通信原理 模拟调制

通信原理
第三部分：模拟调制系统
王涛
上海大学通信学院
1
学习要求
●主要内容：线性调制和非线性调制的概念；
幅度调制的原理及抗噪声性能；
角度调制的原理及抗噪声性能；
频分复用技术的基本概念。

●基本要求：理解线性调制和非线性调制的概念。

掌握幅度调制和角度调制的基本原理和
抗噪声性能的分析方法。

掌握频分复用的原理。

●重点：调幅、调频的原理及抗噪声性能；
频分复用的基本概念。

●难点：抗噪声性能的分析方法。

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一、调制相关的基本概念
、调制相关的基本概念⏹由消息转换形成的原始电信号称为基带信号
⏹基带信号往往不适合送入信道后直接传输
⏹调制= 把基带信号转换成适合在信道中传输形式的过程
⏹调制的目的
◆提高无线通信时的天线辐射效率
◆把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实
现信道的多路复用提高信道利用率
现信道的多路复用，提高信道利用率
◆扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，
3还可实现传输带宽与信噪比之间的互换
⏹模拟调制= 用模拟基带信号控制高频正弦波的参量（幅度、频率、相位），使该参量随着基带信号成比例变化
⏹载波=未受调制的正弦波，发挥承载模拟基带信号的作用⏹调制信号= 模拟基带信号
⏹已调信号=被模拟基带信号调制后生成的信号
4
⏹线性调制= 已调信号的频谱是基带信号频谱的搬移，不产生基带信号频谱以外的新频谱分量
⏹非线性调制= 除了基带信号频谱搬移后产生的频谱分量，还生成了新的频谱分量
⏹常见的模拟调制
◆幅度调制（属于线性调制）：调幅、双边带、单边
带和残留边带
角度调制（属于非线性调制）频率调制相位调
◆角度调制（属于非线性调制）：频率调制、相位调
制
5
◆
()t
()
t AM
相干解调调幅信号
9
◆频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为
() Mω
1
信号的瞬时功率
2|)(
|
)(t s
t
P=
⏹信号能量：假设信号s t持续时间= [T, T 假()续[1,2]
22DSB 2.2 DSB
调幅时域表示式：无直流分量=●A 0
t t m t s c DSB ωcos )()(缺点：不能用包络检波需用相干检波，较复杂
相干解调调幅信号
16
23
2.3 单边带调制(SSB) SSB调制原理方框图－先产生DSB信号，然后用边带滤波器祛除不要的边带:
())
(ωM (a)
t
)
(ωH t
0(b)
上边带频谱
)
(ωm S c
ω-c
ωH
ω-H
ω(a)
t
)
(ωH c
ω-c
ω(c)
下边带频谱
)
(ωm S t
0(b)
t
c
ω-c
ω-c
ωc
ω18
图4.2.4形成单边带信号的滤波器特性图4.2.5单边带信号的频谱
SB信号可以由一个DSB信号通过图4.
2.4（a）所示的理想低通滤波器获得所示的理想低通滤波器获得。

LSSB信号可以由一个DSB信号通过图4.2.4（b）所示的理想低通滤波器获得
滤波器获得。

2SSB信号频谱可得到单边带信号与调制信号有相2.SSB信号频谱可得到单边带信号与调制信号有相同的带宽，即H
SSB f B
⏹SSB
相干解调调幅信号
21
2.4残留边带调制(VSB)
SSB调制中滤波器很难做到陡峭截止。

22
为了无失真地恢复调制信号,残留边带滤波器传输特
●
残留边带滤波器不能随意设计，其设计必残留带滤波器不能随设计其设计须保证相干解调器无失真恢复出m (t )
●
推导残留边带滤波器必须满足条件的思路
以残留边带滤波器的频率响应为未知函数 推导相干解调器输出端口的输出信号频谱
上述输出信号频谱必须是原始消息信号m(t)频谱的常数倍才能保证相干解调正确工作
24
25
26
三、幅度调制的抗噪声分析
431带通滤波器
图4.3.1调幅系统抗噪声性能分析模型
解调器
)
(t s m )
(t s m )
(t m o )
(t n )
(t n i )
(t n o 27
平均功率解调器输出有用信号的=
=)(22n t m S o
o 功率解调器输出噪声的平均)
(t N o o 输出信噪比N S =
=
o o
G
重要知识：噪声时域分解表达式
●带通高斯白噪声（双边带功率谱密度=n0/2）时域表达式
●n c(t)和n s(t)是频带范围处于[-B/2,B/2]，功率谱密度是n0的
低通高斯随机过程
●带通白噪声平均功率= 每路分量的平均功率
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4.3.2 DSB调制系统的抗噪声性能
DSB抗噪声性能推导：4.3.2（P86-87）
4.3.3 SSB调制系统的抗噪声性能
注意！
如果SSB和DSB使用相同的输入信号功率、相同的基带信号带宽、相同的带通噪声功率谱密度，两者的解调输出信噪比是相同的。

32
小输入信噪比的重要结论
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四、角度调制
●角度调制包括频率调制和相位调制
●频率调制是用模拟基带信号成正比例地控制载波瞬
的偏移量
w
时频率相对于基准频率
●相位调制是用模拟基带信号成正比例地控制载波瞬时相位相对于基准相位的偏移量
●角度调制是非线性调制，已调信号的频谱除了包括模拟基带信号频率的搬移还包括额外的谱分量模拟基带信号频率的搬移，还包括额外的谱分量
36
414.1
角度调制的数学表达式
37
⏹
调频信号的产生
用调制信号施加在VCO 上，使输出余弦波的频率偏移按调制信号的规律线性地变化。

频率偏移按调制信号的规律线性变化◆
压控振荡器(VCO)就是一个FM 调制器
=0☐控制电压0时，VCO 输出基准频率ω0的余弦载波☐
施加m (t )后，振荡器的瞬时角频率相对于基准偏移量
正比于输入控制电压：
=瞬时相位相对于时间的一价微分0()()
i f t K m t ωω=+☐
瞬时角频率 瞬时相位相对于时间的价微分
[t
38
]
)(cos[)(⎰∞
-+=F c m d m K t A t s ττω
39
4424.4.2
角度调制信号的频谱结构与带宽
40
调频信号时域表达式：推导过程：P93-94
重要结论
454.5
角度调制系统的抗噪声性能★调频系统抗噪声性能分析模型
)
(t s m )
(t s m t m 解调器
带通
限幅鉴频低通)
(t n )
(t n i )
(o )
(t n o 图4.5.1调频系统抗噪声性能分析模型
★
大信噪比下调频系统抗噪声性能
解调器输出噪声功率：
调制信号为单频余弦波时：调制信号为单频余弦波时
FM与AM的非相干解调性能比
48
49
★调频系统的预加重和去加重
预加重
去加重
C
(a)预加重
合成
1
R 2
R (b)去加重
(c)频率特性
C
R
1
f 2
f f
预加重和去加重可以改善调频解调器的输出信图4.5.6预加重和去加重网络及频率特性
噪比，实际上，等效于改善了频率调制的门限。