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1、1第三章 模拟调制系统模拟通信系统模型主要内容 3.1 概述 3.2 线性调制 3.3 非线性调制 小结 模拟调制：用来自信源的基带模拟信号去调制某载波 载波：确知的周期性波形 余弦波：式中，A为振幅；0为载波角频率；0为初始相位。 定义： 调制信号m(t) 自信源来的信号 已调信号s(t) 调制后的载波称为已调信号 调制器 进行调制的部件 3.1 概述调制器调制器已调信号 s(t)调制信号 m(t)调制的目的： 频谱搬移 适应信道传输、合并多路信号 可以提高抗干扰性 扩展被传送信号的带宽 模拟调制的分类： 线性调制（幅度调制） 已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构相同，其 频谱是调制信号频
2、谱沿频率轴平移的结果。 调幅、单边带、双边带、残留边带 非线性调制（角度调制）： 已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构有很大的 不同，除了频谱搬移外，还增加了许多新的频率成分 频率调制、相位调制返回 基本概念设载波为：c(t) = Acos0 t = Acos2 f0t调制信号：m(t)相乘结果： s(t)带通滤波器：H(f) 滤波输出： s(t) 3.2 线性调制s(t)调制 信号 m(t) Acos0tH(f)已调 信号s(t)设调制信号为能量信号m(t)，其频谱为M(f ) 用“”表示傅里叶变换： H(f)不同的设计得到不同的调制种类 频域上频谱平移，差一个常数因子，线性变换关系M(f
3、)f0S(f)f0f-f00(a) 输入信号频谱密度(b) 输出信号频谱密度上边带上边带下边带 振幅调制（AM） 基本原理 设: m(t) = 1+m(t)，|m(t)| 1，|m(t)|max = m 调幅度，则有调幅信号： s(t) = 1+m(t)Acos0t，式中， 1+m(t) 0，即s(t) 的包络是非负的。+1 = =m(t)101+m(t)101+m(t)频谱密度 含离散载频分量 当m(t)为余弦波，且m100时， 两边带功率之和 载波功率之半。-fmm(t)s(t)M(f)C(f)c(t) A-Atfmf0-f02fmS (f)2fm-f0f0ffftt101+m(t)AM信
4、号的接收：包络检波 原理： 性能：设输入电压为式中，为检波器输入噪声电压 y(t)的包络：在大信噪比下：整流器低通滤波器包络检波器解调调幅信号（零均值高斯白噪声）检波后（已滤除直流分量）： 输出信号噪声功率比：在检波前的信号噪声功率比等于检波前后信噪功率比之比为 由于m(t) 1，显然上式比值r0/ri小于1，即检波后信 噪比下降了。 双边带（DSB）调制 原理：调制信号m(t)没有直流分量时，得到DSB信号 。频谱：两个边带包含相同的信息 。双边带调制信号的频谱(a) 调制信号频谱密度M(f)f 0(b) 已调信号频谱密度f00-f0fS(f)上边带 上边带下边带解调：需要本地载波 设接收的
5、DSB信号为接收端的本地载波为两者相乘后，得到低通滤波后，得到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优缺点：DSB信号可以节省发送功率，但接收电路较为复杂 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)cos0tr(t) H(f) 单边带(SSB)调制 原理： 两个边带包含相同的信息 只需传输一个边带： 上边带或下边带 要求m(t)中无太低频率解调：需要本地载波 由于若 z(t) = x(t) y(t) ， 则有Z() = X() Y() 单边带信号解调时， 用载波cos0t 和接收信号相 乘，相当于在频域中载波频 谱
6、和信号频谱相卷积。 -f0HL(f)特性上边带(b) 上边带滤波器特性和信号频谱上边带f00f单边带信号的频谱上边带S(f)上边带下边带HH(f)特性HH(f)特性(a) 滤波前信号频谱(c) 下边带滤波器特性和信号频谱S(f)S(f)-f00f-f0f0f下边带f0下图以上边带为例，示出用低通滤波器滤出解调后的信号。SSB优点：比DSB信号进一步节省发送功率和占用带宽单边带信号的解调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) 残留边带(VSB)
7、调制VSB调制的优点：解调时可不需要本地载波，容许调制信号含 有很低频率和直流分量。原理：VSB仍为线性调制。调制信号和载波相乘后的频谱为设调制器的滤波器的传输函数为H( f )，则滤波输出的已调信号频谱为s(t)调制 信号 m(t) Acos0tH(f)已调 信号s(t)现在，求出为了得到VSB信号， H( f )应满足的条件：若仍用右图解调器， 则接收信号和本地载波相乘 后得到的r (t)的频谱为：将已调信号的频谱代入上式，得到r (t)的频谱为：上式中M(f + 2f0)和M(f 2f0)两项可以由低通滤波器滤除，所以得到滤波输出的解调信号的频谱密度为：基带 信号m(t)接收 信号s(t
8、)cos0tr(t) H(f)为了无失真地传输，要求上式中由于所以，上式可以写为上式即产生VSB信号的条件。上式要求：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)返回3.3 非线性调制 基本原理 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（余）弦波形才具有单一频率。载波 被调制后，不再仅有单一频率。 “瞬时频率”的概念：设一个载波可以表示为式中，0为载波的初始相位；(t) = 0t + 0 为载波的瞬时
9、相位 ;0 = d(t)/dt 为载波的角频率。现定义瞬时频率：上式可以改写为： 角度调制的定义： 由右式可见，(t)是载波的相位。若使它随调制信号m(t)以某种方式变化， 则称其为角度调制。 相位调制的定义：若使相位(t)随m(t)线性变化，即令kp为常数则称为相位调制。这时，已调信号的表示式为此已调载波的瞬时频率为：上式表示，在相位调制中瞬时频率随调制信号的导函数线 性地变化。 频率调制的定义：若使瞬时频率直接随调制信号线性地变化 ，则称为频率调制。这时，瞬时角频率为 及瞬时相位为载波相位随调制信号的积分线性地变化 这时，已调信号的表示式为：相位调制和频率调制的比较： 在相位调制中载波相位
10、(t)随调制信号m(t)线性地变化，而在频率调 制中载波相位(t)随调制信号m(t)的积分线性地变化。 若将m(t)先积分，再对载波进行相位调制，即得到频率调制信号。类似 地，若将m(t)先微分，再对载波进行频率调制，就得到相位调制信号。 仅从已调信号波形上看无法区分二者。 角度调制的波形l若m(t)作直线变化，则已调信号就是频率调制信号l若m(t)是随 t 2变化，则已调信号就是相位调制信号角度调制波形i 已调信号的频谱和带宽设：调制信号m(t)是一个余弦波，用其对载波作频率调制，则载波的瞬时角频率为 kf = 最大频移 已调信号表示式：式中， mf / fm为最大频率偏移和基带信号频率之
11、比，称为调制指数mf ，即：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，它具有如下性质：故上式可以改写为： 已调信号最终表示式x 频谱特点： 边频成对 大部分功率集中在有限带宽内 当调制指数mf 1时,nmf+1, Jn(mf)0 称为宽带频率调制 带宽B：式中，f 调制频移，fm 调制信号频率。xmkHz kHzkHz kHzkHz kHzkHz kHz 角度调制信号的接收 角度调制的振幅是恒定的。 经过变参信道传输后，不会因信号振幅的改 变而使信息受到损失。 信道中衰落及噪声对于信号角度（频率和相 位）的影响与振幅相比要小得多。 n 抗干扰能力较强。返回小结模拟调制线性调制 （幅度调制）非线性调制 (角度调制)振幅调制AM双边带DSB调制单边带SSB调制残留边带VSB调制相位调制频率调制线性调制方法的发送功率与带宽比较AM发送功率带宽2f mDSBSSB2f mf mVSB非线性调制方法带宽：mf 1思考题、习题习题(P70)：3.1、3.2、3.6、3.8
