第3章 模拟调制系统
第三章模拟调制系统
第3章 模拟调制系统3.0概述基带信号：由消息直接变换成的电信号。
频带从零频开始，低频端谱能量大，不宜在信道中远距离传输。
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叫调制。
（频谱搬迁）模拟调制：当调制信号为模拟基带信号f(t)，载波为连续的正弦或余弦高频信号c(t)=Acos[ωc t+θ0]时，称模拟调制，其数学表达式为：s(t)=f(t)·c(t) =A(t)cos[ωc t+φ(t)+θ0]调制的分类：数字调制 3.1、双边带调幅 一. 常规调幅1、时域表达式：调制信号f(t)（平均值)(t f ＝0）加直流后对载波幅度调制（称标准或完全调幅）即:s AM (t)= [A 0+f(t)]·cos[ωc t+θc ]()()()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧成比例变化随常数，调相：成比例变化随常数，调频：非线性调制角度调制为常数成比例变化随线性调制幅度调制模拟调制t f t t A t f dt t d t A VSBSSB DSB AM t t f t A φφφ)(,:其中:ωc 载波角频率，θc 载波初相位波形图3-1当调制信号f(t)为单频信号时：f(t)= A m cos(ωm t+θm ) 则：s AM (t)= [A 0+ A m cos(ωm t+θm)]cos[ωc t+θc ]= A 0 [1+βAM cos(ωm t+θm)]cos[ωc t+θc ]其中：0A A mAM =β称调幅指数，将其х100%叫调制度 ⎪⎩⎪⎨⎧><=过调幅通常取正常调幅满调幅...1-60%)-30%(...1......1AMβ ２． 频域表达式当θc =0时，s AM (t)= [A 0+ f(t)]cosωc t = A 0 cosωc t+ f(t) cosωc t 由于： f(t) F(ω)A 0 cosωc t [])()(000ωωδωωδπ++-↔A[][]00(21(21cos )(ωωωωω++-↔F F t t f c ()()()()01:)(21)(21))((21cos )(0ωωωωωωωω-↔+=+=--F e t f e t f e t f e e t f t t f t j t j t j t j t j c c c c c 而故S AM (ω) 的频域表达式为：[])]()([21)()()(00000ωωωωωωδωωδπω++-+++-=F F A S AM频谱图：说明：(1)、调制过程为调制信号频谱的线性搬移，即将其搬移到适合通信系统传输的频率范围(2)、常规调幅巳调波频谱中含有一个载波和两个边带份量。
通信原理第3章模拟调制技术
VS
高数据速率的调制技术
随着数据业务需求的爆炸式增长，高数据 速率的模拟调制技术成为研究热点。例如， QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）是一种常见 的高阶调制方式，通过增加星座点和调制 阶数，可以实现更高的数据传输速率。此 外，还有偏置QPSK、非线性调制等调制技 术，旨在提高频谱效率和数据传输速率。
通过调制将低频的模拟信号转换为高 频信号，以实现信号的远距离传输和 无线传输。
模拟调制技术的应用场景
广播通信
利用调频（FM）或调相（PM）技术， 将音频信号调制到载波上，实现广播 节目的传输。
电视信号传输
无线通信
在无线通信中，模拟调制技术被广泛 应用于移动通信、无线局域网 （WLAN）、无线广域网（WWAN） 等领域，以实现信号的无线传输。
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调频的缺点
占用带宽较宽，频带利用率较低。
调相的缺点
抗干扰能力较弱，对相位失真敏感，需要高 精度的相位控制系统。
03 模拟调制技术的分类
线性调制技术
01
调频（FM）
02
调相（PM）
03
调相而振幅不变（APM）
04
线性调制技术的特点：调制信号对载波的振幅、频率、相位同时进行 调制，使载波的振幅随调制信号的瞬时值呈线性变化。
软件定义无线电与模拟调制
软件定义无线电是一种新型的无线通信架构，通过软件编程的方式实现无线电功能的灵活配置和动态调整。在模 拟调制领域，软件定义无线电技术为调制方式的快速切换和自适应调整提供了可能。通过实时调整调制参数和算 法，可以根据信道状态和传输需求自适应地优化调制方案，提高通信系统的适应性。
第三章模拟调制系统-1DSB_SSB
则已调信号的频谱为： 则已调信号的频谱为：
1 SAM(ω) = πA0 [δ(ω − ωc ) + δ(ω + ωc )] + [F(ω − ωc ) + F(ω + ωc )] 2
12 教师:黄晗
1. 形状相同，位置搬移； 形状相同，位置搬移；
已调信号的频谱图： 已调信号的频谱图：
数字调制： 数字调制：ASK、FSK、PSK 、 、
3 教师:黄晗
调制的目的
提高无线通信时的天线辐射效率。 提高无线通信时的天线辐射效率。 传输频率： 传输频率：3kHz，天线高度：25km ，天线高度： 传输频率： 900MHz ，天线高度：8cm 传输频率： 天线高度： 把多个基带信号分别搬移到不同的载频处， 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。 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， 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。 还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。
2 教师:黄晗
信号、传输方式、调制方式的分类
电信号
携带有用信息的信号，未调制） 基带信号 （携带有用信息的信号，未调制） 基带信号经过某种调制） 频带信号 （基带信号经过某种调制）
传输方式
基带传输 调制（频带） 调制（频带）传输
模拟调制
线性调制：AM、DSB、SSB、VSB 线性调制： 、 、 、 非线性调制： 非线性调制：PM、FM调制 、 调制
β AM = f (t ) max / A0
11 教师:黄晗
当载波初相为0时 已调信号为： 当载波初相为 时，已调信号为： sAM (t ) = [ A0 + f (t ) ] cosω ct 频 域 = A0 cosω ct + f (t )cosω ct 特 性 分 析 若有： 若有：
第3章---模拟调制系统
2. 难点： 非线性调制频谱和带宽特性的分析和理解。
3
第三章 模拟调制系统
概述（调制原理） 幅度调制（线性调制）的原理 线性调制系统的抗噪声性能 非线性调制（角度调制）的原理 调频系统的抗噪声性能 各种模拟调制系统的性能比较
m t
t
M t
A0 mt
H
H
t 载波
t
SAM
t
t
sAM t
c
t
0
c c
t
调幅指数：mA
Am A0
m(t) max A0
1
否则，将由于出现过调幅
现象而带来包络失真，
造成解调困难。
10
t
频谱密度图
t
mt
M
H
H
t
波
载频分量
SAM 载频分量
t
t
c
0
c
上边带
t
下边带
下边带
上边带
带宽： BAM2fH
角度调制：频率调制FM、相位调制PM
返回 6
线性调制
正弦载波为
c(t)Acosct0
调制
信号
m(t)
sm(t) Acos0t
H(f)
已调 信号
s(t)
基带调制信号 m(t)
幅度调制信号（已调信号）一般可表示成
sm(t)A m (t)cosct
m(t) M () cc t o s ( c ) ( c ) 频谱 S m ()A 2M (c)M (c)
11
AM信号的特性
功率：
第三章.模拟调制系统
假设f(t)不含直流分量，则 f (t ) =0。 从而
2 PAM A0 / 2 f 2 (t ) / 2 PC Pf
令：
PC A02 / 2
Pf f 2 (t ) / 2
载波功率
边带功率
f 2 (t )
调制效率：
AM
Pf Pc Pf
2 A0 f 2 (t )
LPF特性 π A 0δ ( ω ) 1 F(ω ) 1 2 π A0δ (ω -2ω 0) 2
不过调制，Am最大值等于A0 ，Am= A0。最大可能的效 率是50%。不含直流的信号进行标准调幅其效率都不会超 过50%。
15
【例】f ( t )=Amcosωmt 对振幅为 A0 的载波进行标准调幅， 求已调波的效率。
2 2 解：Pf 1 f 2 (t ) 1 Am cos2 mt Am / 4
AM
3．1 幅度调制
7
3．1 幅度调制
用信号 f(t) 去控制载波 C(t) 的振幅，使已调波的包 络按照f(t)的规律线性变化
3.1.1标准调幅（AM）
1.标准调幅的波形和频谱
(基带信号f(t)，载波A0cos（w0t）) 已调信号为： 频谱：
AM (t ) [ A0 f (t )] cos(0t ) [ A0 f (t )]( e j t e j t ) / 2
AM(ω
)
π A0δ (ω -ω 0) 1 F(ω -ω 0) 2 ω0 ω
0
t
-ω 0
(a) AM波波形及其频谱 π δ (ω +ω 0)
0
-A0
cosω 0t 1 0 -1 (b) 本地载波波形及其频谱 ud(t) 1 A 2 0 1 f(t) 2
通信原理第三章(模拟调制原理)习题及其答案
第三章（模拟调制原理）习题及其答案【题3－1】已知线性调制信号表示式如下：（1）cos cos c t w t Ω （2）(10.5sin )cos c t w t +Ω 式中，6c w =Ω。
试分别画出它们的波形图和频谱图。
【答案3－1】（1）如图所示，分别是cos cos c t w t Ω的波形图和频谱图设()M S w 是cos cos c t w t Ω的傅立叶变换，有()[()()2()()] [(7)(5)(5)(7)]2M c c c c S w w w w w w w w w w w w w πδδδδπδδδδ=+Ω+++Ω-+-Ω++-Ω-=+Ω+-Ω++Ω+-Ω（2）如图所示分别是(10.5sin )cos c t w t +Ω的波形图和频谱图：设()M S w 是(10.5sin )cos c t w t +Ω的傅立叶变换，有()[()()][()()2()()] [(6)(6)][(7)(5)2(7)(5)]M c c c c c c S w w w w w j w w w w w w w w w w j w w w w πδδπδδδδπδδπδδδδ=++-++Ω+++Ω---Ω+--Ω-=+Ω+-Ω++Ω+-Ω--Ω-+Ω【题3－2】根据下图所示的调制信号波形，试画出DSB 及AM 信号的波形图，并比较它们分别通过包络检波器后的波形差别。
【答案3－2】AM波形如下：通过低通滤波器后，AM解调波形如下：DSB波形如下：通过低通滤波器后，DSB 解调波形如下：由图形可知,DSB 采用包络检波法时产生了失真。
【题3－3】已知调制信号()cos(2000)cos(4000)m t t t ππ=+载波为4cos10t π，进行单边带调制，试确定单边带信号的表达式，并画出频谱图。
【答案3－3】可写出上边带的时域表示式4411ˆ()()cos ()sin 221[cos(2000)cos(4000)]cos1021[sin(2000)sin(4000)]sin1021[cos12000cos8000cos14000cos 6000]41[cos8000co 4m c c s t m t w t mt w t t t tt t tt t t t t πππππππππππ=-=+-+=+++--s12000cos 6000cos14000]11cos12000cos1400022t t t t tπππππ+-=+ 其傅立叶变换对()[(14000)(12000)2+(14000)(12000)]M S w w w w w πδπδπδπδπ=+++-+- 可写出下边带的时域表示式'4411ˆ()()cos ()cos 221[cos(2000)cos(4000)]cos1021[sin(2000)sin(4000)]sin1021[cos12000cos8000cos14000cos 6000]41+[cos8000c 4m c c s t m t w t mt w t t t tt t tt t t t t πππππππππππ=+=+++=+++-os12000cos 6000cos14000]11cos8000cos1600022t t t t tπππππ+-=+其傅立叶变换对'()[(8000)(6000)2(8000)(6000)]M S w w w w w πδπδπδπδπ=++++-+-两种单边带信号的频谱图分别如下图。
通信原理模拟调制系统
通信原理模拟调制系统一、模拟调制系统的基本原理模拟调制系统的基本原理是将数字信号通过调制技术转换为模拟信号，然后通过信道传输，并在接收端使用解调技术将模拟信号还原为数字信号。
模拟调制系统由三个基本组成部分组成，分别是源编码器、调制器和信道。
源编码器将输入的数字信号进行编码处理，调制器将编码后的数字信号转换为模拟信号，并通过信道传输，接收端的解调器将模拟信号还原为数字信号。
二、常用的调制技术1.幅度调制（AM）幅度调制是一种常用的调制技术，通过改变载波信号的幅度来传输数字信号。
具体实现时，将载波信号与数据信号相乘，得到一个幅度变化的信号，然后通过信道传输。
发射端的解调器使用包络检测器将幅度调制信号解调为原始数据。
2.频率调制（FM）频率调制是一种将数字信号转换为模拟信号的调制技术。
频率调制有两种常用的方式，即调频调制（FM）和相位调制（PM）。
在调频调制中，数字信号的变化会导致载波信号频率的变化，而振幅保持不变。
接收端的解调器使用频率解调器将模拟信号还原为数字信号。
3.相位调制（PM）相位调制也是一种将数字信号转换为模拟信号的调制技术。
在相位调制中，数字信号的变化会导致载波信号相位的变化，而频率和振幅保持不变。
接收端的解调器使用相位解调器将模拟信号还原为数字信号。
三、调制解调器调制解调器是模拟调制系统中的关键设备，用于实现数字信号与模拟信号的相互转换。
调制解调器在发射端将数字信号转换为模拟信号，并通过信道传输。
在接收端，调制解调器将模拟信号还原为数字信号，以便进行解码和处理。
四、模拟调制系统的应用模拟调制系统广泛应用于音频和视频信号的传输。
在电视广播中，模拟调制系统被用于将图像和声音信号转化为模拟信号，然后通过无线或有线信道传输。
在手机通信中，模拟调制系统被用于将语音信号转化为模拟信号，然后通过无线信道传输。
总结：模拟调制系统是一种将数字信号转换为模拟信号的技术，常用于音频和视频信号的传输。
它包括源编码器、调制器和信道等组成部分，并通过调制解调器实现数字信号与模拟信号的相互转换。
通信原理第3章图
第3章 模拟调制系统
3.1 信号的频谱搬移概述 3.2 线性调制原理 3.3 线性调制的抗噪声性能 3.4 非线性调制 3.5 模拟调制系统的性能比较 3.6 频分复用与多级调制
第3章 模拟调制系统
由于搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线 性调制 线性调制的一般模型 m(t) s m(t)
2 nc (t ) ns2 (t )
1 2
x (1 x) 1 , x 1 2
1 2
Anc (t ) n (t ) n (t )
2 c 2 s
nc (t ) n (t ) n (t )
2 c 2 s
m(t )
第3章 模拟调制系统
• 在小信噪比情况下，包络检波器会把有用信号 扰乱成噪声，这种现象通常称为“门限效应”： 指当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定 的数值后，检波器输出信噪比出现急剧恶化的 一种现象 • 该特定的输入信噪比被称为“门限”
• SFM(t) 带通限幅器 鉴频器 低通滤波器 m(t)
调频信号的解调方框图
第3章 模拟调制系统
3.6 频分复用(FDM)
• 频分复用（Frequency Division Multiplex） 是调制技术的典型应用，它通过对多路调 制信号进行不同载频的调制，使得多路信 号的频谱在同一个传输信道的频率特性中 互不重叠，从而完成在一个信道中同时传 输多路信号的目的。
第3章 模拟调制系统
3.4非线性调制(角度调制)的原理
一、非线性调制(角度调制)的原理 • DSB、AM、SSB和VSB都是幅度调制，即把欲传 送的信号调制到载波的幅值上。而我们知道一个 正弦型信号由幅度、频率和相位（初相）三要素 构成，既然幅度可以作为调制信号的载体，那么 其它两个要素（参量）是否也可以承载调制信号 呢？ • 这就是我们将要介绍的频率调制和相位调制，统 称为角度调制，这种调制是已调信号频谱与基带 信号频谱之间存在着非线性变换关系，所以称为 非线性调制
第3章模拟调制系统
5
多路复用（提高通信的有效性）。充分利 用信道的带宽资源，将信号分别调制到相 邻的频带，分别传送，可实现频分复用技 术 减少噪声和干扰的影响（提高通信的可靠 性）。不同的调制方式具有不同的抗噪声 性能，通过选择合适的调制方式可以减少 噪声和干扰。如用带宽换取高信噪比。 克服设备的限制。最高与最低频率之差越 小，器件实现容易。
20
移相法SSB调制器方框图
优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。 缺点：宽带相移网络难用硬件实现。
21
四、残留边带（VSB）调制
原理：
M
DSB
SSB
VSB
fc
0
fc
22
调制方法：
m t
sDSB t
H
sSSB t
载波 c t
sm (t ) [m(t ) cosct ] h(t )
输出信号频域表示式为：
1 S m ( ) [ M ( c ) M c )] H ( ) 2
26
移相法模型
sm (t ) [m(t ) cosct ] h(t )
展开，则可得到另一种形式的时域表示式，即 式中
no (t )
n(t )
35
制度增益
So / N o 2 Si / Ni
GDSB
36
三、SSB调制系统的性能 分析模型
sm (t )
sm (t ) mo (t )
BPF
ni (t )
cos c t
LPF
no (t )
n(t )
37
第3章模拟调制系统
t
c
0
c
m(t) 0
M() )
t
m 0
m
SDSB(t) 0
M(＋ωc )/2 )
SDSB() )
M(ωc )/2 )
t cm c c+m 0 cm c c+m
)
)
DSB信号的带宽
BDSB 2m
3. DSB信号的功率及效率 DSB信号的功率定义为已调信号的均方值
PDSB sD2SB (t) m2 (t) cos2 ct
M
()[HVSB
(
c
)
HVSB
(
c
)]
只要在 M ()的频谱范围内，有 HVSB ( c ) HVSB ( c ) 常数.
C(ω)
πδ(ω-ωc)
t
-ωc
0
ωc
(a)
2πA0δ(ω)
M(ω)
t
(b)
-ωm 0 ωm
SAM(ω)
M(ω+ωc)/2 USB
πA0δ
LSB
LSB
M(ω－ωc)/2 USB
t
-ωc-ωm -ωc -ωc+ωm
0
ωc-ωm
ωc ωc+ωm
(c)
*几点结论：
①调幅使原来的 M () 形状没有改变，而位置搬移到 c 处，
① SSB信号的频域表达式
设得到SSB信号为下边带信号，其频谱可以表示成
S SSB
()
1 2
M
(
C
)
M
(
C
)
H
SSB
()
边带滤波器的特性在此用符号函数表示：
H SSB
通信原理第三章 模拟调制系统
当载波为cosωct时
1 1 ) S ( t ) = m ( t ) cos t m ( t ) sin t LSB c c 2 2
1 1 ) S ( t ) = m ( t ) cos t m ( t ) sin t U SB c c 2 2 当载波为sinωct时
w
w
w
w
1 1 ) S ( t ) = m ( t ) sin t m ( t ) cos t L SB c c 2 2 1 1 ) S ( t ) = m ( t ) sin t m ( t ) cos t U SB c c 2 2
w) , h(t) = H(w) = jsgn(
1
t
3）、Hilbert变换的性质: （1）、信号和它的希尔波特变换具有相同的能量谱密度或相 同的功率谱密度。 推论： （2）、信号和它的希尔波特变换的能量(或功率)相同。 （3）、信号和它的希尔波特变换具有相同的自相关函数。 （4）、信号和它的希尔波特变换互为正交。 4）、Hilterb变换的用途： 在单边带调制中，用来实现相位选择，以产生单边带信号
1 S ( w ) = A w w w w [ M ( w w ) M ( w w )] A M c c c c 2
c(t) 载波 调制 信号 已调 信号 m(t)
-f
H
C(f)
-f c 0 fc
f
M(f)
f
-fL 0 f
L
fH
sm(t)
第三章 模拟调制系统
引言 3.1 幅度调制 标准调幅（AM） 双边带调幅（DSB） 单边带调幅（SSB） 残留边带调幅（VSB） 3.2 角度调制原理 3.3 抗噪声性能 各种幅度调制系统的噪声性能 非线性调制系统的抗噪性能 模拟系统比较
第三章模拟调制系统-VSB
=
利用差角公式展开： 利用差角公式展开：
s(t ) = ∫
∞ −∞
∫
∞
−∞
h (τ ) f ( t − τ ) cos ω c ( t − τ ) d τ
∞ −∞
h(τ ) f (t − τ )cosωct cosωcτ dτ + ∫ h(τ ) f (t − τ )sinωct sinωcτ dτ
sa (t ) = s (t ) + cd (t ) = s I ( t ) cos ω c t + s Q ( t ) sin ω c t + Ad cos ω c t = [s I ( t ) + Ad ] cos ω c t + s Q ( t ) sin ω c t
= A ( t ) cos [ω c t + θ ( t ) ] 1 2 2 其中 A(t ) = [Ad + s I2 (t ) + 2 Ad sI (t ) + sQ (t )] 2
AM …有载波 效率低 包络检波 有载波…效率低 有载波 效率低…包络检波 DSB…无载波 效率高 相干解调 无载波…效率高 无载波 效率高…相干解调 SSB…无载波 效率高 相干解调 无载波…效率高 无载波 效率高…相干解调 VSB…无载波 效率高 相干解调 无载波…效率高 无载波 效率高…相干解调 插入载波…… 效率低 包络检波 效率低…包络检波 插入载波
图3-28 线性调制相干解调的一般模型
= [s I (t ) cosω c t + sQ (t ) sinω c t ] cosω c t
1 1 1 = s I (t ) + s I (t )cos2ω c t + sQ (t ) sin 2ω c t 2 2 2 1 经过低通滤波器： 经过低通滤波器： sd (t ) = s I (t ) ∝ f (t ) 2
模拟调制系统
节能减排需求
随着全球能源危机和环境问题的日益严重，低功耗设计成为电子设备的
重要发展方向，能够降低能源消耗和减少碳排放。
02
市场竞争压力
低成本设计是市场竞争的重要手段之一，能够降低产品的售价，提高市
场竞争力。
03
技术挑战与解决方案
低功耗和低成本设计需要采用高效的电源管理技术、优化电路设计和制
造工艺等手段来实现，同时也需要加强新材料和新器件的研发和应用。
调试困难
模拟调制系统的调试通常需要 经验丰富的技术人员，而且调 试过程较为复杂。
升级困难
随着技术的发展，模拟调制系 统可能难以满足新的传输标准 和更高的性能要求，升级改造
较为困难。
06
模拟调制系统的发展趋势与展望
高频段、大带宽应用的发展趋势
高频段资源丰富
随着无线通信技术的发展，高频段资源逐渐被发掘和利用， 例如毫米波频段，具有丰富的频谱资源，能够满足大带宽 通信的需求。
VS
影响因素
频带利用率受到调制方式、信号参数和传 输介质等多种因素的影响。在选择调制方 式和参数时，需要综合考虑频带利用率和 系统其他性能指标。
抗干扰性能
抗干扰性能
抗干扰性能是衡量模拟调制系统在存在噪声 和干扰情况下传输质量的重要指标。抗干扰 性能越好，传输质量越高，信号失真和误码 率越低。
影响因素
基于数字信号处理（DSP）的实现方式
1 2
数字信号处理器（DSP） 利用数字信号处理算法实现信号的调制。
优点
灵活性高，可实现复杂调制方案，易于实现信号 的解调。
3
缺点
需要数字电路和编程技术，成本相对较高。
基于软件无线电（SDR）的实现方式
软件无线电（SDR）
CW调制
连续波调制，已调信号可表示为 连续波调制， (t ) = A(t ) cos[ω 0t + θ (t )] 参数：振幅A 参数：振幅 ( t )、频率 0和相位 t ) 。 、频率ω 和相位θ(
连续波调制分为幅度调制、频率调制和相位调制。 连续波调制分为幅度调制、频率调制和相位调制。 幅度调制
频率调制和相位调制二者又统称为角度调制，简称角调。 频率调制和相位调制二者又统称为角度调制，简称角调。 角调
第3章 模拟调制系统 章 模拟调制系统
石高涛 shgt@ 天津大学计算机科学与技术学院
前言
低通和带通信号
信号的频谱(频率成分 分布在零频附近的信号成 信号的频谱 频率成分)分布在零频附近的信号成 频率成分 低通信号。 为低通信号。 带通信号的频谱常分布在远离某个频率点 附近， 的频谱常分布在远离某个频率点f 带通信号的频谱常分布在远离某个频率点 c附近， 一般情况下f 远高于信号的带宽。因此， 一般情况下 c远高于信号的带宽。因此，带通信 号的带宽远小于f 附近是信号频率分布范围。 号的带宽远小于 c，fc附近是信号频率分布范围。
η AM =
( Am / A0 ) 2 1 + ( Am / A0 ) 2
对于调制， 最大值等于A0。最大可能的效率是50% 对于调制，Am最大值等于 。最大可能的效率是 最大值等于 不含直流的信号进行标准调幅其效率都不会超过50%。 不含直流的信号进行标准调幅其效率都不会超过 。
第三章模拟调制系统
VSB信号频域表达式为：
1 S VSB (ω ) = H VSB (ω )[F (ω − ω c ) + F (ω + ω c )] 2
VSB调制信号采用相干解调方式，见下图。
s 其输出为： p ( t ) = s VSB ( t ) ⋅ c d ( t ) =
s VSB ( t )cos ω c t
s ( t ) = A( t ) cos [ω c t + ϕ ( t ) + θ
0
]
式中， (t )为载波瞬时幅度，ϕ (t )为载波的相位偏移。 A 如果 ϕ(t) 为常数， (t ) 随 f (t ) 成比例变化，则称为调幅。 A
ϕ 如果 A(t ) 为常数， (t ) 或 ϕ (t ) 的导数随 f (t )成比例变化， 则称为调角，前者称为调相，后者称为调频。
相干解调输出信号的频谱为： 1 S p (ω ) = [S VSB (ω − ω c ) + S VSB (ω + ω c )] 2
1 S p (ω ) = H VSB (ω − ωc )[F (ω − 2ωc ) + F (ω )] 4 1 + H VSB (ω + ω c )[F (ω ) + F (ω + 2ω c )] 4
SAM(ω) = πA0 [δ(ω − ωc ) + δ(ω + ωc )] + 1 [F(ω − ωc ) + F(ω + ωc )] 2
此时，已调信号的频谱如下图所示。
调幅信号的平均功率为：
PAM = s (t )
2 AM
= [ A0 + f (t )] cos ωct
第3章 模拟调制系统
sm (t )
cos ω c t
m(t)--调制信号（一般为基带信号）； --调制信号（一般为基带信号）； --调制信号 sm(t)--已调信号； --已调信号 --已调信号； h(t)--滤波器的冲激响应。 --滤波器的冲激响应 --滤波器的冲激响应。
H (ω ) ⇔ h(t )
表达式： 表达式：
2011-7-14
现代通信原理
6
第3章 模拟调制系统
（3）波形及频谱 ）
sAM (t ) = [ A0 + m(t )]cos ωc (t ) = A0 cos ωc (t ) + m(t )cos ωc (t )
1 S AM (ω ) = πA0 [δ (ω + ω c ) + δ (ω − ω c )] + [M (ω + ω c ) + M (ω − ω c )] 2
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现代通信原理
13
第3章 模拟调制系统
抑制载波的双边带调幅（DSB-SC） 3.1.3 抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）
信号的表达式、 1. DSB信号的表达式、频谱及带宽 信号的表达式
在一般模型的基础上） 条件（在一般模型的基础上）： （1）模型 滤波器为全通网络 为全通网络： 滤波器为全通网络：H(ω )=K(=1); m(t ) × 调制信号：无直流分量， 调制信号：无直流分量，依然
s AM (t )
sp (t)
cos ω c t
mo (t )
s p (t ) = s AM (t ) ⋅ cos ωc t = [A0 + m(t )]cos 2 ωct 1 1 = [A0 + m(t )] + [A0 + m(t )]cos 2ωc t 2 2 用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制信号： 用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制信号： 1 同频不同相？ 问：同频不同相？ m o (t ) = [ A0 + m (t )] 2 同相解调结果： 幅度 幅度。 同相解调结果：1/2幅度。
[信息与通信]第3章模拟调制系统
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1 mt cos c t 2
cos c t
移相
2
S SSB (t )
1 ˆ t m 2
1 mt sin c t 2
13
4. 解调：下图以上边带为例，示出用低通滤波器滤出解调后 的信号。
C(f)
-fc
0 (a) 载波频谱
S(f)
fc
f
上边带
上边带
-2fc
图3.1.1 调制器
1
1. 调制的目的： 频谱搬移 － 适应信道传输、合并多路信号 提高抗干扰性 2. 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
2
3.2 线性调制
3.2.0 基本概念
设载波为：c(t) = Acosct = Acos2 fct 调制信号为能量信号m(t)，其频谱为M(f ) 载 波：c(t) 调制 s(t) H(f) 信号 相乘结果： s(t) m(t) 滤波输出： s(t) Acos0t 用“”表示傅里叶变换： m(t ) M ( f )
2
边带 功率
6
6. 调制效率：
边带功率 AM平均功率
m 2 (t ) A02 m 2 (t )
单音余弦信号：
2 Am 1 2 2 2 A0 Am 3
m(t ) Am cosmt
调制效率低
7
7. 频谱特性：含离散载频分量 当m(t)为余弦波，且m＝100％时， 两边带功率之和 ＝ 载波功率之半。
f0
f
11
2)相移法：
m(t ) Am cosmt c(t ) cos(ct )
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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：s(t)=[cos(2000πt)+cos(4000πt)] cos104πt =0.5[cos(12000πt)+cos(8000πt)]+0.5[cos(14000πt)+cos(6000πt)] 所以有： 上边带信号为： sUSB(t)=0.5cos(12000πt)+0.5cos(14000πt) 下边带信号为: sLSB(t)=0.5cos(8000πt)+0.5cos(6000πt)
●信号频谱从零频附近开始，到能量集中的一段频率范围称为基本频
●频带传输就是先将基带信号变换成频带信号，再将这种频带信号在
信道中传输
●基带信号与频带信号的转换是由调制解调完成的
3.1 概述
●调制 ●定义 ●载波：确知的周期性波形
m(t) 调制信 号
调制器
S (t) 已调信号
●按基带信号的变化规律去改变载波某些参数的过程
2 输出信号噪声功率比：r0 E[m' 2 (t ) A2 / nc (t )]
∵在检波前的信噪比等于 ri E
1 1 m' (t )2 A2 / n 2 (t ) 2
∴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。
HH(f)特性
HH(f)特性 上边带
S(f) 上边带
f0 2f0 0 (b) 上边带滤波器特性和信号频谱 (b) 上边带信号频谱
S(f) M(f)
下边带
-f0
0
f0
f
f
HL(f)特性
HL(f)
0
f0
2f0
f0
f
f
-f0 (c) 载波和上边带信号频谱的卷积结果 (c) 下边带滤波器特性和信号频谱
单边带信号的解调
2
载波功率
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 ●从功率上讲，AM信号的功率利用率比较低
3.2 线性调制------幅度调制 振幅调制(AM)
● AM信号的接收：包络检波 ●原理
整流器
低通滤波器
●性能
包络检波器解调调幅信号
设输入电压为
y(t ) {[1 m '(t )] A nc (t )}cos 0t ns (t )sin 0t 式中， nc (t ) cos0 t ns (t ) sin 0 t为输入噪声电压
M(f)
A [ M ( f f 0 ) M ( f f 0 )] 2
S(f)
●在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；
单搬移(精确到常数因子) ●由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制。 f ●适当选择滤波器的特性H(f)，便可以得到各种幅度调制信号 0 -f0 f0 0 例如，调幅、双边带、单边带及残留边带信号等
－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 ●目的 进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而提 高系统信息传输的有效性和可靠性 ●分类 ●根据调制信号的形式：模拟调制、数字调制 ●根据载波的不同：以正弦波作为载波的连续载波调制、以脉冲串 作为载波的脉冲调制 ●根据调制器频谱搬移特性的不同：线性调制、非线性调制
3.1 概述
●基带传输 ●信源发出的原始电信号，其特点是频率较低
带，简称为基带，具有低通形式 ●基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号 ●在信道中直接传输这种基带信号就称为基带传输 ●在基带传输中，整个信道只传输一种信号，通信信道利用率低
●频带传输 ●便于在信道中传输的、具有较高频率范围的信号称为频带信号
(a) 输入信号频谱密度 (b) 输出信号频谱密度
●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
f
3.2 线性调制------幅度调制
●振幅调制(AM) ●基本原理 调制 信号
s(t)
H(f)
m(t) Acos t 0
s(t)
已调 信号
设:假设h(t)=δ(t)，即滤波器（H(f)=1）为全通网络 m(t) = [1+m(t)]， |m(t)| 1,E[m(t)|]=0，则有调幅信号：
单边带信号的频谱
3.2 线性调制------幅度调制
●AM、DSB、SSB信号几点讨论 ●信号带宽
BAM=2fm ● BDSB=2fm ● BSSB=fm ●功率分配
●
●
sAM (t ) [m '(t ) 1]cos 0t
2 AM
PAM S
●
sDSB (t ) m(t )cos 0t
2 y(t)的包络：V y (t ) {[1 m' (t )] A nc (t )} 2 ns (t ) 在大信噪比下：
Vy (t ) [1 m' (t )]A nc (t )
3.2 线性调制------幅度调制 振幅调制(AM)
● AM信号的接收：包络检波 ●性能
y(t ) {[1 m '(t )] A nc (t )}cos 0t ns (t )sin 0t 在大信噪比下： Vy (t ) [1 m' (t )]A nc (t ) 检波后（已滤除直流分量）： v(t ) m' (t ) A nc (t )
信源
调制器
信道
解调器
信宿
发送端 噪声源
接收端
信 源
压 缩 编 码
保 密 编 码
信 道 编 码
调 制
信 道
噪 声
解 调
信 道 解 码
保 密 解 码
压 缩 解 码
信 宿
信 源 编 码 发送端
信 源 解 码 接收端
第3章 模拟调制系统
3.1 概述 3.2 线性调制 振幅调制(AM) 双边带调制(DSB) 单边带调制(SSB) 残留边带调制(VSB) 3.3 非线性调制 基本原理 已调信号的频谱和带宽 角度调制信号的接收
3.2 线性调制------幅度调制
●双边带(DSB)调制
●基本原理
调制 信号
s(t)
H(f)
m(t) cos t 0
sDSB(t)
已调 信号
sDSB (t ) m(t )cos 0t
假设h(t)=δ(t)，即滤波器（H(f)=1）为全通网络; 调制信号m(t)没有直流分量时，得到DSB信号:
★例3-1 已知信号s(t)=cos(2π×104t)+4cos(2 .2π×104t)+cos(2 .4π×104t) ，
是某个AM已调信号的展开式，试求(1)写出该信号的频域表达式，并 画出它的频谱图；(2)写出它的包络表达式；(3)求出调制信号表达式 和调幅度 解:(1)S(f)=0.5[δ(f+104)+δ(f-104)]+2[δ(f+1.1×104)+δ(f- 1.1×104)]+ 0.5[δ(f+1.2×104)+δ(f- 1.2×104)] (2) 由频谱图可知载波频率为1.1 ×104Hz,载波分量为cos(2 .2π×104t) 所以s(t)=cos(2π×104t)+4cos(2 .2π×104t)+cos(2 .4π×104t) =2cos(2.2π×104t)cos(0.2π×104t) + 4cos(2 .2π×104t) =[4 + 2cos(0.2π×104t)]cos(2 .2π×104S(f) t) 2 = 4[1+ 0.5cos(0.2π×104t)]cos(2 .2π×104t) 包络表达式为： 4[1+ 0.5cos(0.2π×104t)] (3)调制信号表达式：1+ 0.5cos(0.2π×104t) 1/2 f(kHz) 调幅度：m=0.5 -12 -11 -10 10 11 12
s(t) = [1+m(t)]Acos0t 式中， [1+m(t)] 0，即s(t) 的包络非负,调幅度m= |m(t)|max
1+m(t) m(t)
1
+1=
1+m(t)
1.2 线性调制------幅度调制 振幅调制(AM)
●频谱 ●含离散载频分量 ●AM信号是带有
调制 信号
3.2 线性调制------幅度调制 双边带(DSB)调制
● 解调方法
s(t)
接收 信号
r(t)
cos0t
H(f)
m(t )
基带 信号
●相干解调
需要本地载波 设接收的DSB信号为 接收端的本地载波为
m(t ) cos 0t cos[( 0 )t ]
1 m(t ){cos(t ) cos[(2 0 )t ]} 2
s(t)
H(f)
m(t) Acos t 0
s(t)
已调 信号
载波的双边带信 号，它的带宽是 基带信号带宽fm的 两倍，即BAM=2fm
3.2 线性调制------幅度调制 振幅调制(AM)
●功率 ●
已调信号在1Ω电阻上的平均功率为：
pS = S 2 (t ) = [1+ m '(t )]2 cos2 w0 t
●调制信号m(t)
3.2 线性调制------幅度调制
●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 s(t) ● 一般模型 调制 已调 H(f) 信号 信号
m(t) Acos t 0
●时域
●频域
s(t)
s '(t ) m(t ) A cos 0t