模拟调制系统
第三章模拟调制系统
第3章 模拟调制系统3.0概述基带信号：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）模拟调制：当调制信号为模拟基带信号f(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，其数学表达式为：s(t)=f(t)·c(t) =A(t)cos[ωc t+φ(t)+θ0]调制的分类：数字调制 3.1、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）即:s AM (t)= [A 0+f(t)]·cos[ωc t+θc ]()()()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧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 DSB AM t t f t A φφφ)(,:其中:ωc 载波角频率，θc 载波初相位波形图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 ]其中：0A A mAM =β称调幅指数，将其х100%叫调制度 ⎪⎩⎪⎨⎧><=过调幅通常取正常调幅满调幅...1-60%)-30%(...1......1AMβ ２． 频域表达式当θc =0时，s AM (t)= [A 0+ f(t)]cosωc t = A 0 cosωc t+ f(t) cosωc t 由于： f(t) F(ω)A 0 cosωc t [])()(000ωωδωωδπ++-↔A[][]00(21(21cos )(ωωωωω++-↔F F t t f c ()()()()01:)(21)(21))((21cos )(0ωωωωωωωω-↔+=+=--F e t f e t f e t f e e t f t t f t j t j t j t j t j c c c c c 而故S AM (ω) 的频域表达式为：[])]()([21)()()(00000ωωωωωωδωωδπω++-+++-=F F A S AM频谱图：说明：(1)、调制过程为调制信号频谱的线性搬移，即将其搬移到适合通信系统传输的频率范围(2)、常规调幅巳调波频谱中含有一个载波和两个边带份量。
第三章 模拟调制系统
《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
3.3.2 线性调制系统的非相干解调
所谓非相干解调就是在接收端解调信号时不需要本地 载波，而是利用已调信号中的包络信息来恢复原基带信号。 因此，非相干解调一般只适用幅度调制（AM）系统。由 于包络解调器电路简单，效率高，所以几乎所有的幅度调 制（AM）接收机都采用这种电路。图3-16为串联型包络 检波器的具体电路。
图3-2 调幅过程的波形及频谱 《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
1
Pm 2
1
[ 4
Pm
(
c
)
Pm
(
c
)]d
1 4
Pm ()d
1 m2 (t) 2
（3.2-14）
比较式（3.2-13）和式（3.2-6）以及式（3.2-14）和式（3.2-7） 可见，在调制信号为确知信号和随机信号两种情况下，分别 求出的已调信号功率表达式是相同的。考虑到本章模拟通信 系统的抗噪声能力是由信号平均功率和噪声平均功率之比 （信噪比）来度量。因此，为了后面分析问题的简便，我们 均假设调制信号（基带信号）为确知信号。
图3-21 有噪声时的包络检波器模型 《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
2、小信噪比情况
所谓小信噪比是指噪声幅度远大于信号幅度。在此情况 下，包络检波器会把有用信号扰乱成噪声，即有用信号 “淹没”在噪声中，这种现象通常称为门限效应。进一步 说，所谓门限效应，就是当包络检波器的输入信噪比降低 到一个特定的数值后，检波器输出信噪比出现急剧恶化的 一种现象。
通信原理 模拟信号调制系统
m2t
PS
2
P AM
AM
A02
m2 t
2
2
m2 t
A02 m2
t
例题：当m(t) = Am cos mt 时，m2 (t) Am2 / 2
代入上式，得到
AM
m2 t
A02 m2 t
Am2
2
A02
Am2 2
Am2 2 A02 Am2
当|m(t)|max = A0时（100％调制），调制效率最高，这时
两式仅正负号不同
sUSB (t)
1 2
Am
cos(C
m )t
1 2
Am cosm cosct
1 2
Am sin m sin ct
若保留下边带，则有
sLSB (t)
1 2
Am
cos(C
m )t
1 2
Am
cos mt
cos ct
1 2
Am
sin mt
sin ct
16
第5章 模拟调制系统
将上两式合并：
c
)
(
c
)]
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]
调制器模型
m t
A0
sm t
cos ct
6Байду номын сангаас
第5章 模拟调制系统
波形图
m t
由波形可以看出，当满足条件：
t
|m(t)| A0
A0 mt
时，其已调波的包络与调制信号波
形相同，因此用包络检波法很容易
t
载波
恢复出原 始调制信号。 t
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。
[信息与通信]第3章模拟调制系统
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1 mt cos c t 2
cos c t
移相
2
S SSB (t )
1 ˆ t m 2
1 mt sin c t 2
13
4. 解调：下图以上边带为例，示出用低通滤波器滤出解调后 的信号。
C(f)
-fc
0 (a) 载波频谱
S(f)
fc
f
上边带
上边带
-2fc
图3.1.1 调制器
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 2. 模拟调制的分类： 线性调制：调幅、单边带、双边带、残留边带… 非线性调制（角度调制）：频率调制、相位调制
2
3.2 线性调制
3.2.0 基本概念
设载波为：c(t) = Acosct = Acos2 fct 调制信号为能量信号m(t)，其频谱为M(f ) 载 波：c(t) 调制 s(t) H(f) 信号 相乘结果： s(t) m(t) 滤波输出： s(t) Acos0t 用“”表示傅里叶变换： m(t ) M ( f )
2
边带 功率
6
6. 调制效率：
边带功率 AM平均功率
m 2 (t ) A02 m 2 (t )
单音余弦信号：
2 Am 1 2 2 2 A0 Am 3
m(t ) Am cosmt
调制效率低
7
7. 频谱特性：含离散载频分量 当m(t)为余弦波，且m＝100％时， 两边带功率之和 ＝ 载波功率之半。
f0
f
11
2)相移法：
m(t ) Am cosmt c(t ) cos(ct )
模拟调制系统.doc
第四章模拟调制系统4.1 引言由消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号大多不适宜直接传输。
必须先经过在发送端调制才便于信道传输。
而在接收端解调。
所谓调制，就是按原始信号（基带信号、调制信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程。
①将基带信号频谱搬移到载频附近，便于发送接收；调制的作用：②实现信道复用，即在一个信道中同时传输多路信息信号；③利用信号带宽和信噪比的互换性，提高通信系统的抗干扰性。
常用调制方式分类：连续波调制模拟调制数字调制幅度调制频率调制振幅键控（ASK）频移键控（FSK）脉冲幅度调制模拟调制脉冲宽度调制脉冲位置调制脉冲调制数字调制脉冲编码调制（PCM）增量调制（?M）4.2 幅度调制（线性调制）原理幅度调制是高频正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。
一、线性调制器的一般模型所谓线性调制：波形上，幅度随基带信号呈正比例变化；频率上，简单搬移。
但是，已调信号和基带信号之间非线性。
58s t A cos tc正弦型载波：振幅载波角频率基带调制信号（消息信号）：m t M用消息信号（调制信号）m t 去调制正弦型载波s t A cos c t ，或者说正弦载波的幅度随消息信号作线性变化。
已调信号：m t A cosAtc 2M Mc c已调信号的频谱，smt ~已调信号可看出M 频率搬移了。
第一章讲过，消息信号m t 类比货物，A tcos（可看成幅度 A 1）c类比火车，货物m t 承载在火车带通滤波器h ts mtc os t 上，发送给接收方，类比到c cos tc达站上海车站，到站后卸货，即接图：线性调制器的一般模型收机解调。
已调信号s tm 的产生方法如图：（即线性调制器的一般模型）带通滤波器的传递函数：H ，带通滤波器的冲激响应：H h t 线性调制器的输出：时域表示：s m t m t cos c t h t频域表示：1 Sm 2 M M Hc c在该模型中，适当地选择带通滤波器的传递函数，可得到不同的幅度调制信号：普通调幅AM双边带信号（DSB—SC）单边带信号（SSB）59(1) 普通调幅（AM ）AM 的时域表示：s AM m0 m' t cos c t m cos c t m' t cos c t载波项双边带信号DSB式中：m t 0 0m m' t ,m m t max为作图方便，m' t 画成单音频正弦波，AM 的时域信号波形见下图。
第5章模拟调制系统ppt课件
t
状完全一样，因此用包络检波 A 0 m ( t )
的方法就很容易从已调信号中
O
恢复出原始调制信号；
cos ct
t
O
如果调制信号
m(t) max
A0，
t
就会出现“过调幅”现象，这 s A M ( t )
时用包络检波将会发生失真，
O
需要采用其他的解调方法。
t
s(5t).1T li 幅m T1度TT调/2/2s(制t)d(t线性cos调2c制t )1原co理2s2ct
5.1 幅度调制(线性调制)原理
幅度调制 是 用 调制信号 去控制 高频载波 的 幅 度 ，使之 随 调制信号 作线性 变化的过程 。幅度调制 器 的一般模型 如图所示 ：
m(t )
×
h(t )
sm (t )
c(t ) Acos(ct 0 )
图 5-0 幅度调制器的一般模型
图中，m(t) 是 基带信号，h(t) 是 滤波器 的 冲激响应 ；
A0 m(t )
O
cosc t
O
sAM (t )
H
载频
A0
O H
SAM ( )
载频
A0
1
t
c
2 O
下边带
c
t
上边带
O
t
BAM 2fH
图5-2 AM 信号的 波形 和 频谱
5.1 幅度调制(线性调制)原理
通过调制信号的波形可以
看出，如果
m(t) max
A0
，则AM
m (t)
O
பைடு நூலகம்
波的包络与调制信号 m(t)的形
S m ()1 2[M (c)M (c)]
第3章模拟调制系统
5
多路复用（提高通信的有效性）。充分利 用信道的带宽资源，将信号分别调制到相 邻的频带，分别传送，可实现频分复用技 术 减少噪声和干扰的影响（提高通信的可靠 性）。不同的调制方式具有不同的抗噪声 性能，通过选择合适的调制方式可以减少 噪声和干扰。如用带宽换取高信噪比。 克服设备的限制。最高与最低频率之差越 小，器件实现容易。
20
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。
21
四、残留边带（VSB）调制
原理：
M
DSB
SSB
VSB
fc
0
fc
22
调制方法：
m t
sDSB t
H
sSSB t
载波 c t
sm (t ) [m(t ) cosct ] h(t )
输出信号频域表示式为：
1 S m ( ) [ M ( c ) M c )] H ( ) 2
26
移相法模型
sm (t ) [m(t ) cosct ] h(t )
展开，则可得到另一种形式的时域表示式，即 式中
no (t )
n(t )
35
制度增益
So / N o 2 Si / Ni
GDSB
36
三、SSB调制系统的性能 分析模型
sm (t )
sm (t ) mo (t )
BPF
ni (t )
cos c t
LPF
no (t )
n(t )
37
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2．AM信号的调制数学模型
图4-2 AM信号的调制数学模型
3．AM信号的效率总平均功率
PAM
2 AM
(t
)
A02 cos2 ct
f 2 (t) cos2 ct
2A0 f (t) cos2 ct
由于cos2
ct
1 2
(1
c,os
20t)
cos 2ct 0
假设 f (t不) 含直流分量，则
。f (t) 0
S
( )
1 2
F
'
(
c
)
F
'
(
c
)H
(
)
在该模型中，适当选择 和A带0 通滤波器的传输函数 ，
便可H (得)到各种线性调制信号。
当
A0
f (，t) 且 max
的H通(频) 带宽度大于两倍调制信号带宽时，得
到的是AM信号。当 保持H (不)变而 时，得A0 到 0的是DSB信
号。当 的通频H带()宽度只能允许一个边带通过，且
准确同步时，解调输出信号
ud (t)
1 2
f
(t)
S DSB (t )
1 f (t) 2
cosct
图4-8 DSB相干解调的数学模型
4．3 单边带调制
双边带调制中两个边带包含相同的信息。进一步节 省发送功率和节省带宽，只传输一个边带就能发送调制 信号所包含的全部信息，这就是单边带（SSB）调制。
得到SSB信号，最简单的办法就是用滤波器把DSB信 号滤除一个边带。
SDSB(t) f (t) cos0t
频谱
SDSB ( )
1 2
[ F (
0
)
F (
0 )]
效率达到100% ， DSB 1
F ( )
图4-6 DSB信号的波形和频谱
调制的数学模型
cosct
SSDDSSBB((tt))
图4-7 DSB调制的数学模型
2. DSB信号的解调
DSB信号不含有载波，只能进行相干解调。
信 号实现上的难题。用滤波法实现残留边带调制的原理如图4–11 所示。
f (t)
sDSB (t)
c(t)＝ cosct
残 留 边 带 滤 波 器 sVSB(t)
HVSB ()
图4―11 VSB滤波法模型
r(t)
f0 (t)
图4―12 VSB解调器模型
现在我们来确定残留边带滤波器的特性。假设HVSB(ω)是所 需的残留边带滤波器的传输特性。由图4 - 11可知，残留边带
4.5 线性调制器原理模型
f (t)
f (t)
s(t)
图4-15 线性调制器的一般模型 图中， f (t) -无直流成分的调制信号
A0 -直流分量（常数） f (t) A0 f (t) -带直流分量的调制信号 H () -滤波器的传输函数 s(t) -已调信号 cosct -载波
s(t) f '(t)coscth(t)
方法称为滤波法。图4-10中 HSSB(是) 单边带滤波器的
系统函数，即 hSS的B(t傅) 里叶变换。
若保留上边带，则HSSB() 应具有高通特性为
H
SSB
(
)
1, 0,
c c
若保留下边带，则应具有低通特性：
1,
HSSB() 0,
c c
设调制信号为单频正弦型信号
f (t) E cos t 载波信号为
A0 时0，得到的是SSB信号。当 H的(特) 性满足互补对称特性时，
得到的是VSB信号。
4.6 非线性调制
幅度调制属于线性调制，它是通过改变载波的幅度，以实 现调制信号频谱的平移及线性变换的。一个正弦载波有幅度、 频率和相位三个参量，因此，我们不仅可以把调制信号的信 息寄托在载波的幅度变化中，还可以寄托在载波的频率或相 位变化中。这种使高频载波的频率或相位按调制信号的规律 变化而振幅保持恒定的调制方式，称为频率调制（FM）和 相位调制(PM)， 分别简称为调频和调相。因为频率或相位 的变化都可以看成是载波角度的变化，故调频和调相又统称 为角度调制。
第 4 章 模拟调制系统
信道可分为:低通信道和带通信道。 低通信道：用于传输低通（基带）信号，这称为基带传 输。 带通信道：用于传输带通信号，这称为频带传输。 基带信号不能直接通过带通信道传输，要使基带信号通过 带通信道进行传输，就必须对基带信号进行变换，变换为适合 带通信道传输的频带信号的形式。 调制：将基带信号变换为频带信号的过程。调制就是让基 带信号去控制载波的某个（或某些）参数，使该参数按照基带 信号的规律变化。载波:正弦波或脉冲序列。正弦信号作载波的 调制叫连续波（CW）调制。
载波
C(t) A0 cos(ct 0 )
已调信号 SAM (t) [A0 f (t)]cos0t －A未0 调载波振幅； －载c 波角频率。
已调波频谱
S AM
( )
1 2
[2A0
(
c
)
F
(
c
)]
1 2
[2A0
(
c
)
F (
c
)]
A0
(
c
)
(
c
)
1 2
F
(
c
)
F
(
c
)
c(t)
0 t
(a) 载 波
SSB信号与DSB信号相比，能够进一步节省发送功率 和占用频带，所以在模拟通信中是一种应用较广泛的传 输体制。
4．4 残留边带调幅
调制信号频谱的低频分量丰富时，上下边带很难分离。不 宜采用SSB调制。残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调
制 方式， 它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB
（2）非相干解调 用一个简单的包络检波电路就可以从带有大 载波的调幅信号中恢复出原来的调制信号， 检波效率高，几乎所有AM式接收机都采用 这种解调方式。
ud (t) A0 f (t)
图4-5 AM信号的包络检波
4．2 抑制载波双边带调幅 AM中的载波本身并不携带有用信息，却占据50%以上的
功率。将载波抑制掉，可提高效率。称为抑制载波双边带调ห้องสมุดไป่ตู้幅(DSB-SC) 。 1. DSB信号的调制 表达式
A＋f (t)
A
0
t
(b) 调 制 信 号
sAM(t)＝(A＋f (t))c(t)
0 t
C()
－c 0
c
(d) 载 波 频 谱
F()
－H 0 H
(e) 调 制 信 号 频 谱
SAM(2)H
－c 0
c
(c) 已 调 信 号
(f) 已 调 信 号 频 谱
图4-1 标准双边带调幅示意图
(1) F(搬)移了 ，载 波分量： A0 ( ，c ) 边带(分c)
调制分类
调制可分为数字调制和模拟调制。根据调制器的频谱变换 特性的不同，调制可分为线性调制和非线性调制。
模拟调制：调制信号是模拟信号。 数字调制：调制信号是数字信号。 线性调制:已调信号频谱结构和调制信号的频谱结构相同， 只是调制信号频谱沿频率轴平移的结果。
非线性调制:已调信号的频谱结构已经和调制信号频谱结构 有很大不同，除了频谱搬移之外，还增加了许多新的频率成分。
4. AM信号的解调 方式：相干解调和非相干解调。
图4-3 AM信号的解调
（1）相干解调
要求本地载波和发送载波必须相干或同步（即同频同相）。
相干解调也叫做同步解调。
输入信号
SAM (t) [A0 f (t)]cosct
与本地载波 cos相0t乘得
[ A0 f (t)]cosct cosct
f (t)
sDSB (t)
单 边 带 滤 波 器 sSSB(t)
HSSB ()
c(t)＝ cosct
图4-9 SSB滤波法模型
SDSB()
(a)
－c
0
c
HSSB()
(b)
－c
0
c
SSSB()
(c)
－c
0
c
HSSB()
(d)
－c
0
c
SSSB()
(e)
－c
0
c
图4-10 单边带信号频谱示意图
单边带调制就是只传送双边带信号中的一个边带 （上边带或下边带）。故产生单边带信号最直接的方 法就是从双边带信号中滤出一个边带信号即可。这种
c(t) Acosct
则DSB信号为
SDSB(t) AE cos t cosct
AE 2
cos(c
)t
cos(c
)t
上边带信号为
SUSB (t)
AE 2
cos(c
)t
下边带信号为
SLSB (t)
AE 2
cos(c
)t
单边带信号的解调也必须采用相干解调，SSB解调器 的原理框图和DSB信号解调器的原理框图完全一样。
[ A0 f (t)]cos2 ct
1 2
[
A0
f
(t)](1 cos 2ct)
低通滤波器滤除2ω0频率分量得
mo (t)
1 2
A0
1 2
f
(t)
φAM(t) A0 0 -A0
cosω0t 1 0 -1
Ud(t)
1 2
A0
0
πA0δ(ω+ω0)
1 2
F(ω+ω0)
φAM(ω)
πA0δ(ω-ω0)
连续波调制已调信号
S(t) A(t) cos[0t (t)]
参数：振幅 A(t、) 频率 和0 相位 。 (t) 连续波调制分为:幅度调制、频率调制和相位调制。