第5章 模拟调制系统

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通信原理第5章 模拟调制 系统1

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变换 基本概念 调制(狭义):载波的参量随调制信号的变化而变化 调制的目的 提高天线辐射效率。 实现多路复用，提高信道利用率。 实现数模转换(PCM编码) 扩展信号带宽，提高系统抗干扰能力(扩频)。 调制术语 调制(modulating)信号 ------消息信号 载波信号 (carrier)------- 高频周期震荡信号 已调(modulated)信号-------经过调制后的载波2

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调制的分类模拟调制

调制信号类型数字调制 幅度调制

调制参数类型角度调制 线性调制

已调信号谱类型非线性调制

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5.1幅度调制(线性调制)的原理

一般原理 时域表达式 设：基带调制信号 m(t) c(t ) A cos ct 0 正弦型载波 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)sm (t ) Am(t ) cos ct4

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频域表达

设

F 调制信号m(t) M( ) 则已调信号的频谱为A Sm ( ) M ( c ) M c ) 2

时域波形特点：已调信号的幅度随基带信号而正比地变

化。 频域谱特点：已调信号的频谱是基带信号频谱的线性搬 移。 频谱关系 幅度调制 线性调制5

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5.1.1常规调幅(AM) 时域表达

sAM (t ) [ A0 m(t )]cos ct A0 cos ct m(t ) cos ct

m(t) - 交流信号 A0 - 直流分量。 频域表达

1 S AM ( ) A0 [ ( c ) ( c )] [ M ( c ) M ( c )] 2 调制器模型

m t

A0

sm t 6

cos c t

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时域波形

m t t

包络与调制信号波形相同， 实现常规调幅的条件 A m t |m(t)| A0 否则，0

t

出现“过调幅”现象； 包络检波器无法提取调制

载波

t

信号。

sAM t t

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m t

频谱图 AM信号的频谱由 A m t 0

t

M

载频分量、 上边带、 下边带 载波 三部分组成。 上边带的频谱结构与

Ht载频分量

H

载频分量

SAM

t

原调制信号的频谱 sAM t 结构相同 下边带是上边带的镜像

c上边带 t

0

c下边带

上边带

下边带

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AM信号的特性

带宽：AM信号带宽是基带信号带宽 的两倍B AM 2 f H

功率：当m(t)为确知信号时，2 PAM sAM (t ) [ A0 m(t )]2 cos 2 ct 2 [ A0 cos 2 ct m2 (t ) cos 2 ct 2 A0 m(t ) cos 2 ct

因为 则 式中

m(t ) 0PAM

cos2 c t 1 / 2AM信号的总 功率包括载波 功率和边带功 率两部分

2 A0 m 2 (t ) Pc PS 2 2

Pc = A02/2

- 载波功率， - 边带功率。

Ps m 2 (t ) / 2

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调制效率 边带与调制信号有关，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 调制效率：m2 t PS AM 2 PAM A0 m2 t 当m(t) = Am cos mt时，

cos2wt=1/2 m2(t)=Am2/2

AM

2 Am 2 2 2 2 A0 m t 2 A0 Am

m2 t

当|m(t)|max = A0时(100%调制),调制效率最高

max = 1/310

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5.1.2 双边带调制(DSB) 时域表示式：无直流分量A0

sDSB (t ) m(t ) cos ct

频域表达：无载频分量

1 S DSB ( ) [ M ( c ) M ( c )] 2 波形与频谱：t

M

Ht

H

SDSB

sDSB t t

c

0

c

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调制效率：100% 优点：节省了载波功率 缺点：不能用包络检波，需用相干检波，较复杂。

5.1.3 单边带调制(SSB) 原理： DSB信号的上下边带对称包含信息相同，仅传输其中 一个边带可节省一半的传输频带。 产生方法 滤波法和相移法。12

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滤波法 实现框图

m t

sDSB t

H

sSSB t

载波 c t

H( )为单边带滤波器的传输函数， 1, c H ( ) H USB ( ) 0, c

上边带 下边带13

1, c H ( ) H LSB ( ) 0, c

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SSB信号的频域表达

SSSB ( ) S DSB ( ) H 上边带频谱图:SDSB

滤波法缺点 滤波器边缘陡峭 c0

c

的截止特性难以 实现。 不适用于含 c0

H USB

S USB

c

有直流及低频 分量的调制信 号。

c

0

c

14

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相移法 SSB信号的时域表示式两式仅正 负号不同

上边带信号

1 1 sUSB (t ) m(t ) cos ct m(t ) sin ct 2 2下边带信号

1 1 sLSB (t ) m(t ) cos ct m(t ) sin ct 2 215

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希尔伯特变换M( )

若m(t)

1 希尔伯特变换

m(t )的傅里叶变换为M ( )

只对相频响应 有影响

m(t )为m(t )的希尔伯特变换则

M ( ) M ( ) j sgn 1, sgn 1 ,

2 变换将正频率 分量相移-90

0 0

希尔伯特滤波器传递函数

希尔伯特变换16

H h ( ) M ( ) / M ( ) j sgn

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相移法调制器框图

优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。

易实现宽带相移。

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SSB信号的性能

实现比AM、DSB要复杂， 节省发射功率 占用的频带宽度比AM、DSB减少一半

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5.1.4 残留边带(VSB)调制 原理：残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方

式。M

DSB

SSB

VSB

fc

0

fc