5.1-幅度调制的原理

1、15.0 基本概念基本概念 5.1 幅度调制的原理幅度调制的原理 5.3 非线性调制的原理非线性调制的原理5.5 各种模拟系统的比较各种模拟系统的比较 5.6 频分复用（频分复用（FDM） 5.2 线性调制系统的抗噪性能线性调制系统的抗噪性能5.4 调频系统的抗噪性能调频系统的抗噪性能第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统 2调制信号调制信号指来自信源的基带信号（指来自信源的基带信号（低频低频） 载波载波未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波（以是非正弦波（高频高频）调制调制用调制信号去控制载波信号的某个参数，使参数随调用调制信

2、号去控制载波信号的某个参数，使参数随调制信号的变化而变化制信号的变化而变化,把信号转换成适合在信道中传输的形式的一把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。种过程。已调信号已调信号载波受调制后称为已调信号载波受调制后称为已调信号,调制信号和载波的合调制信号和载波的合成信号成信号(高频高频）解调（检波）解调（检波）调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。制信号恢复出来。 基本概念基本概念5.0 基本概念基本概念 3提高无线通信时的天线辐射效率。提高无线通信时的天线辐射效率。把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多把多个基带信号分

3、别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。路复用，提高信道利用率。扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。输带宽与信噪比之间的互换。 调制的目的调制的目的5.0 基本概念基本概念 4)(tm)(tS调制器调制器)(tc 调制模型调制模型调制信号调制信号载波载波已调信号已调信号5.0 基本概念基本概念 5根据调制信号、载波类型、载波参数变化的不同进行分类。根据调制信号、载波类型、载波参数变化的不同进行分类。连续波调制连续波调制脉冲调制脉冲调制模拟连续波调制模拟连续波调制（简称模拟调制）（简

4、称模拟调制）数字连续波调制数字连续波调制（简称数字调制）（简称数字调制）数字脉冲调制数字脉冲调制模拟脉冲调制模拟脉冲调制角度调制角度调制幅度调制幅度调制AMAMDSB-SCDSB-SCSSBSSBVSBVSBFMPM 调制的分类调制的分类 正弦波的瞬时角频率或相位随正弦波的瞬时角频率或相位随输入信号的变化而变化输入信号的变化而变化,包括频包括频率调制、相位调制率调制、相位调制幅度调制：正弦波的幅度随输入信幅度调制：正弦波的幅度随输入信号的变化而变化号的变化而变化,包括调幅、双边包括调幅、双边带、单边带和残留边带带、单边带和残留边带;5.0 基本概念基本概念 6线性调制线性调制非线性调制非线性调

5、制0( )cos( )( )c tAmttm t幅度调制幅度调制频率调制频率调制相位调制相位调制5.0 基本概念基本概念 7振幅调制振幅调制 tAtmts00cos)()(5.0 基本概念基本概念 8频率调制频率调制 ttmts)(cos)(05.0 基本概念基本概念 9相位调制相位调制 )(cos)(0tmtts5.0 基本概念基本概念 10频频谱谱移移动动及及带带通通性性质质AMPMFM5.0 基本概念基本概念 115.0 基本概念基本概念 5.1 幅度调制的原理幅度调制的原理 5.3 非线性调制的原理非线性调制的原理5.5 各种模拟系统的比较各种模拟系统的比较 5.6 频分复用（频分复用

6、（FDM） 5.2 线性调制系统的抗噪性能线性调制系统的抗噪性能5.4 调频系统的抗噪性能调频系统的抗噪性能第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统 12正弦型载波为正弦型载波为 式中，式中，A 载波幅度；载波幅度； c 载波角频率；载波角频率； 0 载波初始相位（以后假定载波初始相位（以后假定 0 0）。）。 则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成式中，式中， m(t) 基带调制信号。基带调制信号。0( )coscc tAt( )( )coscs tAm tt调幅定义：调幅定义：载波的载波的振幅振幅随调制信号的变化而变化随调制信

7、号的变化而变化适当选择适当选择带通滤波器带通滤波器的的特性，便可以得到各种特性，便可以得到各种幅度调制信号。幅度调制信号。5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理13设调制信号设调制信号m(t)的频谱为的频谱为M( )，则已调信号的频谱为，则已调信号的频谱为: 2( )()()mccASMM 已调信号的频谱是基带信号频谱在频域内的简单搬移已调信号的频谱是基带信号频谱在频域内的简单搬移( (精确到常数因精确到常数因子子) )。由于这种搬移是。由于这种搬移是线性线性的，因此，幅度调制又称为的，因此，幅度调制又称为线性调制线性调制。 注意：注意：这里的这里的“线性线性”并不意味着

8、已调信号与调制信号之间符合线并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。性变换关系。M()0(a) 输入信号频谱密度输入信号频谱密度Sm()c-c0(b) 输出信号频谱密度输出信号频谱密度5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理1400( )( )coscos( )cosAMcccstAm ttAtm tt2 信号表达式信号表达式 m(t) 调制信号，均值为调制信号，均值为0； A0 常数，表示叠加的直流分量。常数，表示叠加的直流分量。)(tSmtc cos0( )Am t( )m t0A1 调制器模型调制器模型 5.1.1 AM信号：普通调幅波信号：普通调幅波15t

9、c cost)(tSmt3 信号波形信号波形0( )Am tt0A包络包络)(tmt由波形可以看出，由波形可以看出，当满足条件当满足条件 |m(t)|max A0时，其时，其包络与调制包络与调制信号波形相同信号波形相同，因，因此用此用包络检波法包络检波法很很容易恢复出原始调容易恢复出原始调制信号。制信号。过调幅过调幅 5.1.1 AM信号：普通调幅波信号：普通调幅波16过调幅失真过调幅失真用其他的解调方法，用其他的解调方法，如如同步检波同步检波。 ( )AMStt0t0tcosc0( )Am tt00A( )m tt0包络包络包络检波将包络检波将发生失真发生失真 5.1.1 AM信号：普通调幅

10、波信号：普通调幅波17包络检波低通滤波隔直 （1 1）包络检波（二极管单向导通性）包络检波（二极管单向导通性） （2）低通滤波（除去高频成分）低通滤波（除去高频成分） （3）隔断直流（恢复基带波形）隔断直流（恢复基带波形）4 4 解调方法解调方法 非相干解调：包络检波法非相干解调：包络检波法 5.1.1 AM信号：普通调幅波信号：普通调幅波184 4 解调方法解调方法 相干解调：同步检波法相干解调：同步检波法00( )( )cos()( )coscos1( )1cos22pAMccccstSttAm tttAm tt01( )( )2ds tAm t0( ) ( )cosmcs tAm tt严

11、格同步的严格同步的本地载波本地载波 5.1.1 AM信号：普通调幅波信号：普通调幅波sAM(t)sp(t)sd(t)195 5 频谱：频谱：若若m(t)为确知信号，则为确知信号，则AM信号的频谱为信号的频谱为00( )()cos()()2()cccm tMtAA 因为因为0()(cos( ) cosAMccSFAtFm tt0( )( )( ) cosmAMcStStAm tt且且 若若m(t)为随机信号为随机信号，则已调信号的频域表示式必须用，则已调信号的频域表示式必须用功率谱功率谱描述。描述。 5.1.1 AM信号：普通调幅波信号：普通调幅波01()()()()2ccccAMM 200c

12、c )(M Hf0cHfc cHf AMS0cHfcHfc 上边带上边带下边带下边带2HfAM 频谱示意图频谱示意图SAM(t) 的频谱是的频谱是 m(t) 的频谱在频域内的线性搬移称之为线性调制的频谱在频域内的线性搬移称之为线性调制下边带下边带上边带上边带载频分量载频分量载频分量载频分量 5.1.1 AM信号：普通调幅波信号：普通调幅波216 AM信号的特性信号的特性带宽带宽：它是：它是带有载波分量带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽的双边带信号，带宽是基带信号带宽 fH 的两倍：的两倍：功率功率：当当m(t)为确知信号时，为确知信号时，2AMHBf 22222002cos( )co

13、s( )coscccAtmttA m tt ( )0m t 若，220( )22AMcSAmtPPP则载波功率载波功率边带功率边带功率 5.1.1 AM信号：普通调幅波信号：普通调幅波2220( )( ) cosAMAMcPstAm tt 22 调制效率调制效率 AM信号的总功率包括信号的总功率包括载波功率载波功率和和边带功率边带功率两部分。只有边带两部分。只有边带功率才与调制信号有关，功率才与调制信号有关，载波分量并不携带信息载波分量并不携带信息。 有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例称为例称为调制效率调制效率： 22

14、20SAMAMmtPPAmt 5.1.1 AM信号：普通调幅波信号：普通调幅波23当当m(t) = Am cos mt (单音余弦信号），时单音余弦信号），时当当“满调幅满调幅”时，时，|m(t)|max = A0时，时，调制效率调制效率最高最高 max 1/3222( )/mmtA 222222002mAMmmtAAAAmt AM信号的功率利用率很低。信号的功率利用率很低。应用：中短波段应用：中短波段AMAM广播。广播。 5.1.1 AM信号：普通调幅波信号：普通调幅波24 222222002mAMmmtAAAAmt 22125AMAM SAMAMPP cAMSPPP (1)40 ()AMA

15、MPKW 5.1.1 AM信号：普通调幅波信号：普通调幅波 【例【例5.1】 已知一已知一AM广播电台输出功率为广播电台输出功率为50KW，采用单频，采用单频余弦信号进行调制，调幅指数为余弦信号进行调制，调幅指数为0.707，计算调制效率和载波功率。，计算调制效率和载波功率。00 707.mAMAA 25ttmtStScDSBm cos)()()( 双边带调制原理双边带调制原理: :在在AMAM信号中，载波分量并不携带信息，信息信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果在完全由边带传送。如果在AMAM调制模型中将直流去掉，即可得到一调制模型中将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制

16、方式种高调制效率的调制方式抑制载波双边带调制抑制载波双边带调制，简称双边带，简称双边带调制调制(DSB)(DSB) 1 1 信号表达式信号表达式:无直流分量无直流分量A A0 05.1.2 双边带调制（双边带调制（DSB）2 2 频谱：频谱：无载频分量无载频分量)()(21)(ccDSBMMS 3 3 信号带宽信号带宽2D S BHBf26ttmtStScDSBm cos)()()( DSB DSB 信号表达式信号表达式波形：波形：DSB DSB 频谱结构频谱结构)t (mtA0)t (Smt0 )()()(ccDSBMM21S 频谱图：频谱图：t0tcoscfH)(M0cHf c cHf )

17、(DSBScHfcHfc 0c c 02Hf下边带下边带上边带上边带包络包络5.1.2 双边带调制（双边带调制（DSB）274 4 解调方法解调方法 相干解调：同步检波法相干解调：同步检波法5.1.2 双边带调制（双边带调制（DSB）28sDSB(t)sp(t)sd(t)( )( )cos( )coscos1( )1cos 22pDSBccccstSttm tttm tt1( )( )2dstm t( )( )cosDSBcstm tt严格同步严格同步的本地载的本地载波波5.1.2 双边带调制（双边带调制（DSB）294 4 调制效率调制效率 DSBDSB信号的总功率只包括信号的总功率只包括边

18、带功率边带功率，不含有，不含有载波功率载波功率，所以，所以DSBDSB信号的调制效率是信号的调制效率是100%100%，即全部功率都用于信息传输。，即全部功率都用于信息传输。5 5 优点优点 功率利用率较高（与功率利用率较高（与AMAM相比）相比）, ,节省了载波功率节省了载波功率6 6 缺点缺点 不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。但频带与但频带与AM信号信号同，是调制信号带宽的同，是调制信号带宽的2倍。倍。7 7 应用应用 FMFM立体声中的差信号调制，彩色立体声中的差信号调制，彩色TVTV系统中的色差信号调制，以系统中的色差信号调制，以及正交调制等

19、。及正交调制等。5.1.2 双边带调制（双边带调制（DSB）305.1.3 SSB信号：单边带信号信号：单边带信号 原理：原理：因为因为DSBDSB上、下边带都包含了上、下边带都包含了M( )的所有频谱成的所有频谱成分，因此传一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省分，因此传一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为一半传输频带，这种方式称为单边带调制单边带调制。 产生产生SSBSSB信号的方法有两种：信号的方法有两种：滤波法滤波法和和相移法相移法。311,0,()()USBccHH ( )( )SSBDSBSSH SSB SSB信号的频谱信号的频谱单边带滤波器的单

20、边带滤波器的传输函数传输函数若具有如下理想低通特性，则可若具有如下理想低通特性，则可滤除上边带滤除上边带。若具有如下理想高通特性，则可若具有如下理想高通特性，则可滤除下边带滤除下边带。1,0,()()LSBccHH 1 1、滤波法原理、滤波法原理 用边带滤波器，滤除不要的边带用边带滤波器，滤除不要的边带: : 5.1.3 SSB信号：单边带信号信号：单边带信号325.1.3 SSB信号：单边带信号信号：单边带信号33上边带频谱图上边带频谱图上边带要求上边带要求下边带要求下边带要求)(H cc01)(Hcc01下边带频谱图下边带频谱图34滤波法的技术难点滤波法的技术难点滤波特性很难做到具有陡峭的

21、截止特性，实际滤波器从通带到滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性，实际滤波器从通带到阻带总有一个阻带总有一个过渡带过渡带，允许的过渡带为最低频率，允许的过渡带为最低频率2倍。倍。 例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为300Hz，则上下，则上下边带之间的频率间隔为边带之间的频率间隔为600Hz，即允许过渡带为，即允许过渡带为600Hz。5.1.3 SSB信号：单边带信号信号：单边带信号3511( )( )cos( )sin22SSBccstm ttm tt 的希尔伯特变换是)()(tmtm5.1.3 SSB信号：单边带信号信号：单边带信号2、相移法和、相

22、移法和SSB信号的时域表示信号的时域表示 若若M( )是是m(t)的傅里叶变换，则的傅里叶变换，则 物理意义物理意义：m(t)通过传递函数为通过传递函数为-jsgn 的滤波器即可得到其希的滤波器即可得到其希尔伯特变换尔伯特变换 ( )()m tM的的傅傅里里叶叶变变换换为为sgn)()(jMM1,0sgn1,0 363、SSB信号的解调信号的解调 相干解调：相干解调：SSB信号的解调和信号的解调和DSB一样，不能采用简单的一样，不能采用简单的包络检波，因为包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络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，所以仍需采用不能直接

23、反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调相干解调。5.1.3 SSB信号：单边带信号信号：单边带信号37ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21)( ( )( )cos11( )cos( )sincos22111( )( )cos2( )sin2444pSSBccccccstSttm ttm tttm tm ttm tt1( )( )4ds tm t5.1.3 SSB信号：单边带信号信号：单边带信号sSSB(t)sp(t)sd(t)384、SSB信号的性能信号的性能 SSB信号的实现比信号的实现比AM、DSB要复杂，但要复杂，但SSB调制方式在传输调制方式在传输信息时，不仅可信

24、息时，不仅可节省发射功率节省发射功率，而且它所占用的，而且它所占用的频带宽度频带宽度比比AM、DSB减少了一半。减少了一半。 它目前已成为它目前已成为短波通信短波通信中一种重要的调制方式。中一种重要的调制方式。信号带宽信号带宽12SSBDSBHBBf5.1.3 SSB信号：单边带信号信号：单边带信号395、讨论、讨论 （1）SSB最突出的优点是对最突出的优点是对频谱资源的有效利用频谱资源的有效利用，它所需要的，它所需要的传输带宽仅为传输带宽仅为AM，DSB的一半，因此的一半，因此SSB方式有其适合已经拥挤不方式有其适合已经拥挤不堪的高频频谱区。目前堪的高频频谱区。目前SSB是短波通信中的一种重

25、要调制方式。是短波通信中的一种重要调制方式。 （2）SSB的另外一个优点是由于的另外一个优点是由于不传送载波和另外一个边带不传送载波和另外一个边带，所以所以节省功率节省功率。这一结果带来的低功耗特性和设备重量的减轻对移。这一结果带来的低功耗特性和设备重量的减轻对移动通信系统尤为重要动通信系统尤为重要 （3）SSB带宽的节省是以带宽的节省是以复杂度的增加为代价的复杂度的增加为代价的。滤波滤波法的技法的技术难点市陡峭的边带滤波特性难以实现，术难点市陡峭的边带滤波特性难以实现，相移法相移法的技术难点在于宽的技术难点在于宽带相移网络的制作。带相移网络的制作。 （4）SSB信号的解调也信号的解调也不能采

26、用简单的包络检波法不能采用简单的包络检波法，采用相干，采用相干解调法。解调法。5.1.3 SSB信号：单边带信号信号：单边带信号40AM、DSB、SSB 比较比较AM调制调制DSB调制调制LSSB调制调制USSB调制调制功耗大、带功耗大、带宽宽宽宽,解调简解调简单单功耗小功耗小带宽宽带宽宽功耗小，带宽窄功耗小，带宽窄频率整体搬移困难频率整体搬移困难41 1、滤波法模型、滤波法模型 输出信号时域输出信号时域表示式为：表示式为： 输出信号频域输出信号频域表示式为：表示式为：只要适当选择只要适当选择H( )，便可以得到各种幅度调制信号。，便可以得到各种幅度调制信号。( )( )cos( )mcstm

27、 tth t)()(21)( HMMSccm 5.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型)(tSmtc cos)( H( )m t42单边带调制单边带调制： H()具有理想高通特性，则保留上边带具有理想高通特性，则保留上边带 若若H()有理想低通特性，则保留下边带。有理想低通特性，则保留下边带。1,( )( )0,cUSBcHH1,( )( )0,cLSBcHH双边带调制双边带调制：H()=1；5.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型43低低通通调制模型调制模型 )(tSmtc cos)( H( )m t0AAM 信号信号DSB 信号信号00A 00A SSB 信号信号cHfc

28、cHf 0)( H1带带通通cHfc cHf 0)( H15.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型442 2、移相法模型、移相法模型 sm(t)可等效为两个互为正交调制分量的合成。可等效为两个互为正交调制分量的合成。频域表达式为：频域表达式为：)(cos)()(thttmtscm ( ) ( )*( )cos ( )*( )sin( )cos( ) inmIcQcIcQcstm th ttm thtts ttst st( )( )( )IIs th tm t( )( )cosIch th tt( )( )( )QQsthtm t( )( )sinQchth tt同相分量同相分量正交分量

29、正交分量( )( )cos( )sin1()()()()22IcQcIcIcQcQcSF s ttF sttjSSSS5.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型45移相法线性调制的一般模型如下，它适用于所有线性调制。移相法线性调制的一般模型如下，它适用于所有线性调制。5.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型460( )( )( )1( )0( )0IIQQs tAm tHHst1 当即( )可以得到常规调幅边带信号可以得到常规调幅边带信号0( )( )cosAMcstAm tt01( ) ()()()()2AMccccSAMM ( )1( )( )( )0( )0IIQQHs t

30、m tHst当即(2)可以得到双边带信号可以得到双边带信号ttmtscm cos)()( 1( )()()2DSBccSMM5.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型47可以得到单边带信号可以得到单边带信号1122( )( )cos( )sinmccstm ttm tt11()( )( )2211()()( )( )22IIQhQHstm tHHstm t当即(3)1( )()()()()44SSBccccjSMMMM希尔伯特希尔伯特滤波器滤波器5.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型 不论哪种线性调制，其已调信号的不论哪种线性调制，其已调信号的同同相分量幅度相分量幅度SI(t)

31、均正比于调制信号均正比于调制信号，所以，所以可以无失真地恢复可以无失真地恢复SI(t)。485.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型495.1.6 相干解调与包络检波相干解调与包络检波 解调解调是调制的是调制的逆过程逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复，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）。原基带信号（即调制信号）。 解调的方法有：解调的方法有：n相干解调（同步检波）相干解调（同步检波）n非相干解调（包络检波）非相干解调（包络检波）501 1、相干解调（同步检波）、相干解调（同步检波） 相干解调器的一般模型相干解调器的一般模型 相干解调器原理：相干解调器原理：为了无

32、失真地恢复原基带信号，接收端必须为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的提供一个与接收的已调载波已调载波严格同步严格同步(同频同相同频同相)的本地载波的本地载波(称为相称为相干载波干载波)，它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。即可得到原始的基带调制信号。 实质：频谱搬移实质：频谱搬移，把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基，把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置。带位置。5.1.6 相干解调与包络检波相干解调与包络检波51【时域】【时域】已调信号的一般表达式为已调信号的一般表达式

33、为 与同频同相的相干载波与同频同相的相干载波c(t)相乘后，得相乘后，得经经低通滤波器低通滤波器后，得到后，得到 因为因为sI(t)是是m(t)通过一个全通滤波器通过一个全通滤波器HI ( ) 后的结果，故上式中的后的结果，故上式中的sd(t)就是解调输出，即就是解调输出，即 ( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst st ( )cos111( )( )cos2( ) in2222pmcIIcQcsts tts ts tts t st 1( )2dIsts t 1( )2dIststm tHI ( )=1或者或者1/25.1.6 相干解调与包络检波相干解调与包络检波522、包络检波、包络检波 适用条件：适用条件：AM信号，且要求信号，且要求|m(t)|max A0 ， 包络检波器结构：包络检波器结构： 性能分析性能分析 设输入信号是设输入信号是 选择选择RC满足如下关系满足如下关系 在在大信号检波大信号检波时（一般大于时（一般大于0.5V），二极管处于受控的开关），二极管处于受控的开关状态，检波器输出为状态，检波器输出为 隔去直流隔去直流后即可得到原信号后即可得到原信号m(t)。