5.1 幅度调制的原理

15.0基本概念5.1幅度调制的原理5.3非线性调制的原理5.5各种模拟系统的比较5.6频分复用（FDM）5.2线性调制系统的抗噪性能5.4调频系统的抗噪性能第五章模拟调制系统2调制信号－指来自信源的基带信号（低频）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（高频）调制－用调制信号去控制载波信号的某个参数，使参数随调制信号的变化而变化,把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。已调信号－载波受调制后称为已调信号,调制信号和载波的合成信号(高频）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。基本概念5.0基本概念3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。调制的目的5.0基本概念4)(tm)(tS调制器)(tc调制模型调制信号载波已调信号5.0基本概念5根据调制信号、载波类型、载波参数变化的不同进行分类。连续波调制脉冲调制模拟连续波调制（简称模拟调制）数字连续波调制（简称数字调制）数字脉冲调制模拟脉冲调制角度调制幅度调制AMDSB-SCSSBVSBFMPM调制的分类正弦波的瞬时角频率或相位随输入信号的变化而变化,包括频率调制、相位调制幅度调制：正弦波的幅度随输入信号的变化而变化,包括调幅、双边带、单边带和残留边带;5.0基本概念6线性调制非线性调制0()cos(()())ctAmttmt幅度调制频率调制相位调制5.0基本概念7振幅调制tAtmts00cos])([)(5.0基本概念8频率调制ttmts)]([cos)(05.0基本概念9相位调制)(cos)(0tmtts5.0基本概念10频谱移动及带通性质AMPMFM5.0基本概念115.0基本概念5.1幅度调制的原理5.3非线性调制的原理5.5各种模拟系统的比较5.6频分复用（FDM）5.2线性调制系统的抗噪性能5.4调频系统的抗噪性能第五章模拟调制系统12正弦型载波为式中，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，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成式中，m(t)—基带调制信号。0()coscctAt()()coscstAmtt调幅定义：载波的振幅随调制信号的变化而变化0cos()cAt)(tsm)(tm)(ts)(H适当选择带通滤波器的特性，便可以得到各种幅度调制信号。5.1幅度调制（线性调制）的原理13设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为:2()()()mccASMM已调信号的频谱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，幅度调制又称为线性调制。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。M(ω)ω0(a)输入信号频谱密度Sm(ω)ωcω-ωc0(b)输出信号频谱密度5.1幅度调制（线性调制）的原理1400()[()]coscos()cosAMcccstAmttAtmtt2信号表达式m(t)－调制信号，均值为0；A0－常数，表示叠加的直流分量。)(tSmtccos0()Amt()mt0A1调制器模型5.1.1AM信号：普通调幅波15tccost)(tSmt3信号波形0()Amtt0A包络)(tmt由波形可以看出，当满足条件|m(t)|max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。过调幅5.1.1AM信号：普通调幅波16过调幅失真用其他的解调方法，如同步检波。()AMStt0t0tcosct0()Amtt00A()mtt0包络包络检波将发生失真5.1.1AM信号：普通调幅波17包络检波低通滤波隔直（1）包络检波（二极管单向导通性）（2）低通滤波（除去高频成分）（3）隔断直流（恢复基带波形）4解调方法非相干解调：包络检波法5.1.1AM信号：普通调幅波184解调方法相干解调：同步检波法00()()cos[()]coscos1[()][1cos2]2pAMccccststtAmtttAmtt01()[()]2dstAmt0()[()]cosAMcstAmtt严格同步的本地载波5.1.1AM信号：普通调幅波LPFcosccttsAM(t)sp(t)sd(t)195频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为00()()cos()()2()cccmtMtAA因为0()(cos()cosAMccSFAtFmtt0()()()cosmAMcStStAmtt且若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。5.1.1AM信号：普通调幅波01()()()()2ccccAMM200cc)(MHf0cHfccHfAMS0cHfcHfc上边带下边带2HfAM频谱示意图SAM(t)的频谱是m(t)的频谱在频域内的线性搬移称之为线性调制下边带上边带载频分量载频分量5.1.1AM信号：普通调幅波216AM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，2AMHBf22222002cos()cos()coscccAtmttAmtt()0mt若，220()22AMcSAmtPPP则载波功率边带功率5.1.1AM信号：普通调幅波2220()[()]cosAMAMcPstAmtt22调制效率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：2220SAMAMmtPPAmt5.1.1AM信号：普通调幅波23当m(t)=Amcosmt(单音余弦信号），时当“满调幅”时，|m(t)|max=A0时，调制效率最高max＝1/3222()/mmtA222222002mAMmmtAAAAmtAM信号的功率利用率很低。应用：中短波段AM广播。5.1.1AM信号：普通调幅波0mAMAA调幅指数:222AMAMAM24222222002mAMmmtAAAAmt22125AMAMSAMAMPPcAMSPPP(1)40()AMAMPKW5.1.1AM信号：普通调幅波【例5.1】已知一AM广播电台输出功率为50KW，采用单频余弦信号进行调制，调幅指数为0.707，计算调制效率和载波功率。00707.mAMAA25ttmtStScDSBmcos)()()(双边带调制原理:在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果在AM调制模型中将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式——抑制载波双边带调制，简称双边带调制(DSB)1信号表达式:无直流分量A05.1.2双边带调制（DSB）2频谱：无载频分量)]()([21)(ccDSBMMS3信号带宽2DSBHBf26ttmtStScDSBmcos)()()(DSB信号表达式波形：DSB频谱结构)t(mtA0)t(Smt0)()()(ccDSBMM21S频谱图：t0tcoscfH)(M0cHfccHf)(DSBScHfcHfc0cc02Hf下边带上边带包络5.1.2双边带调制（DSB）274解调方法相干解调：同步检波法5.1.2双边带调制（DSB）28LPFcosccttsDSB(t)sp(t)sd(t)()()cos()coscos1()[1cos2]2pDSBccccstSttmtttmtt1()()2dstmt()()cosDSBcstmtt严格同步的本地载波5.1.2双边带调制（DSB）29乘积调制器-90o移相器乘积调制器)cos(tc)sin(tc消息信号f1(t)消息信号f2(t)复合信号s(t)乘积调制器低通滤波器-90o移相器乘积调制器低通滤波器cos()ctsin()ct11()2ft21()2ft复合信号s(t)(a)发射机(b)接收机12()()cos()sinccstfttftt【例5.2】P128页习题5-65.1.2双边带调制（DSB）30解：相加器输出波形为：12()()cos()sinccftfttftt接收端采用的是相干解调，所以可确定:12()cos()sincccttctt对上支路有：120112()(()cos()sin)cos111()()cos2()sin2222ccccftfttftttftfttftt经低通滤波后为：1/2f1(t)对下支路有：12122()(()cos()sin)sin111()sin2()()cos2222cccccftfttftttfttftftt经低通滤波后为：1/2f2(t)5.1.2双边带调制（DSB）314调制效率DSB信号的总功率只包括边带功率，不含有载波功率，所以DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。5优点功率利用率较高（与AM相比）,节省了载波功率6缺点不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。但频带与AM信号同，是调制信号带宽的2倍。7应用FM立体声中的差信号调制，彩色TV系统中的色差信号调制，以及正交调制等。5.1.2双边带调制（DSB）325.1.3SSB信号：单边带信号原理：因为DSB上、下边带都包含了M()的所有频谱成分，因此传一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。331,0,()()USBccHHmtDSBstct载波HSSBst()()SSBDSBSSHSSB信号的频谱单边带滤波器的传输函数若具有如下理想低通特性，则可滤除上边带。若具有如下理想高通特性，则可滤除下边带。1,0,()()LSBccHH1、滤波法原理——用边带滤波器，滤除不要的边带:5.1.3SSB信号：单边带信号345.1.3SSB信号：单边带信号35DSBScc0USBHUSBScc0cc0上边带频谱图上边带要求下边带要求)(Hcc01)(Hcc01DSBScc0USBHUSBScc0cc0下边带频谱图36滤波法的技术难点滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带，允许的过渡带为最低频率2倍。例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为300Hz，则上下边带之间的频率间隔为600Hz，即允许过渡带为600Hz。5.1.3SSB信号：单边带信号37滤波器实现的难易与过渡带相对于载频的归一化值有关，过渡带的归一化值越小，分割上、下边带的滤波器就越容易实现。载频归一化值：调制信号的最低频率的2倍（过渡带）与载频之比。在600Hz过渡带和不太高的载频情况下，滤波器不难实现；但当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能实现单边带调制。可以采用多级（一般采用两级）DSB调制及边带滤波的方法，即先在较低的载频上进行DSB调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求的载频上进行第二次调制。5.1.3SSB信号：单边带信号38【