簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)-課件

學(xué)習(xí)目標(biāo)調(diào)制的功能和分類；幅度調(diào)制及其抗噪聲性能；角度調(diào)制的概念，卡森公式；各種調(diào)制方式的優(yōu)勢及主要應(yīng)用；頻分復(fù)用（FDM）的概念。第

4

章模擬調(diào)制系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)調(diào)制的功能和分類；第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.1調(diào)制簡介調(diào)制是許多通信系統(tǒng)（尤其是無線通信）的關(guān)鍵技術(shù)。4.1.1

什么是調(diào)制？比喻貨物運輸調(diào)制傳輸貨物消息信號運載工具載波把貨物裝載到運載工具上調(diào)制過程到達目的地后，則要從運載工具上卸下貨物解調(diào)過程調(diào)制把消息信號搭載在載波上的過程。換言之就是使載波的某個參數(shù)（幅度、頻率、相位）隨著消息信號的規(guī)律而變化。第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.1調(diào)制簡介調(diào)制是許多通信系統(tǒng)（尤其是無線通信）的關(guān)第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)幅度調(diào)制過程示意載波一種高頻周期信號（如正弦波、脈沖串），其本身不含任何有用信息。：已調(diào)信號經(jīng)過調(diào)制后的載波，它含有消息信號的全部特征。調(diào)制過程中涉及的3種信號消息信號載波已調(diào)信號“消息信號、調(diào)制信號和基帶信號”對于已調(diào)信號來說是同義詞。解調(diào)（或稱檢波）是調(diào)制的逆過程從已調(diào)信號中還原消息信號：第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)幅度調(diào)制過程示意載波一種高頻周期信第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.1.3

調(diào)制的類型根據(jù)消息信號、載波的被調(diào)參數(shù)和頻譜結(jié)構(gòu)的不同，可將基本調(diào)制方式分為：若用模擬消息信號分別控制載波的幅度、頻率和相位，則相應(yīng)產(chǎn)生模擬已調(diào)信號幅度調(diào)制（AM）頻率調(diào)制（FM）相位調(diào)制（PM）若用數(shù)字消息信號分別控制載波的幅度、頻率和相位，則相應(yīng)產(chǎn)生數(shù)字已調(diào)信號：振幅鍵控（ASK）頻移鍵控（FSK）相移鍵控（PSK）第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.1.3調(diào)制的類型根據(jù)消息第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.2

幅度調(diào)制4.2.1

常規(guī)調(diào)幅幅度調(diào)制是使正弦載波的振幅按照模擬消息信號的變化規(guī)律成比例地變化。幅度調(diào)制有4種方式AMDSBSSBVSB常規(guī)雙邊帶調(diào)幅抑制載波雙邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制1．AM信號的產(chǎn)生圖4-2AM調(diào)制模型

第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.2幅度調(diào)制4.2.1常規(guī)第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)2．AM信號的波形與頻譜AM信號的時域表達式：

（4-2-1）式中，

為載波角頻率。利用以下傅里葉變換對：（4-2-2）則可由式（4-2-1）寫出AM信號的頻域表達式：

第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)2．AM信號的波形與頻譜AM信號的其波形和頻譜（幅度譜）示意圖:圖4-3AM信號的波形和頻譜第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)其波形和頻譜（幅度譜）示意圖:圖由圖可見：（1）AM波的包絡(luò)反映了基帶信號

的變化規(guī)律，可進行包絡(luò)檢波。（2）AM的頻譜由載頻分量和上、下對稱的兩個邊帶組成，傳輸帶寬為

第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)線性調(diào)制（3）已調(diào)信號的頻譜僅僅是基帶信號頻譜的簡單搬移即在調(diào)制過程中頻譜結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，只是頻譜位置平移了（4-2-3）

由圖可見：第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)線性調(diào)制（3）已調(diào)信號的第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)制

圖4-5DSB信號的波形和頻譜由圖可見：

（2）DSB頻譜中沒有載波分量，因此，調(diào)制效率達到100%。問題：DSB信號的帶寬與AM相同，仍是基帶信號帶寬的兩倍，即這就引發(fā)出一種想法：能否只傳輸DSB其中的一個邊帶呢？第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)制

4.2.3單邊帶調(diào)制1．SSB信號的產(chǎn)生濾波法：先產(chǎn)生一個DSB信號，然后用

濾掉一個邊帶，即可得到SSB信號。圖4-6濾波法產(chǎn)生SSB的模型若為高通濾波器，則產(chǎn)生上邊帶（USB）信號；若為低通濾波器，則產(chǎn)生下邊帶（LSB）信號。圖4-7邊帶濾波器特性圖4-8SSB信號的頻譜4.2.3單邊帶調(diào)制1．SSB信號的產(chǎn)生濾波法：先產(chǎn)生4.3角度調(diào)制

第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)角度調(diào)制調(diào)頻（FM）調(diào)相（PM）角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢是其較高的抗噪聲性能。這種優(yōu)勢的代價是占用比調(diào)幅信號更寬的帶寬。4.3角度調(diào)制第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)角度調(diào)制調(diào)頻（4.3.2FM信號的頻譜與帶寬1．頻譜結(jié)構(gòu)

角度調(diào)制屬于非線性調(diào)制，已調(diào)信號的頻譜不再是消息信號頻譜的簡單搬移。

FM信號的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)頻指數(shù)

密切相關(guān)。

第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.3.2FM信號的頻譜與帶寬第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)2．帶寬理論上，F(xiàn)M信號的頻譜含有無窮多個頻率分量，所以其帶寬為無窮大。

——卡森公式當(dāng)

時，譜線只有載波分量和一對邊頻，此時為當(dāng)

>>1時，邊頻分量增多，頻帶變寬，此時稱為

例如，在FM廣播中規(guī)定最大頻偏

為75kHz，最高調(diào)制頻率

為15kHz，故調(diào)頻指數(shù)

，由卡森公式可算出FM信號的頻帶寬度為180kHz。第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)實際上，F(xiàn)M信號的有效帶寬為窄帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻2．帶寬第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)實際上，F(xiàn)M信號的有效帶寬4.3.4FM特點與應(yīng)用（1）調(diào)頻是將

調(diào)制到載波的頻率上，表現(xiàn)為FM波的過零點密度與

成比例，而幅度保持恒定。（2）FM屬于非線性調(diào)制，其頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)頻指數(shù)

密切相關(guān)，所需的傳輸帶寬比AM信號的帶寬大

倍，因此，有效性不如調(diào)幅系統(tǒng)。（3）FM信號的帶寬隨

的變化而改變，

大，頻帶寬。但

大，調(diào)頻系統(tǒng)的抗干擾能力也強。因此，調(diào)頻方式可以實現(xiàn)帶寬與信噪比的互換（即有效性與可靠性的互換）。關(guān)于

值的選擇，要從通信質(zhì)量和帶寬限制兩方面考慮。對于遠距離高質(zhì)量的通信（如調(diào)頻廣播、電視伴音、衛(wèi)星通信、移動通信、微波通信和蜂窩電話系統(tǒng)），需采用寬帶調(diào)頻，即

值選得大些；對于一般通信，選用

較小的調(diào)頻方式。第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.3.4FM特點與應(yīng)用第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)

討論：（1）DSB的制度增益為2，即解調(diào)器輸出信噪比是輸入信噪比的2倍，表示信噪比改善了一倍。（2）SSB的制度增益為1，表示信噪比沒有改善。（3），能否說明DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能比SSB系統(tǒng)好呢？（4）VSB系統(tǒng)的抗噪聲分析方法及結(jié)果與SSB相似。（5）AM系統(tǒng)的抗噪聲分析方法與DSB相似，分析結(jié)果為

（4-4-26）不能因為在上述分析中，兩者的輸入信號功率、輸入噪聲功率和帶寬不同。如果給定相同的

和

條件下，DSB和SSB的輸出信噪比是相同的，即兩者的抗噪聲性能一樣。討論：不能因為在上述分析中，兩者的輸入信號功率、輸入噪聲2．小信噪比情況當(dāng)輸入信噪比

低于門限值時，鑒頻器也會出現(xiàn)門限效應(yīng)。門限效應(yīng)是所有非相干解調(diào)器都存在的一種特性。無論是AM的包絡(luò)檢波器，還是FM的鑒頻器都存在門限效應(yīng)。而相干解調(diào)器不存在門限效應(yīng)。（4-4-54）2．小信噪比情況4.4.5模擬調(diào)制系統(tǒng)性能比較①抗噪聲性能：②頻譜利用率：

同時涉及到FM系統(tǒng)的有效性和可靠性，F(xiàn)M系統(tǒng)的抗噪聲能力（可靠性）的提高是以占用更寬的傳輸帶寬（有效性降低）為代價換取的。③調(diào)頻指數(shù)

FMDSB/SSBVSBAMSSBVSBDSB/AMFM

4.4.5模擬調(diào)制系統(tǒng)性能比較③調(diào)頻指數(shù)FMDSB/SS4.5頻分復(fù)用

是解決如何利用一條信道同時傳輸多路信號的技術(shù)。其目的是為了提高信道的利用率。復(fù)用方式有多種，本節(jié)介紹頻分復(fù)用（FrequencyDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM），下一章介紹時分復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）。4.5.1FDM基本原理

FDM是按頻率區(qū)分各路信號的復(fù)用方式，它將信道帶寬分成多個互不重疊的小頻帶（子通道），每路信號占據(jù)其中一個子通道。FDM系統(tǒng)框圖：圖4-29頻分復(fù)用系統(tǒng)原理框圖

復(fù)用4.5頻分復(fù)用復(fù)用FDM的優(yōu)點是信道利用率高、復(fù)用的路數(shù)多、技術(shù)成熟。它不僅用在模擬通信，在數(shù)字通信中也得到廣泛應(yīng)用。FDM的缺點是設(shè)備復(fù)雜，并且在復(fù)用和傳輸過程中會不同程度地引入非線性失真，從而產(chǎn)生路際干擾（對語音而言，也叫串音）。4.5.2應(yīng)用舉例

FDM在立體聲調(diào)頻廣播、電視廣播系統(tǒng)、蜂窩移動電話系統(tǒng)、微波中繼系統(tǒng)等中得到了廣泛應(yīng)用。最典型的應(yīng)用例子就是傳統(tǒng)的有線多路載波電話系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用SSB調(diào)制方式（旨在節(jié)省頻帶），12路電話復(fù)用成一個基本群信號，稱為基群；5個基群復(fù)用為一個超群，共60路電話；10個超群復(fù)用為一個主群，共600路電話；在信道帶寬允許的情況下還可將多個主群進行復(fù)用，組成巨群等。例如，一個地面微波信道通?？梢猿休d3個主群（1

800個語音信道）。

FDM的優(yōu)點是信道利用率高、復(fù)用的路數(shù)多、技術(shù)成熟。它不僅用基群的頻譜結(jié)構(gòu)示意圖：該電話基群由12個LSB（下邊帶）信號組成，占用60～108kHz的頻率范圍。每路取4

000Hz作為標(biāo)準(zhǔn)帶寬。圖4-3012路電話基群的頻譜結(jié)構(gòu)示意圖kHz式中，

是第n路信號的載波頻率，n=1～12。簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)-課件學(xué)習(xí)目標(biāo)調(diào)制的功能和分類；幅度調(diào)制及其抗噪聲性能；角度調(diào)制的概念，卡森公式；各種調(diào)制方式的優(yōu)勢及主要應(yīng)用；頻分復(fù)用（FDM）的概念。第

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章模擬調(diào)制系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)調(diào)制的功能和分類；第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.1調(diào)制簡介調(diào)制是許多通信系統(tǒng)（尤其是無線通信）的關(guān)鍵技術(shù)。4.1.1

什么是調(diào)制？比喻貨物運輸調(diào)制傳輸貨物消息信號運載工具載波把貨物裝載到運載工具上調(diào)制過程到達目的地后，則要從運載工具上卸下貨物解調(diào)過程調(diào)制把消息信號搭載在載波上的過程。換言之就是使載波的某個參數(shù)（幅度、頻率、相位）隨著消息信號的規(guī)律而變化。第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.1調(diào)制簡介調(diào)制是許多通信系統(tǒng)（尤其是無線通信）的關(guān)第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)幅度調(diào)制過程示意載波一種高頻周期信號（如正弦波、脈沖串），其本身不含任何有用信息。：已調(diào)信號經(jīng)過調(diào)制后的載波，它含有消息信號的全部特征。調(diào)制過程中涉及的3種信號消息信號載波已調(diào)信號“消息信號、調(diào)制信號和基帶信號”對于已調(diào)信號來說是同義詞。解調(diào)（或稱檢波）是調(diào)制的逆過程從已調(diào)信號中還原消息信號：第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)幅度調(diào)制過程示意載波一種高頻周期信第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.1.3

調(diào)制的類型根據(jù)消息信號、載波的被調(diào)參數(shù)和頻譜結(jié)構(gòu)的不同，可將基本調(diào)制方式分為：若用模擬消息信號分別控制載波的幅度、頻率和相位，則相應(yīng)產(chǎn)生模擬已調(diào)信號幅度調(diào)制（AM）頻率調(diào)制（FM）相位調(diào)制（PM）若用數(shù)字消息信號分別控制載波的幅度、頻率和相位，則相應(yīng)產(chǎn)生數(shù)字已調(diào)信號：振幅鍵控（ASK）頻移鍵控（FSK）相移鍵控（PSK）第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.1.3調(diào)制的類型根據(jù)消息第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.2

幅度調(diào)制4.2.1

常規(guī)調(diào)幅幅度調(diào)制是使正弦載波的振幅按照模擬消息信號的變化規(guī)律成比例地變化。幅度調(diào)制有4種方式AMDSBSSBVSB常規(guī)雙邊帶調(diào)幅抑制載波雙邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制1．AM信號的產(chǎn)生圖4-2AM調(diào)制模型

第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.2幅度調(diào)制4.2.1常規(guī)第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)2．AM信號的波形與頻譜AM信號的時域表達式：

（4-2-1）式中，

為載波角頻率。利用以下傅里葉變換對：（4-2-2）則可由式（4-2-1）寫出AM信號的頻域表達式：

第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)2．AM信號的波形與頻譜AM信號的其波形和頻譜（幅度譜）示意圖:圖4-3AM信號的波形和頻譜第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)其波形和頻譜（幅度譜）示意圖:圖由圖可見：（1）AM波的包絡(luò)反映了基帶信號

的變化規(guī)律，可進行包絡(luò)檢波。（2）AM的頻譜由載頻分量和上、下對稱的兩個邊帶組成，傳輸帶寬為

第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)線性調(diào)制（3）已調(diào)信號的頻譜僅僅是基帶信號頻譜的簡單搬移即在調(diào)制過程中頻譜結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，只是頻譜位置平移了（4-2-3）

由圖可見：第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)線性調(diào)制（3）已調(diào)信號的第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)制

圖4-5DSB信號的波形和頻譜由圖可見：

（2）DSB頻譜中沒有載波分量，因此，調(diào)制效率達到100%。問題：DSB信號的帶寬與AM相同，仍是基帶信號帶寬的兩倍，即這就引發(fā)出一種想法：能否只傳輸DSB其中的一個邊帶呢？第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)制

4.2.3單邊帶調(diào)制1．SSB信號的產(chǎn)生濾波法：先產(chǎn)生一個DSB信號，然后用

濾掉一個邊帶，即可得到SSB信號。圖4-6濾波法產(chǎn)生SSB的模型若為高通濾波器，則產(chǎn)生上邊帶（USB）信號；若為低通濾波器，則產(chǎn)生下邊帶（LSB）信號。圖4-7邊帶濾波器特性圖4-8SSB信號的頻譜4.2.3單邊帶調(diào)制1．SSB信號的產(chǎn)生濾波法：先產(chǎn)生4.3角度調(diào)制

第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)角度調(diào)制調(diào)頻（FM）調(diào)相（PM）角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢是其較高的抗噪聲性能。這種優(yōu)勢的代價是占用比調(diào)幅信號更寬的帶寬。4.3角度調(diào)制第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)角度調(diào)制調(diào)頻（4.3.2FM信號的頻譜與帶寬1．頻譜結(jié)構(gòu)

角度調(diào)制屬于非線性調(diào)制，已調(diào)信號的頻譜不再是消息信號頻譜的簡單搬移。

FM信號的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)頻指數(shù)

密切相關(guān)。

第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.3.2FM信號的頻譜與帶寬第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)2．帶寬理論上，F(xiàn)M信號的頻譜含有無窮多個頻率分量，所以其帶寬為無窮大。

——卡森公式當(dāng)

時，譜線只有載波分量和一對邊頻，此時為當(dāng)

>>1時，邊頻分量增多，頻帶變寬，此時稱為

例如，在FM廣播中規(guī)定最大頻偏

為75kHz，最高調(diào)制頻率

為15kHz，故調(diào)頻指數(shù)

，由卡森公式可算出FM信號的頻帶寬度為180kHz。第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)實際上，F(xiàn)M信號的有效帶寬為窄帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻2．帶寬第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)實際上，F(xiàn)M信號的有效帶寬4.3.4FM特點與應(yīng)用（1）調(diào)頻是將

調(diào)制到載波的頻率上，表現(xiàn)為FM波的過零點密度與

成比例，而幅度保持恒定。（2）FM屬于非線性調(diào)制，其頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)頻指數(shù)

密切相關(guān)，所需的傳輸帶寬比AM信號的帶寬大

倍，因此，有效性不如調(diào)幅系統(tǒng)。（3）FM信號的帶寬隨

的變化而改變，

大，頻帶寬。但

大，調(diào)頻系統(tǒng)的抗干擾能力也強。因此，調(diào)頻方式可以實現(xiàn)帶寬與信噪比的互換（即有效性與可靠性的互換）。關(guān)于

值的選擇，要從通信質(zhì)量和帶寬限制兩方面考慮。對于遠距離高質(zhì)量的通信（如調(diào)頻廣播、電視伴音、衛(wèi)星通信、移動通信、微波通信和蜂窩電話系統(tǒng)），需采用寬帶調(diào)頻，即

值選得大些；對于一般通信，選用

較小的調(diào)頻方式。第

4章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.3.4FM特點與應(yīng)用第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)

討論：（1）DSB的制度增益為2，即解調(diào)器輸出信噪比是輸入信噪比的2倍，表示信噪比改善了一倍。（2）SSB的制度增益為1，表示信噪比沒有改善。（3），能否說明DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能比SSB系統(tǒng)好呢？（4）VSB系統(tǒng)的抗噪聲分析方法及結(jié)果與SSB相似。（5）AM系統(tǒng)的抗噪聲分析方法與DSB相似，分析結(jié)果為

（4-4-26）不能因為在上述分析中，兩者的輸入信號功率、輸入噪聲功率和帶寬不同。如果給定相同的

和

條件下，DSB和SSB的輸出信噪比是相同的，即兩者的抗噪聲性能一樣。討論：不能因為在上述分析中，兩者的輸入信號功率、輸入噪聲2．小信噪比情況當(dāng)輸入信噪比

低于門限值時，鑒頻器也會出現(xiàn)門限效應(yīng)。門限效應(yīng)是所有非相干解調(diào)器都存在的一種特性。無論是AM的包絡(luò)檢波器，還是FM的鑒頻器都存在門限效應(yīng)。而相干解調(diào)器不存在門限效應(yīng)。（4-4-54）2．小信噪比情況4.4.5模擬調(diào)制系統(tǒng)性能比較①抗噪聲性能：②頻譜利用率：

同時涉及到FM系統(tǒng)的有效性和可靠性，F(xiàn)M系統(tǒng)的抗噪聲能力（可靠性）的提高是以占用更寬的傳輸帶寬（有效性降低）為代價換取的。③調(diào)頻指數(shù)

FMDSB/SSBVSBAMSSBVSBDSB/AMFM

4.4.5模擬調(diào)制系統(tǒng)性能