信号调制的基本原理

的2/3。实际应用中调幅系数是小于1的。因此，
AM调制能量利用率是很低的。目前AM制式主要
应用于中、短波无线电广播系统中，因为普通AM
制式的解调电路简单。
• 4.2.2 双边带调幅信号（DSB） • 双边带调幅信号数学表达式为
uDSB (t) Kuc (t)u (t)
• •即
KUcmcosctUmcost
（4-14）
•
uDSB
(t)

1 2
KmaUcmcos(c

)t

1 2
KmaUcmcos(c

)t
（4-15）
4.2.2 双边带调幅信号（DSB）
• 双边带调制实质为一乘法器，其电路模型 如图
uΩ(t)
uDSB(t)
uc(t) 图4-8 DSB信号产生电路模型
4.2.2 双边带调幅信号（DSB）
• 瞬时角频率
• (t) c k fUm cos t c m cos t (4-30)
• 瞬时相位
• (t)

ct

k f U m
sin
t
ct mf sin t
• 调频信号数学表达式
(4-31)
4.3.2 调频信号分析
• uFM Ucm cos(ct mf sin t) (4-32)
•
U cm kau ( t ) U cm(1 maCos t ) （4-5）
4.2.1 普通调幅（AM ）
• 式中
ma

k aU m U cm
• 因此，普通调幅信号可以表示为
• u AM ( t ) U cm(1 maCos t )Cosct
（4-6）
• 由上式可以看出，普通调幅信号的电路模型可以 由一个乘法器和一个加法器组成。如图4-4所示。
4.2.1 普通调幅（AM ）
图4-6 >1时，普通调幅信号波形图
4.2.1 普通调幅（AM ）
• 将式（4-6）利用三角函数公式展开得
uAM (t) Ucmcosct maUcmcostCosct
•

Ucmcosct

1 2
maUcmcos(c

)t

1 2
maUcmcos(c
4.2.1 普通调幅（AM ）
图4-4 普通调幅电路模型
4.2.1 普通调幅（AM ）
• 2. 普通调幅信号的波形与频谱
• 按照上述简单分析，只要已知基带信号和 载波，就可以画出已调波的波形。
• 在一个信号周期内，其最大振幅为
•
Ucmax Ucm (1 ma )
（4-7）
4.2.1 普通调幅（AM ）
• 单边带调幅的带宽为
•
BWSSB
(4-19）
• 单边带调幅电路有两种实现方法
• 滤波法
• 移相法
• 4.2.4 残留边带调幅信号（VSB）
• 单边带调幅方式有其优点，但也存在接收 机解调电路复杂、调谐困难等缺点。为克 服这些困难，提出了残留边带调幅方式。
• 所谓残留边带调幅（VSB）是指发送信号 中包括一个完整边带、载波及另一个边带 的小部分(即残留一小部分)。
• (t) c f u (t) c (t)
(4-24)
4.3.2 调频信号分析
• f 为与调频电路有关的比例常数，单位是
rad／s.v
• 又称为调频灵敏度
• (t)表示瞬时频率的线性变化部分，称为瞬 时频偏，简称角频偏。用 m 表示其最大 值，则
•
m f u (t) max (4-25)
• 4.3.1 概述 • 角度调制是用调制信号控制载波信号的频
率或相位来实现调制的 • 角度调制是用调制信号控制载波信号的频
率或相位来实现调制的 • 角度调制信号与幅度调制信号相比，要占
据更多的频带宽度
• 4.3.2 调频信号分析
• 设载波信号表达式为
•
uc (t) Ucm cos(ct 0 )
图4-5 普通调幅信号的波形与频谱
4.2.1 普通调幅（AM ）
• 最小振幅为
•
Ucmin Ucm (1 ma )
• 由上两式可得
（4-8）
•
ma

U cmax U cmax
Uc min Uc min
（4-9）
• ma 1 ， ma 且越大，调幅波的外包络线凹
陷越深，即调制越深。
ct f
0 u (t)dt
•
f (t ) f
t
0 u (t )dt
(4-27)
• 表示调频波瞬时相位与载波信号相位的偏
移量，简称相移
4.3.2 调频信号分析
• 调频波的数学表达式为
•
uFM
Ucm cos ct f (t) Ucm cos ct f
波上去，也就是频谱搬移的过程
• 4.1.2 信号调制方式与分类
• 正弦波一般可表示为
• u(t) Acos(t) Acos(t 0)
（4-1）
• 正弦波都有三个参数：幅度、频率和相位
• 所谓调制，就是将调制信号加载在三个参 数中的某一个参数上，或幅值、或频率、 或相位随调制信号大小成线性变化的过程
t 0
u
(t
)dt

(4-28)
• 以上分析表明，在调频时，瞬时角频率的
变化与调制信号成线性关系，瞬时相位的
变化与调制信号积分成线性关系。
• 设调制信号为单音频
•
u (t) UmCos t
(4-29)
4.3.2 调频信号分析
• 将上式分别代入式(4-24)、（4-26）、(428)得
• 被装载的参数为相位时称为相移键控调制，简称 为PSK调制（Phase Shift Keying）
4.1.2 信号调制方式与分类
调制方式
模拟调制
幅度调制（AM） 频率调制（FM） 相位调制（PM）
数字调制
幅移键控调制 （ASK） 频移键控调制（FSK） 相移键控调制（PSK）
图4-3 调制方式分类
图4-9 DSB调幅信号的波形图和频谱图
4.2.2 双边带调幅信号（DSB）
• 从上面频谱图可以得知，双边带调制信号 的频谱宽度为
•
BWDSB 2
(4-16）
• 双边带调幅同普通调幅比较有以下特点:
4.2.2 双边带调幅信号（DSB）
• 1. 从波形图上看，DSB调幅信号包络线不按调 制信号规律变化，而AM调幅信号的包络线按调制 信号规律变化
• • 边频功率
p c

1 2
U
cm
2
（4-11）
•
百度文库
PSB上＝PSB下＝
1 2

ma 2
U cm
2

1 4
ma2 pc
（4-12）
• 调制信号在一个周期内的平均功率
4.2.1 普通调幅（AM ）
p

p c

PSB上

PSB下
•

p c
1
1 2
ma 2

（4-13）
• 当 ma ＝1时，包含有用信息的上下边频功率只占 总功率的1/3,不含有用信息的载波功率占总功率
• 从式(4-17)和式(4-18）看，单频调制时， SSB信号是等幅波。
• 其幅值与调制信号的幅值成正比，它的频 率随调制信号变化而变化。因此它含有信 息特征。. 图4-10 SSB调幅信号的波形 图和频谱图
4.2.3 单边带调幅信号（SSB）
. 图4-10 SSB调幅信号的波形图和频谱图
4.2.3 单边带调幅信号（SSB）
• 4.2.3 单边带调幅信号（SSB）
• 由式（4-15）可得SSB调幅信号数学表达 式为
• 取上边带时
•
(4-17）
•
取下u边SSB带(t )时
1 2
KmaU cm cos (c

)t
•
(4-18）
uSSB (t )

1 2
KmaU cm cos(c
)t
4.2.3 单边带调幅信号（SSB）
4.1.2 信号调制方式与分类
• 有三种基本调制方法 • 一种是把调制信号加载在载波信号的幅值上，称
为幅度调制 ，简称AM（Amplitude Modulation） • 第二种是把调制信号装载在载波的频率上，称为
频率调制，简称FM（Frequency Modulation） • 第三种是把调制信号装载在载波的相位上，称为
4.3.2 调频信号分析
• m 表示瞬时角频率偏离中心频率的 c 最
大值。习惯上把最大频偏m 称为频偏。
• 根据瞬时相位与瞬时角频率的关系可知， 对式(4-24)积分可得调频波的瞬时相位
• (4-26) t
t
t
f (t)
(t)dt
0

0 c
f u (t)dt
第四章 信号调制的基本原理
第四章 信号调制的基本原理
• 要求 • 理解调制的基本概念，掌握三种模拟调制
的基本原理，会推导其表达式、波形和频 谱图分析，正确分析比较不同已调波的异 同点。了解三种数字调制信号的基本原理 和实现方法
第四章 信号调制的基本原理
• 知识点 • 振幅调制（AM、DSB、SSB、VSB） • 数字调制（ASK、FSK、PSK） • 已调信号的表达式、波形和频谱图
c max
c
c
max
c c max
c
c max
（a）
c max c c 6MHz
（b）
c c 6MHz
（c）
c c 6MHz
• 4.2.5 幅度调制电路识读
图4-18 MC1596构成的普通调幅电路
4.3角度调制原理与特性
相位调制，简称PM（Phase Modulation）
4.1.2 信号调制方式与分类
• 数字量对载波进行调制时，根据被调制的参数不 同，也有三种调制方式
• 被装载的参数为幅度时，称为幅移键控调制，简 称ASK调制（Amplitude Shift Keying）
• 被装载的参数为频率时称为频移键控调制，简称 为FSK调制（Frequency Shift Keying）
4.2.1 普通调幅（AM ）
• 从频谱图可以看出，原调制信号频带宽度
为 ，普通调幅信号将调制信号频谱搬
移到载波的上下两边了，频带宽度 BWAM 2
4.2.1 普通调幅（AM ）
• 3. 普通调幅信号的功率关系
• 由式（4-10）可求得载波和上下边频在单 位电阻上的平均功率
• 载波功率
4.2.1 普通调幅（AM ）
• 且 fc ? F , 由幅度调制定义可知，幅度调制 是用基带信号控制载波的振幅，使载波的
振幅随基带信号的规律变化，因此调制后 形成的已调波 uAM (t)可表示为
• u AM ( t ) (Ucm kau ( t ))Cosct（4-4）
• 已调信号的振幅部分也可以表示为
•
mf

k f Um

m

为调频波的最大相移，又称

)（t 4-10）
• 由上式可见，普通调幅信号uAM (t) 的频谱包
括三种频率分量： c（载波）、 c （上
边频）、c （下边频）
4.2.1 普通调幅（AM ）
BW
基带频谱
下边带
上边带
ω
Ωmin Ωmax
ωc－Ωmax ωc－Ωmin
图4-7 一般调制信号的频谱图
ωc+Ωmin ωc+Ωmax
• 2. 从高频相位上看，DSB波高频相位在调制信 号过零点前后，相位发生的突变。
• 3. 从频谱图上看，DSB调幅信号不含载波分量， 发射机有效功率利用率高，而AM调幅信号含有载 波分量。发射机有效功率利用率低。
• 4. 从频域上看，DSB调幅信号和AM调幅信号带 宽相同，均为BW 2，所以，信道的利用率仍然 是不经济的。
• U cm 为载波的振幅
• ct 0 为载波的瞬时相位
• c 为其角频率，是一常数
（4-22)
4.3.2 调频信号分析
• 0为载波的初相位，为简化分析，常令 0
＝0。
• 设单音频调制信号为
•
u ( t ) U mCos t
(4-23)
• 根据调频的定义，载波信号的瞬时频率随 调制信号 u (t) 线性变化，可写出
4.2 幅度调制原理及特性
• 4.2.1 普通调幅（AM ）
• 1. 普通调幅信号的数学表达式
• 首先讨论调制信号为单频余弦波时的情况， 设调制信号为
• u (t) um cos t cos 2 Ft （4-2）
• 设载波信号为
•
uC (t) Ucm cosct cos 2 fct （4-3）
第四章 信号调制的基本原理
• 重点和难点 • 各类调幅电路的特点、原理和分析方法 • 数字调制信号的基本原理
4.1 概述
• 4.1.1 信号调制与变换 • 无线电通信是利用电磁波作为信息的载体 • 调制信号特点是频率较低、频带较宽且相
互重叠 • 所谓调制就是将待传输的基带信号加载到
高频振荡信号上的过程 • 信号调制实质是将基带信号搬移到高频载