第3章 模拟调制系统-2

上节要点回顾一、调制的定义用信源信号m(t)去控制载波C(t)的某一个或几个参数，使该参数按照m(t)的规律变化。二、调制的功能（基本功能为频谱搬移）三、调制的分类（线性调制和非线性调制）调制信号载波已调信号信源信号s(t)调制信号m(t)Acos0tH(f)已调信号s(t)3.2线性调制载波为：相乘器的输出为：0已调信号为：线性调制器的原理滤波器时域分析：与滤波器的特性有关。结论：输出已调信号的振幅不再为常数A，而是Am(t)即载波的振幅受到了m(t)的调制。3.2线性调制相乘器输出频域分析：调制信号M(f)f0S(f)f0f-f00

输入信号频谱密度

输出信号频谱密度结论：输出已调信号的频谱是调制信号频谱沿着频率轴搬移到f0频率位置上，幅度存在一定衰减，但频谱结构与调制信号结构相同，因此为线性调制。

|m(t)|1，m(t)|max=m3.2.1振幅调制（AM）s(t)调制信号m(t)Acos0tH(f)已调信号s(t)设:m(t)=[1+m(t)]s(t)=[1+m(t)]Acos0t，m(t)101+m(t)101+m(t)则：+1= =时域分析：调幅度交流分量调制原理：3.2.1振幅调制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0t频域分析：m(t)m(t)=[1+m(t)]Acos0t-00时域频域3.2.1振幅调制（AM）频域分析：-00已调信号的频谱特征：（1）包含两部分：边带分量和载波分量。（2）已调信号带宽为调制信号带宽的2倍。（3）载波频率应大于调制信号的最高频率。M(f)S(f)3.2.1振幅调制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0tAM信号的解调：包络检波发送端接收端m(t)=[1+m(t)]调制s(t)=[1+m(t)]Acos0tm(t)=[1+m(t)]解调3.2.1振幅调制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0tAM信号的解调：包络检波发送端m(t)=[1+m(t)]调制101+m(t)3.2.1振幅调制（AM）AM信号的解调：包络检波接收端s(t)=[1+m(t)]Acos0tm(t)=[1+m(t)]解调101+m(t)包络检波器原理参考王秉钧主编《通信原理》3.2.1振幅调制（AM）包络检波器的抗噪声性能（信噪比）输入电压：输入噪声（窄带）输入已调信号包络：在大信噪比下：输出电压：隔直流3.2.1振幅调制（AM）包络检波器的抗噪声性能（信噪比）输入电压：输出电压：输入信噪比：输出信噪比：3.2.1振幅调制（AM）包络检波器的抗噪声性能（信噪比）输入信噪比：输出信噪比：可见：由于m(t)1，显然比值r0/ri小于1。即检波后信噪比下降了。3.2.1振幅调制（AM）优点：接收电路可采用包络检波，电路简单。缺点：（1）占用带宽较宽。（2）包含不携带信息的载波分量，效率较低。-003.2.1振幅调制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0t=Acos0t+m(t)Acos0t]载波分量边带分量当m(t)=1时，边带分量功率最大，与载波分量功率相等，而通常m(t)<1，因此调幅信号中的大部分功率被载波占用，而载波并不携带有用信息，因此可以不传输此载波。效率最高为50%！3.2.2双边带调制（DSB）s(t)=[1+m(t)]Acos0t=Acos0t+m(t)Acos0t]调制信号m(t)中无直流分量，则s(t)=m(t)Acos0tDSB信号调制原理（线性调制）3.2.2双边带调制（DSB）图3.2.5双边带调制信号的频谱(a)调制信号频谱密度M‘(f)f0(b)已调信号频谱密度f00-f0fS’(f)上边带上边带下边带频谱：s(t)=m(t)Acos0t时域：可见：上边带和下边带包含相同的信息。3.2.2双边带调制（DSB）解调原理s(t)=m(t)Acos0t

m(t)图3.2.6

双边带信号解调器原理方框图基带信号m’(t)接收信号S’(t)本地载波r(t)低通滤波器本地载波:乘法器输出:3.2.2双边带调制（DSB）乘法器输出:低通滤波输出:可见：仅当本地载波没有频率和相位误差时，输出信号才等于m(t)/2，和调制信号仅差一个常数因子。解调原理3.2.2双边带调制（DSB）优点：DSB调制抑制载波，节省发送功率。缺点：（1）接收解调电路中的本地载波需与发送端调制时载波同频同相，即需同步电路，较为复杂。（2）占用带宽较宽。3.2.3单边带调制（SSB）DSB信号中两个边带包含相同的信息，不必完全传送两个边带，传输其中一个即可。因此，可以利用滤波器将其中一个边带滤除掉，只传输一个边带，即为单边带调制。3.2.3单边带调制（SSB）高通滤波调制原理3.2.3单边带调制（SSB）低通滤波调制原理3.2.3单边带调制（SSB）单双边带信号解调器原理方框图基带信号m’(t)接收信号S’(t)本地载波r(t)低通滤波器解调原理傅里叶变换的性质：z(t)=x(t)y(t)Z()=X()

Y()单边带信号解调时，用本地载波和接收信号相乘，则在频域中本地载波频谱和信号频谱相卷积。

3.2.3单边带调制（SSB）图3.2.8单边带信号的解调S(f)(b)上边带信号频谱上边带上边带f00-f0f2f0-2f0(a)载波频谱f00-f0fC(f)(c)载波和上边带信号频谱的卷积结果f00-f0f2f0-2f0M(f)HL(f)以上边带为例解调原理3.2.3单边带调制(SSB)优点：

（1）SSB调制抑制载波，节省发送功率。（2）仅传送单边带，节约系统带宽。缺点：（1）接收解调电路中的本地载波需与发送端调制时载波同频同相，即需同步电路，较为复杂。（2）滤波器性能要求较高。（3）调制信号中不可含直流或低频分量。s(t)调制信号m(t)Acos0tH(f)已调信号s(t)3.2.4残留边带调制（VSB）介于双边带和单边带调制之间的一种线性调制方式。调制信号和载波相乘后的频谱为设滤波器的传输函数为H(f)，则滤波输出的已调信号频谱为H(f)应满足的条件？调制原理3.2.4残留边带调制（VSB）解调原理接收信号和载波相乘后的频谱为基带信号m(t)接收信号s(t)cos0tr(t)低通滤波器已调信号的频谱r(t)的频谱低通滤波：3.2.4残留边带调制（VSB）为了无失真地传输，要求上式中传输函数满足：调制信号为限带信号，最高频率为fm,即：则传输函数只需满足即滤波器的截止特性对于f0具有互补的对称性。解调原理3.2.4残留边带调制（VSB）即滤波器的截止特性对于f0具有互补的对称性。H(f+f0)-(f0+fm)0000ffff0-f0f0+fm-2f02f0-2f02f0fm-fmfmfH(f)H(f-f0)H(f+f0)+H(f–f0)3.2.4残留边带调制(VSB)特点：（1）频谱中除了保留单边带的全部频谱外，还保留了另一边带的部分频谱和载波分量。（2）避免了接收端本地载波的同步问题。（3）调制器的滤波器较易制作。（4）占用的频带介于单边带和双边带之间。3.3非线性调制模拟调制线性调制非线性调制已调信号的频谱是调制信号的频谱的沿着频率轴的搬移。如AM，DSB，SSB，VSB不仅存在频谱搬移，而且频谱结构改变。如角度调制角度调制频率调制FM：调制信号控制载波的频率相位调制PM：调制信号控制载波相位3.3非线性调制频率的概念：严格地说，只有无限长的恒定振幅和恒定相位的正弦波形才具有单一频率。相位的概念：相位初始相位瞬时频率：瞬时相位：3.3非线性调制相位调制的定义：相位(t)随m(t)线性变化：已调信号为：已调信号的瞬时频率：可见：已调信号相位随调制信号线性地变化。已调信号频率随调制信号的导数线性地变化。3.3非线性调制频率调制的定义：瞬时频率随m(t)线性变化：已调信号为：瞬时相位可见：已调信号频率随调制信号线性地变化。已调信号随调制信号的积分线性地变化。3.3非线性调制（3）若将m(t)先积分，再对载波进行相位调制，得到频率调制信号。若将m(t)先微分，再对载波进行频率调制，得到相位调制信号。（4）已调信号波形上看无法区分二者。相位调制和频率调制的对比相位调制：频率调制：(t)（2）相位调制中载波相位(t)随调制信号m(t)线性变化。频率调制中载波相位(t)随调制信号m(t)的积分线性变化。（1）相位调制和频率调制的已调波幅值都是恒定的。3.3非线性调制若m(t)作直线变化，则已调信号就是频率调制信号。若m(t)是随t2变化，则已调信号就是相位调制信号角度调制波形i例频率调制？相位调制？因此，调频和调相从波形上无本质区别，可统一进行研究。3.3非线性调制已调信号的频谱和带宽线性调制：已调信号的频谱是调制信号的频谱搬移，带宽为调制信号带宽的1~2倍。非线性调制：频谱结构发生变化，带宽明显增大。图3.2.5双边带调制信号的频谱(a)调制信号频谱密度M‘(f)f0(b)已调信号频谱密度f00-f0fS’(f)上边带上边带下边带已调信号的频谱设调制信号为：频率调制时，载波的角频率为最大频率频移为：=kf已调信号表示式：其中，

m＝f/fm为最大频率偏移和基带信号频率之比，称为调制指数mf

，即有：已调信号的频谱已调信号表示式：是一个含有正弦函数的余弦函数。它的展开式为：式中，Jn(mf)为第一类n阶贝塞尔函数，其值可以查表。当n=0时，为载波，当n≠0时，称为边频。即已调波有载频和边频组成，频谱为离散谱，且边频在载频两侧成对出现，相邻边频间隔为m，边频幅值大小有系数Jn(mf)确定。已调信号的带宽已调信号表示式：可见，已调波包含无穷多对边频，即已调波的带宽为无穷大。但边频的振幅大小有贝塞尔函数Jn(mf)确定，贝塞尔函数曲线为：由图可见：（1）贝塞尔函数中有两个参数，分别为n和x(或mf)。（2）随着n增加，Jn(mf)趋于减小（3）随着mf增加，Jn(mf