4.1幅度调制的原理4.2非线性调制的优秀PPT.ppt

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1、4.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理4.2 非线性调制（角调制）的原理非线性调制（角调制）的原理第第 4 章章 模拟调制系统模拟调制系统返回主书目返回主书目基本概念基本概念 由信号源产生的的原始信号一般不能在大多由信号源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内干脆传输，因此须要经过调制将他变换数信道内干脆传输，因此须要经过调制将他变换成适于在信道内传输的信号。成适于在信道内传输的信号。调制信号：原始信号称调制信号，称基带信号调制信号：原始信号称调制信号，称基带信号 调制：把输入信号变换为适合在信道传输的波调制：把输入信号变换为适合在信道传输的波形的变换过程。通常将要传送的

2、基带信号附加在形的变换过程。通常将要传送的基带信号附加在高频振荡上，使高频振荡的某参数随调制信号的高频振荡上，使高频振荡的某参数随调制信号的规律而变更。规律而变更。载波：被调制的高频周期性脉冲，起运载原始信号的作用。频带信号：调制信号转换成适合在信道传输的信号，称已调信号调制的功能主要有以下三个方面：1、频率变换：如将有效带宽内的语音信号调制到高频段上去2、实现信道复用：如将多路信号支配在同一物理信道中传输3、提高抗干扰性：抗干扰性（即牢靠性）与有效性相互制约，通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如FM替代AM。4.1幅度调制（线性调制）的原理幅度调制是用调制信号去限制高频载波的振幅，使其按调

3、制信号的规律而变更的过程。幅度调制器的一般模型如图4-1所示。设调制信号m(t)的频谱为M()，冲激响应为h(t)的滤波器特性为H(),则该模型输出已调信号的时域和频域一般表示式为(4.1-1)(4.1-2)式中，c为载波角频率，H()h(t)。对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变更；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简洁搬移。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。图4-1之所以称为调制器的一般模型，是因为在该模型中，适当选择滤波器的特性H()，便可以得到各种幅度调制信号。例如，调幅、双边带、单边带及残留边带信号等。图4-1幅度调制器的一般

4、模型4.1.1调幅(AM)在图4-1中，假设h(t)=(t)，即滤波器（H()=1）为全通网络，调制信号m(t)含直流m0，与载波相乘(见图4-2)，就可形成调幅(AM)信号，其时域和频域表示式分别为sAM(t)=m0+m(t)cosct=m0cosct+m(t)cosct(4.1-3)SAM()=m0(+c)+(-c)+M(+c)+M(-c)/2(4.1-4)式中，m0为外加的直流重量；m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号(此时，已调信号的频域表示必需用功率谱描述)，通常认为其平均值m(t)=0。其波形和频谱如图4-3。图4-2AM调制器模型m(t)m0coswctsAM(t)图4-3A

5、M信号的波形和频谱AM信号在1电阻上的平平均均功功率率应等于sAM(t)的均方值。当m(t)为确知信号时，sAM(t)的均方值即为其平方的时间平均，即通常假设调制信号没有直流重量，即=0。因此PAM=式中，PC=/2为载波功率，PS=/2为边带功率。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，载波重量不携带信息。即使在“满调幅”（|m(t)|max=m0时，也称100调制）条件下，载波重量仍占据大部分功率，而含有用信息的两个边带占有的功率较小。因此，从功率上讲，AM信号的功率利用率比较低。4.1.2抑制载波双边带调制（DSB-SC）AM信号中存在不携带信息的载波

6、重量，为了提高调制效率将不携带信息的载波重量抑制掉，而仅传输携带信息的两分个边带，称抑制载波双边带调制双边带信号，没有直流重量时，其时域和频域表示式为sDSB(t)=m(t)cosct(4.1-6)SDSB()=M(+c)+M(-c)其波形和频谱如图4-4所示。图4-4DSB信号的波形和频谱cossDSBw0tOttOm(t)(t)OtOwcwcwM(w)OwwHwHSDSB(w)Owcwcw载波反相点2wH由时间波形可知，DSB信号的包络不再与调制信号的变更规律一样，因而不能接受简洁的包络检波来复原调制信号，需接受相干解调(同步检波)。另外，在调制信号m(t)的过零点处，高频载波相位有180

7、的突变。由频谱图可知，DSB信号虽然节约了载波功率，功率利用率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与AM信号带宽相同。基带信号（调制信号）频谱经过调制后变为两个边带信号频率：一个是 ，位于 的上边，称为上边频；另 一个 ，位于 的下边，称为下边频 双边带：上边带由 到 ；下边带由 到 M(w)OwwHwHSDSB(w)Owcwcw2wH由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可，这就是单边带调制能解决的问题。4.1.3单边带调制单边带调制(SSB)DSB信号包含有两个边带，即上、下边带。由于这两个边带包含的信息相同，因而，从

8、信息传输的角度来考虑，传输一个边带就够了。这种只传输一个边带的通信方式称为单边带通信。单边带信号的产生方法通常有滤波法和相移法。用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号图45形成SSB信号的滤波特性图4-6SSB信号的频谱4.1.4残留边带调制(VSB)残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题。在VSB中，不是完全抑制一个边带（犹如SSB中那样），而是渐渐切割，使其残留一小部分，如图4-8（d）所示。用滤波法实现残留边带调制的原理如图4-9(a)所示。图中,滤波器的特性应按残留边带调制的要求来进行设计。现在我们

9、来确定残留边带滤波器的特性。假设HVSB()是所需的残留边带滤波器的传输特性。由图4-9(a)可知，残留边带信号的频谱为图4-8DSB、SSB和VSB信号的频谱图4-9VSB调制和解调器模型(a)VSB调制器模型(b)VSB解调器模型现在我们来确定残留边带滤波器的特性。假设HVSB()是所需的残留边带滤波器的传输特性。由图4-9(a)可知，残留边带信号的频谱为SVSB()=为了保证相干解调的输出无失真地重现调制信号M()，必须要求HVSB(+c)+HVSB(-c)=常数，|H(4.1-13)式(4.1-13)就是确定残留边带滤波器传输特性HVSB()所必需遵循的条件。满足上式的HVSB()的可

10、能形式有两种：图4-10（a）所示的低通滤波器形式和图5-10(b)所示的带通（或高通）滤波器形式。图4-10残留边带滤波器特性(a)残留部分上边带的滤波器特性;b）残留部分下边带的滤波器特性而是有无穷多个。由此我们得到如下重要概念：只要残留边带滤波器的特性HVSB()在c处具有互补对称（奇对称）特性，那么，接受相干解调法解调残留边带信号就能够精确地复原所需的基带信号。图411残留边带滤波器的几何说明4.2 非线性调制（角调制）的原理非线性调制（角调制）的原理也可以把调制信号的信息寄予在载波的频率或相位变更中。这种使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变更而振幅保持恒定的调制方式，称为频率调制

11、（FM）和相位调制(PM)，分别简称为调频和调相。因为频率或相位的变更都可以看成是载波角度的变更，故调频和调相又统称为角度调制。幅度调制属于线性调制，它是通过变更载波的幅度，以实现调制信号频谱的平移及线性变换的。角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，故调频与调相之间存在亲密的关系，即调频必调相，调相必调频。鉴于FM用的较多，本节将主要探讨频率调制。4.2.1角调制的基本概念任何一个正弦时间函数，假如它的幅度不变,则可用下式表示：sm(t)=Acos

12、(t)式中，(t)称为正弦波的瞬时相位，将(t)对时间t求导可得瞬时频率(t)=(4.2-1)因此(t)=(4.2-2)未调制的正弦波可以写成sm(t)=Acosct+0相当于瞬时相位(t)=ct+0,0为初相位，是常数。(t)=c是载频，也是常数。而在角调制中，正弦波的频率和相位都要随时间变更，可把瞬时相位表示为(t)=ct+(t)，因此，角度调制信号的一般表达式为Sm(t)=Acosct+(t)(4.2-3)A是载波的恒定振幅；ct+(t)是信号的瞬时相位(t)，而(t)称为相对于载波相位ct的瞬时相位偏移；dct+(t)/dt是信号的瞬时频率，而d(t)/dt称为相对于载频c的瞬时频偏。

13、所谓相位调制，是指载波的振幅不变，瞬时相位偏移随调制信号m(t)而线性变更，即(t)=Kpm(t)(4.2-4)其中Kp是常数。于是，调信任号可表示为sPM(t)=Acosct+Kpm(t)(4.2-5)所谓频率调制，是指指载波的振幅不变，瞬时频率偏移随调制信号m(t)而线性变更，即其中Kf是一个常数，这时相位偏移为(4.2-7)代入式（5.3-3），则可得调频信号为(4.2-8)由式（4.2-5）和（4.2-8）还可看出，假如将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相波，这种方式叫间接调相；同样，假如将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频波，这种方式叫间接调频。干脆和间接调相如图4-16所示。干脆和间接调频如图4-17所示。图4-16干脆和间接调相d()dtm(t)FMsPM(t)(b)PMsPM(t)m(t)(a)图4-17干脆和间接调频()d tm(t)PMsFM(t)(b)FMsFM(t)m(t)(a)