《4.1引言4.2幅度调制（线性调制）的原理4.3幅度调制（线性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4.1引言4.2幅度调制（线性调制）的原理4.3幅度调制（线性（176页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.1 引言 4.2幅度调制（线性调制）的原理4.3幅度调制（线性调制）的解调4.4线性调制系统的抗噪声性能4.5非线性调制（角调制）的原理4.6调频系统的抗噪声性能4.7各种模拟调制系统的性能比较 第 4 章 模拟调制系统返回主目录 4.1 引言 原始电信号基带信号，往往不适合在信道中传直 接输，为此，在通信系统中，发送端需要调制，接收 端需要解调。 根据是否采用调制，可将通信系统分为: 基带传输-将未经调制的信号直接传送。 频带（调制）传输-是对各种信号调制后传输的总 称。 一、调制的定义 调制是指按基带信号的变化规律去改变载波的某些参 数的过程。 例：已调信号 Sm(t)=A(t)cos
2、(wct+(t)，基带信号m(t), 式中：A(t)是载波的振幅；ct+(t)是信号的瞬时相 位(t)，而(t)称为相对于载波相位ct的瞬时相位偏移； dct+(t)/dt是信号的瞬时频率，而d(t)/dt称为 相对于载频c的瞬时频偏。 若幅度A(t)随m(t)的变化而变化，则称为调幅（幅度调制 ）。 d(t)/dt随m(t)的变化而变化，则称为调频（频率调制 ）。 (t)随m(t)的变化而变化，则称为调相（相位调制 ）。 二、调制的目的 1.将基带信号变换成适合在信道中传输的已调信号。 2.实现信道的多路复用（频分复用）。 3.改善系统的抗噪声性能。 三、调制的分类 根据载波分为： 正弦载波
3、调制：用正弦波作为载波。（本章和六章） 脉冲编码调制：用脉冲串或一组数字信号作为载波。 （第七章：模拟信号的数字传输） 又可分为： 模拟调制：调制信号取值连续。 数字调制：调制信号取值离散。表 1- 1常见的调制方式 调调 制 方 式 用途 载载 波 调调 制线线性调调制常规规双边带调边带调 制AM广播 抑制载载波双边带调边带调 幅DSB（DSB-SC） 立体声广播 单边带调单边带调 幅SSB 载载波通信、无线电线电 台、数传传 残留边带调边带调 幅VSB 电视电视 广播、 数传传、 传传真 非线线性调调制频频率调调制FM 微波中继继、卫卫星通信、广播 相位调调制PM 中间调间调 制方式 数字
4、调调制幅度键键控ASK 数据传输传输 频频移键键控FSK数据传输传输 调调 制 方 式 用途 数字调调制相位键键控PSK、 DPSK 、 QPSK等 数据传输传输 、 数字微波、 空间间通信 其他高效数字调调制 QAM、 MSK等 数字微波、 空间间通信 脉 冲 数 字 调调 制脉冲模拟调拟调 制脉幅调调制PAM 中间调间调 制方式、 遥测测 脉宽调宽调 制PDM(PWM) 中间调间调 制方式 脉位调调制PPM 遥测测、 光纤传输纤传输 脉冲数字调调 制脉码调码调 制PCM 市话话、 卫卫星、 空间间通信 增量调调制DM 军军用、 民用电话电话 差分脉码调码调 制DPCM 电视电话电视电话 、
5、 图图像编码编码 其他语语言编码编码 方式 ADPCM、 APC、 LPC 中低速数字电话电话 续表（2 ）4.2幅度调制（线性调制）的原理-Linear Modulation幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按 调制信号的规律而变化的过程。 幅度调制器的一般模型如图 4 - 1 所示。 设调制信号m(t)的频谱为M()，冲激响应为h(t)的滤波 器特性为H(), 则该模型输出已调信号的时域和频域一般表 示式为sm(t)=m(t) cosct*h(t) (4.1 - 1)Sm()= M(+c)+M(-c)H() (4.1 - 2)式中，c为载波角频率，H()为 h(t)的傅立叶变换
6、。 图 4 - 1幅度调制器的一般模型由以上表示式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。 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。 图 4 - 1 之所以称为调制器的一般模型， 是因为在该模型中，适当选择滤波器的特性H()，便可以得到各种幅度调制信号。例如，调幅、双边带、单边带及残留边带信号等。 4.2.1调幅(AM)-Amplitude Modilation在图 4 - 1 中，假设h(t)=(t)，即滤波器（H()=1）为全通 网络，调制信号m(t)叠加直流A0后与载波相乘(见图 4 -
7、 2)， 就 可形成调幅(AM)信号，其时域和频域表示式分别为 sAM(t)=A0+m(t)cosct=A0cosct+m(t)cosct (4.1 - 3)SAM()=A0(+c)+(-c)+1/2M(+c)+M(-c) (4.1 - 4)式中，A0为外加的直流分量； m(t)可以是确知信号，也可 以是随机信号(此时，已调信号的频域表示必须用功率谱描述) ，通常认为m(t)的平均值=0。其波形和频谱如图 4 - 3 所示。 图 4 - 2 AM调制器模型图 4 - 3 AM信号的波形和频谱由图 4 - 3 的时间波形可知，当满足条件|m(t)|maxA0 时AM信号的包络与调制信号成正比，所
8、以用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号，否则，将会出现过调幅现象而产生包络失真。这时不能用包络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用同步检波器。由图 4 - 3 的频谱图可知，AM信号的频谱SAM()由载频分量和上、下两个边带组成，上边带的频谱结构与原调制信号的 频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽fH的两倍，即BAM=2fH。 AM信号在1电阻上的平均功率应等于sAM(t)的均方值。当m(t)为确知信号时，sAM(t)的均方值即为其平方的时间平均， 即通常假设调制信号没有直流分量， 即 =0。 因此 PAM=式中， PC=
9、 /2为载波功率，PS= /2为边带功率。由此可见，AM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。也就是说，载波分 量不携带信息。即使在“满调幅”（|m(t)|max=A0时，也称100调制）条件下，载波分量仍占据大部分功率，而含有用信息 的两个边带占有的功率较小。因此，从功率上讲，AM信号的功率利用率比较低。 4.2.2抑制载波双边带调制（DSB-SC）-Double-sideband Modulation在AM信号中，载波分量并不携带信息， 信息完全由边 带传送。如果将载波抑制，只需在图 4 - 2 中将直流A0去掉， 即可输出抑制载波双边带信号，简称双边带信
10、号（DSB）。 其时域和频域表示式分别为sDSB(t)=m(t)cosct (4.1 - 6)SDSB()= M(+c)+M(-c) 其波形和频谱如图 4 - 4 所示。 图 4-4 DSB信号的波形和频谱 由时间波形可知，DSB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(同步检波)。另外，在调制信号m(t)的过零点处，高频载波相位有180的突变。 由频谱图可知，DSB信号虽然节省了载波功率，功率利用率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与AM信号带宽相同。由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的， 它们都携带了调制信号的全部
11、信息，因此仅传输其中一个 边带即可，这就是单边带调制能解决的问题。 4.2.3单边带调制(SSB)-Single-Sideband Modulation DSB信号包含有两个边带，即上、下边带。由于这两个边 带包含的信息相同，因而，从信息传输的角度来考虑，传输一 个边带就够了。这种只传输一个边带的通信方式称为单边带通 信。单边带信号的产生方法通常有滤波法和相移法。 1. 用滤波法形成单边带信号产生SSB信号最直观的方法是让双边带信号通过一个边带 滤波器，保留所需要的一个边带，滤除不要的边带。这只需将 图 4 - 1 中的形成滤波器H()设计成如图 4 - 5 所示的理想低通 特性HLSB()或
12、理想高通特性HUSB()，就可分别取出下边带信 号频谱SLSB()或上边带信号频谱SUSB()，如图 4 - 6 所示。 滤波法产生单边带信号 当需要保留上边带时 ， 当需要保留下边带时 ，cosc tHSSB()m(t )sSSB(t )sDSB(t )图 4 5 形成SSB信号的滤波特性图 4 - 6 SSB信号的频谱用滤波法形成SSB信号的技术难点是，由于一般调制信 号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的DSB信号的上、 下边带之间的间隔很窄，这就要求单边带滤波器在fc附近具有 陡峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。这就使 滤波器的设计和制作很困难，有时甚至难以实现。为此， 在
13、工程中往往采用多级调制滤波的方法。2. 用相移法形成单边带信号 SSSB()= SDSB() HSSB() 根据符号函数sgn的特性， +1 0sgn () = 0 =0 -1 0/2, w0j =ej /2, w ， A+m(t) 忽略ns(t)项，因而式（4.2 - 32）可简化为式中直流分量A0被电容器阻隔，有用信号与噪声独立地 分成两项，因而可分别计算出输出有用信号功率及噪声功率s0(t)=m(t) , n0(t)=nc(t)So= N0显然，AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加。 但对包络检波器来说, 为了不发生过调制现象,应有A|m(t)|max，所以GAM总是小于1。例
14、如：100%的调制(即A=|m(t)|max)且m(t)又是正弦型信号时， 有代入式（4.2 - 38），可得输出信噪比（4.2 - 38）可以证明（习题4-12）， 若采用同步检波法解调 AM 信号， 则得到的调制制度增益GAM与式（4.2 - 38）给出的结 果相同。 由此可见，对于AM调制系统，在大信噪比时，采用 包络检波器解调时的性能与同步检波器时的性能几乎一样。但 应该注意， 后者的调制制度增益不受信号与噪声相对幅度假 设条件的限制。 2） 小信噪比情况小信噪比指的是噪声幅度远大于信号幅度， 即A0+m(t)A0+m(t)，所以我们可以利用数学近似式(|x|1时，即宽带调频时，BFM
15、2f这是大指数宽带调频情况， 说明带宽由最大频偏决定。 以上讨论的是单音调频情况。对于多音或其他任意信号 调制的调频波的频谱分析是很复杂的。根据经验把卡森公式 推广，即可得到任意限带信号调制时的调频信号带宽的估算 公式BFM=2(D+1)fm=2(f+fm) (4.3 - 24) 这里，fm是调制信号的最高频率，D是最大频偏f与fm的比值，相当于mf 。实际应用中，当D2 时，用式BFM=2(D+2)fm (4.3 - 25) 计算调频带宽更符合实际情况。 例题：某单频调频波的振幅（A）是10v，瞬时频率 为 f(t)=106+104cos2 *103t Hz, 求： 1此调频波表达式。 2求频率偏移（f）、调频指数（ mf ）、频带宽度 （B） 3若调制信号频率提高到2*103Hz，则频率偏移、调 频指数、频带宽度
