第5章 模拟调制系统 5.1 幅度调制 5.2 角度调制 5.3 模拟调制系统的抗噪声性能 有效性--带宽 可靠性--解调器 输出信噪比

5.1 幅度调制 基本概念 调幅AM 双边带调制DSB 单边带调制SSB 残留边带调制VSB

基本概念 调制 － 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。 调制的目的 提高无线通信时的天线辐射效率。 把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。 调制分类 模拟调制--对模拟信号进行调制，基带信号是模拟信号； 数字调制--对数字信号进行调制，基带信号是数字信号；

广义调制 － 分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。 狭义调制 － 仅指带通调制。大多数场合，调制均指载波调制。 载波 － 可以是正弦波，也可以是非正弦波。 载波调制 － 用调制信号去控制载波的参数的过程。 调制信号 － 指来自信源的基带信号。 已调信号 － 载波受调制后称为已调信号。 解调（检波） － 调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。

幅度调制：信息加载在正弦载波的幅度上，称为幅度调制。 幅度调制属于线性调制，是基带信号频谱的搬移。 常见幅度调制方式：□调幅AM 常见的模拟调制方式 幅度调制：信息加载在正弦载波的幅度上，称为幅度调制。 幅度调制属于线性调制，是基带信号频谱的搬移。 常见幅度调制方式：□调幅AM □双边带DSB □单边带SSB □残留边带VSB 角度调制：信息加载在正弦载波的角度上，称为角度调制。 角度调制属于非线性调制，不是基带信号频谱的简单搬移，产生新的频率分量。 常见角度调制方式：□频率调制FM □相位调制PM 幅度 角度

5.1 幅度调制 基本概念 调幅AM 双边带调制DSB 单边带调制SSB 残留边带调制VSB

AM(Amplitude Modilation)调制器模型和表示式 时域表达式： sAM(t)=［A0+m(t)］cosωct 式中：m(t)：调制信号，均值为0；A0 ：常数，叠加的直流分量。

波形图 由波形可以看出，当满足条件： |m(t)|  A0 时，其包络与调制信号波形相同， 因此用包络检波法很容易恢复出原 始调制信号。 sAM(t)=［A0+m(t)］cosωct 波形图 由波形可以看出，当满足条件： |m(t)|  A0 时，其包络与调制信号波形相同， 因此用包络检波法很容易恢复出原 始调制信号。 否则，出现“过调幅”现象。这时用 包络检波将发生失真。但是，可以 采用其他的解调方法，如同步检波。

频谱图 频谱： 由频谱可以看，AM信号的频谱由 载频分量 上边带 下边带 上边带的频谱结构与原调制 信号的频谱结构相同； 三部分组成 sAM(t)=［A0+m(t)］cosωct 频谱图 频谱： 由频谱可以看，AM信号的频谱由 载频分量 上边带 下边带 上边带的频谱结构与原调制 信号的频谱结构相同； 下边带是上边带的镜像，与 上边带含有相同的信息。 三部分组成 载频分量 上边带 下边带

AM信号的特性 带宽：是基带信号带宽fH 的两倍： 功率：认为AM信号是平稳的、各态历经的，用时间平均代替统计平均，功率为： 若 则 式中 Pc = A02/2 － 载波功率--并不携带信息 － 边带功率--有用功率

调制效率 有用功率（边带功率）占信号总功率的比例称为调制效率： 当m(t) = Am cosmt时， 代入上式，得到 当A0 = |m(t)|max= Am 时（100％调制）调制效率最高： 可见AM功率利用率低。 max ＝ 1/3

与同频同相的相干载波c(t)=相乘后，得 sAM(t)=［A0+m(t)］cosωct 模型 性能分析 与同频同相的相干载波c(t)=相乘后，得 sAM(t)=［A0+m(t)］cosωct 要求与发送端载波严格同频同相 Sp(t)= [A0+m(t)]cos(ωct)cos(ωct) =1/2 [A0+m(t)][1 +cos(2ωct)] 经LPF后，其中的2ωc频率分量被滤除，得到 ud(t)=1/2 [A0+m(t)] 再经隔直流后，恢复基带信号m(t)

相干解调的频谱搬移过程

适用条件：AM信号，且要求|m(t)|max  A0 ， 包络检波器结构：通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。 例如： 性能分析 设输入信号是： 选择RC满足如下关系： 检波器的输出为 ，隔去直流后即可得到原信号m(t) 输出=输入信号的包络 fH：调制信号的最高频率

5.1 幅度调制 基本概念 调幅AM 双边带调制DSB 单边带调制SSB 残留边带调制VSB

双边带调制（DSB Double-sideband Modulation ） 模型： 时域表示式： 频谱： 带宽： 无载频分量调制调制效率100％ 节省了载波功率 无直流分量A0 包络不再是基带信号，不能用包络检波，需用相干解调

5.1 幅度调制 基本概念 调幅AM 双边带调制DSB 单边带调制SSB 残留边带调制VSB

SSB(Single-Sideband Modulation)原理 DSB上、下边带含相同的频谱信息；频带利用率低。 设计合适的H（  ）滤掉一个边带，传一个边带即可； SSB信号的性能 SSB调制方式节省发射功率，所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。 SSB已成为短波通信中一种重要的调制方式。 产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。

单边带信号产生方法一：滤波法 滤波法原理框图 用边带滤波器H()滤除不要的边带: 若H()具有理想高通特性： 则可滤除下边带，得到SSB上边带信号。 若H()具有理想低通特性： 则可滤除上边带，得到SSB下边带信号。

滤波法的技术难点 滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性 可以采用多级（一般采用两级）DSB调制及边带滤波的方法，目的是增大过渡带，以利于滤波器的制作。 当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。

单边带信号产生方法二：相移法 SSSB(ω)= SDSB(ω) HSSB(ω) （１） 以下边带为例：将理想低通滤波器用符号函数表示： HLSB(ω)=0.5[sgn( ω+ωc) - sgn( ω-ωc) ] ，代入（１）式： SSSB(ω) = SDSB(ω) HLSB(ω) = 0.5[M(ω+ωc)+M(ω- ωc)] × 0.5[sgn( ω+ωc) - sgn( ω-ωc) ] = ¼{M(ω+ωc) ×[ - sgn( ω-ωc)] +M(ω- ωc) sgn( ω+ωc) } +1/4[M(ω+ωc) sgn( ω+ωc) -M(ω- ωc) sgn( ω-ωc) ] =1/4 [M(ω+ωc)+M(ω- ωc)]+1/4[M(ω+ωc) sgn( ω+ωc) -M(ω- ωc) sgn( ω-ωc) ] 1/4[M(ω+ ωc)+M(ω- ωc)] 1/2m(t)cosωct 1/4[M(ω+ ωc)sgn(ω+ ωc)- M(ω- ωc) sgn(ω- ωc)]= ½{1/2π M(ω)[-j sgn(ω)]*j π[δ(ω+ ωc)- δ(ω- ωc)]}  1/2mˆ(t)sinωct M(ω)[-j sgn(ω)]= M ˆ(ω)  mˆ(t) sSSB(t)=1/2m(t)cosωct+1/2mˆ(t)sinωct （下边带）

希尔伯特变换 m(t)的希尔伯特变换mˆ(t) 。若M(ω)为m(t)的傅氏变换，则M ˆ(ω)的傅氏变换为 希尔伯特变换: Sgnt  2/jw 2/jt 2 π Sgn(-w) = - 2 π Sgn (w) 1/ πt -jSgn (w) -j= e-jπ/2, w>0 j = e jπ/2, w<0 Hh(w) =-j sgn(ω)= |Hh (w)| |Hh (w)|=1 φ(w)= -π/2, w>0 π/2, w<0 w 希尔伯特变换是一个宽带相移π/2网络 φ(w) w - π/2

移相法SSB调制器方框图 优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。 缺点：宽带相移网络难用硬件实现。

SSB信号的解调 SSB信号的解调和DSB一样，不能采用包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调。 Sp(t)= SSSB(t) cos(ωct) =1/2[m(t) cos2(ωct) ± mˆ(t)sin (ωct) cos(ωct) ] =1/4m(t)+ 1/4[m(t) cos(2ωct) ± mˆ(t)sin(2ωct)] 经LPF后，其中的2ωc频率分量被滤除，得到 Sd(t)=1/4m(t) 恢复了原基带信号

5.1 幅度调制 基本概念 调幅AM 双边带调制DSB 单边带调制SSB 残留边带调制VSB

残留边带（VSB --Vestigial-Sideband Modulation ）调制 VSB是介于SSB与DSB之间的一种折中方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现中的困难。 不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留—小部分 H(W) 不再要求十分陡峭的截止特性，比单边带滤波器容易制作。 解调时：

对残留边带滤波器特性的要求 残留边带信号的频谱为 接收端采用相干解调从该信号中恢复原基带信号。 残留边带相干解调模型 经低通滤波器，滤掉±2ωc处的频谱，输出信号频谱： 为保证无失真地恢复调制信号m(t)，要求上式中的传递函数必须满足： wH-原基带信号的最高频率 含义：残留边带滤波器的特性H()在c处必须具有互补对称（奇对称）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 残留“部分上边带”的滤波器特性：图(a) 残留“部分下边带”的滤波器特性：图(b)

幅度调制系统的LabVIEW仿真