通信原理第四章

•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
• 我们知道，通信的目的是为了把信息向 远处传递（传播）,那么在传播人声音时， 我们可以用话筒把人声变成电信号，通 过扩音机放大后再用喇叭（扬声器）播 放出去。由于喇叭的功率比人嗓大得多， 因此声音可以传得比较远。
话筒
扩 音机
m0 cosc m(t) cosc
Sm () m0 ( c ) ( c )
1 2
M
(

c
)

M
(

c
)
cosct ( c ) ( c ) m(t) M ()
卷积定理
f1(t)
f2 (t)
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

单边带信号频谱示意图
• 若保留上边带，则HSSB(ω)应具有高通特性如 图（b）所示。
H
SSB
(
)

1, 0,
c c
t>0 t<0
1 t
-1
H
()

1 2
sgn(
c
)

sgn(
c
)
1
-ωc
c 0,sgn( c ) 1
ωc
c 0, sgn( c ) 1
-ωc c 0,sgn( c ) 1
ωc c 0, sgn( c ) 1
)
Sm
()

1 2
M
(

c
)

M
(
c
)H
()
Sm
(

c
)

1 2
M
(

2c
)

M
()H
(

c
)
Sm
(

c
)

1 2
M
()

M
(

2c
)H
(

c
)
1
2
Sm
()

S ( )

1 2
Sm (

c )

Sm (
c )

1 4
• 解决方法
• 1、是在一个物理信道中对多路信号进行 频分复用（FDM，Frequency Division Multiplex）；
• 2、是把欲发射的低频信号“搬”到高频 载波上去（或者说把低频信号“变”成 高频信号）。两个方法有一个共同点就 是要对信号进行调制处理。
• 对于调制，我们给出一个概括性的定义： 让载波的某个参数（或几个）随调制信 号（原始信号）的变化而变化的过程或 方式称为调制。而载波通常是一种用来 搭载原始信号（信息）的高频信号，它 本身不含有任何有用信息。
扩音示意图
扬 声器
但如果我们还想将声音再传得更远一些，比如 几十千米、几百千米，那该怎么办？
大家自然会想到用电缆或无线电进行传输，但 会出现两个问题，一是铺设一条几十千米甚至 上百千米的电缆只传一路声音信号，其传输成 本之高、线路利用率之低,人们是无法接受的.
• 二是利用无线电通信时，需满足一个基 本条件，即欲发射信号的波长（两个相 邻波峰或波谷之间的距离）必须能与发 射天线的几何尺寸可比拟，该信号才能 通过天线有效地发射出去（通常认为天 线尺寸应大于波长的十分之一）。而音 频信号的频率范围是20Hz～20kHz，最小 的波长为
• SSB主要用于远距离固定业务通信系统， 在特高频散射通信、车辆和航空通信方 面也有应用。
• 4、残留边带（VSB）信号
• 因为，低通型调制信号由于上下边带的频谱靠 得很近甚至连在一起，因此用滤波器很难干净 彻底地分离出单边带信号，甚至得不到单边带 信号。而在现实生活中，有很多情况需要传送 低通型调制信号，比如电视的图像信号（频带 为0～6MHz）。
－c 0
c

(f) 已 调 信 号 频 谱
调幅AM示意图
• 3、单边带（SSB）信号
从上述的双边带调制（AM和DSB）中可知，上 下两个边带是完全对称的，即两个边带所包含 的信息完全一样。那么在传输时，实际上只传 输一个边带就可以了，而双边带传输显然浪费 了一个边带所占用的频段，降低了频带利用率。 对于通信而言，频率或频带是非常宝贵的资源。 因此，为了克服双边带调制这个缺点，人们又 提出了单边带调制的概念。
f (t)
sDSB (t)
单 边 带 滤 波 器 sSSB(t)
HSSB ()
c(t)＝ cosct
• 从结果上看，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）。所以，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。单边带信号的频谱图。图中
HSSB(ω)是单边带滤波器的系统函数，即 hSSB(t)的傅里叶变换。
Sm
()

1 2
M
(

c
)

M
(
c
)H
()
• 确定H（ω）
•从接收端入手
•VSB信号的解调和SSB信号一样不能用包络 检波，而要采用相干解调法
•通过解调的公式推导说明残留边带滤波器 的传输函数在载频附近必须具有互补对称 特性
• Sm(t)
LPF
m(t)
•
S (t ) =cosωct
1 4
M
(

c
)
sgn(

c
)

M
(
c
) sgn(
c
)

1 2
mˆ (t)sin
ct
Sm
(t)

1 2
m(t)
c osct

1 2
mˆ (t)
sin
ct
Sm
(t)

1 2
m(t)
c osct

1 2
mˆ (t) sin
ct
总结：
• 单边带调制的优点：频带利用率比DSB调 制高；普通调幅接收机不能接收SSB信号。 其主要缺点是接收机需要复杂且精度高 的自动频率控制系统来稳定本地载波的 频率和相位。另外，对于低通型调制信 号（含有直流或低频分量的信号）用滤 波法的时候，要求滤波器的过渡带非常 窄，即滤波器的边缘必须很陡峭，理想 状态是一根垂直线。在实际工程中，滤 波器很难达到这样的要求，所以，
c(t)
0
t
(a) 载 波 f (t)
0
t
(b) 调 制 信 号 sm(t)＝c(t) f (t)
0
t
(c) 已 调 信 号
C()
－c
0
c

(d) 载 波 频 谱 F()
－H 0 H
Biblioteka Baidu
(e) 调 制 信 号 频 谱 Sm() 2H
－c
0
c

(f) 已 调 信 号 频 谱
抑制载波的双边带调幅示意图
M
(

2c )

M
()H
(
c )

1 4
M
(
)

M
(

2c
)H
(

c
)
经LPF
S0 ()

1 4
M
()H
(
c
SSSB ()

1 4
M
(
c
)

M
(

c )sgn(
c )

sgn(
c )

1 4
M
(
c
)

M
(

c )
1 4
M
(

c
)
sgn(

c
)

M
(

c
)
s
gn(

c
)
1 4
M
(

c
)

M
(

c
)

1 2
m(t)
cosct
若保留下边带，则应具有低通特性如图（d）所
示。
H
SSB
(
)

1, 0,
c c
单边带信号的频谱如图（e）所示。
• 单边带调制的时域表达式 以形成下边带的单边带调制为例说明 它是由一个DSB信号通过理想的低通滤波器
得到 调幅（AM）信号的频谱表示
Sm () m0 ( c ) ( c )
适当选择带通滤波器的冲激响应，就可以得到各 种线性调制信号
• 1、双边带（DSB）信号
在上图中，如果输入的基带信号没有直 流分量，h(t)是理想理想低通滤波器， 得到的输出信号是无载波分量的双边带 信号（抑制载波的双边带信号）
DSB信号实质是m(t)与载波S(t)相乘
Sm(t)=m(t) cos ωct 波形与频谱


c f

3 108 20 103
1.5 104 (m)
式中，λ为波长（m）；c为电磁波传播速度 （光速）（m/s）；f为音频（Hz）。
• 可见，要将音频信号直接用天线发射出 去，其天线几何尺寸即便按波长的百分 之一取也要150米高（不包括天线底座或 塔座）。因此，要想把音频信号通过可 接受的天线尺寸发射出去，就需要想办 法提高欲发射信号的频率（频率越高波 长越短）
• 用滤波器产生的单边带信号，要么频带 不完整，要么多出一部分上边带（对下 边带信号而言）或下边带（对上边带信 号而言）。对于带通型调制信号而言， 只要载频相对于调制信号最低频率分量 的频率不要太大，滤波法就可以实现SSB 调制，否则，就必须采用多级调制的方 法降低每一级调制对滤波器过渡带的要 求，从而完成SSB信号的产生。

1
2
F1()
F2 ()
c(t)
0
t
(a) 载 波 A＋f (t)
A
0
t
(b) 调 制 信 号 sAM(t)＝(A＋f (t))c(t)
0 t
(c) 已 调 信 号
C()
－c 0
c

(d) 载 波 频 谱
F()
－H 0 H

(e) 调 制 信 号 频 谱
SAM(2)H
• 那么如何解决SSB中滤波器的难度问题和 DSB的频带利用率低的矛盾呢？人们想了 一个折衷的方法，既不用DSB那么宽的频 带，也不用SSB那么窄的频带传输调制信 号，而在它们之间取一个中间值，使得 传输频带既包含一个完整的边带（上边 带或下边带）,又有另一个边带的一部分， 从而形成一种新的调制方法——残留边带
调制。
• 由于残留边带调制也是线性调制，也可 以用线性调制器的一般模型来实现
m(t)
H(t)
s m(t)
cosωct 但是，滤波器的特性应按残留边带调制 的要求来设计。残留边带滤波器的传输 函数在载频附近必须具有互补对称特性
• 讨论残留边带滤波器的特性
• 设残留边带滤波器的传输特性：H（ω）
• 残留边信号的频域表达式：
主要内容
第四章 模拟调制系统
• 4.1、引言 • 4.2、幅度调制的原理及抗噪声性能 • 4.3、非线性调制的原理及抗噪声性能 • 4.4、各种模拟调制系统的比较 • 4.5、频分复用 • 4.6、复合调制及多级调制的概念
•4.1 引言
•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。
• 最常用和最重要的模拟调制方式：
• 用正弦波作为载波的幅度调制和角度调 制
• 常见的有：
• 调幅（AM）、双边带（DSB）、残留边带 （VSB）、单边带（SSB）、频率调制
4.2 幅度调制的原理及抗噪声性 能
• 一、幅度调制的原理
设正弦载波 s(t)=A cos(ωct+φ0) m(t):被调制信号
•
相干解调组成框图
• Sm(t) S (t )
的频谱： 1 2
Sm
()

S ( )
1
2
Sm
()

S ( )
cosωct的频谱
S() ( c ) ( c )
1
2
Sm
() S()
1 2
Sm (
c )

Sm (
c
• 2、调幅（AM）信号 如果输入的基带信号带有直流分量，h(t) 是理想理想低通滤波器，得到的输出信 号是有载波分量的双边带信号，表示为：
m(t) m0 m(t)
如果满足m0＞∣m,(t) ∣max 调幅（AM）信号
其时域与频域的表示为：
Sm (t) m(t) cosc
m0 m(t)cosc
已调制信号 s m(t)=Am(t)cos(ωct+φ0) 如果m(t)的频谱为m（ ω）
cosωct频谱π〔 δ（ ω+ ωc）+ δ（ ωωc） 〕
s m(t)的频谱: Sm(ω)
• 卷积定理：
f1(t)

f2 (t)

1
2
F1()

F2
()
Sm (t) Am(t) cos(ct 0 )
Sm
()

A
2
m()

(
c
)

(
c )

A m(
2
c )
m(
c )
• 说明 已调信号频谱完全是被调制信号频谱结 构在频域内的简单搬移
由于搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线 性调制
线性调制的一般模型
m(t)
s m(t)
H(t)
cosωct
1 2
M
(

c
)

M
(

c
)
• DSB信号的频谱表示
S

1 M (
2
c ) M (
c )
• SSB信号的频谱表示
S

1 M (
2
c ) M (
c )H ()
H
()

1 2
sgn(
c
)

sgn(
c
)
Sgn(t)
1 sgn 1