(张平川)第2章模拟调制技术
实验十 模拟调制
实验十模拟调制实验十模拟调制一、双边带调制1、要求仿真一个双边带调制系统文件名：nexp9_1.md2、电路电路参数（1）Signal GeneraterAmplitude 1Frequence 10（2）DSB AM Modulator Passband（双边带带通调制器）位置：Communication Blockset\Modulation\Analog Passband ModulationInput signal offset 1Carrier frequence 180（3）DSB位置：Communication Blockset\Modulation\Analog Passband Modulation Input signal offset 1（4）Scope（5）Scope1（6）位置：Simulink\Discrete（7）Spectrum Scope（8）MUX位置Simulink\Signal Routing3、仿真效果（1）Scope（2）Scope1（3）Spectrum Scope二、双边带抑制载波幅度调制1、要求仿真一个双边带抑制载波幅度调制系统文件名：nexp9_2.md2、电路电路参数（1）Signal GeneraterAmplitude 1Frequence 10（2）DSBSC AM Modulator Passband（双边带带通调制器）位置：Communication Blockset\Modulation\Analog Passband ModulationCarrier frequence 180（3）DSBSC AM Demodulator Passband（双边带带通调制器）位置：Communication Blockset\Modulation\Analog Passband Modulation Carrier frequence 180Sample time 0.001（4）ScopeNumber of axes 1Time Rang 0.4Axis [-2 2]Sample time 1e-3（5）Scope1Number of axes 1Time Rang 0.4Axis [-2 2]Sample time 1e-3（6）Zero-Order Hold位置：Simulink\DiscreteZero-Order HoldSample Time 0.25*1/180 （7）Spectrum ScopeBuffer Size 512Buffer Overlap 256FFT Length 512Y-limit 30DB（8）MUX位置Simulink\Signal Routing1、效果（1）Scope（2）Scope1（2）频谱图三、单边带幅度调制1、要求仿真一个单边带幅度调制系统文件名：nexp9_3.md2、电路电路参数（1）Signal GeneraterAmplitude 1Frequence 10（2）SSB AM Modulator Passband（双边带带通调制器）位置：Communication Blockset\Modulation\Analog Passband ModulationCarrier frequence 180Sample time 0.001Sideband to modulate Upper（3）SSB位置：Carrier frequence 180Sample time 0.001（4）ScopeNumber of axes 1Time Rang 0.4Axis [-2 2]Sample time 1e-3（5）Scope1Number of axes 1Time Rang 0.4Axis [-3 3]Sample time 1e-3（6）Zero-Order Hold位置：Simulink\DiscreteZero-Order HoldSample Time 0.25*1/180 （7）Spectrum ScopeBuffer Size 512Buffer Overlap 256FFT Length 512Y-limit 30DB（8）MUX位置Simulink\Signal Routing2、效果（1）Scope（2）Scope1（2）Spectrum Scope实验四 角度调制实验一、实验目的1、掌握调频与调相以及解调的基本原理。
模拟电路调制解调设计
模拟电路调制解调设计模拟电路是电子工程中一项重要的技术，用于信号的传输、处理和控制。
其中，调制和解调是模拟电路中的核心部分，负责将信息信号转换为适合传输的信号，并将其恢复到原始状态。
一、调制技术调制是将低频信息信号转换为高频载波信号的过程。
调制技术的主要目的是将信息信号转换为适合传输的形式，以利用传输介质的特点。
常用的调制技术包括幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)。
1. 幅度调制(AM)幅度调制是通过在载波信号中调制不同的振幅来传输信息信号。
其基本原理是将信息信号的变化体现在载波信号的振幅上。
幅度调制器是实现幅度调制的关键元件，它将信息信号与载波信号进行相乘。
2. 频率调制(FM)频率调制是通过改变载波信号的频率来传输信息信号。
频率调制的关键在于调制器中电感和电容元件的选择以及电路参数的调整。
这样可以使得载波信号的频率随着信息信号的变化而改变。
3. 相位调制(PM)相位调制是通过在载波信号中调制不同的相位来传输信息信号。
相位调制的关键是调制器中的相位差电路的设计，通过调整相位差电路的参数，使得信息信号的变化能够体现在载波信号的相位上。
二、解调技术解调是将调制信号转换为原始信息信号的过程。
解调技术的主要目的是恢复原始信号的特征和内容，以便进行进一步的处理和分析。
常见的解调技术包括幅度解调(AM解调)、频率解调(FM解调)和相位解调(PM解调)。
1. 幅度解调(AM解调)幅度解调是将幅度调制信号恢复为原始信息信号的过程。
幅度解调器是实现幅度解调的关键设备，它通过去除载波信号并还原信息信号的振幅来实现。
2. 频率解调(FM解调)频率解调是将频率调制信号恢复为原始信息信号的过程。
频率解调器是实现频率解调的关键元件，它通过测量载波信号的频率变化，并将其还原为原始信息信号的频率。
3. 相位解调(PM解调)相位解调是将相位调制信号恢复为原始信息信号的过程。
相位解调器是实现相位解调的关键设备，它通过测量载波信号相位的变化，并将其还原为原始信息信号的相位。
第四章模拟调制(1)调制原理
单边带SSB 单边带
滤除上边带
H (ω ) = H LSB
{ (ω ) = {
1 ω <ω c 0 ω ≥ω c
时域表达式（式中，“－”表示上边带，“＋”表示下边 带） 1 1∧ S SSB (t ) = m (t ) cos ω c t m m (t ) sin ω c t 2 2
《通信原理》 通信原理》
S m (ω + ω c ) = 其中 S m (ω − ω c ) =
1 1 ∴ S m (ω ) ∗ S (ω ) = [ S m (ω + ω c ) + S m (ω − ω c )] 2π 2
1 [ M (ω + 2ω c ) + M (ω )]H (ω + ω c ) 2 1 [ M (ω − 2ω c ) + M (ω )]H (ω − ω c ) 2
九江学院电子工程学院
幅度调制原理和性能
1．定义： 正弦载波的幅度 ．定义： 幅度随调制信号作线性变化 作线性变化的过程。 幅度 作线性变化 S m(t ) m S (t ) 2．分析 ⊗ (t )→ h(t) m (t )→ ． →
S(t) 幅度调制原理和性能
m载波：S (t ) = (t )
sLSB (t ) =
1 1 1 Am cos(ωC − ωm )t = Am cos ωmt cos ωc t + Am sin ωmt sin ωc t 2 2 2
《通信原理》 通信原理》
九江学院电子工程学院
将上两式合并：
1 1 s SSB (t ) = Am cosω m t cosω c t m Am sin ω m t sin ω c t 2 2
模拟调制
第2章 模拟调制
第一个问题的解决方法是在一个物理信道中对多
路信号进行频分复用（FDM，Frequency Division Multiplex）；第二个问题的解决方法是把欲发射的低
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。
=-af(t)+acosωct+bf +2(t)-2bf(t)cosωct+bcos +2ωct y=y1-y2=2af(t)+4bf(t)cosωct (2―2)
第2章 模拟调制
从式（2―2）中可见，y既含有原始信号分量（第
一项），也有已调信号分量（第二项），而我们需要 的是第二项。为此，在y后面加一个中心频率为fc的带 通滤波器，将第一项原始信号分量滤除掉，这样，滤 波器的输出就是抑制载波的双边带调幅信号。由于实 际工程中多用平衡式调制器产生抑制载波的双边带调 幅信号，因此把抑制载波的双边带调幅也称为平衡式 调幅。
第2章 模拟调制
从图2―2中可见，sm(t)的振幅是随低频信号f(t)的
变化而变化的，也就是说，将调制信号“放”到了载 波的振幅上。从频域上看，sm(t)的频谱与f(t)的频谱相 比，只是幅值减半，形状不变，相当于将f(t)的频谱搬 移到ωc 处。这种将调制信号调制到载波的幅值参量上 的方法称为幅度调制简称调幅。
有冲激分量的调幅方法称为抑制载波的双边带调幅。 抑制载波的双边带调幅已调信号通常记为sDSB(t)。抑制 载波的双边带调幅可直接用乘法器产生，其调制模型 见图2―3。最常用的调制电路是平衡式调制器，原理 框图如图2―4所示。图中两个非线性器件要求性能完 全对称。
模拟调制系统~幅度调制（一）
模拟调制系统~幅度调制（⼀）⼀、信号的调制在通信系统中，信源输出的是由原始信息变换成的电信号，这种信号通常具有较宽的频谱，并且在频谱的低端分布较⼤的能量，称为基带信号。
但是多数信道是低频端受限的，⽆法长距离传输低频信号。
因此在传输过程中需要将基带信号所蕴含的信息转载到⾼频载波上，这⼀过程叫做信号的调制。
⽽在接收端将接收到的信号进⾏解调，以获取传递的信息。
⼆、调制定理我们知道⼀个余弦函数的傅⾥叶变换为\cos(w_0t)<\frac{Fourier}{}>\pi [δ(w+w_0)+δ(w-w_0)]那么⼀个信号m(t)与之相乘，其结果的傅式变换为\pi [M(w+w_0)+M(w-w_0)]，它所表⽰的物理含义就是是信号m(t)的幅度谱M（\omega）分别向⾼频和低频搬移\omega_0。
我们将信号m(t)看作信源所产⽣的最⾼频率为\omega_m低频宽带信号，要使其能够在信道上传输，就可以乘以⼀个频率⾼到⾜以匹配信道的余弦信号（即⾼频载波），使其所包含的频谱信息都搬移⾄[\omega_0-\omega_m,\omega_0+\omega_m]的位置，这就是调制定理。
调制的过程实质是完成信息的转载。
三、希尔伯特变换在信号处理领域中，⼀个实信号的希尔伯特变换(Hilbert transform)是将其通过⼀个冲激响应为h(t)=\frac{1}{\pi t}的系统所得到的输出信号。
该系统的频率响应为H(j\omega)=-sgn(\omega)。
这种变换所表⽰的物理含义为信号正频域的部分相移-\frac{\pi}{2}，信号负频域的部分相移\frac{\pi}{2}。
欧拉公式e^{j\omega_0t}=cos(\omega_0t)+jsin(\omega_0t)中我们可以将cos(\omega_0t)与sin(\omega_0t)看作⼀对希尔伯特变换，⽽任⼀实信号x(t)均可表⽰为⼀系列e^{j\omega_0t}的线性组合，那么x(t)与其希尔伯特变换也可以通过这种⽅式扩展成⼀个复信号，⽅便信号的处理。
模拟调制介绍
当m(t)为确知信号时，sAM(t)的均方值即为其平方的时间平
均， 即
p AM
S
2 AM
(t)
[ A m(t)]2 cos2 w t
0
c
A2 cos2 w t m2 (t) cos2 w t 2A m(t) cos2 w t
0
c
c
0
c
通常假设调制信号没有直流分量， m(t) =0。 因此
PAM=
1
Sm(ω)= 2 ［M(ω+ωc)+M(ω-ωc)］H(ω)
式中，ωc为载波角频率，H(ω)h(t)。
(1 - 1) (1 - 2)
对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号 规律而变化；
在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在 频域内的简单搬移(精确到常数因子)。 为什么要搬？
搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制。
模拟调制介绍
1幅度调制（线性调制）的原理
幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按 调制信号的规律而变化的过程。 幅度调制器的一般模型如图 4 - 1 所示。
设调制信号m(t)的频谱为M(ω)，冲激响应为h(t)的滤波 器特性为H(ω), 则该模型输出已调信号的时域和频域一般表 示式为
sm(t)=［m(t) cosωct］*h(t)
m(t)
×
h(t)
sm(t)
c os ct
图 4 - 1幅度调制器的一般模型
适当选择滤波器的特性H(ω)，便可以得到 各种幅度调制信号。例如，调幅AM、双边 带、单边带及残留边带信号等。
1.1调幅(AM)
在图 4 - 1 中，假设h(t)=δ(t)，即滤波器（H(ω)=1）为全 通网络，调制信号m(t)叠加直流A0后与载波相乘(见图 4 - 2)， 就可形成调幅(AM)信号，其时域和频域表示式分别为
模拟调制原理
模拟调制原理模拟调制是一种通过改变载波信号的幅度、频率或相位来传输模拟信号的技术。
在通信系统中，模拟调制起着至关重要的作用，它可以将模拟信号转换成可以在传输媒介中传输的信号，从而实现信号的远距离传输和复原。
本文将对模拟调制的原理进行详细介绍。
首先，我们来介绍模拟调制的基本原理。
在模拟调制中，需要将模拟信号与一个高频的载波信号相结合，以便在传输过程中能够克服信号衰减和噪声干扰。
这就需要用到调制器，它可以将模拟信号的某些特性转移到载波信号上，从而形成调制信号。
在接收端，需要使用解调器将调制信号还原成原始的模拟信号。
这样，模拟信号就能够在传输过程中保持其原有的特性，从而实现高质量的传输和接收。
其次，我们来介绍模拟调制的三种基本类型，幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
幅度调制是通过改变载波信号的幅度来传输模拟信号的一种调制方式，它的优点是简单、成本低，但对噪声干扰敏感。
频率调制是通过改变载波信号的频率来传输模拟信号的一种调制方式，它的优点是抗干扰能力强，但带宽较宽。
相位调制是通过改变载波信号的相位来传输模拟信号的一种调制方式，它的优点是抗干扰能力强，但实现复杂。
不同的调制方式适用于不同的通信场景，需要根据具体的需求来选择合适的调制方式。
最后，我们来介绍模拟调制在通信系统中的应用。
模拟调制广泛应用于广播、电视、电话等领域，它能够实现高质量的音频和视频传输，满足人们对于通信质量的需求。
在数字通信技术还不够成熟的早期，模拟调制是主要的通信方式，它为人们的日常生活和工作提供了便利。
随着数字通信技术的发展，模拟调制逐渐被数字调制所取代，但在某些特定的场景下，模拟调制仍然具有重要的意义。
综上所述，模拟调制是一种重要的通信技术，它通过改变载波信号的特性来传输模拟信号，实现信号的远距离传输和复原。
在不同的通信场景中，可以选择不同的调制方式，以满足具体的需求。
模拟调制在广播、电视、电话等领域有着广泛的应用，为人们的生活和工作带来了便利。
模拟调制系统
节能减排需求
随着全球能源危机和环境问题的日益严重，低功耗设计成为电子设备的
重要发展方向，能够降低能源消耗和减少碳排放。
02
市场竞争压力
低成本设计是市场竞争的重要手段之一，能够降低产品的售价，提高市
场竞争力。
03
技术挑战与解决方案
低功耗和低成本设计需要采用高效的电源管理技术、优化电路设计和制
造工艺等手段来实现，同时也需要加强新材料和新器件的研发和应用。
调试困难
模拟调制系统的调试通常需要 经验丰富的技术人员，而且调 试过程较为复杂。
升级困难
随着技术的发展，模拟调制系 统可能难以满足新的传输标准 和更高的性能要求，升级改造
较为困难。
06
模拟调制系统的发展趋势与展望
高频段、大带宽应用的发展趋势
高频段资源丰富
随着无线通信技术的发展，高频段资源逐渐被发掘和利用， 例如毫米波频段，具有丰富的频谱资源，能够满足大带宽 通信的需求。
VS
影响因素
频带利用率受到调制方式、信号参数和传 输介质等多种因素的影响。在选择调制方 式和参数时，需要综合考虑频带利用率和 系统其他性能指标。
抗干扰性能
抗干扰性能
抗干扰性能是衡量模拟调制系统在存在噪声 和干扰情况下传输质量的重要指标。抗干扰 性能越好，传输质量越高，信号失真和误码 率越低。
影响因素
基于数字信号处理（DSP）的实现方式
1 2
数字信号处理器（DSP） 利用数字信号处理算法实现信号的调制。
优点
灵活性高，可实现复杂调制方案，易于实现信号 的解调。
3
缺点
需要数字电路和编程技术，成本相对较高。
基于软件无线电（SDR）的实现方式
软件无线电（SDR）
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电路由二极管D、电阻R和电容C组成。RC
满足条件：
1
1
RC
c
H
这时，包络检波器的输出与输入信号的包 络十分相近，即： m o(t)A 0m (t)
抑制载波的双边带调幅
sDS (t)B m (t)co cts
m(t ) ×
sDSB (t )
1
cos ct
SD(S)B 2[M ( c)M ( c)]图3-7DSB调制器模型
优势：（对比于双边带调制）
➢信道频带利用率提高了一倍
BSSB 1 2BDS BBmfH
单边带调制（SSB）
SSB信号的产生
滤波法
m(t )
×
HSSB()
cos ct
sSSB (t )
图 3-9SSB信 号 的 滤 波 法 产 生
HH ( ) 1
c
0
c
（a）
HL( ) 1
c
0
c
（b）
M ( ) 1
调制的种类： AM 、 DSB-SC、 SSB 、 VSB 、FM和PM。
一、复指数信号的傅里叶变换
对于复指数信号
f (t) e j0t
t
因为
1 2 ()
由频移性
1e j0t 2 ( 0 )
1e j0t
2 ( 0 )
(3-76)
复指数信号是表示一个单位长度的相量以固定的角频率0 随时间旋转，经
傅里叶变换后，其频谱为集中于0 ，强度为 2 的冲激。这说明信号时间特性的
相移对应于频域中的频率转移。
二、余弦、正弦信号的傅里叶变换
对于余弦信号
f1 (t)
cos0t
e j0t
e j0t 2
t
其频谱函数
F1 (
j )
1 2(
2
0 )
2(
0 )
(
0
)
(
0
)
f1 (t) cos 0t
s AM (t)
x
LPF
mo (t)
cos ct
sAM (t)cocts[A 0m (t)c ] o 2图c st3-4 相干解调原理框图 1 2[A 0m (t) ]1 2[A 0m (t)c] o 2s ct
1 mo(t)2[A0 m(t)]
包络检波法
D
R
C
电容器两端电压 载波包络
载波
包络检波法
×
A0
cos ct
图 3-2AM 调 制 器 模 型
为了保证包络检波时不发生失真，必须满足
S A (M ) A 0 [( c ) ( c ) 1 2 ] [ M ( c ) M ( c )]
A0m(t)0 A0 m(t)max
m(t)
0
A0 m(t)
0
cosct
0
sAM (t)
0
t
M () 1
t H 0 H
t
S AM ()
A0
1/2
A0
t
c
0
c
ห้องสมุดไป่ตู้
2H
• AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为 基带信号带宽的两倍，即
BAM 2Bm2fH
AM信号的解调
调制的逆过程叫做解调。AM信号的解调方法 有两种：相干解调和包络检波解调。
相干解调
用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制
信号：
1
(3 -7 7 )
t
-1
( )
．．．
0
F1 ( j ) ( )
．．．
0 0
对于正弦信号
f 2 (t) sin 0t
f 2 (t)
sin 0t
e
j0t
e j0t 2j
1 t
有
-1
F2 ( j)
1 2(
2j
0 )
2(
0 )
(3 -7 8 )
( )
．．．
t
0
图 3 - 25
Im F2 ( j )
H
上边带
c
下边带
c
0 H
SUSB ( ) 1/2
上边带
0
c
SLSB ( ) 1/2 下边带
0
c
SSB信号的解调
SSB信号的解调也不能采用简单的包络检 波，需采用相干解调，
s SSB (t )
s p (t )
x
LPF
mo (t )
cos ct
图 3-13 SSB 信 号 的 相 干 解 调
乘法器输出为：
m(t)
0
t
M ( ) 1
cosct
0
sDSB (t)
0
t
t
载波反向点
H
0 H
SDSB ( ) 1/2
2 H
c
0
c
• DSB信号不能进行包络检波，需采用相干 解调；
• 除不含有载频分量离散谱外，DSB信号的 频谱由上下对称的两个边带组成。
• 故DSB信号是不带载波的双边带信号，它 的带宽为基带信号带宽的两倍。
S m ( ) 1 2 [M ( c) M ( c)H ]( )
常规双边带调幅（AM）
当滤波器（H(w)=1)为全通网络，调制信号
m(t)叠加直流A0后与载波相乘：
sAM (t)[A 0m (t)c ] o c(st) A 0co c(st)m (t)co c(st)
m(t )
＋
s AM (t )
第2章 模拟调制技术
2.1 模拟调制技术
幅度调制 角度调制（非线性调制）
调制的定义：是按原始电信号的变化规律去 改变载波某些参量的过程。
调制的方式 ：模拟调制和数字调制 ；正弦 波和脉冲调制 。
调制的目的：进行频谱搬移，把调制信号的 频谱搬移到所希望的位置上，从而提高系统信息 传输的有效性和可靠性。
波器，只使它的一个边带的大部分和另一边带 的小部分通过. 特点：频谱利用率略小于单边带调制.
残留边带调制（VSB）
残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之 间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频 带宽的问题，又解决了单边带滤波器不易实现的 难题。
0 0 ．．． ( )
j ( 0 ) ( 0)
2.1.1 幅度调制（线性调制）
幅度调制的一般模型
定义：用调制信号去控制
m(t)
高频正弦载波的幅度，使其按
×
sm (t)
h(t)
调制信号的规律变化的过程。
cos ct
图3-1幅度调制器的一般模型
s m (t) [m (t)co c t]* s h (t)
sp(t)sSSB (t)cosct 12[m(t)cosctm (t)sinct]cosct 12m(t)co2sct12m ˆ(t)cosctsinct 14m(t)14m(t)co2sct14m (t)sin2ct
经低通滤波后的解调输出为
mo
(t)
1 4
m(t)
残余边带调制(VSB)
介于双边带和单边带调制之间的一种调制方法 实现：让已调双边带信号通过一只残余边带滤
DSB信号的解调
DSB信号只能采用相干解调，则乘法器
输出为： sDS(tB)cosctm(t)co2 sct
1m(t)1m(t)c 22
o2 sct
经低通滤波器滤除高次项，得
mo
(t)
1 2
m(t)
单边带调制（SSB）
克服：通常对基带信号进行某种处理，使其直流为零， 低频分量尽可能小，从而使已调 ASK信号的上下边带之 间有一个明显的分界，这样就能用普通滤波器切除一个 边带，从而实现单边带调制