[课件]通信原理ch5_3_解调和抗噪声性能PPT
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SDSB(t)
f(t)
×
cosωct
5
DSB讨论
1、DSB信号的包络与m(t)不成正比，所以不能用包 络检波，需用相干解调，较复杂。 2、占用带宽与AM相同，即BDSB＝ BAM = 2fH
3、调制效率高：100％，因为DSB信号中不存在载 波分量，全部功率都用于信息传输，节省了载波 功率。 4、应用场合较少。主要用于FM立体声中的差信号 调制，彩色TV系统中的色差信号调制。
f(t)
×
SDSB(t) 边带滤波器HVSB(ω) SVSB(t)
ห้องสมุดไป่ตู้
c(t)=cosωct 调制器模型
10
VSB的讨论
VSB既克服了DSB信号占用频带宽的特点，又解决了SSB 信号实现上的难题。 VSB带宽介于SSB和DDB之间，即fH<BVSB<2fH；调制效率 为100％。 VSB比SSB所需的带宽仅有很小的增加，但却换来了电路 实现上的简化。 VSB在商业电视广播中的电视信号传输中得到了广泛的应 用。这是因为电视图像信号的低频分量丰富，且占用 0~6MHz的频带范围，所以不便采用SSB或DSB调制方式。
C
R
25
工作过程：
(1) S(t)正半周，二极管导通；负半周，D截止。 (2) S(t)正半周，对C进行充电，负半周，C放电 (3) 充电时间常数极小，放电时间常数为RC (4) 留下包络，消去高频载波分量； (5) 包络近似等于原调制信号 f(t)+A0
D C
R
A0 o t
R-C滤波过程示意图
26
8
F(ω)
SAM(ω)
SDSB(ω)
(1/2) F(ω+ωc) (1/2)F(ω-ωc)
SDSB(ω)
-ωc
o
SSSB(ω)
ωc
ω
9
四、残留边带调幅VSB
SVSB(ω)
ω -ωc
0
ωc
1 S ( ) S H M ( ) MH ) ] ( ) [ V S B D S B c c 2
1 ˆ u ( t ) [ f ( t ) c o s ( ) f ( t ) s i n ( ) ] d c c 2 若θc=φ，ud(t)= f (t) /2
22
3）VSB AM相干解调
对不含载波分量的VSB AM信号的解调只能采用同步 的解调的方法。 为了恢复本地载波信号可以用在VSB AM信号中加导 频的方法，也可采用DSB AM类似的非线性变换方法。
LPF
ud(t)
cL(t)=cos(ωct+φ) 本地载波
up(t)= f (t) cos(ωct +θc)cos(ωct +φ)
=(1/2) f (t)[cos(2ωct+θc+φ)+cos(θc-φ)]
ud(t) = (1/2) f (t)[cos(θc-φ)]
17
对输出 ud(t) = (1/2) f (t)[cos(θc-φ)] 的分析：
sAM (t)
包络检波器
低通滤波器
m t) 0(
24
大信号峰值包络解调：当载波频率比调制信号 的最高频率高得多时，调幅信号幅度的包络线近似 为调制信号的波形。因此，只要能取出这个包络信 号就可实现解调。
D
二极管无偏置电压。 输入信号 v i ( t ) 大。 二极管电流流通角很小。
这个本地载波信号是在接收设备内产生的并且与调幅信号中的载波相干或者说是同步的即本地载波与调幅信号中载波的频率相同二者的相位也应相同或有很小的相位差所以这种解调方法又称同步解调
通信原理ch5_3_解调和抗噪 声性能
回顾：幅度调制
幅度调制的种类： ——常规双边带调幅 AM ——抑制载波双边带调幅 DSB-SC ——单边带调幅 SSB ——残留边带调幅 VSB
此时，不能无失真地恢复出原基带信号f(t)。
18
19
DSB AM相干载波的产生
sDSB(t)
平方器
v1 (t )
带通滤波
v2 (t )
分频器
vc' (t )
若输入信号为：
2 v () t s () t 经平方器后得： 1 D S B 1 2 1 2 m() t m()c t o s2 t c 2 2 12 ( t ) m ( t ) cos 2 t 经带通滤波后： v 2 c 2
-ωc
o
ωc
ω
7
SSB讨论
1、最突出的优点是对频带资源的有效利用，它所需要的带 宽仅为AM、DSB的一半，即 BSSB＝ BDSB/2＝ fH
2、另一优点是由于不传送载波和另一个边带所节省的功率。 使得功耗减少和设备重量减轻，这对于移动通信系统尤为 重要。
3、 SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，仍需用相 干解调。 4、SSB带宽的节省是以复杂度为代价的。滤波法的技术难 点是陡峭的边带滤波特性难以实现；相移法的技术难点在 于带宽相移网络的制作。
载波分量，然后用包络检波器解调恢复出调制信号。
要求：
插入的载波与发送端载波要“同频同相”
。
原理框图：
S(t)
Σ
up(t)
包络 检波
ud(t)
cL(t)=Adcos(ωct+φ)
28
线性系统的 抗噪声性能
29
信号的产生与传输
30
信号的接收与恢复
31
收发信号的对比
32
调幅系统的噪声性能
若θc=φ，则Ud(t) = f (t) /2，此时输出最大； 若θc≠φ，此时输出幅度减小 若θc-φ=π/2，则此时输出为零； 若θc-φ=±π，则输出与原f (t)反相； 若θc-φ=ωζt+φζ (ωζ表示固定频率误差，φζ表示 相位误差) ，则 ud(t) = 1/2[A0+f(t)]cos(ωζt+φζ)
11
调制的定义、对象、目的、分类 幅度调制
AM、DSB、SSB、VSB
调幅信号的解调
相干解调 载波插入包络检波解调
线性调制系统的抗噪声性能
相干解调的抗噪声性能 包络检波的抗噪声性能
12
调幅信号的解调
解调： 是调制的逆过程，调幅波的解调即是从 调幅信号中恢复出调制信号的过程，通 常称之为检波。 常用的两种调幅波解调：相干解调与非相干解调 。 相干解调：利用已调信号相位变化来恢复调制信 号。 非相干解调：从已调信号的幅度变化中提取调制 信号。
6
三、单边带调制 SSB
f (t) SDSB(t)
S ( t ) c o sc t o s t s i n t s i n t S S B m c m c
×
边带滤波器HSSB(ω) SSSB(t)
SDSB(ω)
c(t)=cosωct
(1/2) F(ω+ωc)
(1/2)F(ω-ωc)
1、相干解调的噪声性能（略） 2、AM系统包络检波器的噪声性能 门限值：表示一个临界值，当输入信噪比大于该值，包络 检波器能正常工作，可无失真恢复信号；当输入信噪比小于该 值，包络检波器不能正常工作，不可无失真恢复信号。 门限效应：包络检波器存在“门限值”的现象。当输入噪声 功率接近载波功率时会明显表现出来。 所有非相干解调都存在门限效应，而相干解调中不存在门限 效应。
几点说明：
1. RC
RC太小，放电太快，输出信号波纹增大； RC太大，放电太慢，输出信号跟不上包络变化速度； 要求：
(1/ωc ) ≤ RC ≤ (1/ωm )
2. 包络检波适用于常规AM ，有门限效应。 3. 输出增加隔直电容，滤除直流分量。
27
三、载波插入法解调**
思想：
在接收到的DSB、SSB或VSB信号频谱内插入比较强的
13
一、相干解调法
相干解调也叫同步检波，其作用是从接收的已调 信号中恢复原基带信号（即调制信号），实质也是频 谱的搬移。
适用范围：常规AM、 DSB、 SSB 、VSB，无门限效应。只 是AM信号的解调结果中含有直流成分A0，这时在解调后 加一个简单的隔直流电容即可。 要求：本地载波与接收信号的载波完全同频同相。这个本地 载波信号是在接收设备内产生的，并且与调幅信号中的载 波相干，或者说是同步的，即本地载波与调幅信号中载波 的频率相同，二者的相位也应相同或有很小的相位差，所 以这种解调方法又称同步解调。
s ( t ) m ( t ) c o s t D S B c
将此分量取出，经放大限幅并经 2：1 分频，即可得所需载波。
20
2）SSB AM相干解调
从前面分析可知，SSB AM信号中，既无载波分量，其包 络也不反映调制信号的波形。因此，只能用同步解调方法。 由于SSB AM信号中不含载波分量，无法从调幅信号中直 接滤出载波。为了实现同步解调，需要建立本地载波信号。 通常，采用两种方法：
在容许一定失真情况下，对含有大载波分量的VSB AM 信号可以使用峰值包络检波器解调，从而可大大简化解调 电路。
23
二、非相干解调（包络检波法）
利用某些元件的非线性特性对调幅信号进行 非线性变换实现调幅波的解调。它不需要本地载 波作为相干信号，因此称之为非相干解调。 经常应用的非相干解调方法有小信号平方律解 调、平均包络解调和大信号峰值包络解调等。
1）在SSB AM信号中加入导频。 2）在本地产生一个频率为ωc的振荡。当然，它不可能与发送信号 中的载波同频同相，因此，它不属于相干解调。
但只要这两个载波的频率差在容许范围之内还是可用 的。例如，在传送话音信号时，如果频率差在几赫兹以内， 并不影响信息的传送。
21
SSB信号解调数学分析:
S (t ) S SSB (t ) f (t ) cos( C t C ) fˆ (t ) sin( t )
2
一、常规双边带幅度调制AM
时域表达式： 调制器模型：
s ( t )[ A m ( t ) ] c o s t A M 0 c
m t
A0
sm t
cos c t
频谱：
3
AM讨论
1、AM波的包络与基带信号m(t)成正比。故可采用包络 检波进行解调。
2、 AM波的频谱由载波分量和上、下对称的两个边带 组成，因此，AM信号是含有载波的双边带信号，它 所需的传输宽度为BAM＝ 2fH ，即它是基带信号频带 宽度的两倍。
C C
S(t)
×
up(t)
LPF
ud(t)
cos(ωct+φ)
ˆ u ( t ) [ f ( t ) cos （ t ) f ( t ) sin （ t )] cos( t ) p C c C c c
1 ˆ [ f( t ) cos( ) f ( t ) sin( )] c c 2 1 ˆ [ f( t ) cos( 2 t ) f ( t ) sin( 2 t )] c c c c 2
3、平均功率： 4、调制效率：
2 2 A mt () 0 P P P A M c s 2 2
2 m t P S A M 2 2 P A m t A M 0
4
二、双边带抑制载波调制 （ DSB-SC）
DSB-SC 表示式：
S ( t ) ft ( ) c o s t D S B c
34
15
1）DSB相干解调
数学分析：
从时域表达式直接入手，
DSB表达式 SDSB(t) = f (t)cos (ωct +θc) 原理模型：
S (t)
up(t)
本地载波
LPF
ud(t)
cos(ωct +φ)
16
S(t)
S(t) = SDSB(t) = f (t) cos (ωct +θc)
×
up(t)
33
门限效应
输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降， 而是急剧恶化，通常把这种现象称为解调器的门 限效应。
开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。
门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起 的。
用相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存在门
限效应； 在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几乎与 相干解调法相同； 当输入信噪比低于门限值时，将出现门限效应，这时 解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。
14
相干解调
sm t
sp t
LPF
sd t
c t cos ct
st ( ) st ( ) c o s t [( s ) c o s t st ( ) s i n t ] c o s t P m C It C Q C C 1 1 1 s ( t ) s ( t ) c o s 2 t st ( ) s i n 2 t I I C Q C 2 2 2 1 s ( t ) s ( t ) m ( t ) d I 2
f(t)
×
cosωct
5
DSB讨论
1、DSB信号的包络与m(t)不成正比，所以不能用包 络检波，需用相干解调，较复杂。 2、占用带宽与AM相同，即BDSB＝ BAM = 2fH
3、调制效率高：100％，因为DSB信号中不存在载 波分量，全部功率都用于信息传输，节省了载波 功率。 4、应用场合较少。主要用于FM立体声中的差信号 调制，彩色TV系统中的色差信号调制。
f(t)
×
SDSB(t) 边带滤波器HVSB(ω) SVSB(t)
ห้องสมุดไป่ตู้
c(t)=cosωct 调制器模型
10
VSB的讨论
VSB既克服了DSB信号占用频带宽的特点，又解决了SSB 信号实现上的难题。 VSB带宽介于SSB和DDB之间，即fH<BVSB<2fH；调制效率 为100％。 VSB比SSB所需的带宽仅有很小的增加，但却换来了电路 实现上的简化。 VSB在商业电视广播中的电视信号传输中得到了广泛的应 用。这是因为电视图像信号的低频分量丰富，且占用 0~6MHz的频带范围，所以不便采用SSB或DSB调制方式。
C
R
25
工作过程：
(1) S(t)正半周，二极管导通；负半周，D截止。 (2) S(t)正半周，对C进行充电，负半周，C放电 (3) 充电时间常数极小，放电时间常数为RC (4) 留下包络，消去高频载波分量； (5) 包络近似等于原调制信号 f(t)+A0
D C
R
A0 o t
R-C滤波过程示意图
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8
F(ω)
SAM(ω)
SDSB(ω)
(1/2) F(ω+ωc) (1/2)F(ω-ωc)
SDSB(ω)
-ωc
o
SSSB(ω)
ωc
ω
9
四、残留边带调幅VSB
SVSB(ω)
ω -ωc
0
ωc
1 S ( ) S H M ( ) MH ) ] ( ) [ V S B D S B c c 2
1 ˆ u ( t ) [ f ( t ) c o s ( ) f ( t ) s i n ( ) ] d c c 2 若θc=φ，ud(t)= f (t) /2
22
3）VSB AM相干解调
对不含载波分量的VSB AM信号的解调只能采用同步 的解调的方法。 为了恢复本地载波信号可以用在VSB AM信号中加导 频的方法，也可采用DSB AM类似的非线性变换方法。
LPF
ud(t)
cL(t)=cos(ωct+φ) 本地载波
up(t)= f (t) cos(ωct +θc)cos(ωct +φ)
=(1/2) f (t)[cos(2ωct+θc+φ)+cos(θc-φ)]
ud(t) = (1/2) f (t)[cos(θc-φ)]
17
对输出 ud(t) = (1/2) f (t)[cos(θc-φ)] 的分析：
sAM (t)
包络检波器
低通滤波器
m t) 0(
24
大信号峰值包络解调：当载波频率比调制信号 的最高频率高得多时，调幅信号幅度的包络线近似 为调制信号的波形。因此，只要能取出这个包络信 号就可实现解调。
D
二极管无偏置电压。 输入信号 v i ( t ) 大。 二极管电流流通角很小。
这个本地载波信号是在接收设备内产生的并且与调幅信号中的载波相干或者说是同步的即本地载波与调幅信号中载波的频率相同二者的相位也应相同或有很小的相位差所以这种解调方法又称同步解调
通信原理ch5_3_解调和抗噪 声性能
回顾：幅度调制
幅度调制的种类： ——常规双边带调幅 AM ——抑制载波双边带调幅 DSB-SC ——单边带调幅 SSB ——残留边带调幅 VSB
此时，不能无失真地恢复出原基带信号f(t)。
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19
DSB AM相干载波的产生
sDSB(t)
平方器
v1 (t )
带通滤波
v2 (t )
分频器
vc' (t )
若输入信号为：
2 v () t s () t 经平方器后得： 1 D S B 1 2 1 2 m() t m()c t o s2 t c 2 2 12 ( t ) m ( t ) cos 2 t 经带通滤波后： v 2 c 2
-ωc
o
ωc
ω
7
SSB讨论
1、最突出的优点是对频带资源的有效利用，它所需要的带 宽仅为AM、DSB的一半，即 BSSB＝ BDSB/2＝ fH
2、另一优点是由于不传送载波和另一个边带所节省的功率。 使得功耗减少和设备重量减轻，这对于移动通信系统尤为 重要。
3、 SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，仍需用相 干解调。 4、SSB带宽的节省是以复杂度为代价的。滤波法的技术难 点是陡峭的边带滤波特性难以实现；相移法的技术难点在 于带宽相移网络的制作。
载波分量，然后用包络检波器解调恢复出调制信号。
要求：
插入的载波与发送端载波要“同频同相”
。
原理框图：
S(t)
Σ
up(t)
包络 检波
ud(t)
cL(t)=Adcos(ωct+φ)
28
线性系统的 抗噪声性能
29
信号的产生与传输
30
信号的接收与恢复
31
收发信号的对比
32
调幅系统的噪声性能
若θc=φ，则Ud(t) = f (t) /2，此时输出最大； 若θc≠φ，此时输出幅度减小 若θc-φ=π/2，则此时输出为零； 若θc-φ=±π，则输出与原f (t)反相； 若θc-φ=ωζt+φζ (ωζ表示固定频率误差，φζ表示 相位误差) ，则 ud(t) = 1/2[A0+f(t)]cos(ωζt+φζ)
11
调制的定义、对象、目的、分类 幅度调制
AM、DSB、SSB、VSB
调幅信号的解调
相干解调 载波插入包络检波解调
线性调制系统的抗噪声性能
相干解调的抗噪声性能 包络检波的抗噪声性能
12
调幅信号的解调
解调： 是调制的逆过程，调幅波的解调即是从 调幅信号中恢复出调制信号的过程，通 常称之为检波。 常用的两种调幅波解调：相干解调与非相干解调 。 相干解调：利用已调信号相位变化来恢复调制信 号。 非相干解调：从已调信号的幅度变化中提取调制 信号。
6
三、单边带调制 SSB
f (t) SDSB(t)
S ( t ) c o sc t o s t s i n t s i n t S S B m c m c
×
边带滤波器HSSB(ω) SSSB(t)
SDSB(ω)
c(t)=cosωct
(1/2) F(ω+ωc)
(1/2)F(ω-ωc)
1、相干解调的噪声性能（略） 2、AM系统包络检波器的噪声性能 门限值：表示一个临界值，当输入信噪比大于该值，包络 检波器能正常工作，可无失真恢复信号；当输入信噪比小于该 值，包络检波器不能正常工作，不可无失真恢复信号。 门限效应：包络检波器存在“门限值”的现象。当输入噪声 功率接近载波功率时会明显表现出来。 所有非相干解调都存在门限效应，而相干解调中不存在门限 效应。
几点说明：
1. RC
RC太小，放电太快，输出信号波纹增大； RC太大，放电太慢，输出信号跟不上包络变化速度； 要求：
(1/ωc ) ≤ RC ≤ (1/ωm )
2. 包络检波适用于常规AM ，有门限效应。 3. 输出增加隔直电容，滤除直流分量。
27
三、载波插入法解调**
思想：
在接收到的DSB、SSB或VSB信号频谱内插入比较强的
13
一、相干解调法
相干解调也叫同步检波，其作用是从接收的已调 信号中恢复原基带信号（即调制信号），实质也是频 谱的搬移。
适用范围：常规AM、 DSB、 SSB 、VSB，无门限效应。只 是AM信号的解调结果中含有直流成分A0，这时在解调后 加一个简单的隔直流电容即可。 要求：本地载波与接收信号的载波完全同频同相。这个本地 载波信号是在接收设备内产生的，并且与调幅信号中的载 波相干，或者说是同步的，即本地载波与调幅信号中载波 的频率相同，二者的相位也应相同或有很小的相位差，所 以这种解调方法又称同步解调。
s ( t ) m ( t ) c o s t D S B c
将此分量取出，经放大限幅并经 2：1 分频，即可得所需载波。
20
2）SSB AM相干解调
从前面分析可知，SSB AM信号中，既无载波分量，其包 络也不反映调制信号的波形。因此，只能用同步解调方法。 由于SSB AM信号中不含载波分量，无法从调幅信号中直 接滤出载波。为了实现同步解调，需要建立本地载波信号。 通常，采用两种方法：
在容许一定失真情况下，对含有大载波分量的VSB AM 信号可以使用峰值包络检波器解调，从而可大大简化解调 电路。
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二、非相干解调（包络检波法）
利用某些元件的非线性特性对调幅信号进行 非线性变换实现调幅波的解调。它不需要本地载 波作为相干信号，因此称之为非相干解调。 经常应用的非相干解调方法有小信号平方律解 调、平均包络解调和大信号峰值包络解调等。
1）在SSB AM信号中加入导频。 2）在本地产生一个频率为ωc的振荡。当然，它不可能与发送信号 中的载波同频同相，因此，它不属于相干解调。
但只要这两个载波的频率差在容许范围之内还是可用 的。例如，在传送话音信号时，如果频率差在几赫兹以内， 并不影响信息的传送。
21
SSB信号解调数学分析:
S (t ) S SSB (t ) f (t ) cos( C t C ) fˆ (t ) sin( t )
2
一、常规双边带幅度调制AM
时域表达式： 调制器模型：
s ( t )[ A m ( t ) ] c o s t A M 0 c
m t
A0
sm t
cos c t
频谱：
3
AM讨论
1、AM波的包络与基带信号m(t)成正比。故可采用包络 检波进行解调。
2、 AM波的频谱由载波分量和上、下对称的两个边带 组成，因此，AM信号是含有载波的双边带信号，它 所需的传输宽度为BAM＝ 2fH ，即它是基带信号频带 宽度的两倍。
C C
S(t)
×
up(t)
LPF
ud(t)
cos(ωct+φ)
ˆ u ( t ) [ f ( t ) cos （ t ) f ( t ) sin （ t )] cos( t ) p C c C c c
1 ˆ [ f( t ) cos( ) f ( t ) sin( )] c c 2 1 ˆ [ f( t ) cos( 2 t ) f ( t ) sin( 2 t )] c c c c 2
3、平均功率： 4、调制效率：
2 2 A mt () 0 P P P A M c s 2 2
2 m t P S A M 2 2 P A m t A M 0
4
二、双边带抑制载波调制 （ DSB-SC）
DSB-SC 表示式：
S ( t ) ft ( ) c o s t D S B c
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15
1）DSB相干解调
数学分析：
从时域表达式直接入手，
DSB表达式 SDSB(t) = f (t)cos (ωct +θc) 原理模型：
S (t)
up(t)
本地载波
LPF
ud(t)
cos(ωct +φ)
16
S(t)
S(t) = SDSB(t) = f (t) cos (ωct +θc)
×
up(t)
33
门限效应
输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降， 而是急剧恶化，通常把这种现象称为解调器的门 限效应。
开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。
门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起 的。
用相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存在门
限效应； 在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几乎与 相干解调法相同； 当输入信噪比低于门限值时，将出现门限效应，这时 解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。
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相干解调
sm t
sp t
LPF
sd t
c t cos ct
st ( ) st ( ) c o s t [( s ) c o s t st ( ) s i n t ] c o s t P m C It C Q C C 1 1 1 s ( t ) s ( t ) c o s 2 t st ( ) s i n 2 t I I C Q C 2 2 2 1 s ( t ) s ( t ) m ( t ) d I 2