现代通信原理 吉林大学远程教育学院

第4章 模拟调制系统

主 要 内 容 4.1 引言 4.2 调幅与双边带调制 4.3 单边带与残留边带调制 4.4 幅度调制系统的抗噪声性能 4.5 角度调制 4.6 调频信号的抗噪声性能 4.7 各种模拟调制系统的比较 4.8 频分复用及应用实例

4.1 引 言 模拟通信系统的模型： 调制：用欲传输的原始信号m(t)去控制高频载波或周期性脉冲信号的某一参量，使它随m(t)线性变化。 调制的目的：实现信源频谱与信道频带的匹配。

调制器的模型： 调制器 载波

调制的分类(1) 调制器的模型： 调制器 连续波调制： s(t) 为连续波形 单频正弦波 脉冲调制： s(t) 为脉冲波形 矩形周期脉冲

调制器 调制的分类(2) 按调制器的功能： 按调制器的传递函数： 非线性调制：调制前、调制后的频谱不是线性搬移关系，产生出新的频率成分。 幅度调制（AM) : AM，DSB, SSB,VSB 频率调制（FM）: NBFM， WBFM 相位调制（PM）: NBPM，WBPM 按调制器的传递函数： 线性调制：调制前、调制后的频谱呈线性搬移关系。 非线性调制：调制前、调制后的频谱不是线性搬移关系，产生出新的频率成分。

幅度调制：载波的幅度随调制信号m(t)线性变化。 4.2 调幅（AM）与双边带（DSB）调制 设正弦型载波为： 幅度调制：载波的幅度随调制信号m(t)线性变化。 幅度调制的一般模型 不同的h(t),可得到不同的幅度调制信号

4.2.1.AM信号的时间表达式和时间波形 特点：包络随 线性变化。 版权所有©赵蓉

过调制 包络检波不失真条件： 定义：调幅指数（百分调制度） 工程中取 0.3-0.8。

4.2.2 AM信号的频谱表示式和频谱图 频谱表达式为： USB LSB 带宽

4.2.3 AM信号的功率分配与调制效率 讨论在1Ω电阻上的平均功率应等于sAM(t)的均方值 注意： 不携带消息 其中： 载波功率 边带功率 定义调制效率

例题 设调制信号为单音信号 ，求调制效率。 （设载波幅度为A） 解 调制效率最高的是幅度为A的方波，此时调制效率为50%。

4.2.4 AM信号的解调 解调方式：相干解调和非相干解调 重点：非相干解调（包络检波） 包络检波

包络检波

优点：结构简单，实现容易。 解调简单——包络检波 缺点：调制效率低，单音最高为1/3。 应用：广播（一发多收）

4.2.5 双边带调制（抑制载波的双边带调制DSB-SC） 数学模型

2.DSB信号的频谱表示式和频谱图 频谱表达式为： 调制效率：100% USB LSB 带宽

3.DSB信号的相干解调（1）

4.同步误差的影响

概念：只传输一个边带的调制方式称单边带调制。 4.3 单边带与残留边带调制 4.3.1 单边带调制 概念：只传输一个边带的调制方式称单边带调制。

1.单边带调制（SSB）信号的时间表达式 下边带的表达式： 上边带的表达式：

2.单边带调制（SSB）信号的产生 (1)滤波法 SSB信号的滤波法产生 多级滤波法产生SSB信号

3.SSB信号的相干解调

4.3.2 残留边带（VSB）调制 1.VSB的一般概念 是介于SSB和DSB之间的一个折中方案。 在这种调制中，一个边带绝大部分被发送，而另一个 边带只发送残留的一小部分。

DSB、SSB和VSB信号的频谱 DSB SSB VSB 带宽

残留边带滤波器传递函数在载频处具有互补对称特性 2.对VSB滤波器的要求 残留边带滤波器传递函数在载频处具有互补对称特性

残留边带滤波器传递函数在载频处具有互补对称特性

（a）下边带残留的上边带滤波器特性 （b）上边带残留的下边带滤波器特性

4.4 幅度调制系统的抗噪声性能 4.4.0　分析模型 4.4.1　相干解调DSB系统的抗噪声性能 4.4.2 相干解调SSB系统的抗噪声性能 4.4.3 相干解调AM系统的抗噪声性能 非相干解调AM系统的抗噪声性能

4.4.0 分析模型 同相分量 正交分量 若白噪声的双边功率谱密度为n0/2 B 带通滤波器的带宽 （应等于已调信号的带宽）

　分析内容 调制制度增益

4.4.1　相干解调DSB系统的抗噪声性能(1）

4.4.1　相干解调DSB系统的抗噪声性能(2）

4.4.1　相干解调DSB系统的抗噪声性能(3）

4.4.2　相干解调SSB系统的抗噪声性能（1）

4.4.2 相干解调SSB系统的抗噪声性能(2) 2.解调器输出信噪比 3.调制制度增益 低通滤波器输出信号 输出信号平均功率 输出噪声平均功率 解调器输出信噪比 3.调制制度增益

4.4.3　AM系统的抗噪声性能(1） 1.相干解调AM系统的抗噪声性能 + 带通 滤波器 低通 ) ( t n 1.解调器输入信噪比

4.4.3　AM系统的抗噪声性能(2）

4.4.3 AM系统的抗噪声性能(3） 调制制度增益 对于100%的单音调制,

4.4.3 AM系统的抗噪声性能(4） 2. AM 包络检波的抗噪声性能 （1）有噪声背景的方框图 输入信噪比 ) ( t n + 带通 滤波器 包络 检波器 ) ( t n 输入信噪比

4.4.3 AM系统的抗噪声性能(5）

（1）大信噪比情况 输入信号幅度远大于噪声幅度

（1）大信噪比情况 输出信噪比 调制制度增益

有用信号m(t)被噪声扰乱，致使m(t)cos(t)也只能看作是噪声 （2）小信噪比情况 噪声幅度远大于输入信号幅度 噪声 有用信号m(t)被噪声扰乱，致使m(t)cos(t)也只能看作是噪声 出现门限效应。

门限效应：当解调器的输入信噪比降低到一个特定的数值后，输出信噪比出现急剧恶化的一种现象，该特定的输入信噪比就被称为“门限”。

解： 例题 设高斯白噪声的双边功率谱密度 传输SSB信号，调制信号的上限频率为5KHz，载频为100KHz，已调信号功率为10KW，试求： （1）解调器的输入信噪比； （2）解调器的输出信噪比； （3）若已调信号的功率为20KW，则解调器的输出信噪比为多少？ 解：

4-27 解： （1） 考虑信道衰减

（2） 考虑信道衰减

非线性调制：已调信号的频谱不是原调制信号频谱线性搬 移，产生出新的频率成分。 4.5 非线性调制（角度调制）原理 非线性调制：已调信号的频谱不是原调制信号频谱线性搬 移，产生出新的频率成分。 角度调制的优点： 1）抗干扰性强； 2）实现和解调都较简单 缺点： 频带利用率低（有效性低）。

角度调制信号的一般表达式为 瞬时相位 瞬时相位偏移 瞬时角频率 瞬时角频率偏移 瞬时相位和瞬时角频率的关系 4.5.1 角度调制的基本概念 幅度恒定 幅度 角度 随m(t)变化 称角度调制 瞬时相位 瞬时相位偏移 瞬时角频率 瞬时角频率偏移 瞬时相位和瞬时角频率的关系

1.相位调制（PM） 概念：瞬时相位偏移随调制信号m(t)线性变化的调制方式。 瞬时相位偏移 瞬时相位 调相灵敏度（rad/V) 瞬时角频率 最大相位偏移 最大角频率偏移

2.频率调制（PM） 概念：瞬时频率偏移随调制信号m(t)线性变化的调制方式。 瞬时角频率 瞬时相位 调频灵敏度（rad/s·V）) 最大相位偏移 最大角频率偏移

3.时间波形 频率随m(t)线性变化 频率随m′ (t)线性变化 版权所有©赵蓉

4.调频信号与调相信号的关系   

4.5.2 窄带调频（NBFM）

4.窄带调频信号的产生

4.窄带调频信号的解调（相干解调） 解调过程 滤掉 滤掉 LPF输出 微分后输出

4.5.3 宽带调频（WBFM） 1.概念 2.讨论问题： 单频调制时宽带调频信号的时域表达式； 优点：方便求频谱。 单频调制时的频谱和带宽； 任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽 。

3.数学准备—— n 阶第一类贝塞尔函数 Jn（x) 计算 2.查曲线 3.查表

4.单音调制时宽带调频信号 展开

得 含有无穷多个频谱分量

5.宽带调频信号的频谱和带宽 宽带调频信号的频谱： 调频信号的频谱包含无穷多个频率分量，理论带宽为无限宽。 各次边频幅度随着n的增大而减小，取适当的n值，边频分量可以小到能忽略的程度，因此调频信号的带宽就是有限的。

卡森公式 卡森公式是忽略了小于未调载波幅度10％的边频之后得到的。 NBFM的带宽 大指数WBFM的带宽 适用于m(t)为单音信号或限带信号

间接法又称倍频法，它是由窄带调频通过倍频产生宽带调频信号的方法。 4.5.4 宽带调频信号的产生和解调 一、产生 VCO １.直接调频 2. 间接调频 间接法又称倍频法，它是由窄带调频通过倍频产生宽带调频信号的方法。

间接产生WBFM的框图（阿姆斯特朗法） 混频器 倍频器 倍频器

二、宽带调频信号的解调

4.6 宽带调频系统的抗噪声性能 FM信号的非相干解调分析模型 4.6.1 输入信噪比 输入信号功率 输入噪声功率 输入信噪比

4.6.2 输出信噪比

输出信号功率： 输出噪声功率： 输出信噪比：

4.6.3 小信噪比时的门限效应 小信噪比情况下，即 ，可得 解调器输出端不存在单独的有用信号项，信号被噪声扰乱，因而 小信噪比情况下，即 ，可得 解调器输出端不存在单独的有用信号项，信号被噪声扰乱，因而 输出信噪比急剧恶化，也称之为门限效应。 DSB相干解调 门限10dB左右

解：

例 解：

4.7 各种模拟调制系统的抗噪声性能比较 各种模拟调制系统的性能曲线 对于DSB系统 对于SSB系统 对于AM系统 对于FM系统: m(t)单音

4.8 频分复用及应用实例 4.8.1频分复用 复用：将若干个彼此独立的信号同时在一条信道上传输. 复用方法： 频分复用(FDM)：按频率区分信号 时分复用(TDM)：按时间区分信号 1 时间 频率 2 3 4 1 时间 频率 2 3 4

频分复用的频谱 以SSB（取上边带）为例讨论频分复用的原理

频分复用原理框图

4.8.2 应用举例 1.调频立体声广播 立体声广播信号的频谱 供电台内部联络通信 及广告节目使用。

立体声广播接收端结构

本 章 小 结 1.调制的概念、功能与分类； 2.各种幅度调制系统的时域、频域及抗噪声性能 分析； 3.频率调制和相位调制的基本概念； 4.频率调制系统的抗噪声性能分析； 5.各种模拟调制系统的性能比较； 6.频分复用的概念与应用。

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