)
1 4
cos ct
尔伯特变换。
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H h ( )
1 mˆ (t) 2
/ 2
sSSB (t)
sin ct
× 现代通12信mˆ 系(t)统cos原理ct 14
第3章 模拟调制系统
2. SSB信号带宽、功率和调制效率
BSSB
1 2
BDSB
Bm
fH
PSSB
1 2
PDSB
1 4
m2 (t)
3. SSB信号的解调
0
c
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现代通信系统原理 13
第3章 模拟调制系统
（2）用相移法形成SSB信号
可以证明，SSB信号的时域表示式为：
sSSB
(t)
1 2
m(t)
cosct
1 2
m (t)
s in c t
式中，“－”对应上边带信号，“+”对应下
边带信号；
1 m(t) 2
×
1 2
m(t
)
cos
ct
mˆ (t) 是 m(t) 的希
DSB解调器的调制制度增益是SSB的二 倍。但不能因此就说，双边带系统的抗噪性 能优于单边带系统。具体分析如下：
So No
DSB
GDSB
Si Ni
DSB
2
Si N iDSB
2 Si n0 BDSB
3. AM信号的解调
调制的逆过程叫做解调。AM信号的解
调方法有两种：相干解调和包络检波解调。
（1）相干解调
sAM (t)
x
mo (t)
LPF
s AM
(t)
cos
ct
[ A0 1 2 [ A0
m(t)]cos 2 ct
1
m(t)]
2
[
A0
图3
m(t
-4
cos ct
)]cos 2ct
相干解调
原
理
(
c
)
HVSB
(
c
)]
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现代通信系统原理 19
第3章 模拟调制系统
3.2 线性调制系统的抗操声性能
本节将要研究的问题是，信道存在加性 高斯白噪声时各种线性系统的抗噪性能。
3.2.1 通信系统抗噪性能分析模型
sm (t)
＋
n(t)
sm (t)
mo (t)
BPF
解调器
ni (t)
no (t)
1 2
m(t)
cos
2
ct
1 2
mˆ (t)
cos
ct
sin
ct
1 4
m(t)
1 4
m(t)
cos
2 c t
1 4
m (t)
sin
2 c t
经低通滤波后的解调输出为
1 mo (t) 4 m(t)
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现代通信系统原理 16
第3章 模拟调制系统
3.1.5 残留边带调制（VSB） 1. 残留边带信号的产生
0
t
图M (3-)7DSB调制器模型
1
cosct
0
sDSB (t)
0
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t
t
载波反向点
H
0 H
SDSB ( ) 1/2
2 H
c
0现代通信系统c 原理 9
第3章 模拟调制系统
DSB信号不能进行包络检波，需采用相 干解调；除不含有载频分量离散谱外，DSB 信号的频谱由上下对称的两个边带组成。故 DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带 宽为基带信号带宽的两倍。
1. SSB信号的产生 （1）率波法
m(t)
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sSSB (t)
×
HSSB()
cos ct
现代通信系统原理 12
第3章 模拟调制系统
HH ( ) 1
c 0
c
（a）
HL( ) 1
c 0
c
（b）
M ( ) 1
H
上边带
c
下边带
c
0 H
SUSB ( ) 1/2
上边带
0
c
SLSB ( ) 1/2 下边带
No
1 4 Ni
n0 B
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GDSB
So Si
/ No / Ni
2
现代通信系统原理 25
第3章 模拟调制系统
2. SSB调制系统的性能
（1）输出信号的功率
sm
(t)
1 2
m(t)
cosct
1 2
m (t)
s in c t
与相干载波相乘，并经低通滤波器滤除
高频成分后，得解调器输出信号和功率为：
)
(
c
)]
1 2
[M
(图3-2cA)M调M制(器模型c
)]
为了保证包络检波时不发生失真，必须满足
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A0 m(t) 0
A0 m(t) max
现代通信系统原理 4
第3章 模拟调制系统
m(t)
0
t
A0 m(t)
0
cosct
0
sAM (t)
M ( ) 1
t H 0 H
t
S AM ( )
框
图
用一个低通滤波器，就无失真的恢复出
原始的调制信号：
mo (t)
1 2
[
A0
m(t)]
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现代通信系统原理 7
第3章 模拟调制系统
（2）包络检波法
电路由二极管D、电阻R和电容C组成。
RC满足条件： 1 RC 1
c
H
这时，包络检波器的输出与输入信号的包
络十分相近，即：
D
R
C
mo (t) A0 m(t)
电容器两端电压 载波包络
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载波
现代通信系统原理 8
第3章 模拟调制系统
3.1.3 抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）
1. DSB信号的表达式、频谱及带宽
sDSB (t) m(t) cos ct
m(t)
×
sDSB (t)
S
DSB
()
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]
cos ct
m(t)
SSB信号的解调也不能采用简单的包络
检波，需采用相干解调，
sSSB (t)
s p (t)
x
mo (t)
LPF
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cos ct
现代通信系统原理 15
第3章 模拟调制系统
乘法器输出为：
s
p
(t)
s SSB
(t)
cos
ct
1 2
[m(t)
cos
ct
m (t)
sin
c t ] cos
ct
A02 cos 2 ct m 2 (t) cos 2 ct 2 A0 m(t) cos 2 ct
PAM
A02 2
m2 (t) 2
Pc
Ps
调制效率：
AM
Ps PAM
m2 (t) A02 m2 (t)
显然，AM信号的调制效率总是小于1。 例题
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现代通信系统原理 6
第3章 模拟调制系统
sVSB (t)
cos ct
HVSB ( c 图) 3-H14VVSSBB(信号 的c滤) 波常法数产， 生
HVSB ( )
1 0.5
H
c 0 c
（a）
HVSB ( )
1 0.5
SVSB
1 [M 2
(
c
)
M
(
c
)]HVSB ( )
c 0 c
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现代通信系统原理 18
第3章 模拟调制系统
人们常用信噪比增益作为不同调制方式下
解调器抗噪性能的度量。它可以定义为：
G So / No Si / Ni
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现代通信系统原理 22
第3章 模拟调制系统
3.2.2 线性调制相干解调的抗噪声性能
sm (t)
＋
sm (t)
BPF
×
LPF
ni (t)
cosct
n(t)
相干解调器
1. DSB调制系统的性能
第3章 模拟调制系统
第3章 模拟调制系统
➢ 3.1 幅度调制的原理 ➢ 3.2 线性调制系统的抗操声性能 ➢ 3.3 角度调制（非线性调制）的原
理及抗噪声性能 ➢ 3.4 各种模拟调制系统的比较 ➢ 3.5 频分复用（FDM）
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现代通信系统原理 1
第3章 模拟调制系统
调制的定义：是按原始电信号的变化规律 去改变载波某些参量的过程。
A0
1/2
A0
0
t
c
0
c
2 H
AM信号是带有载波的双边带信号，它的带
宽为基带信号带宽的两倍，即
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BAM 2Bm 2 f H
现代通信系统原理 5
第3章 模拟调制系统
2. AM信号的功率分配及调制效率 已调信号功率为：
PAM s AM 2 (t) [ A0 m(t)]2 cos 2 ct
mˆ 2 (t)]
Si
1 4
m2 (t)
解调器输入信号平均功率为
Si
1 4
m2 (t)
m2 (t)
Ni n0 B 4n0 B
解调器的输出信噪比和调制制度增益为
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So
1 16
m2 (t)
m2
(t)
No
1 4
n0
B
4n0 B
GSSB
So Si
/ No / Ni
1
现代通信系统原理 27
第3章 模拟调制系统
1 2
m(t)
1 2
m(t
)
cos
2ct
经低通滤波器滤除高次项，得
mo
(t)
1 2
m(t)
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现代通信系统原理 11
第3章 模拟调制系统
3.1.4 单边带调制（SSB）
由于DSB信号的上、下两个边带是完全 对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因 此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中 一个边带就够了。
Ni
1 4
no B
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现代通信系统原理 24
第3章 模拟调制系统
（3）输出信号的功率
解调器输入信号平均功率为
Si
s
2 m
(t
)
[m(t) cosct]2
1 m2 (t) 2
解调器的输入和输出信噪比为
Si
1 m2 (t) 2
Ni
n0 B
因而调制制度增益为
So
1 4
m 2 (t)
m 2 (t)