第五章模擬調制系統5.0一些基本概念5.1幅度調制（線性調制）的原理5.2線性調制系統的抗噪聲性能5.3非線性調制（角度調制）原理5.4調頻系統的抗噪聲性能5.5各種模擬調制系統的比較5.6頻分復用和調頻立體聲5.7小結1/15/202315.0一些基本概念調制—把信號轉換成適合在信道中傳輸的形式的一種過程。廣義調制

—分為基帶調制和帶通調制（也稱載波調制）。

狹義調制

—僅指帶通調制。在無線通信和其他大多數場合，調制一詞均指載波調制。調制信號

—指來自信源的基帶信號，可以是模擬的或數字的。載波調制

—用調制信號去控制載波的參數的過程，使載波的一個或某幾個參數按照調制信號的規律變化。載波

—未受調制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已調信號

—載波受調制后稱為已調信號。1/15/202325.0一些基本概念調制的目的提高無線通信時的天線輻射效率。把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現信道的多路復用，提高信道利用率。擴展信號帶寬，提高系統抗干擾、抗衰落能力，還可實現傳輸帶寬與信噪比之間的互換。

調制方式

模擬調制數字調制

常見的模擬調制

幅度調制：調幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶

角度調制：頻率調制、相位調制1/15/202335.1幅度調制(線性調制)的原理設：正弦型載波為：c(t)=Acos(ct+0)

式中：A—載波幅度；

c—載波角頻率；

0—載波初始相位（以后假定0=0）。則根據調制定義，幅度調制信號（已調信號）一般可表示成

m(t)—基帶調制信號。幅度調制通常又稱為線性調制。但應注意，這里的“線性”并不意味著已調信號與調制信號之間符合線性變換關系。事實上，任何調制過程都是一種非線性的變換過程。

1/15/202345.1幅度調制(線性調制)的原理一、調幅（AM）二、雙邊帶調制（DSB）三、單邊帶調制（SSB）四、殘留邊帶調制（VSB）五、線性調制的一般模型六、相干解調七、包絡檢波1/15/20235調制器模型：5.1幅度調制(線性調制)的原理一、調幅（AM）1/15/20236標準調幅—常規雙邊帶調幅時域表示式：sAM(t)=[A0+m(t)]cos(ct)=A0cos(ct)+m(t)cos(ct)式中：m(t)—調制信號，均值為0；A0—常數，表示疊加的直流分量。頻譜：若m(t)為確知信號，則AM信號的頻譜為：

若m(t)為隨機信號，則已調信號的頻域表示式必須用功率譜描述。

5.1幅度調制(線性調制)的原理一、調幅（AM）1/15/20237波形圖：5.1幅度調制(線性調制)的原理一、調幅（AM）1/15/20238由波形可以看出：當滿足條件：|m(t)|maxA0時，其包絡與調制信號波形相同，因此用包絡檢波法很容易恢復出原始調制信號。否則，出現“過調幅”現象。這時用包絡檢波將發生失真。但是，可以采用其它的解調方法，如同步檢波。5.1幅度調制(線性調制)的原理一、調幅（AM）1/15/20239第五章模擬調制系統載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶頻譜圖：1/15/202310由頻譜可以看出，AM信號的頻譜由：載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。上邊帶的頻譜結構與原調制信號的頻譜結構相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。5.1幅度調制(線性調制)的原理一、調幅（AM）1/15/202311AM信號的特性：帶寬：它是帶有載波分量的雙邊帶信號，帶寬是基帶信號帶寬fH

的兩倍：功率：設m(t)為確知信號5.1幅度調制(線性調制)的原理一、調幅（AM）1/15/202312AM信號的特性：調制效率：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，載波分量并不攜帶信息。有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號總功率的比例稱為調制效率：5.1幅度調制(線性調制)的原理一、調幅（AM）1/15/202313AM信號的特性：調制效率：當m(t)=Amcosmt

時，，代入上式，得到：當|m(t)|max=A0時（100％調制），調制效率最高，這時：max=1/35.1幅度調制(線性調制)的原理一、調幅（AM）1/15/202314時域表示式：無直流分量A0：頻譜：無載頻分量：5.1幅度調制(線性調制)的原理二、雙邊帶調制（DSB）1/15/202315調制效率：100％優點：節省了載波功率缺點：不能用包絡檢波，需用相干檢波，較復雜。5.1幅度調制(線性調制)的原理二、雙邊帶調制（DSB）1/15/202316原理：雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調制信號頻譜M()的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個邊帶即可。這樣既節省發送功率，還可節省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調制。產生SSB信號的方法有兩種：濾波法和相移法。5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202317濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的原理方框圖——用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶：H()為單邊帶濾波器的傳輸函數，若它具有如下理想高通特性：則可濾除下邊帶。5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202318濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的原理方框圖——用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶：若具有如下理想低通特性：，則可濾除上邊帶。SSB信號的頻譜：5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202319濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的原理方框圖5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202320濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的技術難點：①濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性。②例如：若經過濾波后的話音信號的最低頻率為300Hz，則上下邊帶之間的頻率間隔為600Hz，即允許過渡帶為600Hz。在600Hz過渡帶和不太高的載頻情況下，濾波器不難實現；但當載頻較高時，采用一級調制直接濾波的方法已不可能實現單邊帶調制。5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202321濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的技術難點：③*可以采用多級（一般采用兩級）DSB調制及邊帶濾波的方法，即先在較低的載頻上進行DSB調制，目的是增大過渡帶的歸一化值，以利于濾波器的制作。再在要求的載頻上進行第二次調制。④當調制信號中含有直流及低頻分量時濾波法就不適用了。5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202322相移法和SSB信號的時域表示：若m(t)是確定信號，其傅氏頻譜為M(f)，上邊帶濾波器的傳遞函數為：此HUSB(f)也可表示為：HUSB(f)=u(f－fc)+u(－f－fc)，式中u(·)表示單位階躍函數。基本思路：為得到單邊帶調幅信號的時域表示式，先寫出單邊帶調幅信號的頻域表示式，再從它的傅氏反變換得到時域表示式。5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202323相移法和SSB信號的時域表示：上邊帶信號的頻域表示式為：

對上式進行傅氏反變換，并利用傅氏變換的調制定理，得到：利用下列傅氏變換關系式：5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）SDSB(t)1/15/202324相移法和SSB信號的時域表示：得到：在上式中使用了下列恒等式：5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202325相移法和SSB信號的時域表示：式中的是m(t)的希爾伯特變換。將m(t)輸入希爾伯特濾波器，其輸出是，如下圖所示：希爾伯特濾波器是沖激響應為的線型濾波器，其相應的頻率響應為：

5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202326希爾伯特變換：若信號存在傅里葉變換對，則其希爾伯特變換的頻譜等于該信號頻譜F(ω)的負頻域全部頻率成分相移+π/2，而正頻域相移－π/2——完成這種變換的傳遞函數稱為希氏濾波器傳遞函數，即有：Hh(ω)=－j·sgn(ω)5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202327

利用歐拉公式得到單邊帶的上邊帶調幅信號表示式：5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202328

單邊帶的下邊帶調幅信號表示式：

由于：得到：

單邊帶調幅信號的時域表示式為：5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202329移相法SSB調制器方框圖：優點：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。缺點：寬帶相移網絡難用硬件實現。5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）希爾伯特濾波器實質上是一個寬帶相移網絡1/15/202330SSB信號的解調：SSB信號的解調和DSB一樣，不能采用簡單的包絡檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調信號，它的包絡不能直接反映調制信號的變化，所以仍需采用相干解調。SSB信號的性能：SSB信號的實現比AM、DSB要復雜，但SSB調制方式在傳輸信息時，不僅可節省發射功率，而且它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調制方式。★5.1幅度調制(線性調制)的原理三、單邊帶調制（SSB）1/15/202331原理：殘留邊帶調制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現中的困難。在這種調制方式中，不像SSB那樣完全抑制DSB信號的一個邊帶，而是逐漸切割，使其殘留一小部分，如下圖所示：5.1幅度調制(線性調制)的原理四、殘留邊帶調制（VSB）1/15/202332原理：5.1幅度調制(線性調制)的原理四、殘留邊帶調制（VSB）1/15/202333調制方法：用濾波法實現殘留邊帶調制的原理框圖與濾波法SBB調制器相同。不過，這時圖中濾波器的特性應按殘留邊帶調制的要求來進行設計，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易制作。5.1幅度調制(線性調制)的原理四、殘留邊帶調制（VSB）1/15/202334對殘留邊帶濾波器特性的要求：(1)殘留邊帶信號的頻譜為（由濾波法可知）：為了確定上式中殘留邊帶濾波器傳輸特性H()應滿足的條件，來分析一下接收端是如何從該信號中恢復原基帶信號的。5.1幅度調制(線性調制)的原理四、殘留邊帶調制（VSB）1/15/202335對殘留邊帶濾波器特性的要求：(2)VSB信號解調器方框圖：因為：根據頻域卷積定理可知，乘積sp(t)對應的頻譜為：5.1幅度調制(線性調制)的原理四、殘留邊帶調制（VSB）1/15/202336對殘留邊帶濾波器特性的要求：(2)VSB信號解調器方框圖：將：代入：，得到：式中：M(+2c)及M(－2c)是搬移到+2c和－2c處的頻譜，它們可以由解調器中的低通濾波器濾除。于是，低通濾波器的輸出頻譜為：5.1幅度調制(線性調制)的原理四、殘留邊帶調制（VSB）1/15/202337對殘留邊帶濾波器特性的要求：(2)VSB