通信原理课件_第5章_模拟调制系统3.
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1、通通 信信 原原 理理Principles of Communications通信原理通信原理通信原理通信原理通信原理通信原理教学组教学组教学组教学组教学组教学组第第5章章5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.3 非线性调制（角度调制）原理非线性调制（角度调制）原理5.4 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能5.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较5.6 频分复用和调频立体声频分复用和调频立体声 基带信号基带信号 具有 较低的频率分量较低的频率分量 ，不宜 通过 无线信道传输 。 因此，在通信系统
2、的发送端 需要由 一个载波 来运载基带信号 ，也就是使载波信号载波信号的某一个 ( 或几个 ) 参量随基带信号改变 ，这一过程就称为调制调制 。 在通信系统 的接收端则需要有解调过程解调过程 。 调制的目的是： 1. 将调制信号调制信号（基带信号）转换成适合于 信道传输的已调信号已调信号（频带信号）； 2. 实现信道的多路复用多路复用 ， 提高信道利用率 ；4 3. 减小干扰 ，提高系统抗干扰能力抗干扰能力 ； 4. 实现传输带宽传输带宽与信噪比信噪比之间的互换 。 调制方式很多 ，根据调制信号的形式调制信号的形式可分为模拟模拟调制调制和数字调制数字调制 ； 根据载波的选择载波的选择可分为以正
3、弦波作为载波的连续连续波调制波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制脉冲调制 。 本章重点讨论用去控制正弦载波参数 的模拟调制模拟调制 。 主要内容有：各种已调信号的时域波形时域波形和频谱结频谱结构构 ，调制和解调的原调制和解调的原及系统的抗噪声性能抗噪声性能 。5 幅度调制幅度调制是用调制信号去控制高频载波的幅度 ，使之随调制信号作线性变化的过程 。幅度调制器的一般模型如图所示 ：图 5-0 幅度调制器的一般模型 图中，是基带信号， 是滤波器 的冲激响应 为载波幅度， 为载波角频率； 为载波初始相位；为方便分析，一般假定 ， 。c 0 00 1A A6 更为一般的情况是滤波器的冲激响应 ，或者不采
4、用滤波器。这时幅度调制信号可以表示为：( )( )h tt (s( ) cocmstm tt 如果调制信号m(t)的频谱为 ，则容易得到已调信号 的频谱 为：( )M ( )mst( )mS 1( )()()2mccSMM 幅度调制信号，在波形波形 上，它的幅度(包络) 随基带信号规律而变化；在频谱结构频谱结构上，它的频谱完全是 基带信号频谱结构在频域内的简单搬移简单搬移 。7 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线性调制 。 在图5-0模型中，适当选择滤波器滤波器 的的 特性特性 H () ，便可以得到各种幅度调制信号各种幅度调制信号。常规双边带调幅（AM）抑制载波双边带
5、调幅（DSB-SC）单边带调幅（SSB）残留边带调幅（VSB） 这里的“线性”并不意味着已调信号和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。85.1.1 调幅调幅 ( AM ) 假设调制信号m(t) 的平均值为0，将其 叠加叠加 直流直流 A0 后 ，与载波相乘相乘 ，就可形成调幅 (AM) 信号 。AMcccstAm ttAm ttt00c( )(os) cos( )cos AMccccASMM0()(1( )()()2) 图 5-1AM 调制模型其中，这里假设m(t) 为确知信号；如果m(t) 为随机信号，则已调信号的频域须用功率谱来描述。9图 5-2AM 信
6、号的波形 和 频谱HAMBf2 下边带上边带载频载频10( )m tAM( )st0( )Am t OtOtOOttcosct m tA0max( ) 通过调制信号的波形可以看出，如果 ，则AM波的包络与调制信号 m(t)的形状完全一样，因此用包络检波的方法就很容易从已调信号中恢复出原始调制信号； 如果调制信号 ，就会出现“过调幅”现象，这时用包络检波将会发生失真，需要采用其他的解调方法。0max( )m tA 11 调制效率调制效率 已调信号中，有用功率（承载信息所用的功率）占信号总功率的比例称为调制效率，用 表示。 AMAcccMctttPstAm tAtmmtAt22222220020c
7、osc( )oscosc2( )( )s)o m t ( )0 假定cAMsmtPPPA2202( )2则式中， Pc 为载波功率载波功率 ， Ps为边带功率边带功率 。21cos2cos2cctt /2/21( )lim( ) dTTTs ts ttT 012SAMAMPmtPAmt2220( )( ) 调制效率调制效率 ：( )cosmmm tAt 若mmtA22( )/2 mAMAMmAMAAA22222022 则AMmAA0/1 式中为调幅指数调幅指数（或 调制幅度调制幅度）， 则在满调幅满调幅情况 下 ，若AM1 AM1/3 13 由此可见， AM 信号的 总功率总功率 包括 载波功
8、率载波功率 和边带功率边带功率 两部分 。载波分量不携带 信息 ，仍占据 大部分功率 ，因此， AM 信号的 功率利用率功率利用率 比较低 。 145.1.2 双边带调制双边带调制 ( DSB) 在 AM 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AM调制模型中将直流A0去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式 抑制载波双抑制载波双边带信号（边带信号（DSB-SC） ，简称 双边带信号双边带信号 ( DSB ) 。AMccccASMM0()(1( )()()2) DSB的频谱与AM相近，只是没有了在 处的 函数。 c DSBcstm tt( )( )cos 1( )()()2DSB
9、ccSMM 其时域和频域表示式分别为 15 图 5-3DSB信号的波形和频谱16 与AM信号比较，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。 由时间波形可知，DSB 信号的包络信号的包络不再与调制信号的变化规律一致 ，因而不能采用简单的包络检波 来恢复调制信号，需采用相干解调相干解调 ( 同步检波 ) 。 由频谱图可知， DSB 信号 虽然节省了载波功率 ,但它的频带宽度频带宽度仍是调制信号带宽的两倍两倍 ，上、下两个边带是完全对称完全对称 的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可以节省一半传输频带，称为单边带
10、调幅（SSB）。17 单边带信号的产生方法 通常有滤波法滤波法和相移法相移法1. 滤波法及滤波法及SSB信号的频域表示信号的频域表示 产生SSB信号最直观的方法是先产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。 技术难点技术难点是：由于调制信号常具有丰富的低频成低频成分分，使得DSB 信号的上、下边带之间的间隔很窄间隔很窄 ,这要求单边带滤波器在f c 附近具有 陡峭的截止特性陡峭的截止特性，这就使滤波器的设计和制作很困难。图 5-4 滤波法SSB信号调制器5.1.3 单边带调制单边带调制 ( SSB )18图图 5-5 5-5 滤波法形成滤波法
11、形成上、下边带信号的上、下边带信号的频谱图频谱图19cUSBc HH 1( )( )0 cLSBc HH 1( )( )0 SSBDSBSSH( )( )( ) SSB信号的频域表示信号的频域表示 上边带（USB）滤波器 下边带（LSB）滤波器 SSB信号的频域表示20 实现滤波器的难易程度与过渡带相对于载频的归一化值有关，该值越小，边带滤波器就越难实现。c 也就是说载频 （滤波器的截止频率）越低，则滤波器在载频附近的特性就可以实现的越陡峭。为此，在工程中往往采用 多级调制滤波多级调制滤波 的方法得到单边带调幅信号。21 多级调制滤波多级调制滤波1cc 222. 相移法和相移法和SSB信号的时
