线性模拟调制
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：
线性调制
第3章模拟线性调制系统 3.1 概述3.1.1 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。
3.1.2 基本概念基带信号：由消息直接变换成的电信号。
频带从零频开始，低频端谱能量大，不宜在信道中远距离传输。
调 制：按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程叫调制。
（频谱搬迁）调制信号：f(t)载 波：c(t)=Acos[ωc t+θ0]已调信号：s(t)=m (t)·c(t) =A(t)cos[ωc t+φ(t)+θ0] 模拟调制：当调制信号为模拟基带信号m(t)，载波为连续的正弦或余弦高频信号c(t)=Acos[ωc t+θ0]时，称模拟调制。
3.1.3 调制的分类数字调制3.2 双边带调幅一. 常规调幅１． 时域表达式：调制信号f(t)（平均值)(t f ＝0）加直流后对载波幅度调制（称标准或完全调幅）s AM (t)= [A 0+f(t)]·cos[ωc t+θc ]ωc 载波角频率， θc 载波初相位()()()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧成比例变化随常数，调相：成比例变化随常数，调频：非线性调制角度调制为常数成比例变化随线性调制幅度调制模拟调制t f t t A t f dt t d t A VSBSSB DSBAM t t f t A φφφ)(,波形图3-1当调制信号f(t)为单频信号时：f(t)= A m cos(ωm t+θm )则： s AM (t)= [A 0+ A m cos(ωm t+θm)]cos[ωc t+θc ]= A 0 [1+βAM cos(ωm t+θm)]cos[ωc t+θc ]A A m AM =β称调幅指数，х100%叫调制度⎪⎩⎪⎨⎧><=过调幅通常取正常调幅满调幅...1-60%)-30%(...1......1AMβ ２．频域表达式θc =0的时域表达式：s AM (t)= [A 0+ f (t)]cosωc t = A 0 cosωc t+ m (t) cosωc t因m(t) F (ω)A 0 cosωc t [])()(000ωωδωωδπ++-↔A注： ))((21cos )(tj tj c c c eet f t t f ωωω-+=tj tj c c et f et f ωω-+=)(21)(21其付氏变换为因为根据平移故S AM (ω) 的频域表达式为：[])]()([21)()()(00000ωωωωωωδωωδπω++-+++-=F F A S AM频谱图：()()00ωωω-↔F et f tj ()()0021ωωωω++-F F [])()(21cos )(00ωωωωω++-↔F F t t f c频谱搬迁到适合通信系统传输的频率范围。
实验一模拟线性调制
实验⼀模拟线性调制电⼦科技⼤学通信学院《模拟线性调制系统实验报告》模拟线性调制系统实验班级学⽣学号教师刘镰斧模拟线性调制系统实验⼀、实验⽬的1. 研究模拟连续信号在（AM 、DSB 、SSB 、VSB 、QAM ）⼏种线性调制中的信号波形与频谱，了解调制信号是如何搬移到载波附近。
2. 加深对模拟线性调制（AM 、DSB 、SSB 、VSB 、QAM ）的⼯作原理的理解。
3. 了解产⽣调幅波（AM ）和抑制载波双边带波（DSB —SC ）的调制⽅式，以及两种波之间的关系。
4. 了解⽤滤波法产⽣单边带SSB —SC 的信号的⽅式和上下边带信号的不同。
5. 研究在相⼲解调中存在同步误差（频率误差、相位误差）对解调信号的影响从⽽了解使⽤同频同相的相⼲载波在相⼲解调中的重要性。
6. 熟悉正交调幅QAM 传输系统的原理及作⽤。
⼆、实验原理模拟带通传输系统，是将基带信号经过线性调制后形成的已调波送⼊信道传输，在接收端经过反调制，再从已调波中将基带信号恢复出来。
常⽤的线性调制包括调幅（AM ），双边带调制（DSB ），单边带调制（SSB ），残留边带调制（VSB ），正交调幅（QAM ）等五种⽅式。
这些⽅式是通过基带信号与单⼀⾓频率c ω的余弦载波相乘后再经过适当滤波实现。
在时域上，就是⽤基带信号m （t ）去控制载波f （t ）的幅度参数，使其m （t ）的规律⽽变化；它的频域解释是把基带信号的频谱范围搬迁到载波附近的频谱范围上的搬移过程。
在接收端，如果采⽤相⼲解调，在本地载波保持同步关系时，都能正确的解调。
但是当本地载波存在相位误差或频率误差时，不同的调制⽅式受到的影响是不同的，当只有相位误差时，SSB 制式的输出不受影响，AM 和DSB 制式的输出幅度有所下降，⽽QAM 制式则产⽣路间窜扰。
在本地载波有频率误差时，SSB 制式的输出使频谱有所偏移，对于话⾳信号传输⽽⾔，频差在20Hz 以内时，⼈⽿可以容忍；⽽对于其他制式，输出会产⽣严重失真。
模拟线性调制
调制
f (t)
SAM (t)
A0
cos(wct )
调幅指数
调制信号
f (t) Am cos (mt θm )
调幅信号
S AM
Байду номын сангаас
(t)
A0 [1
Am A0
cos (mt
θm )]
cos (wct
θc )
调幅指数
βAM
Am A0
无失真包络检波条件：βAM 1
已调信号的频域分析
傅立叶变换
kf (t)
把一个已调信号，乘上一个同频同相的本地载 波，得
SDSB(t)coswct=f(t)cos2wct=1/2f(t)(1+cos2wct)
3.1.1.2 单边带调幅 SSB
原理： f (t)
SDSB (t)
HSSB (w)
SSSB (t)
频域表示
cos(wct )
SDSB (w)
表示式： w
对于具有低频和直流分量的调制信号，用滤波方 法实现单边带调制所需要的过渡带无限陡峭的滤波 器，在残留边带调制中，已不需要
代价是增加了一些带宽
3.1.3.1 残留边带信号的产生
原理：
f (t)
SDSB (t)
HVSB (w)
cos(wct )
频域表示
SVSB (t)
1 SVSB (w) 2 HVSB (w) [F (w wc ) F (w wc )] (3-56)
ω
数学分析：
Sy(ω)= Sx(ω)*δ(ω- ωc)
x(t)=y(t)cos ωct
cos ωct→ πδ(ω+ ωc)+ πδ(ω- ωc)
线性模拟调制ppt课件
残留边带（VSB）调制
原理：残留边带调制是介于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。在这种调制方式中，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，如下图所示：
M
DSB SSB VSB
fc
0
fc
()
1, 0,
c c
则可滤除上边带。
滤波后的信号频谱 SSSB () SDSB () H
保留上边带的频谱图
SDSB
c
0
c
H USB
c
0
c
SUSB
c
0
c
滤波法的缺点 1.滤波器很难做到具有陡峭的截止特性 2.当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。
相移法和SSB信号的时域表示
SVSB
()
SDSB
H
1 [M 2
(
c )
M
c
)] H
()
为了确定上式中残留边带滤波器传输特性H()应满足的条件，我们来分析一下接 收端是如何从该信号中恢复原基带信号的。
VSB信号解调器框图
sVSB t
sp t
LPF sd t
c t 2 cosct
式中 s p (t) 2sVSB (t) cosct
Am
c
o
s mt
sin
ct
把上式推广到一般情况，则得到
sSSB (t)
1 2
m(t) cosct
1 2
mˆ (t) sin ct
式中 mˆ (t)是m(t)的希尔伯特变换
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。
第五章模拟调制系统-线性调制原理
PAM
2 A0 m2 (t ) + Pc + Ps 2 2
将常规双边带调幅SAM(t)中不携带信息的载波抑制掉 ，即去掉振幅中的直流分量，可得双边带调幅的时域 表达式：
sDSB (t ) m(t ) coswct
sAM (t ) [ Ac + m(t )] coswct
邯郸学院
§ 5.1 幅度调制的原理
已调信号: sm (t ) c(t )m(t ) Am(t ) cos(ct + 0 ) Am(t ) cos wct
频谱分析： 设m(t ) M ( ) A 则：S m ( ) F [u (t )] [ M ( c ) + M ( + c )] 2
H (w) H (w) e j ( w)
无失真传输（理想恒参信道）条件： a、幅频特性为一条水平直线，即
H (w) K (常数)
b、相频特性是一条通过原点的直线，即
(w) wtd
d ( w) td (常数) dw
( w)
回顾
邯郸学院
频率失真、相位失真均属于线性失真，通常可用线性网络补偿， 这种补偿网络通常称为幅度和相位均衡器。 除以上两种线性失真外，还存在其他失真： 非线性失真、频率偏移（deviation）和相位抖动(phase jitter) （2）随参信道对信号传输的影响 传输特性： H (w, t ) H (w, t ) e j ( w,t ) a、对信号的衰耗随时间而变化 b、传输的时延随时间而变化 c、多径传播——对信号产生的影响称为多径效应
-Wc
W
Wc
邯郸学院
§ 5.1 幅度调制的原理
二、幅度调制特点 （1）波形特点： 幅度随基带信号变化呈正比变化 （2）频谱特点： 从基带简单的搬移到频带上——频谱的搬移是 线性的，所以称为线性调制
模拟线性调制系统的仿真【实验报告】和【实验指导】
实验一：模拟线性调制系统仿真一、实验目的：1、掌握模拟调制系统的调制和解调原理；2、理解相干解调。
二、实验内容：1、编写AM 、DSB 、SSB 调制，并画出时域波形和频谱图。
2、完成DSB 调制和相干解调。
三、实验步骤1、线性调制1) 假定调制信号为m t ，载波c ()cos 2πm f t =()cos 2πc t f t =，f m =1kHz ，f c =10kHz ； 绘制调制信号和载波的时域波形(保存为图1-1)。
2) 进行DSB 调制，；进行AM 调制，DSB ()()()s t m t c t =⋅[]AM ()1()()s t m t c t =+⋅；绘制DSB 已调信号和AM 已调信号的波形，并与调制信号波形进行对照(保存为图1-2)。
3) 用相移法进行SSB 调制，分别得到上边带和下边带信号，SSB 11ˆ()()()()()22Q s t m t c t m t c t =⋅⋅ ，ˆ()sin 2πm m t f t =，()sin 2πQ c c t f t =。
4) 对载波、调制信号、DSB 已调信号、AM 已调信号和SSB 已调信号进行FFT 变换，得到其频谱，并绘制出幅度谱(保存为图1-3)。
2、DSB 信号的解调1) 用相干解调法对DSB 信号进行解调，解调所需相干载波可直接采用调制载波。
2) 将DSB 已调信号与相干载波相乘。
3) 设计低通滤波器，将乘法器输出中的高频成分滤除，得到解调信号。
4) 绘制低通滤波器的频率响应(保存为图1-4)。
5) 对乘法器输出和滤波器输出进行FFT 变换，得到频谱。
6) 绘制解调输出信号波形；绘制乘法器输出和解调器输出信号幅度谱(保存为图1-5)。
7) 绘制解调载波与发送载波同频但不同相时的解调信号的波形，假定相位偏移分别为ππππ,,,8432(保存为图1-6)。
四、实验思考题1、与调制信号比较，AM 、DSB 和SSB 的时域波形和频谱有何不同？2、低通滤波器设计时应考虑哪些因素？3、采用相干解调时，接收端的本地载波与发送载波同频不同相时，对解调性能有何影响？五、提示：1、Matlab只能处理离散值，所以调制信号、载波、已调信号和解调信号都是用离散序列表示的。
模拟电路相位调制
模拟电路相位调制相位调制（Phase Modulation，简称PM）是一种常见的调制方式，在模拟电路领域有着广泛应用。
它通过改变信号的相位来传递信息，具有抗干扰性强、带宽利用效率高等优点。
本文将详细介绍模拟电路相位调制的原理和应用。
一、相位调制的原理相位调制是将基频信号与调制信号相乘后，通过改变调制信号的相位来改变基频信号的相位。
具体而言，相位调制可以分为线性相位调制（PM）和非线性相位调制（FM）两种。
1. 线性相位调制（PM）线性相位调制中，相位的变化与调制信号的幅值成正比。
常见的线性相位调制方法有频率调相（Frequency Modulation，简称FM）和全相调制（Phase Modulation，简称PM）。
2. 非线性相位调制（FM）非线性相位调制中，相位的变化与调制信号的幅值的平方成正比。
非线性相位调制的一个典型例子是调频调制（Frequency Modulation，简称FM）。
二、相位调制的应用相位调制广泛应用于通信系统、无线电和广播等领域。
以下是相位调制的几个典型应用示例：1. 模拟调制解调系统相位调制通常用于模拟调制解调系统中，实现信息的传输。
例如，调频广播系统中，音频信号通过相位调制的方式传输到载波信号中，然后在接收端进行解调。
2. 调频收音机调频收音机中使用的广播信号就是经过相位调制的信号。
调频收音机通过接收、解调并放大信号，使用户能够收听到各类广播节目。
3. 数字调制相位调制也可以应用于数字通信中。
数字调制中使用的相位调制技术（如相位偏移键控调制，Phase Shift Keying, PSK）可以将二进制数字转化为相位差不同的信号波形，实现高速数据传输。
4. 雷达系统雷达系统中的信号也经常使用相位调制的方式进行传输。
雷达系统通过改变发射信号的相位来实现测量目标物体的距离和速度。
总结：相位调制是一种常见的调制方法，通过改变信号的相位来传递信息。
相位调制具有抗干扰性强、带宽利用率高等优点，广泛应用于通信系统、无线电和广播等领域。
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式中，“－”表示上边带信号，“+”表示下边带信号。
希尔伯特变换：上式中Am sinmt可以看作是Am cosmt 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
ˆ s mt Am sin mt Am co
1 sSSB (t ) Am cos mt cos ct 2 1 Am c o s mt sin ct 2
sVSB t
sp t
LPF
sd t
c t 2 cos c t
式中
s p (t ) 2sVSB (t ) cosct
SVSB () SDSB H
从而 S p () [SVSB ( c ) SVSB ( c )]
m t
频谱图 t 由频谱可以看出，AM信号的频 谱由三部分组成: A0 mt 载频分量 上边带 下边带
H
M
H
上边带的频谱结构与原调制信号t 载波 的频谱结构相同，下边带是上边带的 镜像。
t
SAM
AM信号带宽：它是带有载波分 sAM t 量的双边带信号，带宽是基带信号带 宽 fH 的两倍 :
H I
m t
sI t
cos t
c
/ 2
H Q
sQ t
sm t
谢 谢 ！
这样，上式可以改写为
把上式推广到一般情况，则得到
1 1 ˆ (t ) sin c t s SSB (t ) m(t ) cos c t m 2 2
式中
ˆ (t )是m(t )的希尔伯特变换 m
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。
2 当m(t) = Am cos mt时，m2 (t ) Am /2
2 Am 2 2 2 2 A0 m t 2 A0 Am
代入上式，得到
AM
m2 t
当|m(t)|max = A0时（100％调制），调制效率最高，这时
max ＝ 1/3
双边带调制 DSB 的原理
残留边带（VSB）调制
原理：残留边带调制是介于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。在这种调制方式中，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，如下图所示：
M
DSB
SSB
VSB
m t
sDSB t
H
sSSB t
载波 c t
图中，H()为单边带滤波器的传输函数， 1, c H ( ) H ( ) 若 USB 0, c
1, 若 H ( ) H LSB ( ) 0,
1
残留边带滤波器的两种形式 ： 残留上边带——右图(a) 残留下边带——右图(b)
0.5
(a)
c
1
c
0.5
(b)
0
线性调制的一般模型
滤波法模型
在前几节的讨论基础上，可以归纳出滤波法线性调制的一般 模型如下： sm t m t h t
cos c t
按照此模型得到的输出信号时域表示式为： sm (t ) [m(t ) cosc t ] h(t ) 按照此模型得到的输出信号频域表示式为：
将
代入上式
得
1 1 S p ( ) [ M ( 2c ) M ( )] H ( c ) [ M ( ) M ( 2c )] H ( c ) 2 2
式中M( + 2c)及M( - 2c)是搬移到+ 2c和 -2c处的频谱，它们可以由解 调器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波器的输出频谱为 1 Sd ( ) M ( ) H ( c ) H ( c ) 2
若保留下边带，则有 1 1 1 sLSB (t ) Am cos(C m )t Am cos mt cos ct Am sin mt sin ct 2 2 2
将上两式合并： s SSB (t )
1 1 Am cos m t cos c t Am sin m t sin c t 2 2
则可滤除下边带； 则可滤除上边带。
c c
滤波后的信号频谱 保留上边带的频谱图
SSSB () SDSB () H
SDSB
c
0
c
H USB
c
0
S USB
c
c
0
c
滤波法的缺点 1.滤波器很难做到具有陡峭的截止特性 2.当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。
fc
0
fc
调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法SBB调制器相同。
m t
sDSB t
H
sSSB t
载波 c t
不过，这时图中滤波器的特性应按残留边带调制的要求来进行设计，而不再要求 十分陡峭的截止特性，因而它比单边带滤波器容易制作。
对残留边带滤波器特性的要求
模拟调制
常见模拟调制方式
线性调制 （幅度调制） AM ——调幅 DSB ——双边带调制 SSB ——单边带调制 VSB —— 残留边带调制
非线性调制 （角度调制）
FM ——调频
PM ——调相
线性调制的一般原理
调制信号: 正弦载波: A 为载波幅度; ωc为载波角频率; φ0为载波初始相位（设φ0=0）。 设
SSB信号的解调 SSB信号的解调和DSB一样，不能采用简单的 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。 SSB信号的性能 SSB信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB调 制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且 它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。它目 前已成为短波通信中一种重要的调制方式。
由滤波法可知，残留边带信号的频谱为
SVSB () SDSB H [ M ( c ) M c )] H ( )
为了确定上式中残留边带滤波器传输特性H()应满足的条件，我们来分析一下接 收端是如何从该信号中恢复原基带信号的。
1 2
VSB信号解调器框图
c
0
பைடு நூலகம்
c
BAM=2fH
t
功率： 当m(t)为确知信号时，
PAM s
________ 2 AM
(t ) [ A m(t )] cos t
__________ _________ 2 2 c
__________ __________ ________ 2 2 0 c __________ __________ ___ 2 0 c
相移法和SSB信号的时域表示
SSB信号的时域表示式 设单频调制信号为 m(t ) Am cos mt c(t ) cos c t 载波为 则DSB信号的时域表示式为 s DSB (t ) Am cos m t cos c t 1 1 Am cos( c m )t Am cos( c m )t 2 2 两式仅正负号不同 若保留上边带，则有 1 1 1 sUSB (t ) Am cos(C m )t Am cos m cos c t Am sin m sin c t 2 2 2
t
A 0 mt
t
载波
t
sAM t
t
波形图 M 由波形可以看出，当满足条 件： |m(t)| A0 H H 时，其包络与调制信号波 形相同， S AM 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。 c 0 这时用包络检波将发生失真。 c 但是，可以采用其他的解调 方法，如同步检波（想干解 调）。
由此可以得到移相法线性调制的一般模型如下：
sm (t ) sI (t )cos ct sQ (t )s in ct
sI (t ) hI (t ) m(t )
sQ (t ) hQ (t ) m(t )
hI (t ) h(t )cos ct
hQ (t ) h(t )sin ct
sm (t ) sI (t )cos ct sQ (t )s in ct
式中
sI (t ) hI (t ) m(t )
sQ (t ) hQ (t ) m(t )
hI (t ) h(t )cos ct
hQ (t ) h(t )sin ct
上式表明，sm(t)可等效为两个互为正交调制分量的合成。
Sd ( )
1 M ( ) H ( c ) H ( c ) 2
显然，为了保证相干解调的输出无失真地恢复调制信号m(t)，上式中的传递 函数必须满足
H ( c ) H ( c ) 常数， H
式中，H － 调制信号的截止角频率。 上述条件的含义是：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。 H
1 S m ( ) [ M ( c ) M c )] H ( ) 2
式中， H ( ) h(t ) 只要适当选择H()，便可以得到各种幅 度调制信号。
移相法模型
sm (t ) [m(t ) cosct ] h(t )
将上式展开，则可得到另一种形式的时域表示式，即
因为