模拟调制系统

第五章模拟调制系统

知识结构-调制的基本概念和作用、分类

-幅度调制的主要类型，及各自的调制解调方法、波形、

频谱、带宽、及抗噪声性能

-角度调制的主要类型，及各自的调制解调方法、功率、

带宽、及抗噪声性能

教学目的-了解模拟调制及其解调的原理和系统的抗噪声性能

-掌握各种已调信号的时域波形和频谱结构，系统的抗噪

声性能

-了解一些常用的调制解调芯片

教学重点-信噪比增益

-已调信号表达式的写法及分析、波形画法及分析

-卡森公式

教学难点-信噪比增益

-角度调制中最大频偏的概念和计算

教学方法及课时-多媒体授课（6学时）（3个单元）

作业-5-4，5-7，5-9，5-16，5-18

备注（在上课之前最好让学生复习一下“高频电路”中相关内容）

AM和DSB在高频电路中如果已经讲的比较细，此处可略

讲。

单元七（2学时）

§5.1 引言（调制的作用和分类）

知识要点：调制的过程、作用、分类

我们在第一章已经学过了模拟通信系统和数字频带通信系统的模型。从模型图中可以看出，它们都需要进行“调制”。那么什么是调制？为什么要进行调制？调制有哪些分类呢？我们下面逐一介绍。

§5.1.1 调制的概念（过程）

所谓调制，就是在发送端将要传送的信号附加在高频振荡信号上，也就是使高频振荡信号的某一个或几个参数随基带信号的变化而变化。其中要发送的基带信号又称“调制信号”；高频振荡信号又称“被调制信号”。

§5.1.2 调制的作用

调制的主要作用有三个：

1、将基带信号转化成利于在信道中传输的信号；

2、改善信号传输的性能（如FM具有较好的信噪比性能）

3、可实现信道复用，提高频带利用率。

§5.1.3 调制的分类

分2大类：正弦波调制、脉冲调制

正弦波调制又可分为模拟调制和数字调制。其中模拟调制又分调幅和调角2类，这是我们本章的主要内容。

§5.2 幅度调制与解调

知识要点：AM DSB SSB VSB的原理及波形频谱的画法带宽计算

§5.2.1 幅度调制的一般模型

幅度调制是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。幅度调制器的一般模型如图5-1所示。

图5-1 幅度调制器的一般模型

图中，为调制信号，为已调信号，为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为

（式5-1）

（式5-2）式中，为调制信号的频谱，为载波角频率。

由以上表达式可见，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，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统。

在图5-1的一般模型中，适当选择滤波器的特性，便可得到各种幅度调制信号，例如：常规双边带调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB-SC）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）信号等。

§5.2.2 常规双边带调幅（AM）

1. AM信号的表达式、频谱及带宽

在图5-1中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号叠加直流

后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带调幅（AM）信号。AM调制器模型如图5-2所示。

图5-2 AM调制器模型

AM信号的时域和频域表示式分别为：

（式5-3）

（式5-4）

式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即。

AM信号的典型波形和频谱分别如图5-3（a）、（b）所示，图中假定调制信号的上限频率为。显然，调制信号的带宽为。

图5-3 AM信号的波形和频谱

由图3-3（a）可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，

必须满足，否则将出现过调幅现象而带来失真。

AM信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带）。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即

（式5-5）式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。

2. AM信号的解调

调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号

还原为调制信号。AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。

（1）相干解调

由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调的原理框图如图5-4所示。

图5-4 调幅相干解调原理图

将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得

由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号

（式5-6）相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。

（2）包络检波法

由的波形可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成，如图5-5所示。

图5-5 包络检波器一般模型

图5-6为串联型包络检波器的具体电路及其输出波形，电路由二极管D、电阻R和电容C组成。当RC满足条件

时，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即