通信原理 第3版 工业和信息化普通高等教育十二五 规划教材立项项目 教学课件 作者 蒋青 于秀兰 范馨月 （改好）第三章.ppt

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1、第三章：模拟调制系统3.1引言3.2线性调制的原理3.3线性调制系统的解调3.4线性调制系统的抗噪声性能分析3.5非线性调制系统的原理及抗噪声性能3.6各种模拟调制系统的比较3.1引言我们将信息直接转换得到的较低频率的原始电信号称为基带信号。通常基带信号不宜直接在信道中传输。因此在通信系统的发送端需将基带信号的频谱搬移（调制）到适合信道传输的频率范围内，而在接收端，再将它们搬移（解调）到原来的频率范围，这就是调制和解调。所谓调制就是使基带信号（调制信号）控制载波的某个（或几个）参数，使这一（或几个）参数按照基带信号的变化规律而变化的过程。调制后

2、所得到的信号称为已调信号或频带信号.调制在通信系统中具有十分重要的作用。一方面，通过调制可以把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。另一方面，通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力，同时，它还和传输效率有关。具体地讲，不同的调制方式产生的已调信号的带宽不同，因此调制影响传输带宽的利用率。可见，调制方式往往决定一个通信系统的性能。调制的类型根据调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制；根据载波的不同可分为以正弦波作为载波的连续载波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制；根据调制器频谱

3、搬移特性的不同可分为线性调制和非线性调制。3.2线性调制的原理3.2.1幅度调制（AM）1、AM信号的数学模型幅度调制（AM）是指用调制信号去控制高频载波的幅度，使其随调制信号呈线性变化的过程。AM信号的数学模型如图3-1所示。图中，m(t)为基带信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号，但通常认为平均值为0。载波为:（3.1）上式中，A0为载波振幅，为载波角频率，为载波的初始相位。图3-1AM信号的数学模型2、AM信号的时域表达由图3-1可得AM的时域表达式为（3.2）为了分析问题的方便，令=0，这样假设并不影响我们讨论的一般性。3、调制信号

4、为确知信号时AM信号的频谱特性虽然实际模拟基带信号m(t)是随机的，但我们还是从简单入手，先考虑m(t)是确知信号时AM信号的傅氏频谱，然后再分析m(t)是随机信号时调幅信号的功率谱密度。由式（3.2）可知设m(t)的频谱为M(ω)，由傅氏变换的理论可得已调信号SAM(t)的频谱SAM(ω)为（3.3）图3-2所示为AM的波形和相应的频谱图。由图3-2可以看出，第一：AM波的频谱与基带信号的频谱呈线性关系，只是将基带信号的频谱搬移到处，并没有产生新的频率成分，因此AM调制属于线性调制；第二：AM信号波形的包络与基带信号成正比，所以AM信号的解调

5、既可采用相干解调，也可采用非相干解调（包络检波）。第三：AM的频谱中含有载频和上、下两个边带，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息，故已调波的带宽为原基带信号带宽的两倍，即上式中，fH为调制信号的最高频率。（3.4）图3-2调幅过程的波形及频谱4、AM信号的功率分配与调制效率幅度调制（AM）信号在1电阻上的平均功率应等于SAM(t)的均方值。当m(t)为确知信号时，SAM(t)的均方值即为其平方的时间平均，即（3.5）前面已假设调制信号没有直流分量，即,而且m(t)是与载波无关的较为缓慢变化的信号。所以式中为不携带信息的载波功率为

6、携带信息的边带功率（3.6）（3.7）可见，AM调幅波的平均功率由不携带信息的载波功率与携带信息的边带功率（3.8）显然，AM信号的调制效率总是小于1。两部分组成。所以涉及到调制效率的概念。定义边带功率与PAM的比值为调制效率，记为。即[例3.1]设m(t)为正弦信号，进行100%的幅度调制，求此时的调制效率。解：依题意可设而100%调制就是A0=

7、m(t)

8、max的调制，即A0=Am因此可见，正弦波做100%幅度调制时，调制效率仅为33.3%。综上所述，AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关。也就是说，载波

9、分量不携带信息，所以，调制效率低是AM调制的一个最大缺点。5、调制信号为随机信号时已调信号的频谱特性前面讨论了调制信号为确知信号时已调信号的频谱。在一般情况下，调制信号常常是随机信号，如语音信号。此时，已调信号的频谱特性必须用功率谱密度来表示。在通信系统中，我们所遇到的调制信号通常被认为是具有各态历经性的宽平稳随机过程。这里假设m(t)是均值为零、具有各态历经性的平稳随机过程，其统计平均与时间平均是相同的。由2.7节知，AM已调信号是一非平稳随机过程，其功率谱密度为其自相关函数时间平均值的傅里叶变换。AM已调信号的自相关函数为（3.9）将（3.

10、2）代入上式，并对其求时间平均（3.10）对式（3.10）进行傅里叶变换，可得已调信号的功率谱密度为SDSB(ω)（3.11）上式中Pm(ω)为调制信