第4章 模拟调制技术

1、第四章 4.1 概述 4.2 幅度 调制 4.3 非线性 调制技术 4.4 模拟调制 系统的抗噪声性 能 4.5 各种模拟 调制系统的比较 Chapter 4 Analog Modulation Technology 4.1 概述 调制实现基带信号的频谱搬移，使 其在适宜的信道中传输。调制的方法有 很多，可以从不同的角度进行划分。 简介 由信源输出的基带信号，一般包含 丰富的低频分量，无法直接在实际信 道中传输。 调制：将基带信号的频带搬移 至适合信道传输的频谱位置的过程。 解调：逆过程。将已调制的信 号还原成基带信号的过程。 调 制 已调 信号 调制 信号 （载波信号） 调制信号(基带信号)

2、控制载 波的某个(或某些)参数，实 现调制。 调制的分类 1）按载波信号分： 正弦波调制 脉冲调制 2）按基带信号分： 模拟调制 数字调制 3）按基带信号对载波 的控制参量（幅度、频 率或相位）分： 调幅 调频 调相 4）按已调信号的频谱结 构分： 线性调制 非线性调制 4.2 幅度调制 正弦载波的幅度随调制信号变化的 调制方法称为“幅度调制”，利用乘法 器和不同滤波器的组合，可以实现满足 不同要求的幅度调制器。 简介 若 ，则 幅度调制：正弦载波的幅度随调制信号变化的调制方式。 0 cos sc e tAs tt 载波 幅度 调制 信号 载波 角频率 载波初相角 时域： 频域： 0 0 co

3、s 2 cc jtjt sc ee e tAs ttAs t 2 Scc A ESS 基带信号频谱在频域内的简单搬移 线性调制 幅度调制的一般模型 cos coscos sinsin S cc cc cc e te th t hs ttd ths td ths td 时域： 频域： 2 S cc EEH A SSH 4.2.1 双边带调幅 1）常规双边带调幅（AM） 含有载波信号的双边带调幅 00 cos AMc etAs tt 0 1 2 AMcc cc EA SS 0 1 2 AMcccc EASS 用包络检波的方法便能恢复原始调制信号。 但为了包络检波时不发生失真，必须满足： 0 0As

4、 t 2）抑制载波的双边带调制(DSBSC(DSBSC) cos DSBc etAs tt 2 DSB cc E A SS 节省了载波功率。 4.2.2 单边带调幅（SSB） 利用滤波器取出抑制载波的双边带调幅信号的一个边带。（如上边带） sin1 coscoscos cossin1 cos c SSBccc cc c t eth ts ttts tts tt t st s ttd t 利用希尔伯特变换的定义和性质，可得： 上边带SSB 信号 11 cossin 22 SSBcc ets tts tt ) 下边带SSB 信号 相干解调 11 cossin 22 SSBcc ets tts tt

5、 111 coscos2sin2 222 dSSBccc etets ts tts tt 低通 滤波 4.2.3 残留边带调幅（VSB） 由于双边带信号频带利用率低，而单边带调制又难于实现，故采用一 种折中的方法 残留边带调制。 残留边带频带由一个边带的大部分和另一边带的一小部分组成。 残留部分下边带时的传递函数残留部分下边带时的传递函数 残留部分上边带时的传递函数残留部分上边带时的传递函数 1 2 VSBSccVSB EEHSSH 同步解调器 1 22 4 SVSB cVccVSBc EH SSHSSH 低通滤波器输出： 0 1 4 VSBcVSBc SSHH 条件：H 时，常数 4.3 非

6、线性调制技术 相位调制和频率调制，统称为“角 度调制”，属于非线性调制。已调信号 的带宽与频偏比有关。 简介 4.3.1 角度调制的基本概念 非线性调制： 不仅完成频谱的搬移，而且产 生一些新的频率成分。 角度调制可分为： - 相位调制（PM） - 频率调制（FM）。 coscos c e tAttAt 角度调制的一般表达式为： 瞬时频率： / c dttdt 相对于载频ct的瞬时频率偏移： /dtdt 相位调制（PM） 瞬时相位偏移随调制信号线性变化的调制方式。 设初相 ，则相位调制信号可表示为： 瞬时相位偏移： ( )( ) P tk s t 瞬时相位： 0 ( )( ) P tk s t

7、 相移常数 初相 0 0 cos PMcP etAtk s t 频率调制（FM） 瞬时频率偏移随调制信号线性变化的调制方式。 瞬时角频率偏移为： F k s t 瞬时角频率为： cF k s 频偏常数 瞬时相位： tt cFcF tk sdtksd 频率调制信号可表示为： cos t FMcF etAtksd 直接调相和间接调相 直接调频和间接调频 4.3.2 窄带调频与宽带调频 根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，频率调制分为： 宽带调频（WBFM）： 窄带调频（NBFM） 由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30。 窄带调频时， max6 t F ksd 频域表达式： 带宽 窄带调频（NBF

8、M） cos coscossinsin t FMcF tt cFcF ettksd tksdtksd 一般表达式： 窄带调频时， cos1 t F ksd sin) tt FF ksdksd cossin t FMcFc ettksdt 2 cc FM FMcc cc SSk E mSAMNBFM fBBB22 宽带调频（WBFM） 单频调制，宽带调频信号： cos FMnfcm n etAjhnt FMnfcmcm n eAj hnn 第一类n阶 贝塞尔函数 0 1 1 2 ! n m m f nf m h Jh mnm 单频调制，频带宽度： max 212 FMfmm Bhfff 调制信号

9、频率 最大频率偏移 1 f h NBFM的带宽 mFM fB2 1 f hmax 2 fBFM WBFM的带宽 调制信号最高频率： 任意限带信号调制，宽带调频信号的带宽： 21 FMm BDf m f f D 频偏比： 最大频率偏移： max F fks t m f 单频调制，功率分配： 22 22 22 N FMFMf n AA Petj h 当hf改变时，调频信号功 率的分配也将发生变化 先对调制信号积分，再对载波 进行相位调制。 4.3.3 调频信号的产生与解调 1）产生调频信号的方法： 直接法 间接法 利用调制信号直接控制振荡器 （压控振荡器，VCO）的频率。 0cF k s t 压控

10、振荡器的固有振荡 频率（中心频率） 窄带调频信号可分解成正交分量与同相分量之和，故可采用 线性调制中的相干解调法来进行解调。 具有频率-电压转换作用的鉴频器。 2）调频信号解调的方法： 非相干解 调法 相干 解调法 4.4 模拟调制系统的抗噪声性 能 任何通信系统都避免不了噪声的影 响,需要研究信道存在加性高斯白噪声时， 各种线性系统的抗噪声性能。 简介 通信系统抗噪声性能分析模型： 窄带高斯噪声 cossin cos iccsc c n tnttntt V ttt 衡量通信质量的好坏 输出信噪比： 2 0 0 2 0 0 stP N nt 解调器输出信号的平均功率 解调器输出噪声的平均功率

11、衡量解调器抗噪性能 信噪比增益（调制制度增益）： ii NP NP G / / 00 4.4.1 线性调制系统的抗噪声性能 线性调制相干解调时接收系统的一般模型： 相干解调适用于： 所有线性调制（AM、DSB、SSB、VSB）信号的解调。 输出信噪比 信噪比增益 DSB SSB VSB（条件：残 留边带滤波器滚 降范围不大） 2 2 0 00 1 4 1 4 i st stP Nn B N 2 / / 00 ii DSB NP NP G 2 2 0 00 1 16 1 4 4 i st stP Nn B N 1 / / 00 ii DSB NP NP G 2 2 0 00 1 16 1 4 4

12、 i st stP Nn B N 1 / / 00 ii DSB NP NP G 线性调制相干解调系统线性调制相干解调系统的的性能性能 常规调幅包络检波常规调幅包络检波的的性能性能 输出信噪比 信噪比增益 大信噪比（输 入信号幅度远 大于噪声幅度） 小信噪比 调制信号s(t)无法与噪声分开，包络A(t)中不存在单独 的信号项，只有s(t) cos(t)项，视作噪声。这时，输出 信噪比急剧恶化，称为“门限效应”。 开始出现门限效应的输入信噪比，称为“门限值”。 2 0 00 stP Nn B 2 00 22 0 2/ / AM ii stPN G P N Ast 4.4.2 非线性调制系统的抗噪

13、声性能 调频信号非相干解调系统的一般模型： 输出信噪比 信噪比增益 大信噪比（单 频调制） 小信噪比 解调器输出中已没有单独存在的有用信号 ，输出信噪 比急剧恶化，称为门限效应。 开始出现门限效应的输入信噪比，称为门限值。 m f fn A h N P 0 2 2 0 0 2/ 2 3 2 00 /3 /2 FM FMf iim PNB Gh P Nf 以单音调制为例，试比较调频系统 与常规调幅系统的抗噪性能。假设两 者接收信号功率Pi相等，信道噪声功率 谱密度n0相同。调制信号频率为fm， AM信号为100调制。 例例4.14.1 u 常规调幅系统： AM i AM AM i i AM AM Bn P G N P G N P 00 0 u 调频系统： FM i FM FM i i FM FM Bn P G N P G N P 00 0