第四章 模拟调制系统
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通信原理答案4
通信原理答案4第四章模拟调制系统已知调制信号 m(t)=cos(2000πt)+cos(4000πt)，载波为cos104πt ，进⾏单边带调制，试确定该单边带信号的表达试，并画出频谱图。
解：⽅法⼀：若要确定单边带信号，须先求得m(t)的希尔伯特变换 m ’（t ）=cos （2000πt-π/2）+cos （4000πt-π/2） =sin （2000πt ）+sin （4000πt ）故上边带信号为S USB (t)=1/2m(t) cos w c t -1/2m ’(t)sin w c t =1/2cos(12000πt )+1/2cos(14000πt ) 下边带信号为S LSB (t)=1/2m(t) cos w c t +1/2m ’(t) sin w c t=1/2cos(8000πt )+1/2cos(6000πt ) 其频谱如图所⽰。
⽅法⼆：先产⽣DSB 信号：s m (t)=m(t)cos w c t =···，然后经过边带滤波器，产⽣SSB 信号。
1. 将调幅波通过残留边带滤波器产⽣残留边带信号。
若次信号的传输函数H(w )如图所⽰。
当调制信号为m(t)=A[sin100πt +sin6000πt ]时，试确定所得残留边带信号的表达式。
解：设调幅波sm(t)=[m 0+m(t)]coswct ，m0≥|m(t)|max ，且s m (t)<=>S m (w)根据残留边带滤波器在f c 处具有互补对称特性，从H(w)图上可知载频f c =10kHz ，因此得载波cos20000πt。
故有sm(t)=[m0+m(t)]cos20000πt=m0cos20000πt+A[sin100πt+sin6000πt]cos20000πt=m0cos20000πt+A/2[sin(20100πt)-sin(19900πt)+sin(26000πt)-sin(14000πt)Sm(w)=πm0[σ(w+20000π)+σ(W-20000π)]+jπA/2[σ(w+20100π)-σ(w+19900π)+σ(w-19900π)+σ(w+26000π)-σ(w-26000π)-σ(w+14000π)+σ(w-14000π)残留边带信号为F(t)，且f(t)<=>F(w)，则F(w)=Sm(w)H(w)故有：F(w)=π/2m0[σ(w+20000π)+σ(w-20000π)]+jπA/2[0.55σ(w+20100π)-0.55σ(w-20100π)-0.45σ(w+19900π)+ 0.45σ(w-19900π)+σ(w+26000π) -σ(w-26000π)f(t)=1/2m0cos20000πt+A/2[0.55sin20100πt-0.45sin19900πt+sin26000πt]2.设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度Pn(f)=0.5*10-3W/Hz，在该信道中传输抑制载波的双边带信号，并设调制信号m(t)的频带限制在5kHz，⽽载波为100kHz，已调信号的功率为10kW.若接收机的输⼊信号在加⾄解调器之前，先经过⼀理想带通滤波器滤波，试问：1.）该理想带通滤波器应具有怎样的传输特性H(w)?2.）解调器输⼊端的信噪功率⽐为多少?3.）解调器输出端的信噪功率⽐为多少?4.）求出解调器输出端的噪声功率谱密度，并⽤图型表⽰出来。
模拟调制系统
2．AM信号的调制数学模型
图4-2 AM信号的调制数学模型
3．AM信号的效率总平均功率
PAM
2 AM
(t
)
A02 cos2 ct
f 2 (t) cos2 ct
2A0 f (t) cos2 ct
由于cos2
ct
1 2
(1
c,os
20t)
cos 2ct 0
假设 f (t不) 含直流分量，则
。f (t) 0
S
( )
1 2
F
'
(
c
)
F
'
(
c
)H
(
)
在该模型中，适当选择 和A带0 通滤波器的传输函数 ，
便可H (得)到各种线性调制信号。
当
A0
f (，t) 且 max
的H通(频) 带宽度大于两倍调制信号带宽时，得
到的是AM信号。当 保持H (不)变而 时，得A0 到 0的是DSB信
号。当 的通频H带()宽度只能允许一个边带通过，且
准确同步时，解调输出信号
ud (t)
1 2
f
(t)
S DSB (t )
1 f (t) 2
cosct
图4-8 DSB相干解调的数学模型
4．3 单边带调制
双边带调制中两个边带包含相同的信息。进一步节 省发送功率和节省带宽，只传输一个边带就能发送调制 信号所包含的全部信息，这就是单边带（SSB）调制。
得到SSB信号，最简单的办法就是用滤波器把DSB信 号滤除一个边带。
SDSB(t) f (t) cos0t
频谱
SDSB ( )
1 2
[ F (
0
模拟调制系统ch431
m
g
c3
c2
c1 0 c1
c
2
c
3
图4-14 频分复用信号的频谱结构
2018年10月24日星期 三 《通信原理》--信息学院王学伟 6
第四章 模拟调制系统（analog modulative system）
f c i1 f ci f m f g , i 1, 2,
第四章 模拟调制系统（analog modulative system）
4.5 频分复用(FDM)
“复用”的概念
一种若干个彼此独立的信号合并为一 个可在同一信道上传输的复合信号的 方法,并在输出可分离 。 例如： 电话系统的语音, 电视系统的图像。 方法： ——使信号的频谱调制到不同的频段,合并在 一起不受影响,在接收端彼此分离开来。
BPF2
×
LPF
2
m2 t
c
图4-13 频分 复用系 统组成方框图 m
LPF ×
n
SBFn
BPFn
×
n
LPF
n
t
c c 说明: ►复用信号共有n路 每路信号首先通过低通滤波器LPF,限制各路信号最 高角频率 m. 2018年10月24日星期
三 《通信原理》--信息学院王学伟
2018年10月24日星期 三
《通信原理》--信息学院王学伟
2
第四章 模拟调制系统（analog modulative system） m1 t m1 t SBF1 BPF1 LPF × × LPF
m2 t
c
1
c
1
LPF
×
SBF2
2
c
mn t
g
c3
c2
c1 0 c1
c
2
c
3
图4-14 频分复用信号的频谱结构
2018年10月24日星期 三 《通信原理》--信息学院王学伟 6
第四章 模拟调制系统（analog modulative system）
f c i1 f ci f m f g , i 1, 2,
第四章 模拟调制系统（analog modulative system）
4.5 频分复用(FDM)
“复用”的概念
一种若干个彼此独立的信号合并为一 个可在同一信道上传输的复合信号的 方法,并在输出可分离 。 例如： 电话系统的语音, 电视系统的图像。 方法： ——使信号的频谱调制到不同的频段,合并在 一起不受影响,在接收端彼此分离开来。
BPF2
×
LPF
2
m2 t
c
图4-13 频分 复用系 统组成方框图 m
LPF ×
n
SBFn
BPFn
×
n
LPF
n
t
c c 说明: ►复用信号共有n路 每路信号首先通过低通滤波器LPF,限制各路信号最 高角频率 m. 2018年10月24日星期
三 《通信原理》--信息学院王学伟
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2
第四章 模拟调制系统（analog modulative system） m1 t m1 t SBF1 BPF1 LPF × × LPF
m2 t
c
1
c
1
LPF
×
SBF2
2
c
mn t
通信原理第四章
• 2、调幅（AM）信号 如果输入的基带信号带有直流分量，h(t) 是理想理想低通滤波器，得到的输出信 号是有载波分量的双边带信号，表示为：
m(t) m0 m(t)
如果满足m0＞∣m,(t) ∣max 调幅（AM）信号
其时域与频域的表示为：
Sm (t) m(t) cosc
m0 m(t)cosc
c f
3 108 20 103
1.5 104 (m)
式中，λ为波长（m）；c为电磁波传播速度 （光速）（m/s）；f为音频（Hz）。
• 可见，要将音频信号直接用天线发射出 去，其天线几何尺寸即便按波长的百分 之一取也要150米高（不包括天线底座或 塔座）。因此，要想把音频信号通过可 接受的天线尺寸发射出去，就需要想办 法提高欲发射信号的频率（频率越高波 长越短）
Sm
()
1 2
M
(
c
)
M
(
c
)H
()
• 确定H（ω）
•从接收端入手
•VSB信号的解调和SSB信号一样不能用包络 检波，而要采用相干解调法
•通过解调的公式推导说明残留边带滤波器 的传输函数在载频附近必须具有互补对称 特性
• Sm(t)
LPF
m(t)
•
S (t ) =cosωct
－c 0
c
(f) 已 调 信 号 频 谱
调幅AM示意图
• 3、单边带（SSB）信号
从上述的双边带调制（AM和DSB）中可知，上 下两个边带是完全对称的，即两个边带所包含 的信息完全一样。那么在传输时，实际上只传 输一个边带就可以了，而双边带传输显然浪费 了一个边带所占用的频段，降低了频带利用率。 对于通信而言，频率或频带是非常宝贵的资源。 因此，为了克服双边带调制这个缺点，人们又 提出了单边带调制的概念。
通信原理(陈启兴版)第4章课后习题答案
第四章模拟调制4.1学习指导4.1.1要点模拟调制的要点主要包括幅度调制、频率调制和相位调制的工作原理。
1.幅度调制幅度调制是用调制信号去控制载波信号的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。
在时域上，已调信号的振幅随基带信号的规律成正比变化；在频谱结构上，它的频谱是基带信号频谱在频域内的简单平移。
由于这种平移是线性的，因此，振幅调制通常又被称为线性调制。
但是，这里的“线性”并不是已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。
事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。
幅度调制包括标准调幅（简称调幅）、双边带调幅、单边带调幅和残留边带调幅。
如果调制信号m(t)的直流分量为0，则将其与一个直流量A0相叠加后，再与载波信号相乘，就得到了调幅信号，其时域表达式为stAmttAtmttAM()0()cosc0cosc()cosc(4-1)如果调制信号m(t)的频谱为M(ω)，则调幅信号的频谱为1S()πA()()M()M()(4-2)AM0cccc2调幅信号的频谱包括载波份量和上下两个边带。
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。
由波形可以看出，当满足条件|m(t)|A0(4-3)时，其包络与调制信号波形相同，因此可以用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。
否则，出现“过调幅”现象。
这时用包络检波将发生失真，可以采用其他的解调方法，如同步检波。
调幅信号的一个重要参数是调幅度m，其定义为m A m(t)Am(t)0max0minAm(t)Am(t)0max0min(4-4)AM信号带宽B AM是基带信号最高频率分量f H的两倍。
AM信号可以采用相干解调方法实现解调。
当调幅度不大于1时，也可以采用非相干解调方法，即包络检波，实现解调。
双边带信号的时域表达式为stmttDSB()()cosc(4-5)其中，调制信号m(t)中没有直流分量。
如果调制信号m(t)的频谱为M(ω)，双边带信号的频谱为1S()M()M()(4-6)DSBcc2与AM信号相比，双边带信号中不含载波分量，全部功率都用于传输用用信号，调制效率达到100%。
现代通信原理模拟调制系统
现代通信原理 Principle of Modern Communications
现代通信原理
第四章 模拟调制系统
-1-
本章知识点
4.1 引言 调制的概念 调制的分类 调制的作用 4.2 幅度调制(线性调制） 幅度调制基本原理 线性调制系统性能分析 4.3 角度调制（非线性调制） 基本概念 调频信号表达式 调相信号表达式 单音调制 调频信号的产生与解调方法 4.5 频分复用FDM 4.6 复合调制与多级调制
用滤波发产生SSB信号
m(t) hSSB（t） sSSB(t)
cos(ct)
HSSB（）
滤波法
sssb t mt cosct hssb t
1 S SSB ( ) [ M ( c ) M ( c )]H SSB ( ) 2
-25-
现代通信原理 Principle of Modern Communications
-2-
现代通信原理 Principle of Modern Communications
现代通信原理 Principle of Modern Communications
4.1 引言
调制的基本概念 m(t) 调制信号
调制器 sm(t) 已调信号
c(t) 载波信号 调制：按 调制（基带）信号的变化规律去改变高频 载波某一（些）参数，把基带信号搬移到给定信道 通带（处在较高频段）内的过程。
T 2
T 2
m(t )dt
PAM
载波功率Pc
2 m0 m'2 t 2 2
边带功率PS
-19-
现代通信原理 Principle of Modern Communications
现代通信原理
第四章 模拟调制系统
-1-
本章知识点
4.1 引言 调制的概念 调制的分类 调制的作用 4.2 幅度调制(线性调制） 幅度调制基本原理 线性调制系统性能分析 4.3 角度调制（非线性调制） 基本概念 调频信号表达式 调相信号表达式 单音调制 调频信号的产生与解调方法 4.5 频分复用FDM 4.6 复合调制与多级调制
用滤波发产生SSB信号
m(t) hSSB（t） sSSB(t)
cos(ct)
HSSB（）
滤波法
sssb t mt cosct hssb t
1 S SSB ( ) [ M ( c ) M ( c )]H SSB ( ) 2
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现代通信原理 Principle of Modern Communications
-2-
现代通信原理 Principle of Modern Communications
现代通信原理 Principle of Modern Communications
4.1 引言
调制的基本概念 m(t) 调制信号
调制器 sm(t) 已调信号
c(t) 载波信号 调制：按 调制（基带）信号的变化规律去改变高频 载波某一（些）参数，把基带信号搬移到给定信道 通带（处在较高频段）内的过程。
T 2
T 2
m(t )dt
PAM
载波功率Pc
2 m0 m'2 t 2 2
边带功率PS
-19-
现代通信原理 Principle of Modern Communications
第四部分模拟调制系统教学课件
第四部分模拟调制系统教学课件
4.1 引言
调制 按调制信号(基带信号)的变化规律去 改变载波某些参数的过程.
目的 频率变换,信道复用,提高抗干扰性能
分类
载波
调制信号
正弦波
数字信号
数字调制
模拟信号
模拟调制
脉冲串
脉冲调制
2
s m ( t ) h () m ( t ) cc t o c) s d(
S m ( ) m 0 [ ( c ) ( c )
1 2 [M ( c) M ( c)]
9
S(ω)
-ωc
M(ω)
ωc
ω
-ωH
ωH
ω
SM(ω)
ω
10
11
AM信号波形
当m0<|m′(t)|max时，出现过调幅现象。 除相干解调外，对AM信号还可以采用非相干 解调，如包络检波、平方律检波等。非相干解 调器要求AM信号不过调，即m0 ≥|m′(t)|max，相 干解调器则无此要求。
M ( f ) A [ ( f 2 ) 5 ( f 2 0 )5 ]
A [( f 2) 0 ( f 0 2 0 ) 0 ]
25
S(f) 1 [ M (f f) M (f f)]
2 DSB
c
c
A [(f 10)2 5 (f 0 10)2
2 A [(f 97 ) 5 (f0 97 )5 ]
c
c
H(ω- ωc)
H(ω+ ωc)
22
为了获得残留边带信号，发送端的带通滤 波器必须满足H(ω- ωc)与H(ω+ ωc)在ω=0处 具有互补对称的截止特性
即 只要残留边带滤波器的截止特性 在载频处具有互补对称特性，那么 采用同步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。
4.1 引言
调制 按调制信号(基带信号)的变化规律去 改变载波某些参数的过程.
目的 频率变换,信道复用,提高抗干扰性能
分类
载波
调制信号
正弦波
数字信号
数字调制
模拟信号
模拟调制
脉冲串
脉冲调制
2
s m ( t ) h () m ( t ) cc t o c) s d(
S m ( ) m 0 [ ( c ) ( c )
1 2 [M ( c) M ( c)]
9
S(ω)
-ωc
M(ω)
ωc
ω
-ωH
ωH
ω
SM(ω)
ω
10
11
AM信号波形
当m0<|m′(t)|max时，出现过调幅现象。 除相干解调外，对AM信号还可以采用非相干 解调，如包络检波、平方律检波等。非相干解 调器要求AM信号不过调，即m0 ≥|m′(t)|max，相 干解调器则无此要求。
M ( f ) A [ ( f 2 ) 5 ( f 2 0 )5 ]
A [( f 2) 0 ( f 0 2 0 ) 0 ]
25
S(f) 1 [ M (f f) M (f f)]
2 DSB
c
c
A [(f 10)2 5 (f 0 10)2
2 A [(f 97 ) 5 (f0 97 )5 ]
c
c
H(ω- ωc)
H(ω+ ωc)
22
为了获得残留边带信号，发送端的带通滤 波器必须满足H(ω- ωc)与H(ω+ ωc)在ω=0处 具有互补对称的截止特性
即 只要残留边带滤波器的截止特性 在载频处具有互补对称特性，那么 采用同步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章模拟调制系统
s AM ( t )
A0
A0 f (t )max
0
t
A0 f (t )max
过调制示意图
单音调制(单频调制)的调制信号为:
s AM (t ) ( A0 Am cos m t )cos 0 t A0 (1
AM 调幅指数
f (t ) Am cos m t
Am A0
A0
m
0
S
m
AM ( )
1/2 0
A0
带宽： BAM 2m
0
0
2 m
已调信号的带宽是基带信号带宽的两倍。 注意：带宽是指频谱的正频率部分。
AM信号的频谱
由于已调信号的频谱只是把基带信号的频谱搬移到±ω0 处， 而没有产生新的频谱成分，因此AM属于线性调制。
三、 调幅信号的功率分配
f (t )
f ( t ) cos 0 t
×
cos 0 t
/ 2 / 2
sin 0 t
希尔伯特变换：
t j 0 F ( ) F H ( ), H ( ) j 0
s SSB ( t )
(t ) f
× f ( t ) sin c t
3.按调制实现的功能不同来划分：
①幅度调制：载波信号的幅度随调制信号线性变化的调制。 ②频率调制：载波信号的频率随调制信号线性变化的调制。
③相位调制：载波信号的相位随调制信号线性变化的与输入调制信号的频谱之间是线性搬移
②非线性调制：已调信号频谱与输入调制信号的频谱之间是非线性搬移 注意：线性并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性 关系，实际上任何一种调制过程都是非线性变换过程
A0
A0 f (t )max
0
t
A0 f (t )max
过调制示意图
单音调制(单频调制)的调制信号为:
s AM (t ) ( A0 Am cos m t )cos 0 t A0 (1
AM 调幅指数
f (t ) Am cos m t
Am A0
A0
m
0
S
m
AM ( )
1/2 0
A0
带宽： BAM 2m
0
0
2 m
已调信号的带宽是基带信号带宽的两倍。 注意：带宽是指频谱的正频率部分。
AM信号的频谱
由于已调信号的频谱只是把基带信号的频谱搬移到±ω0 处， 而没有产生新的频谱成分，因此AM属于线性调制。
三、 调幅信号的功率分配
f (t )
f ( t ) cos 0 t
×
cos 0 t
/ 2 / 2
sin 0 t
希尔伯特变换：
t j 0 F ( ) F H ( ), H ( ) j 0
s SSB ( t )
(t ) f
× f ( t ) sin c t
3.按调制实现的功能不同来划分：
①幅度调制：载波信号的幅度随调制信号线性变化的调制。 ②频率调制：载波信号的频率随调制信号线性变化的调制。
③相位调制：载波信号的相位随调制信号线性变化的与输入调制信号的频谱之间是线性搬移
②非线性调制：已调信号频谱与输入调制信号的频谱之间是非线性搬移 注意：线性并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性 关系，实际上任何一种调制过程都是非线性变换过程
通信原理第四章
3/169 12:07
第 4章模拟调制系统
4.1幅度调制（线性调制）的原理
定义： 幅度调制：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。 幅度调制器的通用模型如图 4 - 1 所示。
4/169 12:07
m(t)
×
h(t)
sm(t)
cos ω ct
图 4 - 1幅度调制器的一般模型
6
由 于 ： x (t )e jωct ⇔ X (ω − ω c )
1 [δ (t ) + j ] ⇔ u (ω )
2
πt
⇒
sUSB(t)
=
1[m(t)*(δ 4
(t)
+
j πt
)]e
jωct
+
1 [m(t) *(δ 4
(t)
−
j πt
)]e−
jωct
= 1[m(t) + jmˆ (t)]ejωct + 1[m(t) − jmˆ (t)]e−jωct
如图4 - 7所示。
38/169 12:07
1 m(t) 2
t
Hh(ω)
1 2
m(t)
£π -2
± sSSB(t)
sSSB
(t)
=
1 2
m(t)
cos ωct
∓
1 2
mˆ
(t) sin
ωct
1 2
mˆ (t)
sin
ωct
图 4 –7 相移法形成单边带信号
39/169 12:07
cosωct
25/169 12:07
DSB调制结论： 1. 由频谱结构可知，发射信号没有载波分
第 4章模拟调制系统
4.1幅度调制（线性调制）的原理
定义： 幅度调制：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。 幅度调制器的通用模型如图 4 - 1 所示。
4/169 12:07
m(t)
×
h(t)
sm(t)
cos ω ct
图 4 - 1幅度调制器的一般模型
6
由 于 ： x (t )e jωct ⇔ X (ω − ω c )
1 [δ (t ) + j ] ⇔ u (ω )
2
πt
⇒
sUSB(t)
=
1[m(t)*(δ 4
(t)
+
j πt
)]e
jωct
+
1 [m(t) *(δ 4
(t)
−
j πt
)]e−
jωct
= 1[m(t) + jmˆ (t)]ejωct + 1[m(t) − jmˆ (t)]e−jωct
如图4 - 7所示。
38/169 12:07
1 m(t) 2
t
Hh(ω)
1 2
m(t)
£π -2
± sSSB(t)
sSSB
(t)
=
1 2
m(t)
cos ωct
∓
1 2
mˆ
(t) sin
ωct
1 2
mˆ (t)
sin
ωct
图 4 –7 相移法形成单边带信号
39/169 12:07
cosωct
25/169 12:07
DSB调制结论： 1. 由频谱结构可知，发射信号没有载波分
(优选)第模拟调制系统
宽的两倍，即
BAM 2Bm 2 f H
●上边带、下边带。都含有原调制信号的完整信息 。
●包络检波不发生失真条件 A0 m(t) 0
或
A0
m(t) max
过调制。
2.AM信号的功率分配及调制效率
已调信号功率为：
PAM sAM 2 (t) [A0 m(t)]2 cos 2 ct
A02 cos 2 ct m2 (t) cos 2 ct 2A0m(t) cos 2 ct
4.1.2 常规双边带调幅（AM）
1. AM信号的表达式、频谱及带宽 条件（在一般模型的基础上） ：
滤波器为全通网络：H( )=K(=1);
调制信号：m(t)外加直流分量A0，且 m(t) 0
（2）表达式
（1）模型
m(t)
＋
sAM (t)
×
A0
cosct
图 3-2 AM图 图 图 图 图
sAM (t) [A0 m(t)]cosc (t)
H () h(t)
表达式：
sm (t) [m(t) cos ct] * h(t)
Sm
( )
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]H
()
表达式：
模型：
sm (t) [m(t) cos ct] * h(t)
m(t)
×
sm (t)
h(t)
Sm
()
1 2
[M
(
cosct
图 4-1 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图
0
A0 m(t)
0
cosct
0
sAM (t)
t
M ( ) 1
模拟调制
4.2.4 单边带调制（ＳＳＢ）
１）滤波器形成单边带信号
图4-4
图4-5
技术难点
❖要求滤波器具有陡峭的截 止特性。
单边带信号的形成
设单频调制信号为 m(t) cost
载波信号为
c(t) cosct
sDSB (t) cost cosc t
1 2
cos(
c
)t
1 2
cos(
c
)t
上边带
下边带
第四章 模拟调制系统
§4.2 幅度调制（线性调制）原理及抗噪 声性能
§4.3 线性调制系统的性能分析 §4.4 角度调制（非线性调制）原理及抗
噪声性能 §4.6 模拟调制系统比较 §4.7 频分复用（FDM）
目的和要求
❖掌握调制的定义及其分类；
❖掌握线性和非线性调制解调原理；
❖掌握利用系统模型进行抗噪声性 能分析的方法；
❖了解各种模拟调制系统性能比较 的结果。
§4.1 概 述
定义：使载波的一个或几个参量随基带 信号改变的过程。
调制的目的： ➢ 频谱搬移 － 适应信道传输 ➢ 实现信道的多路服用，提高信道利用率 ➢ 提高抗干扰性
模拟调制的分类： ➢ 线性调制：调幅、单边带、双边带、残留边带… ➢ 非线性调制（角度调制）：频率调制、相位调制
sm (t) Am(t) cos(ct 0 ) * h(t)
Sm
()
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]H
()
其中：
m(t) F M ()
sm (t) F Sm ()
4.2.2 调幅（AM）
１）原 理
滤波器为全通网络。调制信号叠加直流后与载 波相乘，即形成调幅信号。
chap4 模拟调制系统解读
m(t ) 10cos200 t
c(t ) cos 2000 t
5 S ( f ) ( f 900) ( f 900) 10 ( f 1000) ( f 1000) 2 5 ( f 1100) ( f 1100) 2
Chap4 模拟调制系统
2019/2/25
通信原理课件
1
本章纲要
4.1 引言 4.2 幅度调制
1.常规双边带调幅（Amplitude Modulation， AM） 2.双边带抑制载波（Double Sideband－ Suppressed Carrier，DSB－SC） 3.单边带调幅（Single Sideband，SSB） 4.残留边带调幅（Vestigial Sideband，VSB）
特点
从频域表达式可以看出，AM信号的频谱是DSB 信号的频谱加上载波分量。 在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量， 因此，该调制为线性调制。 带宽BAM＝2fm。
13
通信原理课件
2019/2/25
AM（Amplitude Modulation）
4.
AM已调信号的功率分配
2 PAM S AM (t ) [ A0 m(t )]2 cos2 c t
2.
实质：频谱搬移。
3.
作用
与信道特性匹配； 实现多路复用； 提高抗干扰性。
4
通信原理课件
2019/2/25
引言
4.
调制的分类
按载波信号c(t)分
连续波调制 脉冲波调制
按基带信号m(t)分
第四章 模拟调制系统
2. 调制的分类：模拟调制与数字调制、 线性调制（AM、DSB、SSB、VSB）与非 线性调制（FM、PM）、连续波调制与脉 冲调制。
3. 调制的作用。
2020/4/17
海南大学 信息学院
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4.1 引言
一、基本概念
1. 调制：发送端把基带信号频谱搬移到给定信道通带 内的过程。
2. 解调：在接收端把已搬移到给定信道通带内的频谱 还原为基带信号频谱的过程。
(a) 带通滤波器
B
c
H ( )
B
0
c
H ( )
(b) 高通滤波器
c
(c) 低通滤波器
c
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海南大学 信息学院
0
c
H ( )
0
c
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4.2 幅度调制原理及抗噪性能
2. DSB 调制的时域表示式
S
式中m(t)
D为SB基(tc带f)o(调stA)制mfc信t(( t号t))c。o s[c(t1
2020/4/17
海南大学 信息学院
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4.1 引言
三、调制的分类
1、 按调制信号m(t) 的不同分为：模拟调制（特点： m(t)
是连续信号）和数字调制（特点： m(t)是数字A信m号pli）tu。de
Modulatio
调幅（AM）
nDouble
模拟 调制
幅度调制
双边带（DSB） 单边带（SSB） 残留边带（VSB）
4.2 幅度调制原理及抗噪性能
S(t)
S ( )
A
A
A
c
0
M
(
3. 调制的作用。
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4.1 引言
一、基本概念
1. 调制：发送端把基带信号频谱搬移到给定信道通带 内的过程。
2. 解调：在接收端把已搬移到给定信道通带内的频谱 还原为基带信号频谱的过程。
(a) 带通滤波器
B
c
H ( )
B
0
c
H ( )
(b) 高通滤波器
c
(c) 低通滤波器
c
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0
c
H ( )
0
c
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4.2 幅度调制原理及抗噪性能
2. DSB 调制的时域表示式
S
式中m(t)
D为SB基(tc带f)o(调stA)制mfc信t(( t号t))c。o s[c(t1
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4.1 引言
三、调制的分类
1、 按调制信号m(t) 的不同分为：模拟调制（特点： m(t)
是连续信号）和数字调制（特点： m(t)是数字A信m号pli）tu。de
Modulatio
调幅（AM）
nDouble
模拟 调制
幅度调制
双边带（DSB） 单边带（SSB） 残留边带（VSB）
4.2 幅度调制原理及抗噪性能
S(t)
S ( )
A
A
A
c
0
M
(
chap4 模拟调制系统-new
4.2各种幅度调制系统的噪声性能
5
通信原理课件
2017/1/16
本章纲要
4.3角度调制（Angular Modulation）（非线 性调制）系统 4.4调频系统的噪声性能 4.5各种模拟调制系统的性能比较 4.6频分复用（FDM）
6
通信原理课件
2017/1/16
幅度调制
4.1.1 一般原理 1. 概念：用调制信号去控制高频正弦载波的幅 度，使其按调制信号的规律变化的过程。
补充：希尔伯特变换
1 ˆ f (t ) f ( ) 1 d f (t ) t t ˆ ( ) 1 f f (t ) dt t
ˆ () F () [ jsgn ] F
定义：物理可实现系统的传递函数其实部与虚 部之间存在对应的确定关系称为Hilbert变换。
AM（Amplitude Modulation）
特点
从频域表达式可以看出，AM信号的频谱是DSB 信号的频谱加上载波分量。 在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量， 因此，该调制为线性调制。 带宽BAM＝2fm。
14
通信原理课件
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AM（Amplitude Modulation）
15
通信原理课件
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消息信号频谱 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
AM信 号 频 谱
20
15
10
5
0 -200
-150
-100
通信原理第四章 模拟调制
式中， m(t)— 基带调制信号，即携带消息的原始信号，均值为0； A0 － 常数，表示叠加的直流分量。
要求 A0+m(t)≥0（包络检波不失真条件）
第4章 模拟调制
m t
t
M
A 0 mt
H
t
载波
S
t
sAM t
t
c
0
第4章 模拟调制
2．频谱与带宽
m(t ) M ( f ) A0 m(t ) 2 A0 f M ( f ) cos ct C ( f ) f f c f f c 1 f1 (t ) f 2 (t ) F1 ( f ) F2 ( f ) 2 1 S AM (t ) [A 0 m(t)]cos c t A0 f f c f f c 2 M f fc M f fc
1 m(t ) m(t ) t
第4章 模拟调制
M ( ) j sgn( )M ( )
1 m(t ) sin c t j sgn( ) M ( ) j ( c ) ( c ) 2 1 1 sgn( c ) M ( c ) M ( c ) sgn( c ) 2 2
第4章 模拟调制
SSB信号的频谱
SSSB () SDSB () H
SDSB
上边带频谱图:
c
0
c
H USB
B=fm
c
0
S USB
c
c
0
c
第4章 模拟调制
3．表达式推导： 由频谱形成入手
要求 A0+m(t)≥0（包络检波不失真条件）
第4章 模拟调制
m t
t
M
A 0 mt
H
t
载波
S
t
sAM t
t
c
0
第4章 模拟调制
2．频谱与带宽
m(t ) M ( f ) A0 m(t ) 2 A0 f M ( f ) cos ct C ( f ) f f c f f c 1 f1 (t ) f 2 (t ) F1 ( f ) F2 ( f ) 2 1 S AM (t ) [A 0 m(t)]cos c t A0 f f c f f c 2 M f fc M f fc
1 m(t ) m(t ) t
第4章 模拟调制
M ( ) j sgn( )M ( )
1 m(t ) sin c t j sgn( ) M ( ) j ( c ) ( c ) 2 1 1 sgn( c ) M ( c ) M ( c ) sgn( c ) 2 2
第4章 模拟调制
SSB信号的频谱
SSSB () SDSB () H
SDSB
上边带频谱图:
c
0
c
H USB
B=fm
c
0
S USB
c
c
0
c
第4章 模拟调制
3．表达式推导： 由频谱形成入手
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5、残留边带（VSM）调制
（1）残留边带调制模型及实现条件 （2）残留边带信号时域和频域数学表达式 （3）残留边带信号时域和频域图
2013-7-13
8
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理 幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其振 幅按调制信号的规律而变化的过程。幅度调制器的一般模型 如下图所示。
振幅调制器输出信号的频域表达式：
通常振幅调制器输入调制信号与输出已调信号频域图如下：
M(w) C(w)
A S m ( w) C ( w) H ( w) [ M ( w wc ) M ( w wc )] H ( w) 2
2013-7-13
0 (a) 输入信号频谱密度
VSB调制的优点：解调时不需要本地载波，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
S ( f ) A [ M ( f f 0 ) M ( f f 0 )] 2
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
A S ( f ) [ M ( f f 0 ) M ( f f 0 )] H ( f ) 2
4.2.1 幅度调制原理 3、单边带信号(SSB) 要求：带通滤波器只允许一个边带通过。
2013-7-13
19
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理 产生上边带信号时 产生下边带信号时
1, H SSB ( w) HUSB ( w) 0 , 1, H SSB ( w) H lSB ( w) 0 , w wc w wc
14
已调信号频谱为： S m
2013-7-13
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理 一般双边带信号时域波形及其频谱图如下：
2013-7-13
15
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理 2、调幅信号(AM) 要求：基带信号mt 由交流分量 m' t 和直流分量A构成， 且必须满足 A mt max 。 时域表达式为：
2013-7-13 3
第四章 模拟调制系统
4.1 引言
调制的功能主要有以下三个方面： (1)频率变换：例如将(0.3～3.4KHz)有效带宽内的语音 信号调制到高频段上去。 (2)实现信道复用：例如将多路信号互不干扰的安排在同 一物理信道中传输。 (3)提高抗干扰性：抗干扰性（即可靠性）与有效性互相 制约，通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如FM替代AM。
m(t)
× cos ct
c(t )
h(t)
sm(t)
s 已知条件：(1)设正弦型载波为： (t ) A cos(ct 0 ) 式中：载波角频率为 c ；载波的初相位为 0 ；载波振幅为 A 。(2)设调制信号为能量信号m(t)，其频谱为M(f)。(3)冲 激响应为h(t)的滤波器频率特性为H(ω ）。（4）相乘器的输 出为 c(t ) ，其频域为 C (w) 。
2013-7-13
13
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理 1、双边带信号（DSB） 要求：信号中不含有直流分量，且 ht 是理想带通滤波器。
不含直流分Байду номын сангаас量
H
c
其时域表达式为：
sm t m t cos ct
1 M ( c ) M c 2
(2)采用上边带调制时单边带信号时域表达式为
SUSB (t )
推导过程
2013-7-13
22
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理
4、残留边带调制（VSB） 残留边带调制是介于双边带与单边带之间的一种线性调 制，即克服了双边带调制信号占用频带宽的缺点，又解决了 单边带信号要求滤波器截止特性比较陡峭在生产技术上的难 题。
S m t mt coswc t A mt cos c t A cos c t mt cos c t 频域表达式为：
1 S m A c c M c M c 2
2013-7-13 10
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理 振幅调制器输出信号的时域表达式： S m (t ) [ Am(t ) cos(wct 0 )] h(t )
h( ) Am(t ) cos[wc (t ) 0 ]d
2013-7-13
24
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理
现在分析为了得到VSB信号H(f)应满足的条件。
若仍用下图解调器，则接收信号和本地载波相乘后得到的r(t)的频谱为： 1 S 而已调信号的频谱为： ( f f 0 ) S ( f f 0 )
w wc w wc
H USB
H LSB
单边带信号的频谱为: S SSB ( w) S DSB ( w) H SSB ( w)
2013-7-13
1 [ M ( w w0 ) M ( w w0 )]H SSB ( w) 2
20
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
2、调制的主要功能（★） 3、调制器模型 4、调制分类（四种分类方法）
2013-7-13
2
第四章 模拟调制系统
4.1 引言
模拟调制技术在20世纪曾有较大应用，如军事通信、短 波通信、微波中继、模拟移动通信、模拟调频广播和模拟调 幅广播等。虽然现在通信的发展趋势为数字化，但不能完全 代替模拟技术，而且模拟技术是通信理论的基础。 由信源产生的的原始信号具有频率较低的频谱分量，一 般不能在大多数信道内直接传输，因此需要经过调制将他变 换成适于在信道内传输的信号。 调制的定义：把输入信号变换为适合于通过信道传输的 波形，这一变换过程称为调制。通常把原始信号称为调制信 号，也称基带信号；被调制的高频周期性脉冲起运载原始信 号的作用，因此称载波。 调制实现了信源的频谱与信道的频带匹配。
2013-7-13
12
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理 根据滤波器传输函数和调制信号的不同，振幅调制可分 为4类： （1）常规调幅AM：H 为全通网络，mt 有直流成分。 m （2）抑制载波双边带调制DSB： 为全通网络， t 无直流 H 成分。 H （3）单边带调制SSB： 是截止频率为 c 的高通或低通 滤波器。 H （4）残留边带调制VSB： 是特定的互补特性滤波器。 下面分别介绍双边带、调幅、单边带及残留边带信号的 调制原理。
2013-7-13
16
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理 调幅信号的波形图：
2013-7-13
17
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理 调幅信号的频谱图：
2013-7-13
18
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
第四章 模拟调制系统
第四章 模拟调制系统
4.1 4.2 引言 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.3
4.4 4.5
非线性调制(角度调制)的原理及抗噪声性能
各种模拟调制系统的比较 频分复用
4.6
习题
复合调制及多级调制的概念
2013-7-13
1
第四章 模拟调制系统
4.1 引言——纲要
1、几个基本概念
（1）调制 （2）载波 （3）已调信号
cos(wct 0 ) [ (w wc ) (w wc )]
1 C ( w) F [ Am(t )] F [cos(ct 0 )] 2 1 AM ( w) [ ( w wc ) ( w wc )] 2 A [ M ( w wc ) M ( w wc )] 2
2013-7-13
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6
第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能——纲要
4.2.1 幅度调制原理（★★★）
1、幅度调制原理
（1）幅度调制原理模型 （2）幅度调制原理模型各节点时域和频域数学表达式 （3）振幅调制的特点 （4）振幅调制的分类
2、双边带（DSB）调制
（1）双边带调制模型及实现条件 （2）双边带调制信号时域和频域数学表达式 （3）双边带调制信号时域和频域图
4.2.1 幅度调制原理
SSB信号频谱图
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第四章 模拟调制系统
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
4.2.1 幅度调制原理
单边带调制（SSB）信号的时域表达式 (1)采用下边带调制时的单边带信号时域表达式为
S LSB (t ) 1 1 m(t ) cos c t m ^ (t ) sin c t 2 2 1 1 m(t ) cos c t m ^ (t ) sin c t 2 2
从不同的角度，调制方法可以从以下几个角度进行分类。 (1)按信号m(t)的不同分： 模拟调制：m(t)是连续信号。 数字调制：m(t)是数字信号。 (2)按载波信号c(t)不同分： 连续波调制：c(t)连续，如c(t)=cosω ct。 脉冲调制：c(t)为脉冲，如周期矩形脉冲序列。 (3)按调制器功能的功能分： 幅度调制：m(t)改变c(t)的幅度，如AM，DSB，SSB，VSB。 频率调制：m(t)改变c(t)的频率，如FM。 相位调制：m(t)改变c(t)的相位，如PM。 (4)按调制器传输函数来分： 线性调制：调制前、后的频谱呈线性搬移关系。 非线性调制：特点无上述关系，且调制后产生许多新成份。