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1、第三章：模拟调制系统第三章：模拟调制系统重点：重点：1.1.调制的定义调制的定义,功能和分类功能和分类2.2.线性调制和非线性调制线性调制和非线性调制3.3.解调方法解调方法4.4.频分多路复用频分多路复用一一.为什么要采用调制技术为什么要采用调制技术由于信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内由于信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内直接传输，因此需要经过调制将他变换成适于在信道直接传输，因此需要经过调制将他变换成适于在信道内传输的信号内传输的信号.二二.调制的定义调制的定义把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形，这一把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形，这一变换过程称为调制变换
2、过程称为调制 通常把原始信号称为调制信号，也称基带信号；被通常把原始信号称为调制信号，也称基带信号；被调制的高频周期性脉冲起运载原始信号的作用，因调制的高频周期性脉冲起运载原始信号的作用，因此称载波。调制实现了信源的频谱与信道的频带匹此称载波。调制实现了信源的频谱与信道的频带匹配。配。三三.调制的功能调制的功能 频率变换：为了采用无线传送方式，如将频率变换：为了采用无线传送方式，如将0.33.4KHz有效带宽内的语音信号调制到高频段上去。有效带宽内的语音信号调制到高频段上去。实现信道复用：例如将多路信号互不干扰的安排在同实现信道复用：例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信道中传输。一物理信道
3、中传输。提高抗干扰性：抗干扰性（即可靠性）与有效性互相提高抗干扰性：抗干扰性（即可靠性）与有效性互相制约，通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如用制约，通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如用FM替代替代AM。四四.调制的分类调制的分类 1.1.按信号按信号x(tx(t)的不同分的不同分 模拟调制，特点：模拟调制，特点：x(t)是连续信号是连续信号 数字调制，特点：数字调制，特点：x(t)是数字信号是数字信号 2.2.按载波信号不同分按载波信号不同分 连续波调制，特点：载波连续，如连续波调制，特点：载波连续，如coswct 脉冲调制，特点：载波为脉冲，如周期矩形脉冲序列脉冲调制，特点：载波为脉
4、冲，如周期矩形脉冲序列 3.3.按调制器的功能分按调制器的功能分 幅度调制：用幅度调制：用 x(t)改变载波的幅度，如改变载波的幅度，如AM，DSB，SSB，VSB 频率调制：用频率调制：用x(t)改变载波的频率，如改变载波的频率，如FM 相位调制：用相位调制：用x(t)改变载波的相位，如改变载波的相位，如PM 4.4.按调制器传输函数来分按调制器传输函数来分 线性调制：调制前、后的频谱呈线性搬移关系线性调制：调制前、后的频谱呈线性搬移关系 非线性调制：无上述关系，且调制后产生许多新成份非线性调制：无上述关系，且调制后产生许多新成份 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理幅度调制
5、是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。信号的规律而变化的过程。时域时域 频域频域在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移的简单搬移(精确到常数因子精确到常数因子)。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。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。适当选择滤波器的特性适当选择滤波器的特性H H()，便可以得到各种幅度调制信便可以得到各种幅
6、度调制信号。例如，号。例如，调幅、双边带、单边带及残留边带信号调幅、双边带、单边带及残留边带信号等。等。3.1 3.1 标准调幅标准调幅(AM)(AM)所谓的标准调幅就是指输入的调制信号除了来自消息的基所谓的标准调幅就是指输入的调制信号除了来自消息的基带信号外，还包含了直流信号带信号外，还包含了直流信号A A0 0，而，而h(th(t)为理想的带通滤为理想的带通滤 波器，这样调制后输出信号便既含载波分量由含有边带分波器，这样调制后输出信号便既含载波分量由含有边带分量的标准调幅信号。量的标准调幅信号。SAM(t)=A0+x(t)coswct=A0 coswct+x(t)coswctSAM(w)=
7、A(w+wc)+(w-wc)+(1/2)X(w+wc)+X(w-wc)AM信号的波形和频谱信号的波形和频谱USB USB LSB LSB AMAM信号的解调：信号的解调：包络检波：根据包络检波：根据调幅信号的特点，调幅信号的特点，载波的包络恰好载波的包络恰好和基带信号成比和基带信号成比例变化例变化当满足条件当满足条件|m m(t t)|max)|maxA A0 0 时，时，AMAM信号的包络与信号的包络与调制信号成正比，调制信号成正比，所以用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制所以用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号，信号，否则，将会出现过调幅现象而产生包络失真。这否则，将会出现过调幅现
8、象而产生包络失真。这时不能用包络检波器进行解调，为保证无失真解时不能用包络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用同步检波器。调，可以采用同步检波器。AMAM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽是基信号是带有载波的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽带信号带宽f fH H的两倍，即的两倍，即B BAMAM=2=2f fH H。AMAM信号在信号在11电阻上的平均功率应等于电阻上的平均功率应等于S SAMAM(t t)的的均方值。当均方值。当m m(t t)为确知信号时，为确知信号时，S SAMAM(t t)的均方的均方值即为其平方的时间平均，值即为其平方的时间平均，通常假设调制信号没有直流分量
9、，通常假设调制信号没有直流分量，载波功率边带功率AMAM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。分。只有边带功率才与调制信号有关。只有边带功率才与调制信号有关。载波分量不携带信息。载波分量不携带信息。即使在即使在“满调幅满调幅”（|m m(t t)|max=A)|max=A0 0 时，也称时，也称100100调制）条件下，载波分量仍占据大部分调制）条件下，载波分量仍占据大部分功率，而含有用信息的两个边带占有的功率较功率，而含有用信息的两个边带占有的功率较小。小。因此，从功率上讲，因此，从功率上讲，AMAM信号的功率利用率比较信号的功率利用率比较低。低。3
10、.2 3.2 双边带调制双边带调制(DSB)(DSB)由于由于AMAM信号在传输信息的同时，也同时传递载波，致使传信号在传输信息的同时，也同时传递载波，致使传输效率太低，造成功率浪费。既然输效率太低，造成功率浪费。既然AMAM系统的载波并不携带系统的载波并不携带信息，不发送载波仍能传输信号，此时调制信号无需直流信息，不发送载波仍能传输信号，此时调制信号无需直流分量分量,这种调制称做双边带调制这种调制称做双边带调制 SDSB(t)=x(t)coswct SDSB(w)=(1/2)X(w+wc)+X(w-wc)DSB信号的波形和频谱DSBDSB信号的频谱有如下特点：信号的频谱有如下特点：1 1、上
11、、下边带均包含调制信号的全部信息；、上、下边带均包含调制信号的全部信息；2 2、幅度减半，带宽加倍；、幅度减半，带宽加倍；3 3、线性调制。、线性调制。由于双边带信号的频谱不存在载波分量，所有的功率都由于双边带信号的频谱不存在载波分量，所有的功率都集中在两个边带中，因此它的调制效率为百分之百，这集中在两个边带中，因此它的调制效率为百分之百，这是它的最大优点。是它的最大优点。由时间波形可知，由时间波形可知，DSBDSB信号的包络不再与调制信信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而号的变化规律一致，因而不能采用不能采用简单的包络检简单的包络检波来恢复调制信号，波来恢复调制信号，需采用相干解调需
12、采用相干解调(同步检波同步检波)。另外，在调制信号另外，在调制信号m m(t t)的的过零点处过零点处，高频载波相，高频载波相位有位有180180的突变的突变DSBDSB信号虽然节省了载波功率，功率利用率提高信号虽然节省了载波功率，功率利用率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与与AMAM信号带宽相同。信号带宽相同。由于由于DSBDSB信号的信号的上、下两个边带是完全对称上、下两个边带是完全对称的，的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输仅传输其中一个边带即可其中一个边带即可，这就是单边带调制能解决的
13、，这就是单边带调制能解决的问题。问题。DSBDSB信号的解调：信号的解调：SDSB(t)coswct=x(t)coswct coswct=(1/2)x(t)+(1/2)x(t)cos2wct可用低通滤波器滤去可用低通滤波器滤去为了不失真的提取基带信号为了不失真的提取基带信号x(tx(t)，解调器必须有一个和调解调器必须有一个和调制器一样的载波信号，即收端载波和发端载波保持同频率制器一样的载波信号，即收端载波和发端载波保持同频率和同相位的关系，这种调制方式称为和同相位的关系，这种调制方式称为“同步解调同步解调”或或“相相干解调干解调”3.3 3.3 单边带调制单边带调制(SSB)(SSB)概念：
14、只传送一个边带的调制方式成为单边带调制。概念：只传送一个边带的调制方式成为单边带调制。AM、DSB的共同缺点：所需传输的带宽是信号的的共同缺点：所需传输的带宽是信号的2倍，倍，这样就降低了系统的有效性。由于从信息传输的角度讲，这样就降低了系统的有效性。由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包含的信息相同，因此只传送一个边上、下两个边带所包含的信息相同，因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。带即可以传送信号的全部信息。用高通滤波器或低通滤波器可获取上边带信号或下边用高通滤波器或低通滤波器可获取上边带信号或下边带信号带信号单边带信号的产生方法通常有单边带信号的产生方法通常有滤波法滤波法和和
15、相移法相移法。1.1.用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号 用滤波法形成用滤波法形成SSBSSB信号的技术难点是，由于一信号的技术难点是，由于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得般调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的到的DSBDSB信号的上、信号的上、下边带之间的间隔很窄，这下边带之间的间隔很窄，这就要求单边带滤波器在就要求单边带滤波器在fcfc附近具有陡峭的截止特附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。这就使滤性，才能有效地抑制无用的一个边带。这就使滤波器的设计和制作很困难，有时甚至难以实现。波器的设计和制作很困难，有时甚至难以实现。为此，为此，在工程中
16、往往采用多级调制滤波的方法。在工程中往往采用多级调制滤波的方法。：SSB信号的频谱信号的频谱形成形成SSB信号的滤波特性信号的滤波特性SSBSSB信号的产生方法信号的产生方法USB USB LSB LSB 滤波法产生滤波法产生SSB信号信号相移法产生相移法产生SSB信号信号相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作，该网络要对调制信号m(t)的所有频率分量严格相移/2，这一点即使近似达到也是困难的。为解决这个难题，可以采用混合法（也叫维弗法）综上所述：SSB调制方式在传输信号时，不但可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为BSSB=fH，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成为短波
17、通信中的一种重要调制方式。SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，需采用相干解调。3.4 3.4 残留边带调制残留边带调制(VSB)(VSB)SSBSSB问题问题：理想的滤波器难以实现。：理想的滤波器难以实现。VSBVSB调制调制：与：与SSBSSB相似，但是允许滤波器有过渡带，其中一相似，但是允许滤波器有过渡带，其中一个边带的损失能够恰好被另外一个边带残留的部分补偿，个边带的损失能够恰好被另外一个边带残留的部分补偿，DSBDSB经济，但是不如经济，但是不如SSBSSB。VSB信号的滤波调制法信号的滤波调制法DSB、SSB和VSB信号的频谱残留边带滤波器的互补对称特性残留边带滤波器
18、的互补对称特性 HVSB(w+wc)+HVSB(w+wc)=常数常数3.5 3.5 模拟信号的角度调制模拟信号的角度调制随着人类社会的发展，人们对通信质量的要求愈随着人类社会的发展，人们对通信质量的要求愈来愈高，随着传送消息的内容愈来愈广泛，特别来愈高，随着传送消息的内容愈来愈广泛，特别是广播的出现，传送的消息内容从语言扩展到了是广播的出现，传送的消息内容从语言扩展到了音乐，这样音乐，这样人们就有了对音质、音色及抗干扰性人们就有了对音质、音色及抗干扰性的要求的要求，而角度调制系统能比较好的解决这个问，而角度调制系统能比较好的解决这个问题。题。角度调制属于非线性调制，即调制后信号的频谱角度调制属于非线性调制，即调制后信号的频谱不再是调制前信号频谱的线性搬移，而产生出很不再是调制前信号频谱的线性搬移，而产生出很多新的频率成分。多新的频率成分。角度调制：角度调制：调频调频FM：角频率随消息信号角频率随消息信号m(t)变化；变化；调相调相PM：相位随消息信号相位随消息信号m(t)变化。变化。