第三章连续波调制系统
(完整版)通信原理第三章测试题
一．填空 1．对DSB —SC 信号，当采用插入导频法进行载波同步时，插入的条件是（ ）。
2．残留边带滤波器的传输特性H （w ）应该是（ ）。
3．AM 系统在（ ）情况下会出现门限效应。
4．什么是门限效应？AM 信号瞎用包络检波法为什么会产生门限效应？ 5．在残留边带调制系统中，为了不失真地恢复信号，其传输函数H （w ）应满足（ ）。
6．在解调过程中，（ ）的解调方式会产生门限效应，产生门限效应的原因是（ ）。
7．当调频指数满足（ ）时称为窄带调频。
8．相干解调器由（ ）和（ ）组成，信号与噪声可以分开处理，故没有门限效应。
9．门限效应是由包络检波器的（ ）作用所引起的。
10．什么是频分复用？ 填空答案：1．载频处、正交插入2．在载频两边具有互补对称特性 3．在包络检波时且小信噪比时4小信噪比时，解调输出信号无法与噪声分开，有用信号“淹没”在噪声中，这时候输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化。
这种现象称为门限效应。
5．H ()()c c H H ωωωωωω++-=≤常数， 6．非相干解调 非线性应用 7．1f m <<8．相乘器 低通滤波器 9．非线性解调 10．利用调制技术将各路信息信号调制到不同载频上，使各路信号的频谱搬移到各自的子通道内，合成后送入信道传输。
在接收端，采用一系列不同中心频率的带通滤波器分离出各路已调信号，解调后恢复各路相应的基带信号。
1.常见的幅度调制方式：（调幅<AM>)、(双边带<DSB>)、(单边带<SSB>)、(残留边带<VSB>)。
2.如果把语音信号0.3-3.4kHZ 直接通过天线发射，那么天线的长度为（22km ） 3.基带信号控制高频载波的过程叫（调制）4.要保证Ao+f （t ）总是正的，对于所有的t ，必须要求（ ）5.（ ）越大，说明这种调制制度的抗干扰性能越好。
通信系统原理讲义第三章(2)
3.7 窄带调角上面列举了单音调频与调相波的构成特征及主要参量。
虽然单音调制信号不能代表实际应用的其它含有多种频率成份的信号，但单音调角确对认识调角波特点将起有很大作用。
从另一方面，利用FM 信号传输，由式（3-81），随着设计的频偏FM f ∆的增大，即在同样信号频率m f 时，增大调制信号幅度m A ，以使信道带宽加大提高抗干扰性（后面将介绍），为此，如果直接进行较大频偏的调频，却很难稳定实现。
在实际设计中，往往先利用频偏FM f ∆很小的间接调频（图3-25（a ））——实际上是窄带调相来实现窄带调频，然后通过倍频与变频，来最后适配所指定的载波频点0f 及所设计的较宽的传输带宽。
本节主要讨论窄带调频（NBFM ）。
3.7.1 窄带调角时域分析1.窄带调频（NBFM ）由式（3-67）FM 信号通用时域表示式，可以展开为t t t f k A t t t f k A t s 0FM 00FM 0FM sin ]d )(sin[cos ]d )(cos[)(ωω⋅-⋅=⎰⎰ （3-83）当式（3-67）中⎰=∆t t f k t d )()(FMFM ϕ，当位偏最大值即maxFM)d (⎰tt f k 很小时，如 5.0d )(maxFM≤⎰tt f k 或6π（3-84）则式（3-83）可以化简，由1cos 0≈→x x ，及x x x ≈→0sin 两个关系式，可得t t t f k A t A t s 0FM 000NBFM sin ]d )([cos )(ωω⋅-≅⎰（3-85）设调制信号)(t f 及其积分的傅立叶变换对为：)()(ωF t f ↔，及ωωj F t t f )(d )(↔⎰式（3-85）第2项中t t t f k A 0FM 0sin ]d )([ω⋅⎰的频谱是两时间函数相乘的频谱，它的频谱为=⎭⎬⎫⎩⎨⎧--+*⋅)]()([j π)(2π100FM 0ωωδωωδωωj F k A ])()([20000FM 0ωωωωωωωω---++F F k A 因此式（3-85）的频谱为])()([2)]()([π)(0000FM 0000NBFM ωωωωωωωωωωδωωδω---+++-++=F F k A A S （3-86）这一结果表明，它与前面式（3-8）AM 的频谱非常近似。
频率调制连续波
高频雷达采用连续波信号主要基于两个因素：一是以最经济手段中最简单的制造技术产生大的发射机平均功率；二是对其他高频用户的干扰要比对同平均功率的脉冲雷达小的多。
这是因为雷达性能取决于平均发射功率，而射频干扰效应主要与峰值功率有关。
1. 频率调制连续波为了得到距离信息和一定的距离分辨力，对连续波一般采用频率调制，它可采用时频互换方法对不同延迟的回波信号进行脉冲压缩（谱分析），下面对频率域变换为距离信息的工作原理进行分析如下。
现讨论单个线性调频（LFM ）信号。
假设发射信号为()]22exp[][2⎪⎭⎫ ⎝⎛+=t K t f j T t rect t s c π 其中，c f 为载波频率，T B K /=，是调频频率，于是信号的瞬时频率为)22(T t T Kt f c ≤≤-+ 则t f j c e t S t s π2)()(= 式中2)()(Kt j e T t rect t S π=是信号)(t s 的复包络。
由傅里叶变换性质，)(t s 与)(t S 具有相同的幅频特性，只是中心频率不同。
信号)(t s 的匹配滤波器的时域脉冲响应为：)()(0t t s t h -*=0t 是使滤波器物可实现所附加的时延。
理论分析时，可令00=t ，则t f j Kt j c e e Tt rect t h ππ22)()(⨯=- 则输出信号为du e T u t rect e e T t rect e du u t h u s t h t s t s u t f j u t K j t f j Ku j c c )(2)(20)()()()()()()(22--∞∞--∞∞--⨯=-=*=⎰⎰ππππ可以推导出：t f j c e Tt rect KTt t T t KT T t s πππ20)2()1(sin )(-= 该式即为LFM 脉冲信号经匹配滤波器的输出，它是一固定载频为c f 的信号。
当T t ≤时，包络近似为辛克函数，即)2()(sin )2()(sin )(0Tt rect Bt c T T t rect KTt c T t S ππ==习惯上，将此时的脉冲宽度定义为压缩脉冲宽度。
连续波调制和脉冲调制
连续波调制和脉冲调制连续波调制（Continuous Wave Modulation，简称CW）是一种通过改变载波的频率或幅度来传输信息的调制方式。
而脉冲调制（Pulse Modulation）则是一种将模拟信号转换为离散信号的调制技术。
本文将分别对连续波调制和脉冲调制进行介绍，并比较它们的特点和应用。
连续波调制是一种将低频信号嵌入到高频载波中的调制方式。
常见的连续波调制有幅度调制（Amplitude Modulation，简称AM）、频率调制（Frequency Modulation，简称FM）和相位调制（Phase Modulation，简称PM）。
在幅度调制中，通过改变载波的幅度来传输低频信号；在频率调制中，通过改变载波的频率来传输低频信号；在相位调制中，通过改变载波的相位来传输低频信号。
连续波调制具有传输距离远、传输质量高的特点。
它适用于广播电视、无线通信、雷达等领域。
例如，在广播电视中，AM调制常用于调幅广播，FM调制常用于调频广播；在无线通信中，GSM系统采用GMSK调制（一种相位调制方式）；在雷达中，常用脉冲调制方式。
脉冲调制是一种将模拟信号转换为离散信号的调制技术。
常见的脉冲调制有脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，简称PAM）、脉冲位置调制（Pulse Position Modulation，简称PPM）和脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）。
在脉冲幅度调制中，通过改变脉冲的幅度来传输模拟信号；在脉冲位置调制中，通过改变脉冲的位置来传输模拟信号；在脉冲宽度调制中，通过改变脉冲的宽度来传输模拟信号。
脉冲调制具有信号传输精确、抗干扰能力强的特点。
它适用于数字通信、音频处理、电力电子等领域。
例如，在数字通信中，脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，简称PCM）常用于将模拟信号转换为数字信号；在音频处理中，脉冲密度调制（Pulse Density Modulation，简称PDM）常用于数字音频的传输；在电力电子中，PWM调制常用于交流调速调压等应用。
带宽及连续波模拟调制资料课件
根据测试结果进行分析和讨论，包括性能指标达标情况、系统 优缺点、改进方向等。
总结回顾与拓展延
06
伸思考
关键知识点总结回顾
带宽定义
在通信和网络领域，带宽通常 指信号或数据传输的速度和容
量。
连续波模拟调制
一种将模拟信号调制到连续波 载波上的技术，常用于无线通 信和广播系统。
典型应用案例解析
04
与实践操作演示
音频信号传输中带宽和连续波模拟调制应用案例
音频广播
AM广播采用连续波模拟调制技术，通过调整载波信号的振幅来传递音频信息 。带宽需求取决于音频信号的最高频率和调制方式。
电话通信
在电话通信系统中，音频信号经过带宽限制和连续波模拟调制，以适应传输信 道的特性。带宽需求取决于语音信号的频率范围和调制方式的选择。
性能评估指标及方
05
法介绍
关键性能指标解读
带宽
信噪比（SNR）
指信号所占用的频率范围，通常以赫兹（ Hz）为单位表示。带宽越宽，传输速度越 快，但同时也会增加噪声和干扰。
指信号功率与噪声功率之比，用于衡量信 号质量。SNR越高，信号质量越好，传输 误码率越低。
失真度
调制效率
指信号在传输过程中发生的变形或失真程 度。失真度越小，信号质量越好，接收端 能够更准确地还原原始信号。
信号失真
带宽不足会导致信号失真，如幅 度失真、相位失真等。
噪声干扰
带宽受限会增加噪声干扰，降低 信号的抗干扰能力。
连续波模拟调制在有限带宽下实现方法
选择合适调制方式
根据带宽限制选择合适的调制方式，如调幅、调 频、调相等。
AM调制与解调
第一章 调制解调的基本原理第一节 调制的基本原理“调制”就是使信号f(t)控制载波的某一个或某些参数（如振幅、频率、相位等），是这些参数按照信号f(t)的规律变化的过程。
载波可以是正弦波或脉冲序列。
以正弦型信号作载波的调制叫做连续波调制。
调制后的载波就载有调制信号所包含的信息，称为已调波。
对于连续波调制，已调信号可以表示为())(cos )()t (t ot t A ϑωϕ+=它有振幅频率和相位三个参数构成。
改变三个参数中的任何一个都可以携带同样的信息。
因此连续波的调制可分为调幅、调相、和调频。
调制在通信过程中起着极其重要的作用：无线电通信是通过空间辐射方式传输信号的，调制过程可以将信号的频谱搬移到容易以电磁波形势辐射的较高范围；此外，调制过程可以将不同的信号通过频谱搬移托付至不同频率的载波上，实现多路复用，不至于互相干扰。
按照被调制信号参数的不同，调制的方式也不同。
如果被控制的参数是高频振荡的幅度，则称这种调制方式为幅度调制，简称调幅；如果被控制的参数是高频振荡的频率或相位，则称这种调制方式为频率调制或相位调制，简称调频或调相（调频与调相又统称调角）。
振幅调制是一种实用很广的连续波调制方式。
幅度调制的特点是载波的频率始终保持不变，它的振幅却是变化的。
其幅度变化曲线与要传递的低频信号是相似的。
它的振幅变化曲线称之为包络线，代表了要传递的信息。
第二节解调的基本原理解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。
调制过程是一个频谱搬移的过程，它将低频信号的频谱搬移到载频位置。
如果要接收端回复信号，就要从已调信号的频谱中，将位于载频的信号频谱再搬回来。
解调分为相干解调和非相干解调。
相干解调是指为了不失真地恢复信号，要求本地载波和接收信号的载波必须保持同频同相。
非相干解调主要指利用包络检波器电路来解调的。
包络检波电路实际上是一个输出端并接一个电容的整流电路。
二极管的单向导电性和电容器的充放电特性和低通滤波器滤去高频分量，得到与包络线形状相同的音频信号，见图1.2.3 。
东大信息学院通信原理教学大纲
（7）带通数据传输：掌握2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK数字调制的基本原理、调制和解调框图及系统的抗噪声性能并进行比较；理解多种改进型数字调制方式；掌握在高斯白噪声条件下对上述调制信号的相干检测和非相干检测；了解数字信号通过公众电话交换网发送和接收的调制解调器；理解多信道调制和离散多音；掌握同步技术。
东南大学信息科学与工程学院：通信原理（上）教学大纲
（总学分：3 总上课时数：48）
1.课程的性质与目的
本课程是为通信与信息学科专业学生开设的第一门通信专业基础课程。它既是通信专业知识的入门课又是重要的通信的专业基础课。本课程的主要任务是通过讲课和练习，使学生掌握通信原理的基础知识，掌握通信系统一般问题的解决方法。
（4）教学内容紧密结合当前现代通信技术的最新进展，使学生能理论联系实际，培养创新能力。
4.能力培养的要求
（1）教材每章都附有习题和思考题，学生要独立、按时完成老师布置的基本题目，加深理解课堂讲授的理论知识，培养学生的分析和计算能力。
（2）一些扩展性的内容作为课后阅读布置作为熟悉和了解的要求，培养学生的自学能 力。
（3）教学内容尽量与信号与系统、电子线路、数字电路、概率论、随机过程、线性代数、数字图像处理、移动通信等课程衔接，使学生能不断充实和完善所学知识，融会贯通地建立较为合理的整体知识体系；
东南大学信息科学与工程学院：通信原理（下）教学大纲
（总学分：3 总上课时数：32）
CW调制
连续波调制，已调信号可表示为 连续波调制， (t ) = A(t ) cos[ω 0t + θ (t )] 参数：振幅A 参数：振幅 ( t )、频率 0和相位 t ) 。 、频率ω 和相位θ(
连续波调制分为幅度调制、频率调制和相位调制。 连续波调制分为幅度调制、频率调制和相位调制。 幅度调制
频率调制和相位调制二者又统称为角度调制，简称角调。 频率调制和相位调制二者又统称为角度调制，简称角调。 角调
第3章 模拟调制系统 章 模拟调制系统
石高涛 shgt@ 天津大学计算机科学与技术学院
前言
低通和带通信号
信号的频谱(频率成分 分布在零频附近的信号成 信号的频谱 频率成分)分布在零频附近的信号成 频率成分 低通信号。 为低通信号。 带通信号的频谱常分布在远离某个频率点 附近， 的频谱常分布在远离某个频率点f 带通信号的频谱常分布在远离某个频率点 c附近， 一般情况下f 远高于信号的带宽。因此， 一般情况下 c远高于信号的带宽。因此，带通信 号的带宽远小于f 附近是信号频率分布范围。 号的带宽远小于 c，fc附近是信号频率分布范围。
η AM =
( Am / A0 ) 2 1 + ( Am / A0 ) 2
对于调制， 最大值等于A0。最大可能的效率是50% 对于调制，Am最大值等于 。最大可能的效率是 最大值等于 不含直流的信号进行标准调幅其效率都不会超过50%。 不含直流的信号进行标准调幅其效率都不会超过 。
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1 调制的功能和分类
1.2 调制的分类
➢ 按调制器的传输函数分 • 线性调制：已调信号的频谱与调制信号频谱是线 性的频谱位移关系，如各种幅度调制、幅移键控以 及窄带角调信号
• 非线性调制：已调信号的频谱与调制信号频谱不 只是进行了频谱的搬移，同时还改变了频谱结构， 产生了交叉调制或交叉乘积边带，即调制后派生出 许多不同于调制信号频谱的信频率成分。如宽带调 频(WBFM)、宽带调相(WBPM)、频移键控等。
同上面的推导过程，当相位准确同步时( 0 )，DSB、 SSB和VSB解调输出均为
vd
t
1 2
f
t
3 调幅信号的解调
相干解调同步误差的影响
相干解调要求本地载波必须与接收信号载波同频同相，
即➢此时c0o、只s影为0 响常 输数决出，定信但着号0解的 调幅，输度且出，情0而况不会 产2 ，生则失c真os0 常数<1，
1 2
A0
f
t c os
输出不再是f(t)的重现，而相当于“载频”很低、且相位角也很小
的调幅，对于语言信号，当频率误差很小时，就会使输出具有一
种缓慢的而音量周期性变化的干扰声。
3 调幅信号的解调
3.2 调幅信号的非相干解调
包络检波波形图
3 调幅信号的解调
具有大载波单边带和残留边带信号的非相干解调
• 对于所有t，必须
f tmax A0
• 载波频率应远大于f(t)的最高频率分量，即
0 Wm
2 幅度调制(线性调制)
(2) AM的功率分布和效率
调幅波的总平均功率等于信号AM t 的均方值，即
PAM
2 AM
t
A02 cos2 0t 0 f 2 t cos2 0t 0
➢ 实现信道复用：可使各个信号的频谱搬移到指定的位置，互 不重叠，从而实现在一个信道里同时传输许多信号，称为频率 复用。
➢ 改善系统性能：将信号变换，使它占据较大的带宽，具有较 强的抗干扰性。
➢ 实现频率分配：为了充分利用频率资源，通过调制将各类业 务的信号搬移到所分配的频谱位置，使之互相间不干扰。
2n0Wm
Si Ni
DSB
f 2 t
2n0Wm
Si Ni
SSB
VSB
2 f 2 t
n0Wm
5 线性调制系统的抗噪声性能
平均输出噪声功率为
No
1
2
Snd d n0Wm
4
No n0Wm 8
可得输出信噪比
3 调幅信号的解调
➢ 在大载波情况下，的包络具有f(t)的形状，因此可以用包络检波器 解调出信号。
➢ 电视广播传输的图像信号采用具有载波的残留边带调制，也可以 用包络检波器进行解调。
➢ 具有大载波的VSB信号情况具有大载波SSB调制相似。用包络检 波会引入一些失真。通过减小调制度或增加残留边带宽度可以减小 失真。
1 调制的功能和分类
1.2 调制的分类
➢ 按已调信号占用带宽分(根据已调信号占用带宽与原 始信号带宽的比值 Bc Bm 来判断)
• 窄带调制： Bc Bm 1 ~ 2 • 宽带调制： Bc Bm 50 • 扩频调制： Bc Bm 100
2 幅度调制(线性调制)
2.1 调幅(AM)
调幅(AM)是指调制信号f(t)去控制载波c(t)的振幅，使已调波的包 络按照f(t)的规律线性变化的过程。
5 线性调制系统的抗噪声性能
5.1 线性调制相干解调的抗噪声性能
有噪声是相干解调器模型
Si A02 f 2t 2
输入信号平均功率
Si f 2t 2 Si f 2 t
Si f 2 t
(AM) (DSB) (SSB) (VSB)
相干解调其输出的消息信号功率 So f 2t 4
当调制信号f(t)的频谱具有丰富的低频分量时，上下边 带很难分离，使用残留边带调制解决这一问题。 残留边带信号频谱
2 幅度调制(线性调制)
使用残留边带滤波器产生VSB信号，特点在于频率特性在 0 附近具有滚降特性。
残留边带调制的优点是，在节省带宽方面几乎与单边带系统 相同，并且具有双边带所具有的良好的低频基带特性
2A0 f tcos2 0t 0
由于 cos2 0t
分量，则
0
1 2
1
cos20t
0
1 2
，且若假设f(t)一般没有直流
PAM
A02 2
f
2 t
2
Pc
Pf
式中：Pc称为载波功率，Pf称为边带功率。
已调波的效率 AM 定义为边带功率和总平均功率之比，即
2 幅度调制(线性调制)
(1) 滤波法产生单边带信号
在双边带调制后接上一个边带滤波器，目的是让有用边带通过，而 抑制掉无用边带。 缺点是要求滤波器的特性十分接近理想特性，即要求在处必须具有 锐截止特性。通常使用多级频率搬移，然后通过变频将频谱搬移到 更高的载频。
2 幅度调制(线性调制)
(2) 相移法产生单边带信号
对DSB, SSB, VSB的部分载波法：假设发射的载波未完全抑制，有
时称这部分保留载频叫导频。在接收端利用窄带滤波器选出部分载波， 放大后作为本地载波
4 本地载波同步的方法
科斯塔斯法(同相正交环法)
4 本地载波同步的方法
对DSB的平方变换法：有些信号(如DSB信号)本身不包含
载波分量，但只要对接收波形进行适当的非线性变换，然后通 过窄带滤波器，就可以从中提取载波的频率和相位信息，即可 使接收端恢复相干载波。
2 幅度调制(线性调制)
说明：
(1) 调幅过程是原始频谱搬移了，且频谱中包含载频分
量 A0 0 0 和边带分量，即上边带(USB)
和下边带(LSB)
(2) AM波的幅度谱 AM 对于 0是对称的
(3) AM波占用的带宽是消息带宽的2倍，即2Wm (4) 为了实现不失真的调幅，必须满足下面两个条件
它包括直流成分(1/2)A0，调制信号(1/2)f(t)。
3 调幅信号的解调
对于其他调幅信号，接收机输入信号表达为
DSB t f tcos0t 0
SSBt f tcos0t 0 fˆtsin0t 0 VSBt f tcos0t 0 ~f tsin0t 0
对于具有载波的单边带信号
SSB t A0 f tcos0t fˆtsin 0t
Atcos0t
式中 At A0 f t2 fˆ 2t 1 2
A(t)是单边带信号的包络，若将SSB t加到包络检波其输入端，则输出为
So No
AM
f 2 t
n0Wm
So No
DSB
f 2 t
n0Wm
F
0
由于DSB的频谱中没有载波分量，因此全部功率都包含在边带中，即
PDSB
Pf
1 2
f
2 t
于是，效率达到了100%，即 DSB 1
2 幅度调制(线性调制)
DSB调制过程的波形及频谱
2 幅度调制(线性调制)
2.3 单边带调幅(SSB)
只传输两个上边带或两个下边带的传输系统为单边带调制，优 点是比AM和DSB的带宽减小一倍，因而提高了信道利用率，同 时由于不发送载波而今发送一个边带，所以更节省功率。
(1) AM的波形及其频谱 假设调制信号为f(t)，载波为
ct A0 cos0t 0
则已调信号可以为
AM t A0 f tcos0t 0
式中：A0为未调载波的振幅，0为载波角频率， 0为载波起始相位。
2 幅度调制(线性调制)
调幅过程的波形及频谱
➢ 利用载波插入法可以用包络解调进行检波。所谓插入法是将很强 的载波信号与抑制载波的已调信号相加，而不是相乘。载波插入可 以在发送端插入，也可以在接收端插入。
4 本地载波同步的方法
在调幅信号的相干解调中，接收端必须提供一个与发送端调制 载波同频、同相的相干载波。这种相干载波的获取成为载波提 取，或称载波同步。
cos0t
0
3 调幅信号的解调
通过低通滤波器，除去 20 频率分量，输出信号为
vd
t
1 2
A0
f
t c os0
可见，cos0 的情况决定着能否无失真的恢复信号f(t)
如果 0 常数，则
vd
t
1 2
A0
Байду номын сангаас
1 2
f
t
5 线性调制系统的抗噪声性能
如果噪声属于高斯型白噪声，功率谱为n0/2，输入噪声功率为
Ni
1
2
Sni d n0Wm
(AM和DSB)
Ni n0Wm 2
(SSB和VSB)
可得输入信噪比
Si Ni
AM
A02 f 2 t
单边带信号的一般表达式
SSBt f tcos0t 0 fˆtsin0t 0
SSB信号的频谱表达式
SSB
1 F
2
0
F
0
j
1 2
Fˆ
0
Fˆ
0
2 幅度调制(线性调制)
2.3 残留边带调幅(VSB)