第2章模拟调制技术详解

数字通信原理
2018年10月12日星期五
补充知识—三角函数公式
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补充知识--三角函数公式
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2.1 模拟调制概述
一、基本概念
1. 基带信号
从信源输出的信号通常是低通型信号，即该信号的频谱 特征是从0（或接近0）的频率到某一截止频率fm，低通型信 号又称为基带信号，也称为调制信号。如语音信号。
2.


由于相干解调需要在接收端提供本地载波信号，且该 信号要和已调信号中的载波分量同频同相，所以要求 采用载波同步技术。 该技术需要准确判别某个载波信号的频率和相位，要 求比较高，设备比较复杂。
缺点：
实现困难；
技术要求高，设备复杂；
AM调制的优点与不足：

不足
功率利用率低 频率利用率低 抗噪声性能不佳

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包络检波法说明


包络检波法的优点:
解调电路简单。 AM调制在无线电短波广播中得到广泛的应用。

包络检波法的缺点: ① 准确性不太好，抗噪声性能较差。
② 在相同误码率情况下，信噪比较相干解调要高 1dB； ③ 抗噪声性能稍差于相干解调；
解调方法－（2）相干解调法
频带信号
调制以后的信号称为频带信号或已调信号，是 基带信号 对载波进行调制后产生的信号。频带信号大多数情况下均为 窄带信号。
【注】窄带信号：若信号能量集中在ω 0附近， 带宽为∆，当ω 0>>∆时，称为窄带信号。
2.1 模拟调制概述

信号频率：信号每秒钟变化的次数叫频率，用赫兹
（Hz）作单位，信号的频率有高有低，低频到高频的范 围叫信号频带。
且A0 f ( t ) max
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振幅调制
则当基带信号通过调制后，得到AM信号为：
S AM (t ) S (t ) cosct ( A0 f (t )) cosct
S(t) SAM(t) cosωct
调制信号
数字通信原理
已调信号
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f(t)的最大幅度应小于或等于载波振幅的一半。 调幅系数 A 为调制深浅程度的指标，考虑受 0 限条件β≤1，当β>1时，若采用包络检波法会造成解 调后信号失真。
f (t ) max

例：已知调制信号f(t)=3cos20t，载波信号 c(t)=cos(20000t+ /2)，试写出当调制系数分别为 1.5和0.5的完全调制信号是s(t) 。


模拟通信技术：
“昨日黄花，芳香犹在”
4
第2章 模拟调制技术

本章重点讨论用取值连续的调制信号去控制正 弦载波的参数（幅度、频率或相位）的模拟调制 （分为幅度调制和角度调制）。 主要内容有：
各种已调信号的时域表达式、 调制与解调的原理、性能特点。

第2章 模拟调制技术
2.1 模拟调制概述 2.2 振幅调制（AM调制） 2.3 双边带调制（DSB） 2.4 单边带调制（SSB） 2.5 残留边带调制（VSB） 2.6 角度调制（非线性调制） 2.7 模拟调制系统的性能比较


信号带宽：信号自身所占最高频率与最低频率之差，用
B来表示，单位Hz。
信道频带：信道允许传送的信号的最高频率与最低频率 之间的频率范围。


如： 微波的工作频率范围为300MHz－300GHz， 电话双绞线的工作频率范围在0到数百千Hz。

信道带宽：信道能传送的信号的最高频率与最低频率之
差，用B来表示，单位Hz。

【注意】只有信号的频带在信道的频带允许
范围内，才能够在信道中传输。 大部分需传送的信号都位于较低的频带上， 而传输信道（如电缆、光缆等）的适用传输频率， 一般都位于高频范围。因此，需调制解决二者的 不匹配。
2.1 模拟调制概述
一、基本概念
3.调制
把信号频谱搬移到较高频率范围以适应信道频率传输特 性的过程。

根据基带信号和叠加直流信号大小关系不同，又可 分为

1.正常调幅 2.满调幅

3. 过调幅

调幅系数（或调制指数）的表达式为

f (t ) max A0
下图为幅度调制信号波形图。
当β<1时，为正常调幅 此时能从s(t)的包络中恢复 f(t)。
下图为过幅度调制信号波形图。
当β>1时，为过调幅，此时 不能从s(t)的包络中恢复 f(t)。
Pc载波功率 Ps边带功率
令调制效率： AM
Ps m 2 (t ) 2 PAM A0 m 2 (t )
2
2 Am 若调制信号：m(t ) Am cos mt , m (t ) 2
且： Am A0 （100%调制）
则 ： AM
2 Am 2 2 2 A0 Am
4.载波
作为基准信号的正弦信号或脉冲串或数字信号。
5.载波调制
按基带信号的变化规律改变载波某些参数的过程。
2.1 模拟调制概述
6.模拟调制
又称连续调制，调制信号的取值是连续的。
7.数字调制
调制信号的取值是离散的，如PCM脉冲编码调制。
8.线性调制
已调信号的频谱是调制信号的水平搬移及线性变换。
9.非线性调制
例：AM调制后的频谱变化
频域表示：
S AM ( ) A0 ( c ) ( c ) 1 F ( c ) F ( c ) 2
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已调信号功率：
2 PAM sAM (t ) [ A0 m(t )]2 cos2 ct
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DSB调制的示意图-波形和频谱
c(t) C()
0
t
－c
0
c

(a) 载波
f (t)
(d) 载波 频谱 F()
0
t
－H
0
H

(b) 调制 信号
s m(t)＝c(t) f (t) 0
(e) 调制 信号频 谱
Sm() 2H t －c 0
c

(c) 已调 信号
(f) 已调 信号频 谱

DSB调制效率
1 2 (t ) m (t ) cos ct m (t ) Ps 2
2 2
3 解：当调制信号f(t)=3cos20t，即 f (t ) max ， 根据调制系数的定义，由于




A0
f (t ) max

可写出调制信号表达式 当=1.5时，则A0=2,有 s(t)=[f(t)+2]c(t)=(3cos20t+2)cos(20000t+ /2) 当=0.5 时，则A0=6,有 s(t)=[f(t)+6]c(t)=(3cos20t+6)cos(20000t+/2)

（4）对于AM信号的解调可以采用非相干解调（包络 检波法）和相干解调（同步解调）。

（5）为了使调制不失真，必须满足两个条件: (a) 对于所有t，必须满足 A0+f(t) ≥ Байду номын сангаас，否则会出现 包络失真。 (b) 载波频率应远大于f(t)的最高频率分量,即 ωc>ωm ，否则会出现频率交叠。
1 3
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说明

（1）调制后频谱在形状上没有改变，只是位置搬移 了±ω c，而幅度降为原来的一半。

（2）AM已调信号的带宽是基带信号带宽的两倍，即
BAM 2 fm 2Bb

（3）AM已调信号除连续谱外，还包括离散谱线（即 载波信号分量）。离散谱线不携带信息，但会占用一 定的发送信号功率，因此AM的调制效率较低。
A02 cos 2 ct m 2 (t ) cos 2 ct 2 A0 m(t ) cos 2 ct
令： m(t ) 0，即假设调制信号无直流
1 1 而 cos ct (1 cos 2c t ) 2 2
2
则 PAM
2 A0 m2 (t ) Pc Ps 2 2

优点 简单易行，成本低廉 应用示例：中波无线电广播。
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§2.3 双边带调制（DSB）

DSB－Duble side band AM功率利用率很低。为提高功率利用率，必须去 除AM的载波，即采用DSB。 又称为抑制载波双边带调制DSB/SC。该调制信号 中不含直流分量，即频谱中无离散谱。不能采用包 络检波法
解调方法
解调：解调是调制的逆过程。通信系统的接收端 从已调信号中恢复基带信号的过程就叫解调。 从频域上看，解调就是将调制时搬移到载频附近 的调制信号频谱搬回到原来的位置。 解调的分类：
相干解调（同步检波法）：从已调波的相位信息中提 取调制信号 非相干解调（包络检波法）：从已调信号的幅度信息
无载波分量，包络不能体现调制信号信息
不能采用一般的包络检波方法
解调方法－包络检波法示意图
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解调方法－（1）包络检波法
SAM(t) BPF LED LPF S(t)
AM信号的包络检波法电路框图
BPF：为带通滤波器，其作用是在保证信号顺利通过 的前提下，最大限度地限制噪声进入。 【注】带通滤波器的响应函数，会把已调信号的频谱 重新搬移回去。 LED：是检波电路（半波或全波整流器），它的输出 与输入信号的包络很相近。 LPF：是低通滤波器，作用是滤除检波后信号中的高 频成分。
中提取调制信号
解调方法

1. 相干解调 ① 适用所有的线性调制信号（对于AM、DSB、 SSB及VSB都适用），没有门限效应 ② 必须使用相干载波 2. 非相干解调

非相干解调实现起来非常简单。 常规调幅信号使用包络检波
包络携带原调制信号信息 包络检波简单有效，不必要用相干解调
其他线性调制信号
第一章 复习
1、什么是通信？ 信息的传送 2、通信分类及工作方式 单工、半双工、全双工 3、通信系统组成 模拟通信系统和数字通信系统 4、主要性能指标 有效性和可靠性 5、信息及其度量 I log 2 6、码率、比特率、两者关系 7、误码率、误信率
1 log 2 P ( x) P( x)
Rb R B log 2 M
(b/s)
Pe
接收错误码元数目 传输码元数目
接收错误比特数目 Peb 传输比特总数目
第2章 模拟调制技术
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模拟通信系统模型
引言

调制技术的发展主流是数字调制
为什么还要学习模拟调制技术？ 理解通信技术发展历程 从整体上把握通信系统各要素 掌握通信／电子系统分析评价方法 目前仍存在不少模拟广播／通信系统
调幅AM示意图(波形和频谱)
c(t) 0 －c C() t 0
c

A＋f (t)
(a) 载波
(d) 载波 频谱
F()
A
0 t －H 0
H

(b) 调制 信号
s AM(t)＝(A＋f (t))c(t)
(e) 调制 信号频 谱
SAM() 2H
0
t
－c
0
c

(c) 已调 信号
(f) 已调 信号频 谱
已调信号的频谱将产生频谱的非线性变换，会有新的频率 分量产生。
2.1 模拟调制概述
二、模拟调制的目的
1、信道传输频率特征的需要。 2、实现信道复用。
3、改善系统的抗噪声性能，或通过调制来提高系统频带
利用率。采用不同的调制技术对系统性能将产生很大的
影响。
三、调制模型
载波信号的三要素： 振幅、频率、相位
S AM s(t ) cos ct Sp o (t ) S AM cos c t
经低通滤波器后，可 过滤出s(t)。
1 s(t ) cos ct cos ct s(t ) (1 cos 2ct ) 2
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相干解调法说明
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四、调制分类
DSB：抑止载波双边带调幅 线性调制 AM：常规双边带调幅 (幅度调制) SSB：单边带调制 模拟调制 VSB：残留边带调制 调 (连续调制) 制 非线性调制 FM：频率调制 技 (角度调制) PM：相位调制 术 PCM：脉冲编码调制 数字调制 2ASK、2PSK等 数字载波调制 多进制键控系统 (键控系统) 改进型数字调制
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§2.2 振幅调制（AM调制）
AM调制又称为常规调幅。AM（Amplitude modulation）中的调制信号必须包含一定的直 流分量。 1、调制原理 设AM的基带信号：
S ( t ) A0 f ( t )
设载波信号为：
cos c t
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