第二章：模拟调制系统(线性调制)

第二章：模拟调制系统重点：1.调制的定义,功能和分类2.线性调制原理3.AM、DSB、SSB、VSB调制一.为什么要采用调制技术由于信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内直接传输，因此需要经过调制将他变换成适于在信道内传输的信号.二.调制的定义把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形，这一变换过程称为调制通常把原始信号称为调制信号，也称基带信号；被调制的高频周期性脉冲起运载原始信号的作用，因此称载波。调制实现了信源的频谱与信道的频带匹配。三.调制的功能频率变换：为了采用无线传送方式，如将0.3~3.4KHz有效带宽内的语音信号调制到高频段上去。实现信道复用：例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信道中传输。提高抗干扰性：抗干扰性（即可靠性）与有效性互相制约，通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性，如用FM替代AM。四.调制的分类1.按信号x(t)的不同分模拟调制，特点：x(t)是连续信号数字调制，特点：x(t)是数字信号2.按载波信号不同分连续波调制，特点：载波连续，如coswct脉冲调制，特点：载波为脉冲，如周期矩形脉冲序列3.按调制器的功能分幅度调制：用x(t)改变载波的幅度，如AM，DSB，SSB，VSB频率调制：用x(t)改变载波的频率，如FM相位调制：用x(t)改变载波的相位，如PM4.按调制器传输函数来分线性调制：调制前、后的频谱呈线性搬移关系非线性调制：无上述关系，且调制后产生许多新成份五、线性调制原理设载波为：c(t)=Acosct=Acos2fct调制信号为能量信号m(t)，则线性调制器的原理模型如图所示。s(t)调制信号m(t)AcosctH(f)已调信号s(t)相乘结果：s(t)=m(t)Acos2fct用“”表示傅里叶变换：又所以，)]()([2)]()([)(21)('ccccffMffMAffffAfMfS7)()(fMtm)(cos)(fStAtmc)]()([coscccts(t)调制信号m(t)AcosctH(f)已调信号s(t)幅度调制（线性调制）的原理幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。时域频域在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；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，因此幅度调制通常又称为线性调制。适当选择滤波器的特性H(ω)，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。()[()cos]()mcstmttht()[()()]()mccSMMH2.1标准调幅(AM)所谓的标准调幅就是指输入的调制信号除了来自消息的基带信号外，还包含了直流信号A0，而h(t)为理想的带通滤波器，这样调制后输出信号便既含载波分量由含有边带分量的标准调幅信号。SAM(t)=[A0+x(t)]coswct=A0coswct+x(t)coswctSAM(w)=πA[δ(w+wc)+δ(w-wc)]+(1/2)[X(w+wc)+X(w-wc)]+×h(t)x(t)A0coswctsAM(t)m(t)OtA0＋m(t)OtOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0－HH－ccA0SAM()0210AM信号的波形和频谱USBUSBLSBLSBAM信号的解调：包络检波：根据调幅信号的特点，载波的包络恰好和基带信号成比例变化当满足条件|m(t)|max≤A0时，AM信号的包络与调制信号成正比，所以用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号，否则，将会出现过调幅现象而产生包络失真。这时不能用包络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用同步检波器。AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽fH的两倍，即BAM=2fH。AM信号在1Ω电阻上的平均功率应等于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，通常假设调制信号没有直流分量，即又知22202222200()[()]coscos()cos2()cosAMAMccccpStAmtwtAwtmtwtAmtwt==+=++220()22AMcsAmtppp=+=+载波功率边带功率,0)(tm21cos,0cos2ttcc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。载波分量不携带信息。即使在“满调幅”（|m(t)|max=A0时，也称100％调制）条件下，载波分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。2.2双边带调制(DSB)由于AM信号在传输信息的同时，也同时传递载波，致使传输效率太低，造成功率浪费。既然AM系统的载波并不携带信息，不发送载波仍能传输信号，此时调制信号无需直流分量,这种调制称做双边带调制SDSB(t)=x(t)coswctSDSB(w)=(1/2)[X(w+wc)+X(w-wc)]×h(t)x(t)coswctsDSB(t)cos0tOttOm(t)sDSB(t)OtO－ccM()OH－HSDSB()O－cc载波反相点2HDSB信号的波形和频谱DSB信号的频谱有如下特点：1、上、下边带均包含调制信号的全部信息；2、幅度减半，带宽加倍；3、线性调制。由于双边带信号的频谱不存在载波分量，所有的功率都集中在两个边带中，因此它的调制效率为百分之百，这是它的最大优点。由时间波形可知，DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用相干解调(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°的突变DSB信号虽然节省了载波功率，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。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。DSB信号的解调：×低通coswctx(t)sDSB(t)SDSB(t)coswct=[x(t)coswct]coswct=(1/2)x(t)+(1/2)x(t)cos2wct可用低通滤波器滤去为了不失真的提取基带信号x(t)，解调器必须有一个和调制器一样的载波信号，即收端载波和发端载波保持同频率和同相位的关系，这种调制方式称为“同步解调”或“相干解调”2.3单边带调制(SSB)概念：只传送一个边带的调制方式成为单边带调制。AM、DSB的共同缺点：所需传输的带宽是信号的2倍，这样就降低了系统的有效性。由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包含的信息相同，因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。用高通滤波器或低通滤波器可获取上边带信号或下边带信号单边带信号的产生方法通常有滤波法和相移法。1.用滤波法形成单边带信号用滤波法形成SSB信号的技术难点是，由于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄，这就要求单边带滤波器在fc附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。这就使滤波器的设计和制作很困难，有时甚至难以实现。为此，在工程中往往采用多级调制滤波的方法。：H()10－ccH()0－cc1(a)(b)M()－HHSM()－ccOO上边带下边带下边带上边带－ccO上边带频谱O－cc下边带频谱SSB信号的频谱形成SSB信号的滤波特性SSB信号的产生方法USBUSBLSBLSB滤波法产生SSB信号相移法产生SSB信号相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作，该网络要对调制信号m(t)的所有频率分量严格相移π/2，这一点即使近似达到也是困难的。为解决这个难题，可以采用混合法（也叫维弗法）综上所述：SSB调制方式在传输信号时，不但可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为BSSB=fH，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成为短波通信中的一种重要调制方式。SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，需采用相干解调。2.4残留边带调制(VSB)SSB问题：理想的滤波器难以实现。VSB调制：与SSB相似，但是允许滤波器有过渡带，其中一个边带的损失能够恰好被另外一个边带残留的部分补偿，DSB经济，但是不如SSB。VSB信号的滤波调制法M()－2B2BODSB()－ccO(a)(b)SSB()O－cc－ccVSB()O(c)(d)DSB、SSB和VSB信号的频谱残留边带滤波器的互补对称特性HVSB(w+wc)+HVSB(w+wc)=常数