幅度调制的原理 (2)

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1、5.0 基本概念 5.1 幅度调制的原理 5.3 非线性调制的原理5.5 各种模拟系统的比较 5.6 频分复用（FDM） 5.2 线性调制系统的抗噪性能5.4 调频系统的抗噪性能第五章 模拟调制系统 1调制信号指来自信源的基带信号（低频） 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（高频）调制用调制信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,把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种 过程。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 成信号(高频）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。 基本概念5.0 基本概念 2提

2、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 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 输带宽与信噪比之间的互换。 调制的目的5.0 基本概念 3调制器 调制模型调制信号载波已调信号5.0 基本概念 4根据调制信号、载波类型、载波参数变化的不同进行分类。连续波调制脉冲调制模拟连续波调制 （简称模拟调制）数字连续波调制 （简称数字调制）数字脉冲调制模拟脉冲调制角度调制幅度调制AM DSB-SC SSB VSBFMPM 调制的分类 正弦波的瞬时角频率或相位随 输入信号的变化而变化,包括频 率调制、相位调制幅度调制：正弦波的幅度

3、随输入信 号的变化而变化,包括调幅、双边 带、单边带和残留边带;5.0 基本概念 5线性调制非线性调制幅度调制频率调制相位调制5.0 基本概念 6振幅调制5.0 基本概念 7频率调制5.0 基本概念 8相位调制5.0 基本概念 9频 谱 移 动 及 带 通 性 质AMPMFM5.0 基本概念 105.0 基本概念 5.1 幅度调制的原理 5.3 非线性调制的原理5.5 各种模拟系统的比较 5.6 频分复用（FDM） 5.2 线性调制系统的抗噪性能5.4 调频系统的抗噪性能第五章 模拟调制系统 11正弦型载波为式中，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

4、义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成式中， m(t) 基带调制信号。调幅定义：载波的振幅随调制信号的变化而变化适当选择带通滤波器的 特性，便可以得到各种 幅度调制信号。5.1 幅度调制（线性调制）的原理12设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为: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 子)。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制又称为线性调制。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。M()0(a) 输入信号频谱密度Sm()c-c0(b) 输出信号频谱密度5.1 幅度调制（线性调制）的原理132 信号表达式m(t) 调制信号，

5、均值为0；A0 常数，表示叠加的直流分量。1 调制器模型5.1.1 AM信号：普通调幅波143 信号波形包络由波形可以看出， 当满足条件 |m(t)|max A0 时，其包络与调制 信号波形相同，因 此用包络检波法很 容易恢复出原始调 制信号。过调幅5.1.1 AM信号：普通调幅波15过调幅失真用其他的解调方法 ，如同步检波。 包络 包络检波将 发生失真5.1.1 AM信号：普通调幅波16包络检波低通滤波隔直（1）包络检波（二极管单向导通性）（2）低通滤波（除去高频成分）（3）隔断直流（恢复基带波形）4 解调方法 非相干解调：包络检波法5.1.1 AM信号：普通调幅波174 解调方法 相干解调

6、：同步检波法严格同步的 本地载波5.1.1 AM信号：普通调幅波sAM(t)sp(t)sd(t)185 频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为因为且若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须用功率谱描述。5.1.1 AM信号：普通调幅波19上边带下边带AM 频谱示意图SAM(t) 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下边带上边带载频分量载频分量5.1.1 AM信号：普通调幅波206 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 fH 的两倍：功率：当m(t)为确知信号时，载波功率边带功率5.1.1 AM信号：普通调幅波21调制效率A

7、M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：5.1.1 AM信号：普通调幅波22当m(t) = Am cos mt (单音余弦信号），时当“满调幅”时，|m(t)|max = A0时，调制效率最高 max 1/3AM信号的功率利用率很低。应用：中短波段AM广播。5.1.1 AM信号：普通调幅波235.1.1 AM信号：普通调幅波【例5.1】 已知一AM广播电台输出功率为50KW，采用单频 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 。24双边带调制原理:

8、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调制模型中将直流去掉，即可得到一种 高调制效率的调制方式抑制载波双边带调制，简称双边带调制 (DSB)1 信号表达式:无直流分量A05.1.2 双边带调制（DSB）2 频谱：无载频分量3 信号带宽25DSB 信号表达式波形：DSB 频谱结构频谱图：下边带上边带包络5.1.2 双边带调制（DSB）264 解调方法 相干解调：同步检波法5.1.2 双边带调制（DSB）27sDSB(t )sp(t)sd(t)严格同步 的本地载 波5.1.2 双边带调制（DSB）284 调制效率DSB信号的总功率只包括边带功率，不含有载波功率，所以D

9、SB 信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。5 优点功率利用率较高（与AM相比）,节省了载波功率6 缺点不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。但频带与AM信号 同，是调制信号带宽的2倍。7 应用FM立体声中的差信号调制，彩色TV系统中的色差信号调制，以 及正交调制等。5.1.2 双边带调制（DSB）295.1.3 SSB信号：单边带信号原理：因为DSB上、下边带都包含了M()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，还可节省一 半传输频带，这种方式称为单边带调制。产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。30 SSB信号的频谱单边带滤波器的 传输函数若具有如下理

10、想低通特性，则可滤除上边带。若具有如下理想高通特性，则可滤除下边带。1、滤波法原理 用边带滤波器，滤除不要的边带: 5.1.3 SSB信号：单边带信号315.1.3 SSB信号：单边带信号32上边带频谱图上边带要求下边带要求下边带频谱图33滤波法的技术难点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 带总有一个过渡带，允许的过渡带为最低频率2倍。例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为300Hz，则上下 边带之间的频率间隔为600Hz，即允许过渡带为600Hz。5.1.3 SSB信号：单边带信号345.1.3 SSB信号：单边带信号2、相移法和SSB信号的时域表示若M()是m(t)

11、的傅里叶变换，则物理意义：m(t)通过传递函数为-jsgn的滤波器即可得到其希 尔伯特变换 353、SSB信号的解调相干解调：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。5.1.3 SSB信号：单边带信号365.1.3 SSB信号：单边带信号sSSB(t )sp(t)sd(t)374、SSB信号的性能SSB信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB调制方式在传输信 息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比AM、 DSB减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。信号带宽

12、5.1.3 SSB信号：单边带信号385、讨论（1）SSB最突出的优点是对频谱资源的有效利用，它所需要的传 输带宽仅为AM，DSB的一半，因此SSB方式有其适合已经拥挤不堪 的高频频谱区。目前SSB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不传送载波和另外一个边带， 所以节省功率。这一结果带来的低功耗特性和设备重量的减轻对移 动通信系统尤为重要（3）SSB带宽的节省是以复杂度的增加为代价的。滤波法的技 术难点市陡峭的边带滤波特性难以实现，相移法的技术难点在于宽 带相移网络的制作。（4）SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波法，采用相干 解调法。5.1.3 SSB信号：单

13、边带信号39AM、DSB、SSB 比较AM调制DSB调制LSSB调制USSB调制功耗大、带宽 宽,解调简单功耗小 带宽宽功耗小，带宽窄 频率整体搬移困难401、滤波法模型输出信号时域表示式为：输出信号频域表示式为：只要适当选择H()，便可以得到各种幅度调制信号。5.1.5 线性调制的一般模型41单边带调制： H()具有理想高通特性，则保留上边带若H()有理想低通特性，则保留下边带。双边带调制：H()=1；5.1.5 线性调制的一般模型42低 通调制模型 AM 信号DSB 信号SSB 信号带 通5.1.5 线性调制的一般模型432、移相法模型sm(t)可等效为两个互为正交调制分量的合成。 频域表

14、达式为：同相分量正交分量5.1.5 线性调制的一般模型44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45可以得到常规调幅边带信号可以得到双边带信号5.1.5 线性调制的一般模型46可以得到单边带信号希尔伯特 滤波器5.1.5 线性调制的一般模型不论哪种线性调制，其已调信号的同 相分量幅度SI(t)均正比于调制信号，所以 可以无失真地恢复SI(t)。475.1.5 线性调制的一般模型485.1.6 相干解调与包络检波解调是调制的逆过程，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）。解调的方法有：n相干解调（同步检波）n非相干解调（包络检波）49

15、1、相干解调（同步检波）相干解调器的一般模型 相干解调器原理：为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须 提供一个与接收的已调载波严格同步(同频同相)的本地载波(称为相 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 ，即可得到原始的基带调制信号。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 带位置。5.1.6 相干解调与包络检波50【时域】已调信号的一般表达式为 与同频同相的相干载波c(t)相乘后，得经低通滤波器后，得到因为sI(t)是m(t)通过一个全通滤波器HI () 后的结果，故上式中的 sd(t)就是解调输出，即 HI ()=1或者1/25.1.6 相干解调与包络

16、检波512、包络检波适用条件：AM信号，且要求|m(t)|max A0 ，包络检波器结构：性能分析设输入信号是 选择RC满足如下关系在大信号检波时（一般大于0.5V），二极管处于受控的开关 状态，检波器输出为隔去直流后即可得到原信号m(t)。 相干解调的两倍5.1.6 相干解调与包络检波523 、插入载波的包络检波因DSB、SSB、VSB均是抑制载波的已调信号，其包络不能 直接表示调制信号，因而不能采用简单的包络检波方法解调，但 若插入很强的载波，使之成为或近似为AM信号，则可利用包络 检波器恢复调制信号。该方法对DSB、SSB和VSB信号均适用，载波分量可在接收 端插入，也可以在发送端插入。为了保证检波质量，插入的载波 振幅应远大于信号的振幅，同时也要求插入的载波与调制载波同 频同相。5.1.6 相干解调与包