通信原理第三章模拟调制系统
通信原理课件第3章模拟调制系统
1. DSB的时域、频域及功率 令直流信号的Ucm=0 ，得到DSB调制信号的时域和频域描 述
DSB的全部功率包含在边带上，即 DSB的调制效率 DSB 1
第3章 模拟调制系统
PDSB
1 2 Pf f (t ) 2
16
3.1
线性系统的调制与解调
3.1.4 双边带调制（DSB）
第3章 模拟调制系统 19
3.1
线性系统的调制与解调
3.1.5 单边带调制（SSB）
基本思想：只传送两个USB或两个LSB，节省一半带 宽，从而提高了信道利用率。同时也更节省了功率。 1. SSB的频谱 2. 单边带信号的产生 滤波法产生单边带信号 ： 产生SSB信号最直观的方法是让 双边带信号通过一个边带滤波器，保留所需要的一个边带， 滤除不要的边带。
当满足条件|f(t)|max≤Ucm 时，AM信号的包络与 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信号，否则，将会出现过 调幅现象而产生包络失真。这时不能用包络检 波器进行解调，因基带信号被噪声扰乱这种现 象叫“门限效应”；为保证无失真解调，可以 采用同步检波器。AM信号是带有载波的双边 带信号，它的带宽是基带信号带宽fH的两倍， 即BAM=2fH。
掌握非线性调制的原理;了解非线性调制系统抗噪声
性能及预加重与去加重技术。
第3章 模拟调制系统 2
3.1
线性系统的调制与解调
3.1.1 调制的概念 调制是通信原理中一个十分重要的概 念，是一种信号处理技术。无论在模拟 通信、数字通信还是数据通信中都扮演 着重要角色。 那么为什么要对信号进行调制处理？ 什么是调制呢？我们先看看下面的例子。
2. VSB信号的产生 残留边带信号必须使用相干解调。
通信原理第3章模拟调制技术
VS
高数据速率的调制技术
随着数据业务需求的爆炸式增长，高数据 速率的模拟调制技术成为研究热点。例如， QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）是一种常见 的高阶调制方式，通过增加星座点和调制 阶数，可以实现更高的数据传输速率。此 外，还有偏置QPSK、非线性调制等调制技 术，旨在提高频谱效率和数据传输速率。
通过调制将低频的模拟信号转换为高 频信号，以实现信号的远距离传输和 无线传输。
模拟调制技术的应用场景
广播通信
利用调频（FM）或调相（PM）技术， 将音频信号调制到载波上，实现广播 节目的传输。
电视信号传输
无线通信
在无线通信中，模拟调制技术被广泛 应用于移动通信、无线局域网 （WLAN）、无线广域网（WWAN） 等领域，以实现信号的无线传输。
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调频的缺点
占用带宽较宽，频带利用率较低。
调相的缺点
抗干扰能力较弱，对相位失真敏感，需要高 精度的相位控制系统。
03 模拟调制技术的分类
线性调制技术
01
调频（FM）
02
调相（PM）
03
调相而振幅不变（APM）
04
线性调制技术的特点：调制信号对载波的振幅、频率、相位同时进行 调制，使载波的振幅随调制信号的瞬时值呈线性变化。
软件定义无线电与模拟调制
软件定义无线电是一种新型的无线通信架构，通过软件编程的方式实现无线电功能的灵活配置和动态调整。在模 拟调制领域，软件定义无线电技术为调制方式的快速切换和自适应调整提供了可能。通过实时调整调制参数和算 法，可以根据信道状态和传输需求自适应地优化调制方案，提高通信系统的适应性。
第三章模拟调制系统-1DSB_SSB
则已调信号的频谱为： 则已调信号的频谱为：
1 SAM(ω) = πA0 [δ(ω − ωc ) + δ(ω + ωc )] + [F(ω − ωc ) + F(ω + ωc )] 2
12 教师:黄晗
1. 形状相同，位置搬移； 形状相同，位置搬移；
已调信号的频谱图： 已调信号的频谱图：
数字调制： 数字调制：ASK、FSK、PSK 、 、
3 教师:黄晗
调制的目的
提高无线通信时的天线辐射效率。 提高无线通信时的天线辐射效率。 传输频率： 传输频率：3kHz，天线高度：25km ，天线高度： 传输频率： 900MHz ，天线高度：8cm 传输频率： 天线高度： 把多个基带信号分别搬移到不同的载频处， 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。 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， 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。 还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。
2 教师:黄晗
信号、传输方式、调制方式的分类
电信号
携带有用信息的信号，未调制） 基带信号 （携带有用信息的信号，未调制） 基带信号经过某种调制） 频带信号 （基带信号经过某种调制）
传输方式
基带传输 调制（频带） 调制（频带）传输
模拟调制
线性调制：AM、DSB、SSB、VSB 线性调制： 、 、 、 非线性调制： 非线性调制：PM、FM调制 、 调制
β AM = f (t ) max / A0
11 教师:黄晗
当载波初相为0时 已调信号为： 当载波初相为 时，已调信号为： sAM (t ) = [ A0 + f (t ) ] cosω ct 频 域 = A0 cosω ct + f (t )cosω ct 特 性 分 析 若有： 若有：
通信原理第三章(模拟调制原理)习题及其答案
第三章（模拟调制原理）习题及其答案【题3－1】已知线性调制信号表示式如下：（1）cos cos c t w t Ω （2）(10.5sin )cos c t w t +Ω 式中，6c w =Ω。
试分别画出它们的波形图和频谱图。
【答案3－1】（1）如图所示，分别是cos cos c t w t Ω的波形图和频谱图设()M S w 是cos cos c t w t Ω的傅立叶变换，有()[()()2()()] [(7)(5)(5)(7)]2M c c c c S w w w w w w w w w w w w w πδδδδπδδδδ=+Ω+++Ω-+-Ω++-Ω-=+Ω+-Ω++Ω+-Ω（2）如图所示分别是(10.5sin )cos c t w t +Ω的波形图和频谱图：设()M S w 是(10.5sin )cos c t w t +Ω的傅立叶变换，有()[()()][()()2()()] [(6)(6)][(7)(5)2(7)(5)]M c c c c c c S w w w w w j w w w w w w w w w w j w w w w πδδπδδδδπδδπδδδδ=++-++Ω+++Ω---Ω+--Ω-=+Ω+-Ω++Ω+-Ω--Ω-+Ω【题3－2】根据下图所示的调制信号波形，试画出DSB 及AM 信号的波形图，并比较它们分别通过包络检波器后的波形差别。
【答案3－2】AM波形如下：通过低通滤波器后，AM解调波形如下：DSB波形如下：通过低通滤波器后，DSB 解调波形如下：由图形可知,DSB 采用包络检波法时产生了失真。
【题3－3】已知调制信号()cos(2000)cos(4000)m t t t ππ=+载波为4cos10t π，进行单边带调制，试确定单边带信号的表达式，并画出频谱图。
【答案3－3】可写出上边带的时域表示式4411ˆ()()cos ()sin 221[cos(2000)cos(4000)]cos1021[sin(2000)sin(4000)]sin1021[cos12000cos8000cos14000cos 6000]41[cos8000co 4m c c s t m t w t mt w t t t tt t tt t t t t πππππππππππ=-=+-+=+++--s12000cos 6000cos14000]11cos12000cos1400022t t t t tπππππ+-=+ 其傅立叶变换对()[(14000)(12000)2+(14000)(12000)]M S w w w w w πδπδπδπδπ=+++-+- 可写出下边带的时域表示式'4411ˆ()()cos ()cos 221[cos(2000)cos(4000)]cos1021[sin(2000)sin(4000)]sin1021[cos12000cos8000cos14000cos 6000]41+[cos8000c 4m c c s t m t w t mt w t t t tt t tt t t t t πππππππππππ=+=+++=+++-os12000cos 6000cos14000]11cos8000cos1600022t t t t tπππππ+-=+其傅立叶变换对'()[(8000)(6000)2(8000)(6000)]M S w w w w w πδπδπδπδπ=++++-+-两种单边带信号的频谱图分别如下图。
(信息与通信)第3章模拟调制系统
数字调制技术的发展对模拟调制系统的影响
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着数字调制技术的不断发展，其对模拟调制系统的影响 越来越大。数字调制技术具有更高的抗干扰性能和频谱利 用率，可能会逐渐取代模拟调制系统。
数字调制技术如OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，正交频分复用）等在抗干扰和频谱利用率方 面具有明显优势。随着数字信号处理技术的不断进步，数字 调制系统的复杂度和成本也在逐渐降低。因此，未来数字调 制系统可能会逐渐取代模拟调制系统，成为主流的通信调制 方式。
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调频（FM）
通过改变载波信号的频率来表示信息。
模拟调制系统的基本组成
调制器
将低频信号转换为高频信号。
载波信号
用于传输信息的信号。
信道
传输调制信号的媒介，可以是 无线电、有线等。
解调器
将调制信号还原为原始的低频 信号。
03
模拟调制系统的性能指标
调制效率
调制效率
调制效率是衡量模拟调制系统传输效率的重要指标，它表示了调制信号的功率与 载波信号的功率之比。调制效率越高，传输效率也越高。
详细描述
目前，低频段资源已经十分紧张，而高频段 资源相对丰富。利用高频段可以有效地缓解 频谱资源紧张的问题，同时高频段信号具有 传输速率高、传输时延低等优点，能够满足 未来通信对高速率和低时延的需求。
高效率调制技术
总结词
高效率调制技术是提高模拟调制系统性能的关键。通过采用先进的调制方式，可以有效地提高频谱利用率和传输 效率。
卫星通信
卫星电视广播
模拟卫星电视广播使用模拟调制技术将视频和音频信号调制到卫星信号上，然后传输给地面接收站和 电视机。
通信原理实验模拟调制系统(AM,FM)实现方法
实验一模拟调制系统（AM，FM）实现方法一、实验目的实现各种调制与解调方式的有关运算二、实验内容对DSB，抑制载波的双边带、SSB，FM等调制方式下调制前后的信号波形及频谱进行观察。
要求用system view 或Matlab中的基本工具组建各种调制解调系统，观察信号频谱。
三、实验原理AM:1)标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM）。
将调制信号m(t)与一个直流分量A叠加后与载波相乘可形成调幅信号。
AM信号的的频谱由载频分量、上边带、下边带组成。
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。
2）DSB。
若在AM调制模型中将A0去掉，即得到双边带信号（DSB）。
与AM信号比较，因为不存在载波分量。
3）SSB。
单边带调制（SSB）是将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的。
产生SSB信号的方法有：滤波法和相移法。
SSB调制包括上边带调制和下边带调制。
解调：解调是调制的逆过程，其作用是从接受的已调信号中恢复调制信号。
解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。
1）相干解调。
解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。
即把在载频位置的已调信号的浦搬回到原始基带位置。
2）包络检波。
包络检波器就是直接从已调信号的幅度中提取预案调制信号。
FM：调制中，若载频的频率随调制信号变化，称为频率调制或调频（FM）。
调频信号的产生方法有两种：直接调频和间接调频。
1）直接调频。
用调制信号直接控制载波振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。
2）间接调频。
先将调制信号积分，然后对载波进行调相，即可产生一个NBFM信号，再经n次频倍器得到WBFM信号。
解调：调频信号的解调也分为相干解调和非相干解调。
相干解调仅适用于NBFM信号，而非相干解调对于NBFM和WBFM信号均适用。
四、实验内容(一)标准调幅信号实验代码：f=5;T=1/f;fc=500;A=1.5;ts=0.001;fs=1/ts;t=0:ts:2*T;mt=cos(2*pi*f*t)+cos(2*pi*2*f*t);%调制信号ft=cos(2*pi*fc*t);%载波yt=(mt+A).*ft;%调幅信号N=2*T/ts;%设置抽样点数Mf=abs(fft(mt,N));%求调制信号频谱Ff=abs(fft(ft,N));%求载波频谱Yf=abs(fft(yt,N));%求调幅信号频谱ff=fs*(0:N-1)/N;%将调制信号与其频谱在同一图中作出figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,mt);title('调制信号');subplot(2,1,2);plot(ff,Mf(1:N));title('调制信号频谱');%将载波与其频谱在同一图中作出figure(2);subplot(2,1,1);plot(t,ft);title('载波');subplot(2,1,2);plot(ff,Ff(1:N));title('载波频谱');%将调幅信号与其频谱在同一图中作出figure(3);subplot(2,1,1);plot(t,yt);title('调幅信号');subplot(2,1,2);plot(ff,Yf(1:N)); title('调幅信号频谱'); 生成图像如下：放大后看到，在4HZ,8HZ处有冲击，符合要求。
通信原理模拟调制系统
通信原理模拟调制系统一、模拟调制系统的基本原理模拟调制系统的基本原理是将数字信号通过调制技术转换为模拟信号，然后通过信道传输，并在接收端使用解调技术将模拟信号还原为数字信号。
模拟调制系统由三个基本组成部分组成，分别是源编码器、调制器和信道。
源编码器将输入的数字信号进行编码处理，调制器将编码后的数字信号转换为模拟信号，并通过信道传输，接收端的解调器将模拟信号还原为数字信号。
二、常用的调制技术1.幅度调制（AM）幅度调制是一种常用的调制技术，通过改变载波信号的幅度来传输数字信号。
具体实现时，将载波信号与数据信号相乘，得到一个幅度变化的信号，然后通过信道传输。
发射端的解调器使用包络检测器将幅度调制信号解调为原始数据。
2.频率调制（FM）频率调制是一种将数字信号转换为模拟信号的调制技术。
频率调制有两种常用的方式，即调频调制（FM）和相位调制（PM）。
在调频调制中，数字信号的变化会导致载波信号频率的变化，而振幅保持不变。
接收端的解调器使用频率解调器将模拟信号还原为数字信号。
3.相位调制（PM）相位调制也是一种将数字信号转换为模拟信号的调制技术。
在相位调制中，数字信号的变化会导致载波信号相位的变化，而频率和振幅保持不变。
接收端的解调器使用相位解调器将模拟信号还原为数字信号。
三、调制解调器调制解调器是模拟调制系统中的关键设备，用于实现数字信号与模拟信号的相互转换。
调制解调器在发射端将数字信号转换为模拟信号，并通过信道传输。
在接收端，调制解调器将模拟信号还原为数字信号，以便进行解码和处理。
四、模拟调制系统的应用模拟调制系统广泛应用于音频和视频信号的传输。
在电视广播中，模拟调制系统被用于将图像和声音信号转化为模拟信号，然后通过无线或有线信道传输。
在手机通信中，模拟调制系统被用于将语音信号转化为模拟信号，然后通过无线信道传输。
总结：模拟调制系统是一种将数字信号转换为模拟信号的技术，常用于音频和视频信号的传输。
它包括源编码器、调制器和信道等组成部分，并通过调制解调器实现数字信号与模拟信号的相互转换。
通信原理第三章模拟调制系统
sU SB(t)1 2Amcos(0m)t 1 2 A m c o sm c o s0 t 1 2 A m s inm s in0 t
下边带信号
sLSB(t)1 2Amcos(0m)t 1 2 A m c o sm tc o s0 t 1 2 A m s inm ts in0 t 电子工业出版社
式中，sgn 1 1,,
0 0
➢ 上式中的[-jsgn]可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即
H h ( ) M ˆ( )/M ( ) jsg n
电子工业出版社
单边带调制
通信原理
相移法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。
电子工业出版社
单边带调制
相移/2的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记 为“ ^ ”，则有
A mco ˆsm tA m sin m t
将上式改写为
s S S B ( t) 1 2 A m c o sm tc o s0 t 1 2 A m c o ˆ sm ts in0 t
电子工业出版社
单边带调制
通信原理
相移法和SSB信号的时域表示
s S S B ( t) 1 2 A m c o sm tc o s0 t 1 2 A m c o ˆ sm ts in0 t
将上式推广到一般
s S S B (t) 1 2 m (t)c o s0 t 1 2 m ˆ(t)s in0 t
式中， mˆ(t)是m(t)的希尔伯特变换
mtMm ˆtM ˆ M ˆ( ) M ( ) jsg n
电子工业出版社
单边带调制
通信原理
相移法和SSB信号的时域表示 ➢ SSB信号的时域表示式
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解： （1） Pn
1 2
Ac 2 50W
（2） m f 4 （3） f m 100Hz, f m f f m 400Hz （4） B 2( f f m ) 1000Hz
S( f )
f c 10 6 Hz
f
0
fc
1000Hz
模拟调制应用实例：
立体声调频广播
r (t ) m(t ) cos(0t ) cos[(0 )t ]
1 2
m(t ) cos( t )
1 2
m(t ) cos[(20 )t ]
1 低通滤波后，得到 m (t ) cos(t ) 2
仅当本地载波没有频率误差时，输出信号才正比于m(t ) 。
（4）当调制指数 m f 1 时，称为窄带调频。 B 2 f m
3.3.3 角度调制信号的接收
例： 某调频波 s (t ) 10 cos[2 10 6 t 4 cos(200 t )] ，求：
（1）已调信号平均功率； （3）最大频偏； （2）调制指数； （4）调频信号宽度。
d (t ) dt
瞬时角频率
（一）相位调制 PM 的定义
瞬时相位偏移量 (t ) 0t 随调制信号 m(t ) 线性变化。
(t ) 0t k p m(t ) 0
(t ) 0 t k p m (t ) 0
s p (t ) A cos[0t k p m(t ) 0 ]
例：
s (t )
i (t )
FM： i (t ) 0 k f m(t )
PM：i (t ) 0 k p
dm(t ) dt
若m(t)作直线变化，则已调信号就是频率调制信号； 若m(t)是随 t 2变化，则已调信号就是相位调制信号。
3.3.2 已调信号的频谱和带宽
设调制信号 m (t ) Am cos(m t ) ，对载波作频率调制
• 包络检波：载波分量足够大，不发生过调幅。
• 相干解调：
3.2.2 双边带（DSB）调制
调制信号m(t)没有直流分量时，得到DSB信号 。
s (t ) m(t ) cos(0t )
1. DSB信号的频谱
M(f)
S(f)
上边带 下边带
上边带
f 0 (a) 调制信号频谱密度
-f0
0 (b) 已调信号频谱密度
i (t ) 0 k p
dm (t ) dt
（二）频率调制 FM 的定义
瞬时（角）频率偏移量 i (t ) 0 随调制信号 m(t ) 线性变化。
i (t ) 0 k f m(t )
i (t ) 0 k f m (t )
(t ) i (t ) dt 0 0 t k f m (t ) dt 0
调制信号 m(t ) 是模拟信号
载波 c (t ) A cos( 0 t 0 )
已调信号 s (t )
调制的目的：
• 频谱搬移 — 适应信道传输、合并多路信号
• 提高抗干扰性
模拟调制的分类：
• 线性调制： AM、DSB、SSB、VSB • 非线性调制：FM、PM
3.2 线性调制
线性调制器的一般模型：
调制信号 m(t )
s(t )
已调信号 s (t )
H( f )
c (t ) A cos(0t )
m(t ) 和 H ( f ) 的不同产生不
m (t ) M ( f )
同形式的调幅波。
A s (t ) m (t ) A cos(0t ) S ( f ) [ M ( f f 0 ) M ( f f 0 )] 2
i (t ) 0 k f Am cos( m t )
最大角频率偏移 k f Am
mf
m
f fm
s f (t ) A cos[0t m f sin(m t )]
AJ 0 ( m f ) cos( 0t ) AJ 1 ( m f ) cos[( 0 m )t ] cos[( 0 m )t ] AJ 2 ( m f ) cos[( 0 2 m )t ] cos[( 0 2 m )t ] AJ 3 ( m f ) cos[( 0 3 m )t ] cos[( 0 3 m )t ]
若 m (t ) 1 ，则 1 m(t ) 0 ， 可用包络检波法实现无失真解调。
c(t)
A
-A
2. AM已调波的频谱
1+m(t)
M(f)
1 0 c(t)
A
t
-fm
fm
C(f)
f
-A
-f0
f0
f
s(t) S (f)
t
-f0
2fm
f0
f
BAM 2 f m
2fm
3. AM信号的解调
具有互补 对称性。
-2f0
0
fm
f
H(f - f0) 0 H(f + f0) + H(f – f0) f 2f0
-fm
-2f0
-fm
0
fm
f 2f0
3.3 非线性调制
3.3.1 基本原理
c (t ) A cos(0t 0 ) A cos (t )
(t ) 瞬时相位
i (t )
3.2.3 单边带（SSB）调制
1. SSB信号的频谱
滤波法产生SSB时，要 求调制信号 m(t ) 无太低 频率成分。
S(f)
上边带
上边带
下边带
f
-f0
0
f0
(a) 滤波前信号频谱 HH(f)特性 上边带
S(f)
HH(f)特性 上边带
f
BSSB f m
-f0
0
f0
(b) 上边带滤波器特性和信号频谱 NhomakorabeaBSSB BVSB BDSB
[ M ( f f 0 ) M ( f f 0 )]
低通滤波后的信号频谱：
A 4 M ( f )[ H ( f f 0 ) H ( f f 0 )]
[ M ( f 2 f 0 ) H ( f f 0 ) M ( f 2 f 0 ) H ( f f 0 )]
第 3章
3.1 概述
模拟调制系统
3.2 线性调制
3.2.1 振幅调制（AM）
3.2.2 双边带（DSB）调制 3.2.3 单边带（SSB）调制 3.2.4 残留边带（VSB）调制
3.3 非线性调制
3.3.1 基本原理
3.3.2 已调信号的频谱和带宽
3.3.3 角度调制信号的接收
3.1 概述
模拟调制：
（1）边频成对； （2）大部分功率集中在有限 带宽内； （3）若忽略掉那些振幅小于未调 载波振幅1%的边频分量， 则 B 2(m 1) f
f m
kHz kHz
kHz kHz
kHz kHz
kHz kHz
2(f f m )
当调制信号含有很多频率分量时
m
B 2(f f max )
J n ( m f )为第一类 n 阶贝塞尔函数
J n (m f ) J n (m f ) J n (m f ) J n (m f )
当 n为偶数时 当 n为奇数时
x
s f (t ) A J n (m f ) cos[(0 nm )t ]
n
FM已调波频谱特点：
f0
f
BDSB 2 f m
两个边带包含相同的信息
2. DSB信号的解调
相干解调
已调信号 s (t )
r (t )
低通滤波
基带信号 m(t )
本地载波
cos(0t )
同频同相的 本地载波
设接收的DSB信号为 s (t ) m(t ) cos(0t ) 本地载波为 cos[( 0 )t ]
低通滤波后的信号频谱：
A 4
M ( f )[ H ( f f 0 ) H ( f f 0 )]
VSB信号无失真解调的条件： H ( f f0 ) H ( f f 0 ) C,
H(f)
f fm
H ( f ) 对于 f 0
-(f0+fm) -f0 0 H(f + f0) f0 f0+fm f
i (t ) 0 k f m (t ) 0 k f Am cos( m t )
s f (t ) A cos[ 0 t k f Am cos( m t ) dt ]
A cos[0t m f sin( m t )]
mf k f Am
m
调制指数
m f 表征已调波的最大相位偏移量
低通滤波
本地载波
cos(0t )
VSB信号无失真解调的条件：
S ( f ) A 2 A S ( f ) [ M ( f f 0 ) M ( f f 0 )] H ( f ) 2 1 ( f ) S ( f f 0 ) S ( f f 0 ) R 2
A 4 M ( f )[ H ( f f 0 ) H ( f f 0 )] A 4
M(f) S(f)
0
f
-f0
0
(a) 输入信号频谱密度
(b) 输出信号频谱密度
f0
f
3.2.1 振幅调制（AM）
1. 基本原理
m(t)
若调制信号 m(t ) 含有直流分量