第五章 模拟调制系统总结
第5章 模拟调制系统学习要点及习题解答
第5章 模拟调制系统学习目标通过对本章的学习，应该掌握以下要点： 调制的定义、功能和分类；线性调制（AM 、DSB 、SSB 和VSB ）原理（表达式、频谱、带宽、产生与解调）； 线性调制系统的抗噪声性能，门限效应； 调频（FM ）、调相（PM ）的基本概念； 单频调制时宽带调频信号时域表示； 调频信号频带宽度的——卡森公式； 调频信号的产生与解调方法； 预加重和去加重的概念；FM 、DSB 、SSB 、VSB 和AM 的性能比较； 频分复用、复合调制和多级调制的概念。
5.1 内容提要5.1.1 调制的定义、目的和分类1. 定义调制——用调制信号（基带信号）去控制载波的参数的过程，即使载波的参数按照调制信号的规律而变化。
从调频角度上说，就是把基带信号的频谱搬移到较高的载频附近的过程。
解调（也称检波）则是调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。
2. 目的（1）把基带信号转换成适合在信道中传输的已调信号（即实现有效传输、配置信道、减小天线尺寸）；（2）实现信道的多路复用，以提高信道利用率， （3）改善系统抗噪声性能（与制式有关）。
3. 分类根据不用种类的调制信号、载波和调制器等，调制的分类如表5-1所列。
4.模拟（连续波）调制调制信号——模拟基带信号m （t ）；载波——连续正弦波)cos()(0ϕω+=c A t c ，其中A 、c ω、0ϕ为常数（常设定0ϕ为0）。
已调信号)(t s m 有两种分类：(1) 幅度调制（线性调制）：调幅（AM ）、双边带（DSB ）、单边带（SSB ）、残留边带（VSB ）; (2) 角度调制（非线性调制）：调频（FM ）和调相（PM ）。
5.1.2 幅度调制的原理幅度调制是高频正弦波的幅度随调制信号做线性变化的过程。
从频谱上看，已调信号的频谱仅仅是基带信号频谱的搬移，故也称线性调制。
幅度调制器的一般模型如图5-1所示。
它由相乘器（用于实现调制——频谱搬移）和冲激响应为)(t h 的形成滤波器组成。
第五章模拟调制系统-线性调制系统的抗噪声性能
1 其中 cos 2ω c t • m(t )被滤掉 2 1 ∴输出信号mo (t ) = m(t ) 2
R
邯郸学院
n0(t)
对于输出噪声： no (t ) = ni (t ) cos ωc t = [nc (t ) cos ωc t − ns (t ) sin ωc t ] cos ωc t
1 + cos 2ωc t 1 = nc (t )( ) − ns (t ) sin 2ωc t 2 2
（2）模拟通信系统的主要质量指标是解调器的输出 信噪比： 同样地，信噪比增益
SNRo So N o G= = SNRi Si N i
显然，信噪比增益越大则系统抗噪声性能越好
§5.2线性系统的抗噪声性能 线性系统的抗噪声性能
（3）幅度调制系统的抗噪声能力比较 1.DSB调制系统性能 调制系统性能 2.SSB调制系统性能 调制系统性能 3.普通 普通AM系统性能 普通 系统性能
ni (t ) = nc (t ) cos wcቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt − ns (t ) sin wc t = V (t ) cos( wot + θ (t ))
同相分量 正交分量
− fc
f
c
邯郸学院
§5.2线性系统的抗噪声性能 线性系统的抗噪声性能
回忆窄带随机过程的统计特性：
(t)和 (t)的统计特性 ξc(t)和ξs(t)的统计特性
j (2π ×799×103 t )
}
j (2π ×799×103 t )
}
= 50 Re{(1+ 2 j)e = 25{(1+ 2 j)e
j (2πfct )
j (2π ×799×103 t )
第五章 模拟调制系统总结
原因：
a.信道噪声（n0）相同，但进入解调器的噪声不一样。 b.SSB 带宽窄，对噪声的滤除能力强，NiSSB = n0 Bs , 只为 DSB 时的一半。 c. DSB 由于 G = 2 ，在解调时抑制了一半噪声。
SSB 有效性好，应尽量选用 SSB 方式。
三、AM 系统
大信噪比时： G = 2m2 (t ) A2 + m2 (t )
节 2 线性调制基本原理
一、基本原理方框
调制：
sm
(t
)
=
m(t )cos ω 0t
⇔
Sm
(ω
)
=
1 2
[M
(ω
+
ω0
)+
M
(ω
−
ω0
)]
已调信号的谱是以ω= 0 为轴的基带谱 M (ω) 搬移到以ω0 为中心的某个频域上构
成，谱结构不变，为线性搬移，称为线性调制。
sm
(t )cos ω 0t
=
m(t )cos 2
调制：
sDSB (t )
=
m(t )cos ω 0t
⇔
SDSB (ω )
=
1 2
[M
(ω
−ω0
)+
M
(ω
+ω0
)]
解调方式：相干解调
已调信号带宽与调幅时一致: BDSB = 2 BS 3、单边带信号（SSB）
调制：
相干解调
SSSB（t）只含有一个边带，其带宽与调制信号带宽一致，有利于 扩展容量，提高系
ω0t
=
1 2
m(t
)[1+
cos
2ω 0t ]
相干解调：
(通信原理课件)第5章模拟调制系统
目 录
• 引言 • 模拟调制系统的基本原理 • 模拟调制系统的性能指标 • 模拟调制系统的实现方式 • 模拟调制系统的应用实例 • 总结与展望
01 引言
模拟调制系统的定义
模拟调制系统
利用连续的模拟信号调制载波信号，以实现信息的传输。
模拟调制系统的基本原理
通过改变载波信号的幅度、频率或相位，将模拟信息信号附 加到载波上，实现信息的传输。
软件库
使用软件库来实现调制算法，这些库通常提供易 于使用的函数和工具来简化开发过程。
3
数字信号处理算法
利用数字信号处理算法来实现模拟调制，例如使 用快速傅里叶变换（FFT）进行频谱分析。
混合实现方式
数字与模拟结合
结合数字和模拟技术来实现调制 系统，例如在发射机中使用数字 信号处理技术进行调制，而在接 收机中使用模拟技术进行解调。
模拟调制系统的应用场景
广播通信
调频广播和调相广播等。
卫星通信
利用地球同步卫星进行信号传输。
移动通信
早期的模拟移动通信系统如AMPS等。
模拟调制系统的重要性
早期的通信系统多采用模拟调制技术，具有简单、可靠和经济等优点。
模拟调制系统在某些特定应用场景中仍具有不可替代的作用，如广播电台的信号传 输等。
频带利用率
频带利用率
频带利用率是衡量模拟调 制系统传输效率的另一个 重要指标，它表示单位频 带内传输的信息量。
频带利用率计算
频带利用率通常用比特率 与信号带宽的比值来表示， 即比特率/带宽。
影响因素
频带利用率受到信号的调 制方式、信噪比和带宽限 制等多种因素的影响。
抗噪声性能
抗噪声性能
第5章模拟调制系统
So No
解调器输出有用信号的平均功率 解调器输出噪声的平均功率
mo2 (t) no2 (t)
输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。显然，输出信噪比越大越好。
• 解调器输入信噪比Si /Ni 的定义是：
• 制度增益定义：
用
G
便
于
比
较
同
类
调
制
系G统
采
S0 / N0 用S不i /同N解i
调
器
时
的
性
能
。
23
• 波形图 • 由波形可以看出，当满足条件： |m(t)| A0 时，其包络与调制信号波形相同， 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。这时用 包络检波将发生失真。但是，可以 采用其他的解调方法，如同步检波。
m t A0 mt
载波
sAM t
第6页/共95页
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。
16
第17页/共95页
第5章 模拟调制系统 • 残留边带（VSB）调制 • 原理：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：
第5章 模拟调制系统
• 制度增益
GDSB
So / No Si / Ni
2
由此可见，DSB调制系统的制度增益为2。也就是说，DSB信号的解调器使 信噪比改善一倍。
28
第29页/共95页
• SSB调制系统的性能 • 噪声功率NO
这里，B = fH 为SSB 信号的带通滤波器的带宽。
5第五章 模拟调制系统
检波器进行解调，为保证无失真解调，可采用同步解调。
3.2.1 调幅（AM）
河北联合大学
A0
SAM ()
1
2
c H c c H
A0
c H c c H
有图可知，AM信号的频谱SAM(ω)由载频分量和上、下两个边 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。因此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
边带，另一部分称为下边带。这就是所谓的“双边带”。
c
c
A0
SAM ()
1
2
c H c c H
图3-4 DSB信号的波形和频谱
A0
c H c c H
河北联合大学
3.2.2 抑制载波双边带调制（DSB-SC）
sm (t)
×
m(t ) 低通
c
c
cos(ct )
A0
SAM ()
1
2
c H c c H
A0
图3-5 DSB信号解调方框图（相干解调）
sm(t)与s(t)相乘的频谱就
c H c c H
是SM(ω)*S(ω)。从这卷积
SAM () S()
可看出，只要低通滤波器
的截止频率ωL落在2ωc~ωH
2c
L Hc
2c 之间，则它的输出频谱即
图3-6 DSB信号解调的频谱关系
为M(ω)， m(t)被恢复。
BAM 2 fH
3.2.1 调幅（AM）
河北联合大学
AM信号的总平均功率由不带信息的载波功率和携带信息的
通信原理教程5-模拟调制系统
调制 信号
s(t) H(f)
已调 信号
滤波输出： s(t)
m(t)
s(t)
用“”表示傅里叶变换：
Acos0t
m(t) M ( f ) 式中， m(t) Acos0t S ( f )
M(f)
S (
f
)
A [M ( 2
f
f0)
M(
f
f0 )]
S(f)
f
0
(a) 输入信号频谱密度
-f0
S(
f
)
A[M ( 2
f
f0)
M(
f
f0 )]H (
f
)
现在，求出为了得到VSB信号， H( f )应满足的条件：
若仍用右图解调器， 接收
则接收信号和本地载波相乘
信号 s(t)
r(t)
H’(f)
基带 信号
m(t)
后得到的r (t)的频谱为：
cos0t
1 S( f
2
f0) S( f
f0 )
将已调信号的频谱
r0 ri
E
1 2
m'2 (t) A2
1 m'(t)2
/ nc2 (t) A2 / n2
(t)
E
2m'2 [1 m'
(t) (t)]2
由于m(t) 1，显然上式比值r0/ri小于1，即检波后信噪比下降 了。
这是因为检波前信号中的大部分功率被载波占用，它没 有对检波后的有用信号做贡献．
-2f0
-fm 0 fm
f 2f0
【例】已知线性调制信号表示式如下
（１）
cos t cos w0t
自考通信总结5
第五章 模拟调制系统一、基本概念1、调制：把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。
2、载波调制：用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一个或几个参数随着调制信号的规律而变化。
3、调制的作用：（1）提高无线通信时的天线辐射效率。
（2）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。
（3）扩展信号带宽，提高系统抗干扰性能。
二、幅度调制（AM 、DSB 、SSB 、VSB ）1、AM模型 频谱t w t m A t S c AM cos )]([)(0+=（1） 带宽 B AM =2f H（2） 不发生过载的条件：|m (t )| ≤ A 0（3）调制度增益 G 32≤ 100%调制 即满调幅的时候，取最大值32 (4) 效率 =η312、DSB(1) 时域、频域表达式(2) 带宽 B DSB =2f H(3) 调制度增益 G=2(4) 效率 %100=η3、SSB(1) 时域、频域表达式(3) 带宽 B SSB =f H(3) 调制度增益 G=1(4) 效率 %100=η4、VSB滤波器的传输函数应满足：C H H C C =++-)()(ωωωω H ωω≤ 01()[()()][()()]2AM c c c c A M M ωπδωωδωωωωωω=++-+++-三、幅度调制的解调方式1、相干解调使用 AM DSB SSB VSB包络检波 AM2、相干解调 需要本地载波：与发送载波同频同相的高频正弦信号相干解调 N 0=i N 41 包络检波 N 0=i N3、大信躁比 AM 包络检波与相干解调性能一致小信躁比 AM 包络检波会产生门限效应。
门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。
门限效应：当输入信噪比低于一定数值时，解调器的输出信噪比急剧恶化，称为FM 的门限效应。
四、角度调制1、基本概念(1)角度调制：频率调制和相位调制的总称。
(2)载波的幅度都保持恒定，载波瞬时相位随调制信号规律而变化。
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设备复杂，分路的滤波器要求高，若信道非线性则产生串扰。
n 路信号复用后所要求的信道带宽：
n
∑ Bn = Bi + (n −1)Bg i =1
5
要求：各种线性调制的调制解调公式推倒需要了解。特别是 SSB
2
节 3 线性调制系统的抗噪声性能
要求：输入信噪比、输出信噪比
调制制度增益：
G
=
输出信噪比= S0 输入信噪比 Si
/ /
N0 Ni
一般是综合考虑输出信噪比及调制制度增益来描述.比较系统的可靠性性能。
一、DSB 系统
制度增益 G = 2
DSB 解调使信噪比改善一倍，原因在于相干检测使正交分量噪声 ns(t)被滤掉。 二、SSB 系统
3).定义：含 99%以上功率的频率范围为 FM 信号有效带宽 BFM。
( ) BFM = 2 mf +1 fm = 2(Δf + fm )
4).多频调制时，FM 信号除含载波及各边带频率分量外，还含有各种交叉调制分量，
形成无限宽的频谱结构, (为非线性频谱搬移，非线性调制），有效带宽仍是有限的。
节 5 非线性调制系统的抗噪声性能
第五章 总结
节 1 引言
1、调制的必要性
① 获得有用的，适于信道传输的信号形式。
②选择适当的调制方式以提高抗干扰能力。
③有效地利用频段。
④合理利用天线尺寸去有效地辐射电磁波。
直观地看，调制、解调就是一种频谱搬移，其使命是传递消息。
调制过程就是按原始电信号或基带信号的变化规律去改变高频信号某些参数的过
输入信噪比：
输出信噪比：
Si = A2 Ni 2n0 BFM
制度增益：
S0
=
3A2K
2 f
m2 (t)
N0
8π
2n0
f
3 m
( ) G
=
3K
2 f
m2
4π 2
t BFM
f
3 m
考虑单一频率调制：
4
节6
( ) S0
=
3
A2m
2 f
N0 2n0BFM
mf +1
( ) G
=
3m
2 f
mf
+1
频分复用（FDM）原理
m(t )cos ω 0t
⇔
Sm
(ω
)
=
1 2
[M
(ω
+
ω0
)+
M
(ω
−
ω0
)]
已调信号的谱是以ω= 0 为轴的基带谱 M (ω) 搬移到以ω0 为中心的某个频域上构
成，谱结构不变，为线性搬移，称 ω 0t
=
m(t )cos 2
ω0t
=
1 2
m(t
)[1+
cos
2ω 0t ]
复用是一种将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号
的方法。目前使用的复用方法有频分复用（FDM），时分复用（TDM），码分复用（CDM），
FDM 特点：
1）每路信号的调制载波不同；
2）每路已调信号的频谱不重迭，且为防止邻路信号间串扰，还应留有一定的防
护频带 Bg，收端用滤波器分路。 优点： 信道复用率高，路数多，分路方便。
⇔
SDSB (ω )
=
1 2
[M
(ω
−ω0
)+
M
(ω
+ω0
)]
解调方式：相干解调
已调信号带宽与调幅时一致: BDSB = 2 BS 3、单边带信号（SSB）
调制：
相干解调
SSSB（t）只含有一个边带，其带宽与调制信号带宽一致，有利于 扩展容量，提高系
统有效性。
BSSB=BS
4、残留边带信号（VSB）
δ
(ω
+
ω
0
)]
+
1 2
[M
'
(ω
−
ω
0
)
+
M
'
(ω
+
ω
0
)]
解调方式：非相干解调（包络检波）、相干解调
调幅指数：
m' (t )
mA =
max
m0
SAM(t) 的频谱宽度为调制信号 m(t)带宽 BS 的两倍，有效性：BAM = 2 BS
2、抑制载波双边带信号（DSB）
调制：
sDSB (t )
=
m(t )cos ω 0t
SSB 有效性好，应尽量选用 SSB 方式。
三、AM 系统
大信噪比时： G = 2m2 (t ) A2 + m2 (t )
G﹤1 ，抗噪性能比 DSB 与 SSB 差
包络检波的门限效应
节 4 非线性调制原理
3
∫ sFM
(t) =
⎡ A cos⎢ω 0t
+θ0
+
Kf
t
m(τ
)dτ
⎤ ⎥
⎣
0
⎦
[ ] sPM (t) = Acos ω0t +θ0 + K pm(t)
一、FM 原理方框
调制：m(t)直接改变决定载波频率的电抗元件的参数，使输出频率 ωi ( t ) 随 m( t ) 线性变化。
解调原理：采用鉴频器，等效为微分及包络检波的处理过程。（门限效应的存在）
二、FM 信号特点
1).单一频率的 m(t)，调频后含有无穷多个频率分量。
2).FM 信号的平均功率 P = 1/2 ，亦为载波功率。
相干解调：
⇔
1 2
M
(ω
)+
1 4
[M
(ω
+
2ω0
)+
M
(ω
−
2ω0
)]
1
经低通滤波器后，
m0
(t )
=
1 2
m(t )
⇔
M0
(ω
)
=
1 2
M
(ω
)
二、各种线性调制信号的特点
1、调幅信号（AM）
调制：
sAM (t) = [m0 + m'(t)]cosω0t ⇔
S
AM
(ω
)
=
πm0
[δ
(ω
−
ω0
)
+
程。
2、模拟调制系统：
载波 c ( t ) = A cos（ω0t +θ0）
若调制信号 m ( t ) 去改变其幅度 A，称为幅度调制，亦为线性调制。
若调制信号 m ( t ) 去改变其相角ω0 t +θ0 , 称为角度调制，亦为非线性调制。
节 2 线性调制基本原理
一、基本原理方框
调制：
sm
(t
)
=
制度增益 G = 1
SSB 解调，信噪比没有得到改善，原因在于相干检测使信号、噪声的正交分量均被
滤掉了。
DSB 与 SSB 性能比较：
输入信号功率相同：SDSBi = SSSBi = Si 时 DSB 与 SSB 的输出信噪比相等，亦即解调 性能一致。
原因：
a.信道噪声（n0）相同，但进入解调器的噪声不一样。 b.SSB 带宽窄，对噪声的滤除能力强，NiSSB = n0 Bs , 只为 DSB 时的一半。 c. DSB 由于 G = 2 ，在解调时抑制了一半噪声。