实验一 各种模拟调制系统的信号分析

实验一各种模拟调制系统的信号分析

一、实验目的

熟悉Systenview软件的使用，掌握各种模拟调制系统的基本原理，学会用Systenview软件对各种模拟调制系统进行建模并对信号进行分析。

二、实验原理

1、AM调制

任意的AM已调信号可以表示为Sam(t)=c(t)m(t)，当m(t)=A0+f(t);c(t)=cos(ωct+θ0)，且A0不等于0时，称为

常规调幅，其时域表达式为：

Sam(t)= c(t)m(t)= [A0 +f(t)] cos(ωct+θ0)

常规的AM调制系统框图

其中A0是外加的直流分量，f(t)是调制信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号。ωc=2πfc为载波信号的角频

率，θ0为载波信号的起始相位，为简便起见，通常设为0。

2、双边带调幅（DSB）

在标准调幅时，由于已调波中含有不携带信息的载波分量，故调制效率较低。为了提高调制效率，在标准调幅的基础

上抑制掉载波分量，使总功率全部包含在双边带中。这种调制方式称为抑制载波双边带调制，简称双边带调制(DSB)。

双边带调制信号的时域表达式：

SDSB(t)=f(t)cosωct

双边带调制信号的频域表达式：

SDSB(ω)=[F(ω+ωc)+F(ω－ωc)]/2

实现双边带调制就是完成调制信号与载波信号的相乘运算。原则上，可以选用很多种非线性器件或时变参量电路来实现乘法器的功能，如平衡调制器或环形调制器。通常采用的平衡调制器的电路简单、平衡性好，并可将载波分量抑制到-30~-40dB。双边带调制节省了载波功率，提高了调制效率，但已调信号的带宽仍与调幅信号一样，是基带信号带宽的两倍。

3、单边带信号调制（SSB）

双边带信号虽然抑制了载波，提高了调制效率，但调制后的频带宽度仍是基带信号带宽的2倍，而且上、下边带是完全对称的，它们所携带的信息完全相同。因此，从信息传输的角度来看，只用一个边带传输就可以了。我们把这种只传输一个边带的调制方式称为单边带抑制载波调制，简称为单边带调制(SSB)。采用单边带调制，除了节省载波功率，还可以节省一半传输频带，仅传输双边带信号的一个边带(上边带或下边带)。因此产生单边带信号的最简单方法，就是先产生双边带。然后让它通过一个边带滤波器，只传送双边带信号中的一个边带，这种产生单边带信号的方法称为滤波法。由于理想的滤波器特性是不可能作到的，实际的边带滤波器从带通到带阻总是有一个过渡带，随着载波频率的增加，采用一级载波调制的滤波法将无法实现。这时可采用多级调制滤波的办法产生单边带信号。即采用多级频率搬移的方法实现：先在低频处产生单边

带信号，然后通过变频将频谱搬移到更高的载频处。产生SSB 信号的方法还有：相移形成法，混合形成法。下面主要介绍单边带的移相法形成原理及仿真。

为简便起见，设调制信号为单频信号

f(t)=Amcosωmt，

载波为c(t)=cosωct，则调制后的双边带时域波形为：

SDSB(t)＝ Amcosωmt cos t

＝ [Amcos(ωc+ωm)t+ Amcos(ωc-ωm)t] /2 保留上边带，波形为：

SUSB(t)＝[Amcos(ωc+ωm)t]/2

＝Am (cosωctcosωmt-sinωctsinωmt) /2 保留下边带，波形为：

SLSB(t)＝[Amcos(ωc-ωm)t]/2

＝Am (cosωctcosωmt+sinωctsinωmt) /2 上两式中的第一项与调制信号和载波信号的乘积成正比，称为同相分量；而第二项的乘积则是调制信号与载波信号分别移相90°后相乘的结果，称为正交分量。由此可以引出另一种形成单边带信号的方法——移相法。需要说明的是，如果调制信号是任意的周期信号，则可将其分解出多个频率分量之和，只要其中的移相电路为一定带宽的移相电路，对这些频率分量都能移相90°，那么形成任意调制信号的单边带信号是可能的。只不过将f(t)的输入变为f(t)/2即可。

4、频率调制（FM）

角度调制可分为频率调制和相位调制，由于频率调制和相位调制存在内在联系，且实际应用中频率调制得到广泛采用，因此本实验以调频为主来进行分析和仿真。在连续波调制中，载波可表示为：

其中幅度A、角频率ωc和相位φ这三个参数都可以用来携带信息而构成调制信号。如果幅度A和角频率ωc保持不变，而瞬时角频率是调制信号f(t)的线性函数时，这种调制方式称为频率调制。此时瞬时角频率偏移为：

瞬时角频率为：

式中KFM称为频偏常数，有时也称为调频器的灵敏度，单位为弧度/秒/伏。

调频波的瞬时相位为：

调频波的时间表示式为：

如果调制信号为单余弦时：

则调频波的时间表示式为：

上式中βFM=KFMAm/ωm称为调频指数，KFMAm为最大角频率偏移。

调频波的瞬时频率偏移与调制信号f(t)成线性关系，而它的瞬时相位偏移与调制信号f(t)的积分成线性关系。对于采用单音调制时的调相和调频信号，如果都用瞬时角频率表示，则分别为

从频率调制的相位与频率关系可以看出，调频信号可通过直接调频和间接调频两种方法得到，所谓间接调频就是先对调制信号积分再调相而得到。同样，调相信号也可以通过直接调相和间接调相两种方法得到，间接调相就是先对调制信号进行微分再进行频率调制。

根据调制后已调信号的瞬时相位偏移的大小，可将角度调制分为宽带调制(宽带调频和宽带调相)和窄带调制(窄带调频和窄带调相)。如果调频信号或调相信号的最大瞬时相位偏移保持在很小的范围内，一般小于30°，即满足条件

时，则称为窄带调频或窄带调相。当上述条件不满足时，就称为宽带调频或宽带调相。当β<<1时，存在sinβ≈β，cosβ≈1。可将窄带调频表示式简化为