第2章模拟调制系统

2023/2/6DigitalTrunkingSwitchSwitchAnalogLoopDigitalNetworkPOTSSwitchCBDigitalLoopDigitalNetworkISDNSwitch通信概论第2章模拟调制系统2.1调制的基本概念与分类2.2常规双边带调幅(AM)2.3抑制载波双边带(DSB-SC)调制2.4单边带调制(SSB)2.5残留边带调制(VSB)2.6插入载波的包络检波2.7频分复用(FDM)2.8非线性调制(角调制)本章内容简介调制的概念序调制的功能

1调制的定义2调制的分类3调制的功能我们通常把消息经过适当处理后所得到的原始信号称为基带信号，这种信号不能在信道中直接进行传输吗？模拟通信系统模型为什么要调制？为什么要调制？频率在300～3000Hz是人们日常交流最常用的声音频率范围，我们以3000Hz为例，计算它的波长。天线的长度要大于信号波长的1/10，才能有效地辐射电磁波，可计算出天线的长度为：为什么要调制？一万米的手机天线你敢用么？减小天线长度减小信号波长增大信号频率调制如何减少天线的长度呢？为什么要调制？调制的概念调制信号载波信号已调信号调制的概念调制的概念2023/2/6第2章模拟调制系统2.1调制的基本概念与分类调制－把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义调制－分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。狭义调制－仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。调制信号－指来自信源的基带信号载波调制－用调制信号去控制载波的参数的过程。载波－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。已调信号－载波受调制后称为已调信号。解调（检波）－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。频谱变换实现信道的复用改善系统性能调制的基本作用是频率搬移，通过调制将信号频谱搬移到所需要的位置。通过调制，可使实现在一个信道里同时传输多个信号。将信号变换，使它占据较大的带宽，它将具有较强的抗干扰性。第2章模拟调制系统2.1调制的基本概念与分类第2章模拟调制系统2.1调制的基本概念与分类

图2.1

调制器的一般模型幅度调制频率调制相位调制以调制信号去控制载波的幅度变化以调制信号去控制载波的频率变化以调制信号去控制载波的相位变化第2章模拟调制系统2.1调制的基本概念与分类（1）按调制信号m(t)的类型分：模拟调制和数字调制（2）按载波信号c(t)的类型分：连续波调制和脉冲调制（3）按调制器的不同功能分：幅度调制、频率调制和相位调制（4）按调制器的传输函数分：线性调制和非线性调制（5）按已调信号占用带宽分：窄带调制、宽带调制和扩频调制第2章模拟调制系统2.1调制的基本概念与分类幅度调制根据频谱特性的不同AMVSBDSBSSB常规调幅抑制载波双边带调幅单边带调幅残留边带调幅第2章模拟调制系统第2章模拟调制系统2.2常规双边带调幅(AM)正弦型载波为

式中m(t)为基带调制信号。 式中，A—

载波幅度；

c—

载波角频率；

0—

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）一般可表示成频谱设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为由以上表示式可见，在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移(精确到常数因子)。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制。但应注意，这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。

第2章模拟调制系统2.2常规双边带调幅(AM)第2章模拟调制系统2.2常规双边带调幅(AM)图2.2线性调制器的一般模型第2章模拟调制系统2.2.1AM信号的调制振幅调制AM(AmplitudeModulation)就是用调制信号去调制载波的振幅，使已调信号的振幅包络随基带调制信号的规律成比例地变化。如果设调制信号为：式中：

A0是调制信号中的直流分量

f(t)是调制信号中的交流分量载波信号为：已调信号为：即：第2章模拟调制系统2.2.1AM信号的调制图2.3AM信号的时间波形第2章模拟调制系统2.2.1AM信号的调制图2.4AM的数学模型设信号

的傅立叶变换为

，根据傅立叶变换的性质，则有AM信号的频谱表示为第2章模拟调制系统2.2.1AM信号的调制第2章模拟调制系统2.2.1AM信号的调制图2.5AM信号的频谱载频分量载频分量上边带上边带下边带下边带第2章模拟调制系统2.2.1AM信号的调制AM信号的特性带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽W

的两倍：功率： 当f(t)为确知信号时， 若 则 式中

－载波功率， －边带功率。第2章模拟调制系统2.2.1AM信号的调制调制效率 由上述可见，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，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）占信号总功率的比例称为调制效率： 当f(t)=Amcosmt时， 代入上式，得到 当|f(t)|max=A0时（100％调制），调制效率最高，这时

max

＝1/3第2章模拟调制系统2.2.2AM信号的解调图2.6包络检波器电路及检波过程如果输入的基带信号没有直流分量，即m(t)=f(t)，通过理想带通滤波器之后得到的输出信号便是无载波分量的双边带调制信号，或称双边带抑制载波(DSB-SC)调制信号，简称DSB信号。这时的DSB信号实质上就是f(t)与载波c(t)的相乘，即DSB信号的频谱为第2章模拟调制系统2.3抑制载波双边带(DSB-SC)调制第2章模拟调制系统2.3.1DSB信号的调制图2.7DSB调制的数学模型第2章模拟调制系统2.3.1DSB信号的调制图2.8DSB信号的波形及频谱第2章模拟调制系统2.3.2DSB信号的解调图2.9相干解调数学模型设接收机的输入为调幅信号第2章模拟调制系统2.3.2DSB信号的解调第2章模拟调制系统2.4单边带调制(SSB)第2章模拟调制系统2.4单边带调制(SSB)第2章模拟调制系统2.4单边带调制(SSB)第2章模拟调制系统2.4单边带调制(SSB)残留边带调制是介于双边带调制与单边带调制之间的一种线性调制。它既克服了双边带调制信号占用频带宽的缺点，又解决了单边带信号实现上的问题。在这种调制方式中，不是将一个边带完全抑制，而是部分抑制，使其仍残留一小部分。这个滤波器特性曲线不需要十分陡峭，因而，该滤波器器件比单边带滤波器器件更容易实现。第2章模拟调制系统2.5残留边带调制(VSB)残留边带信号的频域表示式为：

图2.12

同步解调法组成方框图第2章模拟调制系统2.5残留边带调制(VSB)假设同步载波，故其频谱为经过相乘器后的频谱为：将代入得到：低通滤波器的输出频谱为：第2章模拟调制系统2.5残留边带调制(VSB)第2章模拟调制系统2.5残留边带调制(VSB)“复用”是一种将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法。譬如，在电话系统中，传输的语音信号的频谱一般在300~3400Hz内。为了使若干个这种信号能在同一信道上传输，可以把它们的频谱调制到不同的频段，保证合并在一起而不致相互重叠影响，并能在接收端彼此分离开来。通常，在通信系统中，信道所能提供的带宽往往要比传送一路信号所需的带宽宽很多。因此，一个信道只传送一路信号有时是非常浪费的。为了充分利用信道的带宽，因而提出了信道频分复用的问题。第2章模拟调制系统2.7频分复用(FDM)

图2.15频分复用系统组成方框图第2章模拟调制系统2.7频分复用(FDM)

图2.16频分复用信号的频谱结构第2章模拟调制系统2.7频分复用(FDM)非线性调制通常是通过改变载波的频率或相位来达到的，即载波的振幅保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化。因为频率或相位的变化都可以看成是载波角度的变化，故这种调制又称角度调制。角度调制就是频率调制(FM)和相位调制(PM)的统称。设载波的初相为零，角度调制信号的一般表示式为第2章模拟调制系统2.8非线性调制（角调制）

式中，A

－载波的恒定振幅；

[ct+(t)]＝(t)

－信号的瞬时相位；

(t)－瞬时相位偏移。d[ct+(t)]/dt=(t)－称为瞬时角频率d(t)/dt

－称为瞬时频偏。第2章模拟调制系统2.8非线性调制（角调制）第2章模拟调制系统2.8非线性调制（角调制）相位调制(PM)