现代通信系统原理(第2版_张会生)第3章 模拟调制系统

(
c
)]
2020/9/15
现代通信原理
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第3章 模拟调制系统
（3）波形及频谱
sAM (t) [A0 m(t)]cosc (t)
A0 cosc (t) m(t) cosc (t)
S
AM
()
A0 [
(
c
)
(
c
)]
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]
m(t)
0
A0 m(t)
0
cosct
0
sAM (t)
0
显然，AM信号的调制效率总是小于1。
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第3章 模拟调制系统
例3.1 设m(t)为正弦信号，进行100％的常规双边带调幅，求 此时的调制效率。
解： 依题意无妨设 m(t) A1 cos 1t
而100％调制就是 A0 m(t) max 的调制，即 A0 A1
因此
m 2 (t) A12 A02
（1）相干解调 原理：乘法器移频。 关键：与调制器同频同相 位的载波。
sAM (t)
x sp(t) LPF cosct
mo (t)
sp (t) sAM (t) cosct [A0图 m3-(4t)]图co图s2图c图t 图 图 图 图
1 2
[A0
m(t)]
1 2
[A0
m(t)]cos
2ct
用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制信号：
SSB信号的解调也不能采用包络检波，只能采用相干解调，
sSSB (t)
s p (t)
x
mo (t)
LPF
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cosct
图 3-13 SSB图 图 图 图 图 图 图
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第3章 模拟调制系统
SSB信号的解调原理：
sSSB (t)
s p (t)
x
mo (t)
LPF
乘法器输出为：
cosct
s
p
(t)
s SSB
(t)
cos
ct
1 2
[m(t)
cos
图
3c-t13 SmSB(图t)图si图n
图图图图
c t ] cos
ct
1 2
m(t) cos 2
ct
1 2
mˆ (t) cos ct
sin ct
1 4
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t
M ( ) 1
t H 0 H
t
S AM ( )
A0
1/2
A0
t
c
0
c
2 H
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第3章 模拟调制系统
m(t)
0
A0 m(t)
0
cosct
0
sAM (t)
t
M ( ) 1
t H 0 H
t
S AM ( )
A0
1/2
A0
0
（4）讨论
t
c
0
c
2 H
●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
BAM 2Bm 2 f H
●上边带、下边带。都含有原调制信号的完整信息 。
●包络检波不发生失真条件 A0 m(t) 0
或
A0
m(t) max
过调制。
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第3章 模拟调制系统
2.AM信号的功率分配及调制效率
已调信号功率为：
PAM sAM 2 (t) [A0 m(t)]2 cos 2 ct
故几乎所有的调幅（AM）式接收机都采用包络检波法。 ●采用AM传输信息－－
好处：解调电路简单，可采用包络检波法。 缺点：调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据了 大部分功率。 改进措施：如果抑制载波分量的传送，则可演变出另一 种调制方式，即抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）。
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sDSB (t) m(t) cos ct
S DSB
()
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]
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第3章 模拟调制系统
（3）波形及频谱
m(t)
0
sDSB (t) m(t) cos ct
S DSB
()
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]
M ( ) 1
t
cosct
0
sDSB (t)
0
t
t
载波反向点
调制信号：m(t)外加直流分量A0，且 m(t) 0
（2）表达式
（1）模型
m(t)
＋
sAM (t)
×
A0
cos ct
图3-2AM 调制器模型
sAM (t) [A0 m(t)]cosc (t)
A0 cosc (t) m(t) cosc (t)
S
AM
()
A0
[
(
c
)
(
c
)]
1 2
[M
(
c
)
M
第3章 模拟调制系统
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第3章 模拟调制系统
西 北 工 业 大 学 （2010.4）
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第3章 模拟调制系统
第3章 模拟调制系统
调制是频带传输的基础。 主要内容高频电子线路已经学过，从通信原理角度予以 带有复习性质的介绍。
➢ 3.0 ➢ 3.1 ➢ 3.2 ➢ 3.3 ➢ 3.4 ➢ 3.5
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3
第3章 模拟调制系统
3.1 幅度调制的原理
3.1.1 幅度调制的一般模型
幅度调制定义：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。
模型：
m(t)
×
sm (t)
h(t)
cosct
图 3-1 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图
m(t)--调制信号（一般为基带信号）； sm(t)--已调信号； h(t)--滤波器的冲激响应。
)
1 2
m(t
)
－－即无失真地恢复出原始电信号。
DSB调制的好处:节省了载波发射功率，调制效率高；调制 电路简单，仅用一个乘法器就可实现。
缺点:占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍。
改进招数？
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第3章 模拟调制系统
3.1.4 单边带调制（SSB）
考察：由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携 带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑， 仅传输其中一个边带就够了。
(
c
)
M
(
c
)]H
()
cosct
图 3-1 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图
讨论： ●在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；
在频谱上，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；
●适当选择H( )、m(t)，便可得到各种幅度调制信号，例如：
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mo (t)
1 2
[
A0
m(t)]
问：同频不同相？ 同相解调结果：1/2幅度。 现代通信原理
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第3章 模拟调制系统
（2）包络检波法
sAM (t)
原理：AM信号波形的包络与输入
基带信号成正比，故可以用包络 0
检波的方法恢复原始调制信号。
A0 m(t) t
包络检波器：一般由半波/全波整流器和LPF组成。 电路由二极管D、电阻R和电容C组成。
H
0 H
SDSB ( ) 1/2
2 H
c
0
c
讨论：●DSB信号不能进行包络检波，只能相干解调；
●除不含载频分量离散谱外，DSB信号频谱同于AM（由上下对 称的两个边带组成）－－DSB信号是不带载波的双边带信号；
●它的带宽为基带信号带宽的两倍：BDSB BAM 2Bm 2 f H
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H () h(t)
表达式：
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sm (t) [m(t) cos ct] * h(t)
Sm
( )
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]H ()
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第3章 模拟调制系统
表达式：
模型：
sm (t) [m(t) cos ct] * h(t)
m(t)
×
sm (t)
h(t)
Sm
()
1 2
[M
－－DSB信号只能采用相干解调。 乘法器输出为：
sDSB (t) x sp(t) LPF
mo (t)
sp (t) sDSB (t) cosct m(t) cos2 ct
cosct
1 2
m(t)
1 2
m(t)
cos
2ct
经低通滤波器滤除高次项，得
图 3- 4 图 图 图 图 图 图 图 图
mo
(t
H H
L () H ()
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图 3-9 SSB图 图 图 图 图 图 图 图
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第3章 模拟调制系统
●模型 ●频谱
m(t)
sDSB (t)
×
H () SSB
cosct
sSSB (t)
H
(
)
H
SSB
(
)
H H
L () H ()
图 3-9 SSB图 图 图 图 图 图 图 图
D
R
C
电容器两端电压 载波包络
载波
包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即：
mo (t) A0 m(t)
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第3章 模拟调制系统
（3）讨论 ●包络检波法属于非相干解调法，其特点是：解调效率高， 解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是 接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实 现难度。
A02 cos 2 ct m2 (t) cos 2 ct 2A0m(t) cos 2 ct
功率分配：
PAM
A02 2
m2 (t) 2
Pc
Ps
注：Pc－载波功率；Ps－边带功率；Pm m2 (t) 基带信号功率。
调制效率：
AM
所载信息功率 已调信号总功率
＝
Ps PAM
m2 (t) A02 m2 (t)
引言 幅度调制的原理 线性调制系统的抗操声性能 角度调制（非线性调制）的原理及抗噪声性能 各种模拟调制系统的比较 频分复用（FDM）
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第3章 模拟调制系统
3.0 引言
调制的定义：是按原始电信号的变化规律去改变载波某些参 量的过程。
调制的方式 ：模拟调制和数字调制 －－调制信号形式； 载波的选择： 正弦波和脉冲调制 －－高频载波形式。 调制的作用： 调制的分类： AM 、 DSB-SC、 SSB 、 VSB 、FM和PM。
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第3章 模拟调制系统
2. DSB信号的功率分配及调制效率
由于不再包含载波成分，因此，DSB信号的功率就等于 边带功率，是调制信号功率的一半，即
PDSB
Ps
1 2
m2 (t)
1 2
Pm
显然，DSB信号的调制效率为100%。
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第3章 模拟调制系统
3.DSB信号的解调
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图 3-12 图 图 图 图 图 SSB图 图 图 图 图
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第3章 模拟调制系统
2. SSB信号带宽、功率和调制效率
BSSB
1 2
BDSB
Bm
fH
PSSB
1 2
PDSB
1 4
m2 (t)
SSB信号不含载波成分，单边带幅度调制的效率也为100%。
3. SSB信号的解调
S DSB ()H SSB
( )
1 [M 2
(
c
)
M
(
c
)]H SSB
( )
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第3章 模拟调制系统
（2）用相移法形成SSB信号－－据时域表达式而建
可以证明， ●SSB信号的时域表示式为：
sSSB
(t)
1 2
m(t) cosct
1 2
m(t
)
s
in
c
t
式中：“－”对应上边带信号，“+”对应下边带信号；
mˆ (t)是 m(t) 的希尔伯特变换。
●模型 1 m(t) 2
1 2
m(t
)
cos
ct
×
cos c t
Hh () 为希尔伯特滤 波器，它实质上是一
Hh ( )
/ 2
sSSB (t)
个宽带相移网络，对 m(t)中的所有频率分量
1 mˆ (t) 2
sin ct
×
1 2
mˆ (t
)
cos
ct
均相移 / 2 。
HH( ) 1
M ( ) 1
H 0 H
c 0
c
（a）
上边带
HL( ) 1
c
SUSB ( ) 1/2
0
上边带
c
c 0
c
（b）
下边带
SLSB ( ) 1/2 下边带
c
0
c
●频域 表达式
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图 3-10 图 图 SSB图 图 图 图 图 图
图 3-11 SSB图 图 图 图 图
S SSB
( )
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。
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第3章 模拟调制系统
3.1.2 常规双边带调幅（AM）
1. AM信号的表达式、频谱及带宽 条件（在一般模型的基础上） ：
滤波器为全通网络：H( )=K(=1);
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AM
Fra Baidu bibliotek
m2 (t) A02 m2 (t)
A02 / 2 A02 A02 / 2
1 3
33%
由此可见，正弦波做100％AM调制时，调制效率仅为33.3%!
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第3章 模拟调制系统
3.AM信号的解调
调制的逆过程叫做解调。AM信号的解调方法有两种：相 干解调和包络检波解调。
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第3章 模拟调制系统
3.1.3 抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）
1. DSB信号的表达式、频谱及带宽
条件（在一般模型的基础上）：
（1）模型
滤波器为全通网络：H( )=K(=1); m(t)
调制信号：无直流分量，依然
×
sDSB (t)
m(t) 0
cosct
（2）表达式
图 3-7 DSB图 图 图 图 图
1. SSB信号的产生
产生SSB信号的方法很多，最基本的：滤波法和相移法。 （1）滤波法－－据一般模型而建
条件：
●模型
滤波器为：H () HSSB () 调制信号：调制信号＝基带信号，
m(t)
sDSB (t)
×
HSSB()
sSSB (t)
且 m(t) 0
cosct
关键/注： H
()
H SSB
()