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1、模拟调制系统第1页，本讲稿共32页3.1引言调制在通信系统中具有重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且，它对系统的传输有郊性和传输可靠性有着很大的影响。在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接收端则需要有反调制过程解调过程。第2页，本讲稿共32页3.1.1 调制的定义调制的定义 调制：用待传输的原始信号去控制高频正弦波或周调制：用待传输的原始信号去控制高频正弦波或周期性脉冲信号的某个参量，使它随基带信号的变化而变期性脉冲信号的某个参量，使它随基带信号的变化而变化。其实质是频谱变换
2、。化。其实质是频谱变换。基带信号基带信号f(t)载波信号载波信号c(t)已调信号已调信号Sm(t)第3页，本讲稿共32页3.1.2常用名词解释常用名词解释 n 载波信号载波信号(被调制信号被调制信号)高频正弦波或周期性脉冲信号称为载波；高频正弦波或周期性脉冲信号称为载波；n 基带信号基带信号(调制信号调制信号)原始信号称为基带信号（或调制信号）；原始信号称为基带信号（或调制信号）；n已调信号：调制后得到的其参量随原始信号作线已调信号：调制后得到的其参量随原始信号作线性变化的信号称为已调信号。（特点：性变化的信号称为已调信号。（特点：1，携带原，携带原始信号的信息。始信号的信息。2，适合在信道中
3、传输。），适合在信道中传输。）1调制的作用（为什么需要调制）调制的作用（为什么需要调制）第4页，本讲稿共32页3.1.3调制的作用（为什么需要调制）调制的作用（为什么需要调制）1 1）调制的实质是进行频谱搬移。把基带信号的频谱搬移到）调制的实质是进行频谱搬移。把基带信号的频谱搬移到载频附近，以适应信道频带要求，使信号特性与信道特性载频附近，以适应信道频带要求，使信号特性与信道特性相匹配，便于发送和接收。相匹配，便于发送和接收。无线电信号能够发射的条件 信号频率足够高信号频率足够高 天线具有开放性结构天线具有开放性结构 基带信号的低频分量丰富，如果直接传送信号损耗太大；基带信号的低频分量丰富，如
4、果直接传送信号损耗太大；天线能有效发射电磁波的另一条件是：所发射的信号波长与天线能有效发射电磁波的另一条件是：所发射的信号波长与天线的尺寸相比拟。载波的频率较高天线的尺寸相比拟。载波的频率较高(波长较短波长较短)，发射天线，发射天线易于制作。易于制作。第5页，本讲稿共32页3.1.3调制的作用（为什么需要调制）调制的作用（为什么需要调制）2）实现信道的复用，即在一个信道中同时实现传输多实现信道的复用，即在一个信道中同时实现传输多路信号，以提高信道的利用率。路信号，以提高信道的利用率。如若干个广播电台同时工作时，由于不同基带信号如若干个广播电台同时工作时，由于不同基带信号频谱所占据的频带大致相同
5、，若不进行不同载波的调制，频谱所占据的频带大致相同，若不进行不同载波的调制，广播电台就无法同时工作。广播电台就无法同时工作。3 3）利用信号带宽和信噪比的互换性，提高系统的抗干）利用信号带宽和信噪比的互换性，提高系统的抗干扰性能，并有效地利用频带。扰性能，并有效地利用频带。如扩频通信，射频信号带宽远大于基带信号带宽，如扩频通信，射频信号带宽远大于基带信号带宽，使基带信号淹没在噪声中而不容易被发现使基带信号淹没在噪声中而不容易被发现,提高了系统提高了系统的可靠性和隐蔽性。的可靠性和隐蔽性。第6页，本讲稿共32页3.14 调制的分类调制的分类第7页，本讲稿共32页调制方式调制方式用途举例用途举例线
6、性调制线性调制常规双边带调制常规双边带调制AM广播广播双边带调制双边带调制DSB立体声广播立体声广播单边带调制单边带调制SSB载波通信、短波无线电话通信载波通信、短波无线电话通信残留边带调制残留边带调制VSB电视广播、传真电视广播、传真非线性调制非线性调制频率调制频率调制FM微波中继、卫星通信微波中继、卫星通信相位调制相位调制PM中间调制方式中间调制方式数字调制数字调制振幅键控振幅键控ASK数据传输数据传输频移键控频移键控FSK数据传输数据传输相位键控相位键控PSK数据传输数据传输其它高效数字调制其它高效数字调制QAM、MSK数字微波、空间通信数字微波、空间通信n正弦波调制（连续波调制）正弦波
7、调制（连续波调制）第8页，本讲稿共32页调制方式调制方式用途举例用途举例脉冲模拟调制脉冲模拟调制脉幅调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测中间调制方式、遥测脉宽调制脉宽调制PDM中间调制方式中间调制方式脉位调制脉位调制PPM遥测、光纤传输遥测、光纤传输脉冲数字调制脉冲数字调制脉码调制脉码调制PCM市话中继线、卫星、空间通信市话中继线、卫星、空间通信增量调制增量调制DM（M）军用、民用数字电话军用、民用数字电话差分脉码调制差分脉码调制DPCM电视电话、图像编码电视电话、图像编码其它编码方式其它编码方式ADPCM中速数字电话中速数字电话n 脉冲调制脉冲调制第9页，本讲稿共32页n 幅度调制的原理幅度
8、调制的原理f(t)S(t)c(t)幅度调制的一般模型幅度调制的一般模型3.2 幅度调制幅度调制 用调制信号f(t)控制高频载波C(t)的振幅，使载波的振幅随调制信号的变化而变化。数学模型见图。第10页，本讲稿共32页调幅（AM）H（w）为全通网络，f(t)含有直流成分。双边带（DSB）H（w）为全通网络，f(t)无直流成分。单边带（SSB）H（w）为截止频率为载频fc的高通或低通滤波器。残留边带（VSB）H（w）为特定的互补特性滤波器。根据滤波器特性和调制信号所含频谱成分的差异，幅度调制分为：n幅度调制的原理幅度调制的原理第11页，本讲稿共32页3.2.1 调幅信号（调幅信号（AM）1）定义）
9、定义：由模拟信号对载频的幅度进行调制得到。2）时间表示式）时间表示式：载频信号调幅信号为调制信号f(t)叠加直流A0后对载波的幅度进行调制形成。调幅信号第12页，本讲稿共32页3.2.2 调幅波包络不失真的条件调幅波包络不失真的条件 前提：调幅引起的最大振幅增量 ，即瞬时振幅的最小值A(t)min小于零时。否则包络就会失真。波形特点：AM信号振幅包络的形状与基带信号形状一致，即AM信号的振幅包络随基带信号的瞬时值按一定比例变化。调幅指数。取值：小于调幅指数。取值：小于1；正常调幅；正常调幅；等于等于1；满调幅；满调幅大于大于1；过调幅；过调幅第13页，本讲稿共32页第14页，本讲稿共32页3.
10、2.3 调幅信号的频谱调幅信号的频谱时域表达式时域表达式频域表达式频域表达式 BAM =WAM/2=2F(Hz)基带信号带宽基带信号带宽W：F调幅信号带宽是基带信号带宽（调幅信号带宽是基带信号带宽（基带信号最高基带信号最高频率频率）2倍倍结论：已调信号的频谱与基带信号的频谱形状上完全一结论：已调信号的频谱与基带信号的频谱形状上完全一 样，只是进行了频谱搬移。（线性调制）样，只是进行了频谱搬移。（线性调制）第15页，本讲稿共32页sAM(t)tSAM()-cc02mc()-cc0c(t)tF()-mm0AM信号的波形及频谱信号的波形及频谱tA0f(t)第16页，本讲稿共32页3.2.4 调幅波的
11、功率调幅波的功率假定调制信号f(t)没有直流分量Pc为载波功率；Pf边带功率第17页，本讲稿共32页3.2.5 调制效率调制效率定义：定义：由于调幅信号携带调制信号信息的不是载由于调幅信号携带调制信号信息的不是载频分量，而是边带分量，所以将边带功率与调幅频分量，而是边带分量，所以将边带功率与调幅信号平均功率的比值称为调幅信号的调制效率。信号平均功率的比值称为调幅信号的调制效率。例：单频调制为了得到较高的调制效率，为了得到较高的调制效率，希望采用较深的调制。但是希望采用较深的调制。但是对于调幅波，对于调幅波，为了保证包为了保证包络不失真，络不失真，最大只能为最大只能为1 1(满调幅满调幅)，此时
12、调制效率为，此时调制效率为1/31/3。所以，振幅调制的效。所以，振幅调制的效率比较低。这是振幅调制的率比较低。这是振幅调制的缺点。缺点。第18页，本讲稿共32页调幅波由载波分量和边带分量组成，调制效率较低。如单频调制时，在满调幅情况下，边带功率只占总功率的三分之一；在各种基带信号中，调制效率最高的是幅度为A 的方波，调制效率为0.5。双边带调幅只传送边带分量，抑制了载波分量，提高功率利用率。也称为抑制载波调幅（AMSC）。3.3 双边带调制（双边带调制（DSBDSB）第19页，本讲稿共32页3.3.1 双边带信号（双边带信号（DSBDSB）的特点）的特点双边带信号的时域表达式：双边带信号的时
13、域表达式：双边带信号的频域表达式：双边带信号的频域表达式：带宽带宽结论：结论：DSB信号的带宽是调制信号最高频率的两倍。是调幅波在载频分量为0的特例。第20页，本讲稿共32页C(t)tttf(t)www00(a)载波波形载波波形(b)基带调制信号波形基带调制信号波形(C)DSBDSB信号波形信号波形DSBDSB信号频谱信号频谱基带信号频谱基带信号频谱载波信号频谱载波信号频谱DSB信号的波形及频谱信号的波形及频谱第21页，本讲稿共32页过零点处，双边带信号的波形出现反相点。双边带信号的包络不再与基带信号的变化规律保持一致。所以DSB信号不能用不能检波器解调。3.3.2 说明说明第22页，本讲稿共
14、32页振幅调制的实质是对调制信号进行加法和乘法运算。调幅器的模型，原则上只要一个加法器和一个乘法器的组合，就可以实现振幅调制。但实际的调幅器是很多的。3.4 调幅信号的产生调幅信号的产生 产生模型：产生模型：调幅信号调幅信号第23页，本讲稿共32页产生：产生：双边带调制实际是一个相乘运算，因此一个乘双边带调制实际是一个相乘运算，因此一个乘法器就可以产生法器就可以产生DSB信号。信号。说明：只要用基波角频率为说明：只要用基波角频率为 c的任何形状的周期信号与的任何形状的周期信号与f(t)相乘，都能够实现相乘，都能够实现DSB。3.5 双边带信号的产生双边带信号的产生 产生模型：产生模型：调幅信号
15、调幅信号C(t)带带通通滤滤波波器器（中中心心频频率率 c）f(t)第24页，本讲稿共32页3.5 双边带信号的产生双边带信号的产生 C(t)是基波角频率为c的任何形状的周期信号，根据信号分析理论，任何周期信号均可分解为直流与一序列谐波分量之和。其中，第二相就是DSB信号，可用带通滤波器（中心频率c，带宽为2fm）取出。实际中，常是采用乘法器（环形调制器）实现。第25页，本讲稿共32页3.6 调幅信号的解调解调是调制的逆过程，在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基带范围内。调幅信号的解调方法分相干解调和非
16、相干解调两大类。AM调幅信号一般采用非相干解调。解调器有包络检波器、平方律检波器等。第26页，本讲稿共32页3.6.1相干解调所谓相干解调，就是利用已调信号的相位变化来恢复调制信号。相干解调对于AM、DSB、SSB及VSB都适用，没有门限效应，但它要求本地载波和接收信号的载波必须保持同频和同相。相干解调又叫同步检测（同步检波）、相干检测（相干检波）、零拍检测。第27页，本讲稿共32页1)相干解调的原理-模型图LPF:Low-pass Filter 低通滤波器 cos(ct+)本地载波 LPFs(t)ud(t)vp(t)第28页，本讲稿共32页2)DSB相干解调的波形及其频谱图第29页，本讲稿共32页相干解调的波形及其频谱图第30页，本讲稿共32页说明说明：为了得到较好的解调效果，要求接收端参考载波的频率和相位与接收信号的载波频率和相位完全相同。因此接收机必须有使本地参考载波的频率和相位与接收信号的载波频率和相位保持同步的电路（如锁相环电路），使得电路复杂化。这是为了节省功率而抑制载波的代价。3)相干解调的同步问题第31页，本讲稿共32页3)相干解调的同步问题本地载波与DSB相乘经LPF后可以无失真地恢复出S(t)，只是对幅度有所影响；不能无失真地恢复出原信号S(t)。第32页，本讲稿共32页