通信原理-模擬調制系統(tǒng)6講

第3章模擬調制系統(tǒng)1一、基本要求1.掌握模擬調制、載波、調制信號、已調信號、調制器的定義；2.掌握調制的目的及模擬調制的分類；3.掌握線性調制器的原理模型，會分析AM、

DSB、SSB、VSB調制與解調特性；4.掌握非線性調制器的原理，及非線性已調信號的頻譜和帶寬特性。2二、重點和難點1.重點是：掌握線性調制與解調的原理模型，及其數(shù)學分析、波形分析、頻譜分析，理解各種調制方式的特點。

2.難點是：非線性調制頻譜和帶寬特性的分析和理解。

3模擬調制系統(tǒng)調制的實質是頻譜搬移，其作用和目的是：將調制信號（基帶信號）轉換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{信號（頻帶信號）；實現(xiàn)信道的多路復用，提高信道利用率；減少干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力；實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。4線性調制原理幅度調制器的一般模型輸出已調信號的時域和頻域一般表示式為×h(t)m(t)sm(t)coswctFT5調幅(AM)AM調制器模型m(t)平均值為06AM信號的波形和頻譜OtOtOOttpA0wcpA0SAM(w)021w1M(w)-wHwHw0A0m(t)cosωctSAM(t)7由于只有邊帶功率才與調制信號有關從功率上講，AM信號的功率利用率比較低。調幅(AM)信號功率PAM⊕載波功率邊帶功率8為調幅指數(shù)（或調制幅度）調幅(AM)調制效率9[例3.1]設m(t)為正弦信號，進行100%的幅度調制，求此時的調制效率。解：依題意可設而100%調制就是A0=

|m(t)|max的調制，即A0=Am因此10結論：AM信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調制信號有關，載波分量不攜帶信息，所以，調制效率低是AM調制的一個最大缺點。11調制信號為隨機信號的頻譜特性調制信號為具有各態(tài)歷經(jīng)性的寬平穩(wěn)隨機過程，假設均值為0，其統(tǒng)計平均與時間平均相同，通過乘法器，輸出為一非平穩(wěn)隨機過程。其功率譜密度與自相關函數(shù)的時間平均是一對傅立葉變換。所以先求出其自相關函數(shù)RAM(t,t+τ)。再求其時間平均，對其進行傅立葉變換得到功率譜密度PAM(ω)結論與確知信號的功率表達式相同，模擬系統(tǒng)的可靠性用信噪比來表示，所以后面均假設信號為確知信號，不失一般性12抑制載波雙邊帶調制（DSB-SC）將AM信號中的A0去掉，即可輸出DSB-SC信號13抑制載波雙邊帶調制（DSB-SC）DSB信號的波形和頻譜14除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的頻譜完全相同，仍由上下對稱的兩個邊帶組成。所以DSB信號的帶寬與AM信號的帶寬相同，也為基帶信號帶寬的兩倍，即式中，fH為調制信號的最高頻率。

15由于不再包含載波成分，因此，DSB信號的功率就等于邊帶功率，是調制信號功率的一半，即

式中，Pm為邊帶功率，顯然，DSB信號的調制效率為100%。DSB信號的功率分配及調制效率16需采用相干解調(同步檢波)，不能采用簡單的包絡檢波。在調制信號m(t)的過零點處，高頻載波相位有180°的突變。DSB信號功率利用率提高了，但它的頻帶寬度仍是調制信號帶寬的兩倍，與AM信號帶寬相同。DSB信號的特點（與AM信號相比）：抑制載波雙邊帶調制（DSB-SC）17

[例3.2]已知AM已調信號表達式式中，。試分別畫出它們的波形圖和頻譜圖。18解：

SAM(t)的波形如圖3-5（a）所示，其頻譜表達式為1920單邊帶調制（SSB）

DSB信號雖然節(jié)省了載波功率，調制效率提高了，但它的頻帶寬度仍是調制信號帶寬的兩倍，與AM信號帶寬相同。由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，它們都攜帶了調制信號的全部信息，因此僅傳輸其中一個邊帶即可，這是單邊帶調制能解決的問題。

產生SSB信號的方法有很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。21SSB信號的產生1、用濾波法形成單邊帶信號由于單邊帶調制只傳送雙邊帶調制信號的一個邊帶。因此產生單邊帶信號的最直觀的方法是讓雙邊帶信號通過一個單邊帶濾波器，濾除不要的邊帶，即可得到單邊帶信號。我們把這種方法稱為濾波法，它是最簡單的也是最常用的方法。22圖3-6SSB信號的濾波法產生

單邊帶調制（SSB）23由圖3-6可見，只需將濾波器HSSB(ω)設計成如圖3-7所示的理想高通特性HUSB(ω)或理想低通特性HLSB(ω)

，就可以分別得到上邊帶信號和下邊帶信號。顯然，SSB信號的頻譜可表示為濾波法的頻譜變換關系如圖3-8所示。

單邊帶調制（SSB）24形成SSB信號的濾波特性上邊帶下邊帶25單邊帶調制（SSB）26用濾波法形成SSB信號的技術難點是：由于一般調制信號都具有豐富的低頻成分，經(jīng)調制后得到的DSB信號的上、下邊帶之間的間隔很窄，這就要求單邊帶濾波器在fc附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制無用的一個邊帶。這就使濾波器的設計和制作很困難，27圖3-9濾波法產生SSB的多級頻率搬移過程

有時甚至難以實現(xiàn)。為此，在工程中往往采用多級調制濾波的方法，即在低載頻上形成單邊帶信號，然后通過變頻將頻譜搬移到更高的載頻。實際上，頻譜搬移可以連續(xù)分幾步進行，直至達到所需的載頻為止，如圖3-9所示。

28用相移法形成單邊帶信號考慮單頻調制信號：29用相移法形成單邊帶信號30不但可節(jié)省載波發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度為BSSB=fH=BDSB/2。SSB信號的解調和DSB一樣不能采用簡單的包絡檢波，需采用相干解調。濾波法中的濾波器和相移法中的寬帶相移網(wǎng)絡較難制作。由于SSB只含一個邊帶,所以其功率為DSB的一半;即SSB信號的特點：單邊帶調制（SSB）31[例3.3]已知調制信號載波為，進行單邊帶調制，請寫出上邊帶信號的表達式。解：根據(jù)單邊帶信號的時域表達式，可確定上邊帶信號32=33殘留邊帶調制是介于SSB與DSB之間的一種調制方式，它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現(xiàn)上的難題。在VSB中，不是完全抑制一個邊帶（如同SSB中那樣），而是逐漸切割，使其殘留一小部分，如圖所示。殘留邊帶調制（VSB，VestigialSideband)34DSB、SSB和VSB信號的頻譜35如何選擇殘留邊帶濾波器的濾波特性,使殘留邊帶信號解調后不產生失真呢？36VSB調制和解調器模型37殘留邊帶濾