现代通信理论第四章

1. 表达式与波形
SAM(t)=[A0+m(t)]cosω ct，
其中m(t)的平均值为0 ， A0+m(t)≥0（包络检波不失真条件）
调幅信号波形
2．频谱与带宽
SAM(ω)=πA0［δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)］+M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］
M( ）
-m
0 C(ω)
m

-c
0 SAM()
调制的作用
3 . 通过选择不同的调制方式改善系统传输的可靠性。
FM抗噪性能优于AM;
2PSK抗噪性能优于2ASK;
三、调制的分类
1．按照调制信号m(t)分:
模拟调制：m(t)为模拟信号，如AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM
数字调制：m(t)为数字信号，ASK、FSK、PSK等。
调制的分类
四、 模拟调制系统的性能比较

从有效性看，SSB最好，可靠性不比DSB差，应用多，载波通信中
AM系统包络检波实现简单，广播中常用，但有门限效应


VSB适用于低频丰富的信号传播，如图像，数据
DSB 有效性，可靠性，解调实现都无优势，模拟中少用，但在数 字调制时多用。 FM系统可靠性最好，广泛应用于长距离高质量的通信系统中，如 空间和卫星通信、调频立体声广播、 超短波电台等。
m(t)
h(t) cosωct
Sm(t)
六、 相干解调的一般模型
Sm(t)
BPF LPF
m0(t)
cosωct
§4.2.2非线性调制（角度调制
FM,PM）
二 、FM与PM
1. FM——瞬时频偏随调制信号（基带信号）成比例变化
sFM (t ) A cos[ct K F m( )d ]

G
So No Si N i
三、各种模拟调制系统的抗噪性能
说明：
（1）DSB的G是SSB的两倍，但是如果输入噪声功率谱密度和输入信号功 率Si相同，二者抗噪性能相同。 （2）大信噪比条件下，AM系统包络检波器与相干解调抗噪性能相同。 （3）在小信噪比条件下，AM系统出现门限效应——即输入信噪比到一 定程度，输出信噪比急剧恶化的现象。相干解调器无门限效应。 （4）FM 鉴频法在小信噪比也有门限效应。
-ωm
0
ωm S(ω)
ω
-ωc
0
ωc 2m
ω
B DSB =2fm
-c
0
c
3.功率分配
4.调制框图
m(t) cosω ct SDSB(t)
5.解调框图—相干解调
SDSB(t) BPF
LPF cosωct
S0(t)
6.问题—带宽占用多
三、单边带调制(SSB)
DSB信号包含有两个边带，即上、下边带。由于这两个边带包含的信 息相同，因而，从信息传输的角度来考虑，传输一个边带就够了。这种只 传输一个边带的通信方式称为单边带通信。单边带信号的产生方法通常有 滤波法和相移法。
载波信号c(t)：用来承载信息、参数受调制信号控制，一般为高频，频率值由信道 决定。 * 一个输出信号为：在信道中传输的已调信号sm(t)。
调制概念的说明
•
在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接 收端则需要有调制的反过程——解调过程。
需要进行调制和解调的通信系统为频带传输系统，不需要进行调 制和解调的通信系统为基带传输系统。

1. 用滤波法形成单边带信号
产生SSB信号最直观的方法是让双边带信号通过一个边带滤波器， 保留所需要的一个边带，滤除不要的边带。边带滤波其可以设计成理想 低通特性H下(ω)或理想高通特性H上(ω)，就可分别取出下边带信号频谱S 下(ω)或上边带信号频谱S上(ω) 。
m(t)
H上/下(ω)
SSSB(t)
要求：解调用的载波要与调制用的载波同频同相， 否则会产生失真。 6.问题：效率低。
二、抑制载波的双边带调幅（DSB-SC，简称双边带DSB）
1．表达式与波形:
0
m(t)
sDSB(t)=m(t)cosω ct
t s(t)
0
t
sDSB(t)
0
t
2 .频谱与带宽:
M(ω)
SDSB(ω)=［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］
正弦波模拟调制（简称模拟调制），又分成：


线性调制（幅度调制，AM、DSB、SSB、 VSB） 非线性调制（角度调制FM、PM）。
§4.2 模拟调制
§4.2.1线性调制（AM、DSB、SSB、VSB）
共同特点调制前后信号频谱只有位置变化，没有形 状变化。
一、 调幅（Amplitude Modulation, AM）
说明
综上所述： SSB调制方式在传输信号时，不但可节省 发射功率，而且它所占用的频带宽度为BSSB=fm，只有AM、 DSB的一半，因此，它目前已成为模拟通信中的一种重要
调制方式。
SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，
因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接 反映调制信号的变化， 所以仍需采用相干解调。
-900移相网络相当于希尔伯特变换网络，即
3. 用Weaver法形成SSB信号
相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作， 该网络要对调
制信号m(t)的所有频率分量严格相移π/2，这一点即使近似达到也是困难的。 为解决这个难题，可以采用混合法（也叫维弗法, Weaver ）。
其中， ω 2大于ω 1，低通滤波器的截止频率为ω 1，相加时，得到上边带，相减时得到下边带
鉴频器（FD）
2. NBFM的相干Biblioteka 调NBFMm0(t)
BPF
微分 - sin c t
低通
§4.2.3模拟调制系统的抗噪性能
一、 指标

信噪比 －在接收端分析

输出信噪比
输入信噪比 调制制度增益
S i 解调器输入信号平 均功率 Ni 解调器输入噪声平均功率 si2 (t )

ni2 (t )
振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数 字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。 设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概 率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制符 号序列可表示为
1.产生方法—滤波法
m(t)
SVSB(t) HVBS(ω ) cos ω ct
VSB频谱
带宽
B＝fm2fm
HVSB(ω )要满足互补对称特性－过渡部分称滚降
2. 解调方法-相干解调
SVSB(t)
BPF
LPF
cosωct
m0(t)
五、 线性调制的一般模型
几种线性调制都可用一般形式表示,只是不 同调制类型，h(t)的选择不同。
5 .单边带信号的解调—相干解调
SSSB(t) BPF
LPF
cosωct
m0(t)
6. 应用：
载波通信，节省频带
7. 问题：
边带滤波器陡, 实现困难,在低频成分较多的情况，往往采用残 留边带调制。
四、 VSB（残留边带调制）
它是介于双边带与单边带之间的一种线性调制，即克服了DSB占双倍 带宽的缺点，又解决了SSB实现的难题。VSB不是将一个边带完全抑制， 而是部分抑制，使其仍保留一小部分.
2．按照载波信号c(t)分
连续波调制C(t)=cosω ct 为连续正弦波, AM、DSB、 SSB、VSB、FM、PM、ASK、FSK、PSK等。


脉冲调制C(t)为周期性脉冲信号，
PAM、 PDM、PPM、PCM、ΔM、ADPCM等
调制的分类
3.按照 m(t)对c(t)不同参数的控制分： 幅度调制：载波的幅度随调制信号线性 变化的过程， AM、DSB、SSB、VSB、ASK、 频率调制：FM、FSK 相位调制：PM、PSK、DPSK
-
t
d（t） K m(t ) F dt
KF为频偏常数
2. PM——瞬时相偏随调制信号（基带信号）成比例变化
sPM (t ) A cos[ct K P m(t )]
KP为相移常数
(t ) K p m(t )
观察FM与PM的波形

假设调制信号为单频余弦 m(t ) Am cosmt
QAM MSK GMSK等
又分二进制数字调制：2ASK、 2FSK 、2PSK 、2DPSK 多进制数字调制：MASK、 MFSK、 MPSK、 MDPSK 随着现代通信技术的发展，又出现了很多新型数字调制技术，如QAM、TCM OFDM、 扩频调制等。
§ 4.3.1 二进制数字调制系统

一、二进制振幅键控（2ASK）
调频
调相
思考
例1.一个调角波
判断是FM还是PM？
答案：不能确定FM,PM,只有在m(t)给定时，才可确定
m(t ) Am sin 2 103 t
调频
调相
四、 FM实现-调制框图
五、 FM解调
1. 鉴频法(对WBFM和NBFM都适用）
SFM (t)
限幅 BPF
微分
包络检波
LPF m0(t)
每种信道都有特定的工作频率，多数为高频，即使是适合低频信号传输 的某些有线信道如电话线、电缆，在直流和很低频率处衰减非常剧烈，因此 需要按信道允许工作频率对调制信号进行频率搬移，实现匹配。
调制的作用
2. 实现信道多路复用，提高系统的传输有效性。 在信道内同时传送多路信号称为复用，各路信号频率范 围相同，会重叠，只有通过调制才有可能区分开不同 路信号。复用方式分类 频分复用（FDM） 时分复用（TDM） 码分复用（CDM） 波分复用（WDM） 各种复用都要通过调制实现。