第四章 模拟调制技术

从时域角度看，调制过程是用调制信号控制载波信号的某一个参量变化，从而把调制信号通过载波发送出去。正弦波载波信号的一般表达式连续波载波调制根据调制信号控制载波参数的不同，可分为：线性调制—幅度调制：AM常规调幅，SSB单边带调制，DSB双边带调制，VSB残留边带调制非线性调制:频率调制FM相位调制PM)cos()(tAtsc一、振幅调制（AM）1、AM信号其中：2、调制调制信号已调信号ttstscAMcos)()()()(0tmmtsS(t)SAM(t)cosωctmax0)(tmm3、解调非相干解调相干解调解调中信号波形的变化4、已调信号的带宽5、调幅度mAM≤1()()cosAMcststtbmAMBfB22max0()mtmmAM=SAM(t)So(t)S(t)LPFcosctBPFLEDLPF)(tsAM)(ts6、调幅信号的频谱表达式调制中频谱的变化基带信号频带信号ttmmttscccos)(cos)(0)()()()(210ccccmMMmccmcmc10m)(S)(AMS210m二、双边带调制（DSB）1、双边带信号时间表达式2、解调双边带信号只能用相干解调，其波形变化如下：3、与常规调幅比较，调制信号中不包含直流分量，因而已调信号频谱中不包含离散谱线，已调信号中没有载波分量。4、已调信号带宽同样是基带信号带宽的两倍。ttmtscDSBcos)()(bmDSBBfB22三、单边带调制（SSB）1、双边带信号频谱分为上边带（USB）和下边带（LSB），下面以滤波法说明单边带信号的形成：上边带下边带HPFcc)(上SSBS00上边带上边带下边带下边带cc)(DSBS0LPF0)(下SSBS02、单边带信号的频谱和时域表达式：式中，取+为下边带，取-为上边带。3、单边带信号的产生（1）滤波法)()()()(21cgnccgncSMSM)()(21)(ccSSBMMSˆ()cos()sinccmttmtttc1cos滤波tc2cos滤波)(tSSSB)(tm（2）相移法4、解调单边带信号的解调只能采用相干解调的方法，即在接收端乘上一个与载波信号同频同相的本地正弦波信号5、单边带信号带宽22)(tmtccos)(tSSSBsinctbmSSBBfB四、残留边带调制（VSB）1、残留边带滤波器及残留边带信号的产生（滤波法）残留边带信号滤波器应满足条件：ccVSBS00)(M)(cH)(cH0CHHcc)()(DSBVSBSSBBBB2、残留边带信号的带宽3、残留边带信号的解调VSB信号的解调过程可以采用相干解调，也可以在VSB信号中插入强载波，而采用包络检波法解调，以简化接收机电路。五、非线性调制1、概念载波信号瞬时相位瞬时相位偏移瞬时频率瞬时角频偏)](cos[)(ttAtsCC)()(tttC)(tdttddttdtC)()()(()dtdt2、时间表达式调相信号表达式调频信号表达式两者的关系：两者可统一表示为若为调相信号若为调频信号)]()(cos[)(tmKtAtsPCPM])([cos)(tFCFMdmKtAts)](cos[)(ttAtsCC)()(tmKdttdF)()(tmKtP3、频率调制（1）调频指数（2）最大角频偏（3）窄带调频：带宽近似等于（4）宽带调频：定义当时带宽为（5）调频信号的频谱结构设调制信号为单频信号()cosFMfmmKammtat设1mfFMmKa当时1fm)(2)1(2mFMmfFMfffmB6fmbB2()cosmmtt设0)(ASFM04J3J2J1J0J01J2J3J4J0-0.2600.3390.4860.3090.132nmcfntnmJ)cos()()sincos()(tmttsmfcFM已调信号的傅立叶级数表达式为：（6）调制直接调频（参数-变值法）间接调频倍频法m(t)sFM(t)调频器调相器积分器m(t)sFM(t)窄带调频N倍律放大器BPFm(t)sWBFM(t)Si(t)So(t)倍频法实现宽带调频窄带调频(7)解调窄带调频信号可采用相干解调和非相干解调（与AM信号类似）m(t)-Asinωct积分器π/2AcosωctSNBFM(t)鉴频法解调（非相干解调）实际常用锁相环解调电路微分器LEDSFM(t)Km(t)（a）鉴频法解调sEM(t)Km(t)（b）鉴频器等效模型鉴频器LPF带通限幅电路环路滤波（LPf）压控振荡器VCO)(tsFM)(tso相位比较电路（8）预加重/去加重技术调频系统鉴频电路的输出噪声功率谱密度与信号频率的平方成正比，因此高频端信号的输出信噪比将会有很大的损失，若想改善鉴频电路的这一非线性输出特性，可采用预加重/去加重技术。预加重调制器信道解调器去加重0220()nPfnfA预加重网络传递函数和去加重网络传递函数满足关系式输出信噪比的改善程度TRHfHf1（）=（）002()()()mmmmfnffnRfPfdfPfHfdf六、模拟系统中抗噪声性能:制度增益调制方式信号带宽解调增益DSB2SSB1AM宽带FM窄带)1(2fmmfmf2mf2mf2)1(32ffmm)()(22202txAtxmfiiNSNSG00表4-1各种模拟调制技术性能比较调制方式信号带宽解调增益设备复杂性通信中应用情况DSB2较复杂模拟数据传输SSB1较复杂短波无线电通信AM同步解调和包络解调简单无线电广播包络解调有门限效应宽带大信噪比时介于SSB话带数据，微波，FM和AM之间卫星通信、调频小信噪比时有门限效应广播等窄带mf2mf2)()(22202txAtx)1(2fmmfmf2)1(32ffmmAM6fmFM3fmFMDSBSSB0102030405010203040506070dBNS00dBBnSbi0七、载波同步原理1、插入导频法（外同步法）解调器原理图cf导频)(Sf～BPF2)(tm)(tSDSBtccosfcNBPF2BPF)(tsDSBLPF)(tm残留边带信号插入导频法1f1fmcff0)(fHcf2frf2f窄带1f窄带2f低通12ffq次分频窄带cf移相载波输出收信号abcdl2、直接法（又称自同步）平方变换法平方环法2SNBPF2sftccos)(ts)(2ts鉴相器环路滤波器压控振荡器2cftccos)(ts同相正交环法：同步性能主要包括：相位误差：稳态相差、随机相差（相位抖动）同步跟踪时间及保持时间压控振荡器环路滤波器2LPFLPF)(tso)(tsiabcde3、载波同步性能分析相位误差越高，随机相差就越小，则稳态相差大单调谐回路锁相环电路稳态相差随机相差02QK212rQ同步建立时间和保持时间以单调谐回路为例或者021ln1sQtk021lncQtk0.14sNQ0.318cNQ