《通信原理》第5章 模拟调制(52-3)解析
樊昌信《通信原理》(第7版)名校考研真题(模拟调制系统)【圣才出品】
第5章 模拟调制系统 一、填空题1．AM 、SSB 、FM 系统中，有效性最好的是 __，可靠性最好的是 __。
[华中科技大学2002研]【答案】SSB ；FM【解析】AM 、SSB 、FM 系统的带宽及调制制度增益如表5-1所示。
表5-12．用基带信号m （t ）＝2cos4000πt 对载波c （t ）＝20cos2πf c t 进行调频，若调频的调制指数是βf ＝9，则调频信号的时域表达式s （t）＝______，其信号带宽B ＝______Hz 。
[北京科技大学2010研]【答案】；B ＝40000【解析】（1）若调制信号为单一频率的正弦波，即，则调频信号的时域表达式为()cos()m m m t A t ω=由题意可知 A 0＝20，，βf ＝9，ωm ＝4000π所以（2）带宽B ＝2（1＋）f m ，又f m ＝，所以B ＝40000。
3．模拟通信系统中，若载波的幅度由模拟基带信号()m t 的变化规律去控制，则称为幅度调制；若载波的频率由模拟基带信号()m t 的变化规律去控制，则称为______。
[北科2011研]【答案】频率调制【解析】模拟通信系统中，可以把调制信号的消息载荷于载波的幅度变化中，也可以载荷于载波的频率中，前者称为幅度调制，后者称为频率调制。
4．模拟通信系统中，己调信号带宽与有效性之间的定性关系为______，接受机输出信噪比与可靠性之间的定性关系为______。
[华中科技大学2002研]【答案】已调信号带宽越宽，有效性越差；接收机输出信噪比越高，可靠性越好。
【解析】模拟通信系统中，有效性可用有效传输频带来度量，同样的信息所用的调制方式不同，调制信号的频带宽度也不同，带宽越大，有效性越差。
可靠性通常用接收端解调器输出的信噪比来度量，输出的信噪比越高，通信质量就越好。
0()cos[sin()]c f m s t A t t ωβω=+2c c f ωπ=f β20002m =πω二、判断题1．标准调幅AM信号的包络调制解调属于线性解调方式。
(通信原理课件)第5章模拟调制系统
sVSB t
sp t
LPF sd t
c t 2 cosct
图中 sp t 2sVSB(t) cosct
因为
sVSB (t) SVSB cosct c c
根据频域卷积定理可知，乘积sp(t)对应的频谱为
Sp SVSB ( c ) SVSB ( c )
25
第5章 模拟调制系统
5.1.3 单边带调制（SSB）
原理：
双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频
谱M()的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。
这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方 式称为单边带调制。 产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。
13
第5章 模拟调制系统
滤波法及SSB信号的频域表示
AM信号的特性
带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信 号带宽 fH 的两倍： BAM 2 f H
功率：
当m(t)为确知信号时，
PAM sA2M (t) [ A0 m(t)]2 cos2 ct
[ A02 cos2 ct m2 (t) cos2 ct 2A0m(t) cos2 ct 若 m(t) 0
时域表示式 sAM (t) [ A0 m(t)]cosct A0 cosct m(t) cosct
式中 m(t) － 调制信号，均值为0； A0 － 常数，表示叠加的直流分量。
频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为
S
AM
(
)
A0[
(
c
)
(
c
)]
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]
若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须
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。
(通信原理课件)第5章模拟调制系统
目 录
• 引言 • 模拟调制系统的基本原理 • 模拟调制系统的性能指标 • 模拟调制系统的实现方式 • 模拟调制系统的应用实例 • 总结与展望
01 引言
模拟调制系统的定义
模拟调制系统
利用连续的模拟信号调制载波信号，以实现信息的传输。
模拟调制系统的基本原理
通过改变载波信号的幅度、频率或相位，将模拟信息信号附 加到载波上，实现信息的传输。
软件库
使用软件库来实现调制算法，这些库通常提供易 于使用的函数和工具来简化开发过程。
3
数字信号处理算法
利用数字信号处理算法来实现模拟调制，例如使 用快速傅里叶变换（FFT）进行频谱分析。
混合实现方式
数字与模拟结合
结合数字和模拟技术来实现调制 系统，例如在发射机中使用数字 信号处理技术进行调制，而在接 收机中使用模拟技术进行解调。
模拟调制系统的应用场景
广播通信
调频广播和调相广播等。
卫星通信
利用地球同步卫星进行信号传输。
移动通信
早期的模拟移动通信系统如AMPS等。
模拟调制系统的重要性
早期的通信系统多采用模拟调制技术，具有简单、可靠和经济等优点。
模拟调制系统在某些特定应用场景中仍具有不可替代的作用，如广播电台的信号传 输等。
频带利用率
频带利用率
频带利用率是衡量模拟调 制系统传输效率的另一个 重要指标，它表示单位频 带内传输的信息量。
频带利用率计算
频带利用率通常用比特率 与信号带宽的比值来表示， 即比特率/带宽。
影响因素
频带利用率受到信号的调 制方式、信噪比和带宽限 制等多种因素的影响。
抗噪声性能
抗噪声性能
樊昌信《通信原理》笔记和课后习题(含考研真题)详解模拟调制系统【圣才出品】
第5章模拟调制系统5.1复习笔记一、幅度调制SU（线性调制）原理幅度调制是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。
1．调幅（AM）（1）调制模型图5-1AM调制模型（2）时域表达式调幅信号时域表达式为式中，A0为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号，或随机信号。
（3）AM调制波形和频谱图图5-2AM调制波形和频谱（4）频谱①频谱表达式若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为②频谱特性a．AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。
b．频谱的带宽是基带信号带宽f H的2倍，即B AM＝2f H（5）调制特性①调制功率a．调制总功率AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。
b．载波功率载波分量并不携带信息，载波功率表达式为c．边带功率边带功率与调制信号有关，边带功率表达式为②调制效率a．调制效率的定义调制效率是有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例。
b．调制效率的一般表达式c．调制效率的特殊表达式单音余弦调制信号调制效率为/在“满调幅”（时，又称100％调制）条件下，调制效率的最大值为。
AM信号的功率利用率比较低。
2．双边带调制（DSB）（1）时域表达式将AM调制中的直流A0去掉，得到一种高调制效率的调制方式双边带调制（DSB）。
其时域表达式为（2）DSB调制波形和频谱图图5-3DSB信号的波形和频谱图（3）频谱①频谱表达式②频谱特性a．频谱中不存在载波分量；b．所需的传输带宽是调制信号带宽f H 的2倍，即2DSB HB f （4）调制特性①DSB 信号的调制效率是100％，即全部功率都用于信息传输。
②DSB 信号的包络不与调制信号的变化规律一致，不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用相干解调，又称同步检测。
3．单边带调制（SSB）（1）滤波法①滤波法原理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。
通信原理教程5-模拟调制系统
调制 信号
s(t) H(f)
已调 信号
滤波输出： s(t)
m(t)
s(t)
用“”表示傅里叶变换：
Acos0t
m(t) M ( f ) 式中， m(t) Acos0t S ( f )
M(f)
S (
f
)
A [M ( 2
f
f0)
M(
f
f0 )]
S(f)
f
0
(a) 输入信号频谱密度
-f0
S(
f
)
A[M ( 2
f
f0)
M(
f
f0 )]H (
f
)
现在，求出为了得到VSB信号， H( f )应满足的条件：
若仍用右图解调器， 接收
则接收信号和本地载波相乘
信号 s(t)
r(t)
H’(f)
基带 信号
m(t)
后得到的r (t)的频谱为：
cos0t
1 S( f
2
f0) S( f
f0 )
将已调信号的频谱
r0 ri
E
1 2
m'2 (t) A2
1 m'(t)2
/ nc2 (t) A2 / n2
(t)
E
2m'2 [1 m'
(t) (t)]2
由于m(t) 1，显然上式比值r0/ri小于1，即检波后信噪比下降 了。
这是因为检波前信号中的大部分功率被载波占用，它没 有对检波后的有用信号做贡献．
-2f0
-fm 0 fm
f 2f0
【例】已知线性调制信号表示式如下
（１）
cos t cos w0t
通信原理-Ch5-模拟调制系统(李2014年版)
×
载波
已调信号 频带信号
cosct
严谨 严格 求实 求是
第四章 信道
调制的目的
1. 将基带信号变换为适合于信道传输的频带 信号； 2. 改善系统的抗噪声性能； 3. 实现信道复用，提高信道利用率。(第10章)
解调
在接收端，则需要把载波所携带的信号取出 来，而得到原基带信号。这个过程实际上是 调制的逆过程。
下边带情况
SSSB下()
c
分 解
1 4
c
1 4
M ( c )
1 m(t ) cos c t 2
M ( c )
c
1 ˆ (t )sin ct m 2
1 4
c
1 4
c
c
M ( c )sgn( c )
M ( c )sgn( c )
m0
cosct
严谨 严格 求实 求是
第四章 信道
AM的优点是能采用包络解调，因此AM 调制的接收机非常简单。
AM的调制效率低，因为AM信号中存在
不携带信息的载波分量。为了提高调制的 效率，可将不携带信息的载波分量抑制掉， 只传输携带信息的两个边带，这就是抑制 载波双边带调制(DSB)。
严谨 严格 求实 求是
严谨 严格 求实 求是
第四章 信道
2、DSB信号的产生
m(t )
×
SDSB (t ) m(t )cosct
cosct
严谨 严格 求实 求是
第四章 信道
§5.2.3 单边带调幅(SSB)
我们在高频电路中学过，单边带的产生有 多种方法，比较直接的方法是滤波法
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【答案】FM、SSB／DSB、AM
【解析】在模拟通信系统中，可靠性的指标为解调器输出信噪比 S0/N0，信噪比越大，
可靠性越高。
即为窄带调频的带宽。
3．AM 系统在______情况下会出现门限效应。 【答案】包络检波且小信噪比 【解析】门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的，AM 系统在包络检波的 非线性解调作用中，当输入信噪比低于门限值时（输入信号幅度远小于噪声幅度），将会出 现门限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧恶化，有用信号被噪声扰乱，系统无法正常工 作。
2．下面列出的方式当中，（ ）属于非线性调制。 A．单边带调制 SSB B．双边带调制 DSB C．残留边带调制 VSB D．频率调制 FM 【答案】D 【解析】线性调制是指已调信号的频谱是调制信号频谱的搬移。ABC 三项，均属于线
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号取 4kHz 作为标准带宽。
二、填空题 1．残留边带滤波器的传输特性 H（ω）应满足______。 【答案】H（ω＋ωc）＋H（ω－ωc）＝常数，｜ω｜≤ωH；或者说，在载频两边具有 互补对称特性 【解析】残留边带滤波器的 H（ω）应在载频两边具有互补对称（奇对称）特性，即需 满足 H（ω＋ωc）＋H（ω－ωc）＝常数，|ω|≤ωH。
5．在多路载波电话系统中，采用单边带方式进行频分多路复用，其一个标准的 12 路 基群信号的副载波间隔是（ ）。
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A．3.8kHz
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第5章模拟调制
5.2.2 DSB调制系统的性能
Sm (t)
n(t)
BPF
Sm (t) ni (t)
解调器
So (t) no (t)
Sm (t)
n(t)
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BPF
Sm (t) ni (t)
LPF
So (t) no (t)
??? 采用相干解调。
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第5章模拟调制
以输入单频信号为例：
sm (t) m(t)cosct
m(t) cosct2
1 2
m2 (t)
噪声功率：
Ni n0B
Si
1 m2 (t) 2
Ni n0B
比较：
So m2 (t) No n0B
2020/1/16
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第5章模拟调制
DSB的制度增益：
G So / No ？？？ Si / Ni
也就是说：DSB信号的相干解调器使信噪比改善了一倍。
3
第5章模拟调制
5.2.1 分析模型
通信系统不可避免地会引入噪声，加性高斯白噪声是最广 泛、最典型的噪声。
以下面的模型为例研究线性调制的性能。
Sm (t)
n(t)
带通 滤波器
Sm (t) ni (t)
解调器
So (t) no (t)
其中，带通滤波器的带宽＝ Sm (t) 的带宽.
而 ni (t) 是（
So
1 16
m2 (t)
1 No 4 n0B
SSB解调的制度增益：
Si
1 4
m2 (t)
Ni n0B
GSSB ??? 分析：在相关解调中，信号和噪声的（ 均被抑制掉了，信噪比没有改善。
则解调器输出的平均噪声功率：
No
1 4
nc2 (t)
1 4
Ni
1 4
n0 B
注意：对DSB调制，这里的B =（ ）fH代入：So
1 4
m2 (t)
可得解调器输出信噪比：
So m2 (t) No n0B
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第5章模拟调制
再求输入信噪比，其中
有用功率：
Si
sm2 (t)
2020/1/16
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第5章模拟调制
HI () sI (t)
LPF
sI (t)
cos c t
cos c t
m(t)
/ 2
Sm (t) Sm (t)
/ 2
-
HQ ()
- sQ (t)
LPF
sQ (t)
2020/1/16
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第5章模拟调制
5.2.3 SSB调制系统的性能
Sm (t)
进行解调：
2020/1/16
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第5章模拟调制
ni (t)cosct nc (t)cos2 ct ns (t)sinct cosct
1 2
nc
(t)
1 2
nc
(t)
cos
2ct
1 2
ns
(t ) sin
2ct
低通后：
no
(t)
1 2
nc
(t)
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第5章模拟调制
原因：解调器仅解调出（
）分量的噪声，而
（
）分量的噪声直接去掉。
2020/1/16
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第5章模拟调制
附：
m(t)
HI () sI (t)
cos c t / 2
Sm (t) Sm (t)
LPF
sI (t)
cos c t / 2
HQ ()
sQ (t)
sQ (t) LPF
sm (t) sI (t) cosct sQ (t)sin ct
上支路：sm
(t) cos ct
1 2
sI (t)
下支路：sm
(t) sin ct
1 2
sQ
(t )
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第5章模拟调制
若： sm (t) Acos(ct (t)) 的形式
展开：sm (t) Acos(t) cosct Asin(t)sinct 记作： sm (t) sI (t) cosct sQ (t)sinct
）噪声：
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第5章模拟调制
ni (t) nc (t)cosct ns (t)sinct
ni2 (t) nc2 (t) ns2 (t) n0B Ni Ni 称为解调器输入的平均噪声功率
2020/1/16
5
第5章模拟调制
模拟通信系统的主要质量指标： （1）解调器输出信噪比
So mo2 (t) No no2 (t)
类似地：解调器输入信噪比
2020/1/16
Si Sm2 (t) Ni ni2 (t)
S N
信号平均功率 噪声平均功率
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第5章模拟调制
（2）调制增益 为了比较不同解调器的性能，定义
G So / No Si / Ni
为调制增益或信噪比增益。
2020/1/16
通信原理
第5章模拟调制（5.2-3）
主 讲：江金龙 E-mail：jljiang@
九江学院电子工程学院
第5章模拟调制
概要：
5.2 线性调制系统的抗噪声性能
5.2.1 分析模型 5.2.2 DSB调制系统的性能 5.2.3 SSB调制系统的性能 5.2.4 AM包络检波的性能
5.3 非线性调制（角度调制）
5.3.1 角度调制的概念 5.3.2 窄带调频 5.3.3 宽带调频 5.3.4 调频信号的产生与解调
2020/1/16
2
第5章模拟调制
5.2 线性调制系统的抗噪声性能
5.2.1 分析模型 5.2.2 DSB调制系统的性能 5.2.3 SSB调制系统的性能 5.2.4 AM包络检波的性能
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1 so (t) 4 m(t)
So
1 16
m2 (t)
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第5章模拟调制
求输入信号的平均功率：
Si
1 4
m(t) cosct
m(t
)
sin
ct
2
1 4
1 2
m2
(t)
1 2
2
m
(t)
1 4
m2
(t)
Ni n0B
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第5章模拟调制
n(t)
BPF
Sm (t) ni (t)
LPF
So (t) no (t)
??? 采用相干解调。
但这里的BPF带宽＝（
） fH
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第5章模拟调制
No
1 4
Ni
1 4
n0 B
这里： B fH
但：
sSSB (t)
1 2
m(t)
cos c t
1 2
m(t
)
sin
ct
与相干载波cos相乘，再LPF：得解调输出：
与相干载波相乘后：
sm
(t) cosct
m(t )
cos2
ct
1 2
m(t )
1 2
m(t )
cos
2ct
LPF后：
so
(t)
1 2
m(t)
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第5章模拟调制
则解调器输出的平均有用信号功率：
So
1 4
m2 (t)
对解调器输入噪声
ni (t) nc (t)cosct ns (t)sinct