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1、通信系统原理第4章模拟调制第4章模拟调制n调制的概念、作用、分类n线性调制系统-AM、DSB、SSB、VSB的概念、特点、系统构成、性能分析、应用n非线性调制-FM、PM的概念、特点，重点是FM系统构成及性能分析、应用n各种模拟调制的性能比较n频分复用n复合调制及多级调制一、调制的概念在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接收端则需要有调制的反过程解调过程。l需要进行调制和解调的通信系统为频带传输系统，不需要进行调制和解调的通信系统为基带传输系统。数字频带传输系统模型第4章模拟调制二、调制的作用1.进行频率变换，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合信道传输的已调信
2、号。每种信道都有特定的工作频率，多数为高频，即使是适合低频信号传输的某些有线信道如电话线、电缆，在直流和很低频率处衰减非常剧烈，因此需要按信道允许工作频率对调制信号进行频率搬移，实现匹配。第4章模拟调制AM中波段535-1601kHz中央台频率639kHz学校开通英语广播频率：本校区FM87.2MHz；榆中校区FM72.5MHz第4章模拟调制调制的作用在信道内同时传送多路信号称为复用，各路信号频率范围相同，会重叠，只有通过调制才有可能区分开不同路信号。复用方式包括：n频分复用（FDM）n时分复用（TDM）n码分复用（CDM）n波分复用（WDM）2.实现信道多路复用，提高系统的传输有效性。各种复
3、用都要通过调制实现。第4章模拟调制调制的作用3.提高抗干扰能力-通过采用不同的调制方式兼顾通信的有效性与可靠性。FM抗噪性能优于AM，但牺牲了带宽2PSK抗噪性能优于2ASK。第4章模拟调制三、调制的分类1按照调制信号m(t)分:模拟调制：m(t)为模拟信号，如AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM数字调制：m(t)为数字信号，如ASK、FSK、PSK等。第4章模拟调制调制的分类2按照载波信号c(t)分连续波调制：C(t)=cosct为连续正（余)弦波AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM、ASK、FSK、PSK等。脉冲波调制：C(t)为周期性脉冲信号，PAM、PCM等第4章模拟调制调制的
4、分类3.按照m(t)对c(t)不同参数的控制分：n幅度调制：载波的幅度随调制信号线性变化的过程，AM、ASKn频率调制：FM、FSKn相位调制：PM、PSK、DPSK第4章模拟调制n本章属于正弦波模拟调制n线性调制（幅度调制，AM、DSB、SSB、VSB）n非线性调制（角度调制FM、PM）对于各种调制方式，分析的思路一致，基本从以下几个方面进行：表达式、波形、频谱、带宽、功率分配调制和解调方法方框图抗噪性能应用第4章模拟调制4.2线性调制特点：调制前后只有频谱位置变化，没有形状变化。一、调幅（AmplitudeModulationAM）1.表达式与波形其中m(t)的平均值为0，A0+m(t)0
5、（包络检波不失真条件，也称不过调条件）或写为SAM(t)=A0+m(t)cosct，第4章模拟调制AM信号的另一种表达SAM(t)=A0+m(t)cosct=A01+amn(t)cosct其中，a=maxm(t)A0mn(t)=m(t)maxm(t)a称作调幅系数或调制指数例.SAM(t)=6+3cosmt)cosct，求调幅系数a。解：变换原式SAM(t)=61+0.5cosmt)cosct，故a=0.5第4章模拟调制调幅信号波形思考：（1）m(t)波形变化；（2）发生过调；第4章模拟调制调幅信号波形这里m(t)为单频正弦信号第4章模拟调制发生过调时的AM信号波形A0+m(t)1，低通滤波器
6、的截止频率为1sin2tsin1t理想低通相乘器相乘器相乘器理想低通相乘器m(t)sSSB(t)22cos1tcos2t+取上边带取下边带第4章模拟调制综上所述：SSB调制方式在传输信号时，不但可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度为BSSB=fm，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成为模拟通信中的一种重要调制方式。SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，因为SSB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，所以仍需采用相干解调。说明第4章模拟调制5.单边带信号的解调相干解调cosctLPFSSSB(t)m0(t)BPF6.应用：载波通信，节省频带7.问题：
7、边带滤波器陡实现困难在低频成分较多的情况，往往采用残留边带调制。第4章模拟调制它是介于双边带与单边带之间的一种线性调制，即克服了DSB占双倍带宽的缺点，又解决了SSB实现的难题。VSB不是将一个边带完全抑制，而是逐渐切割、部分抑制，使其仍保留一小部分。四、VSB（残留边带调制）第4章模拟调制比较DSB、SSB和VSB信号的频谱M()2fm2fmO(a)SDSB()ccO(b)SSSB()Occ(c)ccSVSB()O(d)第4章模拟调制1.VSB产生方法滤波法HVBS()cosctm(t)SVSB(t)第4章模拟调制VSB频谱形成带宽Bfm2fmM()2fm2fmO(a)SDSB()ccO(b
8、)ccSVSB()OccSVSB()O第4章模拟调制现在我们来确定残留边带滤波器的特性。假设HVSB()是所需的残留边带滤波器的传输特性。残留边带信号的频谱为SVSB()=为了确定上式中残留边带滤波器传输特性HVSB()应满足的条件，我们来分析一下接收端是如何从该信号中恢复原基带信号的。显然也不能简单地采用包络检波，采用相干解调器解调VSB信号。图中，残留边带信号sVSB(t)与相干载波cosct的乘积为第4章模拟调制sVSB(t)cosct12SVSB(+c)+SVSB(c)代入SVSB()式，选择合适的低通滤波器的截止频率，消掉2c处的频谱，则低通滤波器的输出频谱Mo()=14M(c)H(
9、-c)+H(+c)为了保证相干解调的输出无失真地重现调制信号M()，必须要求HVSB(+c)+HVSB(c)=常数，|m式中，m是调制信号的最高频率。上式就是确定残留边带滤波器传输特性HVSB()所必须遵循的条件。满足上式的HVSB()的可能形式有两种：第4章模拟调制残留边带滤波器特性(a)残留部分上边带的滤波器特性b）残留部分下边带的滤波器特性低通滤波器形式和高通滤波器形式。第4章模拟调制HVSB()要满足互补对称特性过渡部分称滚降这个滤波器将使上边带小部分残留，而使下边带绝大部分通过。将HVSB()进行c的频移，分别得到HVSB(c)和HVSB(+c)，将两者相加，其结果在|m范围内应为常
10、数，为了满足这一要求，必须使HVSB(c)和HVSB(+c)在=0处具有互补对称的滚降特性。第4章模拟调制显然，满足这种要求的滚降特性曲线并不是惟一的而是有无穷多个。由此我们得到如下重要概念：只要残留边带滤波器的特性HVSB()在c处具有互补对称（奇对称）特性，那么，采用相干解调法解调残留边带信号就能够准确地恢复所需的基带信号。第4章模拟调制五、线性调制的一般模型h(t)cosctm(t)Sm(t)几种线性调制都可用一般形式表示只是不同调制类型，h(t)的选择不同。第4章模拟调制4.3非线性调制与线性调制相比，频谱除了位置移动，还有频谱结构的变化，FM与PM都是角度随m(t)变化。一、角度调制
11、的一般表达式第4章模拟调制1.FM瞬时频偏随调制信号（基带信号）成比例变化2.PM瞬时相偏随调制信号（基带信号）成比例变化二、FM与PMKF为频偏常数KP为相移常数第4章模拟调制3.二者关系SPMt)FM微分间接调相m(t)m(t)SFM(t)PM积分间接调频SPMt)PM直接调相m(t)SFMt)FM直接调频m(t)第4章模拟调制假设调制信号为单频余弦调频调相第4章模拟调制例1.一个调角波判断是FM还是PM？调频调相思考答案：不能确定FMPM只有在m(t)给定时，才可确定第4章模拟调制4.最大频偏（f）与最大相偏（调制指数）mfn为了简单，讨论m(t)为单一频率余弦情况（单音调制）对FM:对
12、PM:第4章模拟调制调频指数即最大相偏mf是影响带宽和输出信噪比的主要因素。最大频偏与最大相偏mf关系FM、PM二者都有：实际中FM比PM应用更广，后面以FM分析为主。第4章模拟调制三、NBFM与WBFM:(窄带调频与宽带调频)为NBFM不满足此条件，为WBFM第4章模拟调制1.窄带调频（NBFM）有近似式cossin调频波的一般表示式为sFM(t)=Acosct+=AcosctcosAsinctsinsNBFM(t)Acosct第4章模拟调制NBFM信号的频谱对NBFM表达式求付氏变换SNBFM()=A(+c)+(c)+sNBFM(t)Acosctm(t)M()cosct(+c)+(-c)s
13、inctj(+c)-(-c)第4章模拟调制SAM()=A0(+c)+(c)+M(+c)+M(c)可以看出两种调制的相似性和不同处。两者都含有一个载波和位于c处的两个边带，所以它们的带宽相同，都是调制信号最高频率的两倍。不同的是，NBFM的两个边频分别乘了因式1(c)和1(+c)，由于因式是频率的函数，所以这种加权是频率加权，加权的结果引起调制信号频谱的失真。另外，有一边频和AM反相。与AM信号的频谱比较第4章模拟调制单音调制的AM与NBFM频谱BNBFM=2fm第4章模拟调制AM与NBFM的矢量表示只有幅度的变化有角度的变化第4章模拟调制窄带调频信号的产生第4章模拟调制由于NBFM信号最大相位
14、偏移较小，占据的带宽较窄，使得调制制度的抗干扰性能强的优点不能充分发挥，因此目前仅用于抗干扰性能要求不高的短距离通信中。在长距离高质量的通信系统中，如微波或卫星通信、调频立体声广播、超短波电台等多采用宽带调频。第4章模拟调制当不满足式窄带条件时，调频信号的时域表达式不能简化，因而给宽带调频的频谱分析带来了困难。为使问题简化，我们只研究单音调制的情况，然后把分析的结论推广到多音情况。设单音调制信号m(t)=Amcosmt=Amcos2fmt2.宽带调频（WBFM）第4章模拟调制代入得单音宽带调频的时域表达式sFM(t)=Acosct+mfsinmt利用三角公式展开有sFM(t)=Acosctco
15、s(mfsinmt)Asinctsin(mfsinmt)将上式中的两个因子分别展成级数形式(t)=Am调频信号的瞬时相偏第4章模拟调制cos(mfsinmt)=J0(mf)+2J2n(mf)cos2nmtsin(mfsinmt)=2J2n1(mf)sin(2n1)mtcosAcosB=cos(AB)+cos(A+B)sinAsinB=cos(AB)cos(A+B)三角公式得调频信号展开式sFM(t)=AJn(mf)cos(c+nm)t第4章模拟调制Bessel函数性质n为奇数时Jn(mf)=Jn(mf)n为偶数时Jn(mf)=Jn(mf)Jn(mf)为第一类n阶贝塞尔（Bessel）函数，它是mf的函数Jn(mf)随mf变化的关系曲线，详细数据可参看Bessel函数表。第4章模拟调制SFM()=AJn(mf)(cnm)+(+c+nm)可见，调频波的频谱包含无穷多个分量。当n=0时就是载波分量c，其幅度为J0(mf)；当n0时在载频两侧对称地分布上下边频分量cnm，谱线之间的间隔为m，幅度为Jn(mf)，且当n为奇数时
