《通信原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第5章 模拟调制系统

第5章模拟调制系統 ●基本概念 调制一把信号转换成适合在信道中传输的形式的一 种过程。 广义调制一分为基带调制和带通调制。 ■狭义调制一仅指带通调制。 调制信号一指来自信源的基带信号。 ■载波一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。 ■载波调制一用调制信号去控制载波的参数的过程。 n已调信号一载波受调制后称为已调信号。 解调(检波)一调制的逆过程,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 l 基本概念 n 调制 － 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一 种过程。 n 广义调制 － 分为基带调制和带通调制。 n 狭义调制 － 仅指带通调制。 n 调制信号 － 指来自信源的基带信号 。 n 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。 n 载波调制 － 用调制信号去控制载波的参数的过程。 n 已调信号 － 载波受调制后称为已调信号。 n 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章模拟调制系統 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,提髙系统抗干扰、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 第5章 模拟调制系统 n 调制的目的 u 提高无线通信时的天线辐射效率。 u 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。 u 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。 n 调制方式 u 模拟调制 u 数字调制 n 常见的模拟调制 u 幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带 u 角度调制：频率调制、相位调制

第5章模拟调制系統 51幅度调制(线性调制)的原理 般原理 ◆设:正弦型载波表示式: C(t)=Acos(@t+P) 式中,A一载波幅度; 载波角频率 q载波初始相位(以后假定q=0)。 则根据调制定义,幅度调制后信号(已调信号) 般可表示成 s,(t)=Am(t)cos @t 式中,m(基带调制信号

4 第5章 模拟调制系统 l 5.1幅度调制（线性调制）的原理 n 一般原理 u 设：正弦型载波表示式： 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）。 则根据调制定义，幅度调制后信号（已调信号）一 般可表示成 式中， m(t)— 基带调制信号。 c(t)  Acosct 0  ( ) ( ) cos m c s t  Am t  t

第5章模拟调制系統 频谱 设调制信号m()的频谱为M(o),则已调信号的频谱为 Sm(O=M(O+@)+Mo-O) ◆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 第5章 模拟调制系统 u 频谱 设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为 u 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章模拟调制系統 5.1.1调幅(AM) ●时域表示式 SaM(t=[A+m(t)cosa t= A cos@t+m(t)cos ot 式中m(-调制信号,均值为0; Ao-常数,表示叠加在调制信号上的直流分量。 频谱:若m(0)为确知信号,则AM信号的频谱为 SMO=TALS(o+O+O(o-O+o+@)+Mo-acI 若m(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m(0 . cos t 6

6 第5章 模拟调制系统 n 5.1.1调幅（AM） u 时域表示式 式中 m(t) － 调制信号，均值为0； A0－ 常数，表示叠加在调制信号上的直流分量。 u 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。 u 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 

第5章模拟调制系統统 ●波形图 由波形可以看出,当满足条件 n(0 时,其包络与调制信号波形相同,4+m() 因此用包络检波法很容易恢复出原 始调制信号。 载波▲ 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。 AM(T

7 第5章 模拟调制系统 u 波形图 p 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。 p 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

第5章模拟调制系統 ◆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 载频分量 SA()载频分量 带是上边带的镜像。 上边带 下边带 下边带 上边带

8 第5章 模拟调制系统 u 频谱图 p 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。 p 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。 载频分量 载频分量 上边带 上边带 下边带 下边带

第5章模拟调制系統 ◆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f的两倍 AM f 平均功率: 当m()为确知信号时, PAM =SAM(t=[A+m(t)] coS Ot [Af coS at+m(t)cos @t+2A m(t)cos at 若 m()=0 P+ p A M 式中P=A(2/2 载波功率, P=m2(t)/2 边带功率

9 第5章 模拟调制系统 u AM信号的特性 p 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： p 平均功率： 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章模拟调制系統 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 m( AM A2+m2( 当m(0=AmC0sOm1时,m2(t)=2/2 代入上式,得到 nAM 42+m2(t)245+hmn 当m(Omax=A时(100%调制),调制效率最高,这时 Imax 13 10

10 第5章 模拟调制系统 p 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 ( ) / 2 m m t  A     2 2 2 2 2 2 0 0 2 m AM m m t A A m t A A     

第5章模拟调制系統 51.2双边带调制(DSB) ◆时域表示式:无直流分量A6 spsa(t)=m(t)cosa t ◆频谱:无载频分量 SDs2(O)=[M(0+m2)+M(0-0 ◆曲线: ▲M(

11 第5章 模拟调制系统 n 5.1.2 双边带调制（DSB） u 时域表示式：无直流分量A0 u 频谱：无载频分量 u 曲线： s t m t t DSB c ( )  ( ) cos [ ( ) ( )] 2 1 ( ) DSB M c M c S       