通信原理 第5章模拟调制系统
1 通信原理 第5章 模拟调制系统
第5章模拟调制系统 基本概念 ·调制·把信号转换成适合在信道中传输的形式的一 种过程。 ■广义调制-分为基带调制和带通调制（也称载波调 制)。 狭义调制-仅指带通调制。在无线通信和其他大多 数场合，调制一词均指载波调制。 。调制信号·」 指来自信源的基带信号 。载波调制·用调制信号去控制载波的参数的过程。 ·载波~未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦 波，也可以是非正弦波。 已调信号·载波受调制后称为已调信号。 解调（检波）·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 第5章 模拟调制系统 ⚫ 基本概念 ◼ 调制 － 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一 种过程。 ◼ 广义调制 － 分为基带调制和带通调制（也称载波调 制）。 ◼ 狭义调制 － 仅指带通调制。在无线通信和其他大多 数场合，调制一词均指载波调制。 ◼ 调制信号 － 指来自信源的基带信号 ◼ 载波调制 － 用调制信号去控制载波的参数的过程。 ◼ 载波 － 未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦 波，也可以是非正弦波。 ◼ 已调信号 － 载波受调制后称为已调信号。 ◼ 解调（检波） － 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
第5章模拟调制系统 调制的目的 ◆提高无线通信时的天线辐射效率。 ◆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。 ◆扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还 可实现传输带宽与信噪比之间的互换。 ·调制方式 ◆模拟调制 ◆数字调制 ·常见的模拟调制 ◆幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带 。角度调制：频率调制、相位调制 3
3 第5章 模拟调制系统 ◼ 调制的目的 ◆ 提高无线通信时的天线辐射效率。 ◆ 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。 ◆ 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还 可实现传输带宽与信噪比之间的互换。 ◼ 调制方式 ◆ 模拟调制 ◆ 数字调制 ◼ 常见的模拟调制 ◆ 幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带 ◆ 角度调制：频率调制、相位调制
第5章模拟调制系统 5.1幅度调制（线性调制）的原理 ·一般原理 ◆载波表示式：c(t)=Acos(0,t+） 式中，A一载波幅度； 0。— 载波角频率； 0— 载波初始相位（以后假定=0）。 ◆幅度调制信号（已调信号）表示式： s,(t)=Am(t)cosot 式中，m(t)一基带调制信号
4 第5章 模拟调制系统 ⚫ 5.1幅度调制（线性调制）的原理 ◼ 一般原理 ◆ 载波表示式： 式中，A — 载波幅度； c — 载波角频率； 0 — 载波初始相位（以后假定0 ＝ 0）。 ◆ 幅度调制信号（已调信号）表示式： 式中， m(t)— 基带调制信号。 c t A t ( ) cos = + ( c 0 ) ( ) ( )cos m c s t Am t t =
第5章模拟调制系统 ◆频谱 设调制信号m(t)的频谱为M(o),则已调信号的频谱为 S.(@)=i[M(@+@.)+M@-@.)] ◆由以上表示式可见，在波形上，已调信号的幅度随基带 信号的规律而正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完 全是基带信号频谱在频域内的简单搬移（精确到常数因 子)。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又 称为线性调制。但应注意，这里的“线性”并不意味着 已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上， 任何调制过程都是一种非线性的变换过程。 5
5 第5章 模拟调制系统 ◆ 频谱 设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为 ◆ 由以上表示式可见，在波形上，已调信号的幅度随基带 信号的规律而正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完 全是基带信号频谱在频域内的简单搬移(精确到常数因 子)。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又 称为线性调制。但应注意，这里的“线性”并不意味着 已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上， 任何调制过程都是一种非线性的变换过程。 ( ) ( ) ) 2 m c c A S M M = + + −
第5章模拟调制系统 "5.1.1调幅(AM) ◆时域表示式 sv(t)=[4+m(t)]cos@t=A cos@t+m(t)cos@t 式中(t)-调制信号，均值为0； A。·常数，表示叠加的直流分量。 ◆频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为 S4(o)=πA[8@+@.)+d(o-0.】+[M(o+@.)+M(o-0.】 若(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须 用功率谱描述。 ◆调制器模型 cos@t 6
6 第5章 模拟调制系统 ◼ 5.1.1调幅（AM） ◆ 时域表示式 式中 m(t) － 调制信号，均值为0； A0 － 常数，表示叠加的直流分量。 ◆ 频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为 若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须 用功率谱描述。 ◆ 调制器模型 0 0 ( ) [ ( )]cos cos ( )cos AM c c c s t A m t t A t m t t = + = + 0 1 ( ) [ ( ) ( )] [ ( ) ( )] 2 AM c c c c S A M M = + + − + + + − m t( ) s t m ( ) cos c t A0
第5章模拟调制系统 波形图 ▣由波形河以看出，当满足条件： m(t) m(t)川≤Ao 时，其包络与调制信号波形相同，A+) 因此用包络检波法很容易恢复出原 始调制信号。 载波 口否则，出现“过调幅”现象。这时用 AAAA 包络检波将发生失真。但是，可以 AM 采用其他的解调方法，如同步检波
7 第5章 模拟调制系统 ◆ 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。 t t t t m t( ) A m t 0 + ( ) 载波 s t AM ( ) − H H M () SAM () −c 0 c
第5章模拟调制系统 频谱图 口由频谱可以看出，AM信号的频谱由 载频分量 +M(@) 上边带 下边带 三部分组成。 -H ▣上边带的频谱结构与原调制 信号的频谱结构相同，下边 载频分量 ↑SAM(O)载频分量 带是上边带的镜像。 0 上边带 下边带 下边带 上边带 8
8 第5章 模拟调制系统 ◆ 频谱图 由频谱可以看出，AM信号的频谱由 载频分量 上边带 下边带 三部分组成。 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。 t t t t m t( ) A m t 0 + ( ) 载波 s t AM ( ) − H H M () SAM () −c 0 c 载频分量 载频分量 上边带 上边带 下边带 下边带
第5章模拟调制系统 ◆AM信号的特性 。带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信 号带宽的两倍：BM=2fH 口功率： 当m(t)为确知信号时， Pu stv (t)=[A +m(t)T cos2 @t =cos@t+m2(t)cos2@t+2Am(t)cos@t 若 m(t)=0 则 P=+m 2 2 L=P.+Ps 式中 P=A2/2 -载波功率， P,=m2(t)/2 。边带功率。 9
9 第5章 模拟调制系统 ◆ AM信号的特性 带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信 号带宽 fH 的两倍： 功率： 当m(t)为确知信号时， 若 则 式中 Pc = A0 2 /2 － 载波功率， － 边带功率。 AM H B = 2 f 2 2 2 0 2 2 2 2 2 0 0 ( ) [ ( )] cos [ cos ( )cos 2 ( )cos AM AM c c c c P s t A m t t A t m t t A m t t = = + = + + m(t) = 0 AM Pc PS A m t P = + = + 2 ( ) 2 2 2 0 ( )/ 2 2 P m t s =
第5章模拟调制系统 口调制效率 由上述可见，AM信号的总功率包括载波功率和边带 功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，载波分 量并不携带信息。有用功率（用于传输有用信息的边带 功率)占信号总功率的比例称为调制效率： m2(t) A6+m2(t) 当m①=Am cos0n时，m2(0)=A/2 代入上式，得到 m2() AR A6+m2(t) 246+A 当(t)max=A时（100%调制)，调制效率最高，这时 n7max 1/3 10
10 第5章 模拟调制系统 调制效率 由上述可见，AM信号的总功率包括载波功率和边带 功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，载波分 量并不携带信息。有用功率（用于传输有用信息的边带 功率）占信号总功率的比例称为调制效率： 当m(t) = Am cos mt时， 代入上式，得到 当|m(t)|max = A0时（100％调制），调制效率最高，这时 max ＝ 1/3 ( ) ( ) 2 2 2 0 S AM AM P m t P A m t = = + 2 2 m t A ( ) / 2 = m ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 0 0 2 m AM m m t A A m t A A = = + +