通信原理第五章模拟调制系统

1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1.5
SSB调 制 t 信 号
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
t
各种线性调制方式
调制方式
AM DSB SSB VSB
时域表达式
m0m'tcosct
mtcosct
m tco sctm m ˆtsinct
m tc o s c tm m ) tsin c t
调制的分类 √ 模拟调制：调制信号是连续变化的模拟信号
调制信号不同： 数字调制：调制信号是离散的数字信号
√ 载波信号不同： 连续波调制：载波信号是连续波形
脉冲调制：载波信号是脉冲波形
调制的分类
幅度调制：载波幅度随调制信号变化√
被调制载波参数不同： 频率调制：载波频率随调制信号变化√
频谱的变化：
相位调制：载波相位随调制信号变化√ 已调信号与输入信号频谱之√间
上边带
下边带
SSB时域波形
3
SSB调 制 信 号
2
1
一般情况： 0
-1
-2
-3
0
0.5
1
1.5
2SSB调2.制 5 信 号3
3.5
4
4.5
5
1.5
t
1
0.5
单音调制： 0
-0.5
-1
-1.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
t
SSB调制小结
SSB信号DSB一样，不能采用简单的包络检 波，因为它的包络不能直接反映调制信号的变 化，所以需采用相干解调。
F-(w)/2
F(w)
F+(w)/2
上边带
-H O H
下边带
S(w)
下边带 上边带
-c
高通滤波器
F-(w+wc)/4
O
上边带频谱
c
F+(w-wc)/4
-c
Oc低通滤波器下边带频谱F+(w+wc)/
F-(w-wc)/4
-c 4
O
c
SSB信号的频域表示式
m t
sDSB t H sSSB t
m t
sDSB t H sVSB t
cos wct 残留边带信号的频谱:
SV SB()SD SBH 1 2[M (c)M (c)]H ()
滤波器的特性应按残留边带调制的要求进行 设计，不需要十分陡峭的截止特性，因而它比 单边带滤波器容易设计。
残留边带滤波器设计
sVSB t
从接收端分析滤
I、相干解调
原理：为了无失真地恢复基带信号，接收端必 须提供与发送端载波严格同步（同频同相）的本 地载波（称为相干载波），它与接收信号相乘低 通滤波后，可得到原始的调制信号。
sm t
s p t LPF sd t
c t cosct
相干解调器的一般模型
相干解调器时域分析
已调信号的表达式:
s m (t) s I(t)c o sc t s Q (t)sinc t
频域表达式：无载频分量
SD(S )B1 2[M (c)M (c)]
（2）双边带调制（DSB）
时域表示
抑制载波
m(t)
O
O t
t
DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致 需采用相干解调（同步检波） 调制信号m(t)的过零点处高频载波相位有180o突变
sDS (t)Bm (t)co cs t
DSB信号频谱分析
载波功率 边带功率
调制效率
有用功率（用于传输有用信息的边带功率） 占信号总功率的比例称为调制效率。
AMPPASM
m'2(t)/2 m02/2m'2(t)/2
“满调幅”时，如果m’(t)为矩形波形，则最大可得到
AM =50%，而m’(t)为正弦波时可得到AM =33.3%。
一般情况下，调幅指数都小于1，调制效率很低，即 载波分量占据大部分信号功率，有信息的两个边带占 有的功率较小。
时域波形
当m0≥|m’(t)|max
时已调信号包络与调 制信号波形相同，用 包络检波法可以恢复 出原始调制信号。
否则,出现“过调幅” 现象，包络检波失效。
A max
Amin
AM调制波形分析
m’(t)
O
重要参数：调幅指数
t
AM
m'
m0
Amax Amax
Amin Amin
sAM (t) O
Amax
特性, 相干解调时才能无失真地从 残留边带信号中恢复所需的调制信 号。
残留边带滤波器特性的两种形式
H
1
0.5
残留“部分上边带”
(a) c
(b)
c
1
0.5
残留“部分下边带”
0
VSB时域波形
一般情况： 单音调制：
SSB调 制 信 号 2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
-3
0
0.5
1
Amin
t
满调幅, A M =1，此时m’=m0 欠调幅，一般 A M 小于1
过调幅， A M 大于1 ，Amin为负值
当满足条件m’ (t)max m0时，AM信号的包络与调制信号成正比， 可以用包络检波法很容易恢复出原始的调制信号 m’ (t) max >m0将会出现过调幅现象而产生包络失真,不能用包 络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用相干解调
1 4[M(c)M(c)]
1 2
m(t
)
cos
ct
1
4 [M (c )s g n (c ) M (c )s g n (c ) ]
1 2
mˆ
(t
)
sin
c
t
SSB信号的时域表示
所以: sS S B (t)1 2m (t)c o sct 1 2m ˆ(t)sinct
SSB的时域表示式：
sSS (t) B 1 2 m (t)cocts 1 2 m ˆ(t)sic n t
SSB 1 B SSB fH PSSB PDSB / 2
工程实现困难？
（4）残留边带调制（VSB）
残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种 折中方式，它克服了DSB信号占用频带宽的缺 点，又解决了SSB信号实现中的困难。
M
DSB SSB VSB
fc
损失部分
残0 留部分
fc
滤波法实现残留边带调制
带宽
2fH 2fH fH fH~2fH
例5-1
已知调幅信号的表达式为SAM(t)=1.25cos2π(104)t +4cos2π(1.1×104)t+1.25 cos2π(1.2×104)t
试求：1)载频为多少？
2)调幅指数为多少？
3)调制频率为多少？
解： s A M ( t ) 4 2 . 5 c o s ( 2 1 0 3 t ) c o s ( 2 1 . 1 1 0 4 t )
注意:“线性”并不意味着已调信号与调制信 号之间符合线性变换关系。
（1）标准调幅 AM
时域表示
m’(t)
sAM (t)
Amax
Amin
O
t
O
t
调制信号 m ' (t ) 0
叠加直流m0
m00+m’(t)
O
t
O
t
s A M ( t) m ( t) c o sc t m 0 c o sc t m '( t) c o sc t
DSB信号节省了载波功率，调制效率为100％ 频带宽度仍是调制信号带宽的两倍 上、下两个边带是完全对称的
问题：能否只传输其中一个边带， 节省带宽？
SD(S )B1 2[M (c)M (c)] 单边带调制
（3）单边带调制（SSB）
双边带信号两个边带中的任意一个
都包含了调制信号频谱M()的所有频谱
信息，因此可以只传输其中一个边带。 既节省发送功率，还可节省一半传输频 带，这种方式称为单边带调制。
线性调制： 呈线性搬移
非线性调制：
已调信号与输入信号频谱之间 呈非线性搬移
m (f )
线性调制
sm (f )
频谱之间呈线性搬移关系： AM、ASK
频谱之间没有线性对应关系：
非线性调制
sm (f )
FM、PM、FSK
5.2.1 幅度调制的原理
设正弦型载波为:
s(t)Acosct0
式中，A —载波幅度； c —载波角频率； 0 —载波初始相位。
第三章 模拟调制系统
本章内容:
1
引言
2 幅度调制的原理及抗噪声性能
3 非线性调制的原理及抗噪声性能
4 各种模拟调制系统的比较
5
频分复用(FDM)
6 复合调制及多级调制的概念
本章重点
模拟通信系统的原理，各种模拟调制方 式及抗噪声性能比较！
模拟调制: ➢线性调制:AM,DSB,SSB,VSB ➢非线性调制:FM,PM
幅度调制信号(已调信号)可表示成:
s m (t) A m (t)c o s (c t0 )
式中， m(t)—基带调制信号。
假设m(t)<->M()，则已调信号的频谱为:
Sm ()A 2M (c)M ( c)