第四章 模拟通信系统

通信原理教案李白萍第一章：通信原理概述1.1 通信系统的定义解释通信系统的概念强调通信系统在现代社会中的重要性1.2 通信系统的分类介绍模拟通信系统和数字通信系统的区别解释无线通信和有线通信的区别1.3 通信系统的基本组成介绍发送端、接收端和信道的基本功能强调调制、解调、编码和解码在通信系统中的作用1.4 通信系统的性能指标介绍传输速率、误码率和信号失真度等性能指标解释这些指标对通信系统的影响第二章：模拟通信系统2.1 模拟通信系统的原理解释模拟通信系统的基本原理强调调制和解调在模拟通信系统中的作用2.2 模拟通信系统的优点和缺点介绍模拟通信系统的优点和缺点强调模拟通信系统在特定应用场景中的适用性2.3 模拟通信系统的应用实例举例说明模拟通信系统在实际应用中的应用强调模拟通信系统在特定行业中的重要性第三章：数字通信系统3.1 数字通信系统的原理解释数字通信系统的基本原理强调编码、解码和数字调制在数字通信系统中的作用3.2 数字通信系统的优点和缺点介绍数字通信系统的优点和缺点强调数字通信系统在现代通信中的重要性3.3 数字通信系统的应用实例举例说明数字通信系统在实际应用中的应用强调数字通信系统在不同行业中的广泛应用第四章：无线通信系统4.1 无线通信系统的原理解释无线通信系统的基本原理强调无线传输技术和频率分配在无线通信系统中的作用4.2 无线通信系统的优点和缺点介绍无线通信系统的优点和缺点强调无线通信系统在现代社会中的便利性和局限性4.3 无线通信系统的应用实例举例说明无线通信系统在实际应用中的应用强调无线通信系统在不同行业中的广泛应用第五章：通信系统的性能评估5.1 通信系统的性能评估方法介绍常用的通信系统性能评估方法强调性能指标在评估通信系统性能中的重要性5.2 误码率的计算和降低解释误码率的计算方法介绍降低误码率的技术和策略5.3 信号失真度的分析和补偿分析信号失真度的原因和影响介绍信号失真度的补偿技术和方法第六章：信号传输技术6.1 信号传输的基本概念介绍信号传输的定义和目的强调信号传输在通信系统中的重要性6.2 同轴电缆传输信号解释同轴电缆的结构和传输原理介绍同轴电缆在不同通信系统中的应用6.3 光纤传输信号解释光纤的结构和传输原理强调光纤通信系统的优点和应用领域第七章：调制与解调技术7.1 调制的基本概念解释调制的定义和目的强调调制在通信系统中的重要性7.2 模拟调制技术介绍调幅、调频和调相的原理和应用强调不同调制技术的优缺点和适用场景7.3 数字调制技术介绍振幅调制、频率调制和相位调制的原理和应用强调数字调制在现代通信系统中的重要性第八章：编码与解码技术8.1 编码的基本概念解释编码的定义和目的强调编码在通信系统中的重要性8.2 模拟编码技术介绍模拟编码的原理和应用强调不同编码技术的优缺点和适用场景8.3 数字编码技术介绍数字编码的原理和应用强调数字编码在现代通信系统中的重要性第九章：信号接收与处理技术9.1 信号接收的基本概念解释信号接收的定义和目的强调信号接收在通信系统中的重要性9.2 模拟信号接收技术介绍模拟信号接收的原理和应用强调不同接收技术的优缺点和适用场景9.3 数字信号接收技术介绍数字信号接收的原理和应用强调数字信号接收在现代通信系统中的重要性第十章：通信系统的安全与隐私10.1 通信系统安全的基本概念解释通信系统安全的重要性强调保护通信系统免受攻击的必要性10.2 加密技术在通信系统中的应用介绍加密技术的原理和应用强调加密技术在保护通信系统安全中的重要性10.3 隐私保护在通信系统中的重要性解释隐私保护的概念强调隐私保护在通信系统中的重要性第十一章：多路复用与解复用技术11.1 多路复用的基本概念解释多路复用的定义和目的强调多路复用在提高通信系统效率中的重要性11.2 模拟多路复用技术介绍频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）和波分多路复用（WDM）的原理和应用强调不同多路复用技术的优缺点和适用场景11.3 数字多路复用技术介绍数字时分多路复用（TDMA）、数字频率分配（DAMA）和码分多址（CDMA）的原理和应用强调数字多路复用在现代通信系统中的重要性第十二章：信号处理技术在通信系统中的应用12.1 信号处理的基本概念解释信号处理的目的和重要性强调信号处理技术在通信系统中的应用12.2 滤波器在通信系统中的应用介绍滤波器的作用和类型强调不同滤波器在通信系统中的重要性12.3 信号处理技术在无线通信系统中的应用介绍信号处理技术在无线通信系统中的应用实例强调信号处理技术在提高通信系统性能中的重要性第十三章：现代通信技术的发展趋势13.1 5G通信技术介绍5G通信技术的基本概念和特点强调5G通信技术在推动通信技术发展中的重要性13.2 物联网（IoT）技术解释物联网的概念和应用领域强调物联网技术在通信系统中的应用和前景13.3 边缘计算在通信系统中的应用解释边缘计算的概念和作用强调边缘计算在提高通信系统性能中的重要性第十四章：通信系统的实际应用案例分析14.1 移动通信系统案例分析分析移动通信系统的实际应用案例强调移动通信系统在现代社会中的重要作用14.2 互联网接入技术案例分析分析互联网接入技术的实际应用案例强调互联网接入技术在提供高速互联网服务中的重要性14.3 卫星通信系统案例分析分析卫星通信系统的实际应用案例强调卫星通信系统在不同行业和场景中的重要性第十五章：通信系统的未来发展方向15.1 量子通信技术介绍量子通信的基本概念和特点强调量子通信在提供绝对安全通信中的重要性15.2 集成光学通信技术解释集成光学通信的概念和优势强调集成光学通信在提高通信系统性能中的重要性15.3 通信系统智能化发展介绍通信系统智能化的发展趋势强调智能化技术在提高通信系统效率和可靠性中的重要性重点和难点解析本文教案涵盖了通信原理和相关技术的各个方面，包括通信系统概述、模拟和数字通信系统、无线通信系统、信号传输和接收技术、多路复用与解复用技术、编码与解码技术、通信系统的安全与隐私、信号处理技术在通信系统中的应用、现代通信技术的发展趋势、通信系统的实际应用案例分析以及通信系统的未来发展方向。

模拟通信系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握模拟通信系统的基本概念、原理及组成；2. 学习并了解模拟信号调制与解调的方法及其特点；3. 掌握幅度调制、频率调制和相位调制的数学表达及其应用；4. 了解模拟通信系统的性能指标及其影响。

技能目标：1. 能够分析并构建简单的模拟通信系统；2. 能够运用所学知识解决模拟通信中遇到的实际问题；3. 能够利用模拟调制技术对信号进行处理，提高通信质量；4. 能够通过实验和仿真验证模拟通信系统的性能。

情感态度价值观目标：1. 培养学生关注通信技术发展，提高对通信工程学科的兴趣；2. 增强学生团队协作能力，培养良好的沟通与表达能力；3. 培养学生严谨的科学态度，树立正确的价值观；4. 激发学生的创新意识，提高实践操作能力。

课程性质：本课程为高中年级信息技术课程，旨在帮助学生掌握模拟通信系统的基本知识，提高实际操作能力。

学生特点：高中年级学生具备一定的数学基础和物理知识，对通信技术有一定的好奇心。

教学要求：结合学生实际情况，采用理论教学与实践操作相结合的方式，注重培养学生的动手能力和创新能力。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续学习奠定基础。

二、教学内容1. 模拟通信系统基本概念：通信系统的定义、分类及模拟通信系统的特点；教材章节：第一章第一节。

2. 模拟信号及其特性：模拟信号的数学表达、波形特性及其频率成分；教材章节：第一章第二节。

3. 调制与解调技术：幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）的原理及其应用；教材章节：第二章。

4. 模拟通信系统的性能分析：噪声、失真及其对通信质量的影响；教材章节：第三章。

5. 模拟通信系统实例：分析实际应用中的模拟通信系统，如无线电广播、电视等；教材章节：第四章。

6. 实践与实验：模拟信号调制与解调实验，利用软件进行通信系统仿真；教材章节：第五章。

教学内容安排与进度：第一周：模拟通信系统基本概念、模拟信号及其特性；第二周：调制与解调技术；第三周：模拟通信系统的性能分析；第四周：模拟通信系统实例及实践与实验。

第四章模拟通信系统1. 设有一双边带信号X c(t) = x(t)cos「t。

为了恢复x(t),用信号COSj c t •如去与X c(t)相乘。

为了使恢复出的信号是其最大可能的90%,相位二的最大允许值为。

A 二< 25.8°2. 用相干解调来接收双边带信号A cos • • x t cos • •吐。

已知f x =2KHz，输入噪声的单边功率谱密度n°= 2 10」W/Hz。

若保证输出信噪功率比为20db，要求A值为。

A 0.1265V3. 实际的调制器常常除了平均功率受限以外，还有峰值功率受限。

假设DSBAM调制的调制信号X(t)二0.8 cos 200二t ,载频信号C(t)二10 cos 2二口(仁100 Hz)，调幅度为0.8。

求：(1)DSB和AM已调信号的峰值功率。

A 32 ,162(2)DSB和AM已调信号的峰值功率和两个边带信号功率和之比值。

A 0・5,0・14. 出三级产生上边带信号的频谱搬移过程(标明频率) ，其中f c1 =50KHz ,f c2 =5MHz , f c3 =100 MHz , 调制信号为话音，其频谱为300 ――3000Hz。

、产生上边带信号的方框图如图P4.4所示。

A 5.若频率为10KHz ,振幅为1V的正弦调制信号，以频率为100MHz的载频进行频率调制，已调信号的最大频偏为1MHz。

（1）此调频波的近似带宽A 2.02MHz（2）若调制信号的振幅加倍，此时调频波带宽A 4.02MHz（3）若调制信号的频率也加倍，此时调频波带宽A 4.04MHZ6. 在50门的负载电阻上，有一角调制信号，其表示式为8 3x c（t）二10 cos[ 10 二t 3sin 2二-10 t] （V）（1）平均功率为A 1W（2）最大频偏A 3KHz（3）传输带宽A 8KHz（4）最大相位偏移A 3弧度（5）能否判定是调频波还是调相波A不能7. 假设音频信号x（t）经调制后在高频信道传输。

第四章模拟通信系统计算题1．用调制信号()()cos 2*1000s t t π=对幅度为1、频率为4KHz 的正弦载波分别座AM 、DSB 、SSB （上边带）调制（1）定性画出已调信号的时域波形（2）画出它们的解调框图略2．已知零均值模拟基带信号()m t 的带宽为m f ，平均功率为()21m t =，取值范围为[]5,5-+。

用()m t 对载波cos 2c f t π进行调制得到已调信号为()()31cos 2c t s t m f t π⎡⎤⎣⎦=+，c m f f >>。

(1)求()s t 的平均功率；(2)画出从()s t 中解调()m t 的框图；解：(1)平均功率211392+⨯=(2)3、某调角系统如下图示，已知()()5210cos 2*102sin 400s t t t ππ=+伏。

（1）对于调制信号()f t 来说，()1s t 和()2s t 是调相波还是调频波？（2）写出已调信号()1s t 的表达式；（3）分别求出()1s t 和()2s t 的调制指数、最大频偏及带宽；（4）求出已调信号()2s t 的总功率。

答：(1)调频波；(2)()()4110cos 100.1sin 400s t t t ππ=+；(3)200Hz m f =，()1s t 的调制指数为0.1，最大频偏是20Hz ，带宽近似为400Hz （或440Hz ）；()2s t 调制指数是2，最大频偏是400Hz ，带宽近似为1.2KHz 。

(4)50W 。

4．假定解调器输入端的信号功率比发送端的信号功率低60dB，信道中加性高斯噪声的双边功率谱密度为13010/2N W Hz -=，基带调制信号是频率为15kHz 的正弦信号，输出信噪比要求30dB，求下列不同情况下的发送功率。

（1）DSB-SC 调幅；（2）SSB 调幅；（3）最大频偏为60kHz 的调频。

答：90310N W -=⨯，310oS N ⎛⎫= ⎪⎝⎭。

现代通信系统第四章模拟通信系统,],m t M W W B W *⇔∈-=几个物理量和表达式、参数：调制信号（基带信号）：，()()[]()cos 2()(),m c c m m sf f c t A f ts t S f B π=⇔载波:已调信号:第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统一、调幅系统——载波幅度随着调制信号线性变化（一）、AM 系统()[1()]cos 2AM c a c a s t A k m t f t k π=+，为调制灵敏度max (1)()1(2)a c k m t f W<第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统一、调幅系统（一）、AM 系统()[()()][()()]22c a c AM c c c c A k A S f f f f f M f f M f f δδ=-+++-++B AM =2B m第1节各种调制系统的原理和带宽一、调幅系统（一）、AM系统特点：1、优点：调制、解调简单2、缺点：浪费功率、浪费带宽第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统一、调幅系统（二）、DSB －SC 系统()()cos 2DSB c c s t A m t f tπ=第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统一、调幅系统（二）、DSB －SC 系统()[()()]2c DSB c c A S f M f f M f f =-++B =2B第1节各种调制系统的原理和带宽一、调幅系统（二）、DSB－SC系统特点：1、相对与AM，调制解调比较复杂2、抑制了载波，提高了功率效率第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统一、调幅系统（三）、SSB 系统1()(),()m m t d m t ττ+∞'=的希尔伯特变换t πτ-∞-⎰第1节各种调制系统的原理和带宽一、调幅系统（三）、SSB系统特点：1、提高了功率效率，节省了带宽2、实现更复杂，对滤波器陡峭程度的要求严格第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统一、调幅系统（四）、VSB 系统A ()()()[()()]()cS f S f H f M f f M f f H f ==-++第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统一、调幅系统（四）、VSB 系统()()cos2VSB c y t s t f tππ=()()[()()]2VSB c c Y f S f f f f f δδπ⇒=*++-第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统二、角度调制——载波相角或频率随着调制信号线性变化（一）、角度调制原理()cos ()c i s t A t θ=+0:()2():()()()22()i c p ti c f i c f PM t f t k m t FM f t f k m t t f t k m d θπθππττ==+⇒=+⎰相位调制频率调制()cos 2()PM c c p ts t A f t k m t f π⎡⎤=+⎣⎦⎡=0()cos 22()FM c c f s t A t k m d ππττ⎤+⎢⎥⎣⎦⎰第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统二、角度调制（一）、角度调制原理()cos 2()PM c c p ts t A f t k m t π⎡⎤=+⎣⎦⎡0()cos 22()FM c c f s t A f t k m d ππττ⎤=+⎢⎥⎣⎦⎰第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统二、角度调制（二）、FM 信号的频谱和带宽()cos 2m m m t A f tπ=⎡[]()cos 2sin 2cos 2sin 2f m k A s t A f t f t A f t f t πππβπ⎤⇒=++⎢⎥第1节各种调制系统的原理和带宽第四章模拟通信系统二、角度调制（二）、FM 信号的频谱和带宽2()2()2()2(1)2(1)FM m f m m m m m f m B f f k A f f f f Wk A βββ=∆+=+=+=+=+较大时22FM f m mB k A f f β===∆较大时，第2节各种调制系统的抗噪声特性第四章模拟通信系统一、接收机模型和假设1、加性高斯白噪声，N0/2；信道无失真2、信道无失真第2节各种调制系统的抗噪声特性第四章模拟通信系统一、接收机模型和假设()()[,],()cos 2)m c c m t M f f W W B W c t A f t π⇔∈-==调制信号（基带信号）：，载波:已调信号()(),m m ss t S f B ⇔已调信号:第2节各种调制系统的抗噪声特性第四章模拟通信系统二、AM 系统的抗噪声性能()[1()]cos 2AM c a c s t A k m t f tπ=+/22222/21cos 41()()lim [12()()]2a T c s in AMc a T T f t P s t A k m t k m t dt T π-→∞+⇒==++⎰/2/2(1cos 4)11lim lim ()(1cos 4)T T c f t dt k m t f t dt ππ+++⎰⎰⎧⎫第2节各种调制系统的抗噪声特性第四章模拟通信系统二、AM 系统的抗噪声性能（一）、同步解调()()cos 2[()()]cos 2[1()]cos 2cos 2[()cos 2()sin 2]cos 2c AM c c a c c I c Q c c y t x t f t s t n t f tA k m t f t f t n t f t n t f t f t πππππππ==+=++-()sin 4(1cos 4)()(1cos 4)()(1cos 4)n t f t A f t A k m t f t n t f t ππππ+++第2节各种调制系统的抗噪声特性第四章模拟通信系统二、AM 系统的抗噪声性能（二）、包络检波()()()[1()]cos 2()cos 2()sin 2()cos[2()]AM c a c I c Q c c x t s t n t A k m t f t n t f t n t f t r t f t t ππππψ=+=++-=+22第2节各种调制系统的抗噪声特性第四章模拟通信系统二、AM 系统的抗噪声性能（二）、包络检波22(2)小信噪比情形，()[[1()]()]()c a I Q r t A k m t n t n t =+++第2节各种调制系统的抗噪声特性第四章模拟通信系统二、AM 系统的抗噪声性能（二）、包络检波——门限效应22(2)小信噪比情形，()[[1()]()]()c a I Q r t A k m t n t n t =+++第2节各种调制系统的抗噪声特性第四章模拟通信系统三、DSB-SC 系统的抗噪声性能22(c A 22())421()()42o n in c in in m t SNR P G A SNR P m t ==⨯=四、SSB 系统的抗噪声性能第2节各种调制系统的抗噪声特性第四章模拟通信系统五、FM 系统的抗噪声性能2()cos 22()()tcFM c c s in As t A f t k m d P ππττ⎡⎤=+⇒=⎢02f ⎥⎣⎦⎰()()()cos 22()()cos 2()sin 2FM t x t s t n t A f t k m d n t f t n t f t ππττππ=+⎡⎤=++-0c c f I c Q c ⎢⎥⎣⎦⎰第四章模拟通信系统第2节各种调制系统的抗噪声特性五、FM系统的抗噪声性能角噪声特性三角噪声特性21N第2节各种调制系统的抗噪声特性第四章模拟通信系统五、FM 系统的抗噪声性能2()cos 22()()tcFM c c s in As t A f t k m d P ππττ⎡⎤=+⇒=⎢02f ⎥⎣⎦⎰()()()cos 22()()cos 2()sin 2FM t c c f I c Q c x t s t n t A f t k m d n t f t n t f t ππττππ=+⎡⎤=++-0⎢⎥⎣⎦⎰第2节各种调制系统的抗噪声特性六、各种调制系统的性能指标比较（一）前提）前提◆1、相同的调制信号，带宽W相同；相同的已调信号功率；◆2、相同的已调信号功率；◆3、相同的噪声特性，No相同◆比较：已调信号带宽、接收端的输出信噪比第四章模拟通信系统第2节各种调制系统的抗噪声特性六、各种调制系统的性能指标比较（二）比较结果）比较结果1、B FM>B AM=B DSB>B VSB>B SSB第3节频分复用和多级调制第四章模拟通信系统一、频分复用第3节频分复用和多级调制二、多级调制前一级的已调信号作为下一级的调制信号，进一步调制◆时域和频域特性◆抗噪声性能分析（方法和结论）◆性能比较。

模拟通信系统课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 理解模拟通信系统的基本概念、原理及组成部分；2. 掌握模拟调制、解调技术及其在通信系统中的应用；3. 学会分析模拟通信系统的性能指标，如信号失真、噪声影响等；4. 了解模拟通信系统在实际应用中的优势和局限性。

技能目标：1. 能够运用模拟调制、解调技术设计简单的通信系统；2. 能够分析并解决模拟通信系统中出现的常见问题；3. 能够运用所学知识对模拟通信系统的性能进行评估和优化；4. 能够运用相关软件工具对模拟通信系统进行仿真实验。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对通信科学的兴趣和热情，激发其探索精神；2. 增强学生的团队合作意识，培养其在团队中分工协作的能力；3. 培养学生严谨、细致的科学态度，提高其分析和解决问题的能力；4. 培养学生对国家通信事业的认同感，增强其社会责任感和使命感。

本课程针对高中年级学生，结合学科特点，注重理论知识与实践操作的相结合。

在教学过程中，充分考虑学生的认知水平和接受能力，通过启发式、探究式教学，使学生在掌握基础知识的同时，提高实际操作能力和综合运用能力。

课程目标明确，分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估的实施。

二、教学内容1. 模拟通信系统基本概念：信号、信道、噪声等；2. 模拟调制技术：调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）等；3. 模拟解调技术：同步解调、非同步解调等；4. 模拟通信系统性能分析：失真、带宽、信噪比等；5. 模拟通信系统实际应用案例：无线电广播、电视传输等；6. 模拟通信系统仿真实验：使用相关软件工具进行模拟通信系统搭建与测试。

教学内容依据课程目标，按照以下教学大纲进行组织和安排：第一周：模拟通信系统基本概念及原理；第二周：模拟调制技术及其分类；第三周：模拟解调技术及其应用；第四周：模拟通信系统性能分析及优化；第五周：模拟通信系统实际应用案例学习；第六周：模拟通信系统仿真实验操作。

教学内容与课本紧密关联，涵盖教材中模拟通信系统的相关章节，确保学生能够系统地学习和掌握模拟通信知识。