烟台大学：《通信原理》课程教学资源（PPT课件）第5章 模拟调制系统

通信原理第5章模拟调制系统2

2 通信原理 第5章 模拟调制系统

第5章模拟调制系统基本概念调制－把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制)。狭义调制－仅指带通调制。在无线通信和其他大多浴数场合，调制一词均指载波调制。调制信号-指来自信源的基带信号载波－未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已调信号－载波受调制后称为已调信号载波调制－用调制信号去控制载波的参数的过程解调（检波）－调制的逆过程，其作用是将已调信3号中的调制信号恢复出来

3 第5章 模拟调制系统 ⚫ 基本概念 ◼ 调制 － 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一 种过程。 ◼ 广义调制 － 分为基带调制和带通调制（也称载波调 制）。 ◼ 狭义调制 － 仅指带通调制。在无线通信和其他大多 数场合，调制一词均指载波调制。 ◼ 调制信号 － 指来自信源的基带信号 ◼ 载波 － 未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦 波，也可以是非正弦波。 ◼ 已调信号 － 载波受调制后称为已调信号。 ◼ 载波调制 － 用调制信号去控制载波的参数的过程。 ◼ 解调（检波） － 调制的逆过程，其作用是将已调信 号中的调制信号恢复出来

第5章模拟调制系统，调制的自的·使已调信号的频谱与信道的带通特性相匹配，提高传输性能；提高无线通信时的天线辐射效率·把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率·扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。■调制方式·模拟调制·数字调制■常见的模拟调制·幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带相位调制·角度调制：频率调制

4 第5章 模拟调制系统 ◼ 调制的目的 ◆ 使已调信号的频谱与信道的带通特性相匹配，提高 传输性能；提高无线通信时的天线辐射效率。 ◆ 把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现 信道的多路复用，提高信道利用率。 ◆ 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还 可实现传输带宽与信噪比之间的互换。 ◼ 调制方式 ◆ 模拟调制 ◆ 数字调制 ◼ 常见的模拟调制 ◆ 幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带 ◆ 角度调制：频率调制、相位调制

第5章模拟调制系统5.1幅度调制（线性调制）的原理一般原理?表示式 : c(t)= Acos(ot +Po设：正弦型载波为式中，A一载波幅度;の一载波角频率;一载波初始相位（以后假定=0）。则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成sm(t) = Am(t)cos 0.t式中，m(t)一基带调制信号。5

5 第5章 模拟调制系统 ⚫ 5.1幅度调制（线性调制）的原理 ◼ 一般原理 ◆ 表示式： 设：正弦型载波为 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）。 则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般 可表示成 式中， m(t)— 基带调制信号。 c t A t ( ) cos = + (  c 0 ) ( ) ( )cos m c s t Am t t = 

第5章模拟调制系统频谱设调制信号m(t)的频谱为M(の），则已调信号的频谱为S.()=_[M(α+0.)+Mα-0.)]由以上表示式可见，在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱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。但应注意，这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程6

6 第5章 模拟调制系统 ◆ 频谱 设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为 ◆ 由以上表示式可见，在波形上，已调信号的幅度随基带 信号的规律而正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完 全是基带信号频谱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。但应注意，这里的“线性”并不意味着 已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上， 任何调制过程都是一种非线性的变换过程。 ( ) ( ) )   2 m c c A S M M      = + + −

第5章模拟调制系统5.1.1调幅（AM）·时域表示式S Am(t) =[A, +m(t)]cos o,t = A, cos o,t +m(t)cos o,t式中 m(t)－调制信号，均值为0;A。－常数，表示叠加的直流分量。频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为SAm(0)= 元 A[8(0+0.)+8(0-0.)]+=[M(0+0.)+ M(0-0. )若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须用功率谱描述。sm (t)m调制器模型cosw.t1

7 第5章 模拟调制系统 ◼ 5.1.1调幅（AM） ◆ 时域表示式 式中 m(t) － 调制信号，均值为0； A0 － 常数，表示叠加的直流分量。 ◆ 频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为 若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须 用功率谱描述。 ◆ 调制器模型 0 0 ( ) [ ( )]cos cos ( )cos AM c c c s t A m t t A t m t t = + = +    0 1 ( ) [ ( ) ( )] [ ( ) ( )] 2 AM c c c c S A M M             = + + − + + + −  m t( ) s t m ( ) cos c  t  A0

第5章模拟调制系统波形图m(由波形可以看出，当满足条件：国[m(t)/ ≤ Ao时，其包络与调制信号波形相同，A +m(t因此用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。载波口否则，出现“过调幅”现象。这时用包络检波将发生失真。但是，可以AN采用其他的解调方法，如同步检波。8

8 第5章 模拟调制系统 ◆ 波形图  由波形可以看出，当满足条件： |m(t)|  A0 时，其包络与调制信号波形相同， 因此用包络检波法很容易恢复出原 始调制信号。  否则，出现“过调幅”现象。这时用 包络检波将发生失真。但是，可以 采用其他的解调方法，如同步检波。 t t t t m t( ) A m t 0 + ( ) 载波 s t AM ( ) − H  H  M () SAM () −c 0 c 

第5章模拟调制系统频谱图由频谱可以看出，AM信号的频谱由1载频分量M10上边带下边带0-OHOH三部分组成。口上边带的频谱结构与原调制SAM(0)载频分量载频分量信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。Oc00-0上边带下边带下边带上边带9

9 第5章 模拟调制系统 ◆ 频谱图  由频谱可以看出，AM信号的频谱由 载频分量 上边带 下边带 三部分组成。  上边带的频谱结构与原调制 信号的频谱结构相同，下边 带是上边带的镜像。 t t t t m t( ) A m t 0 + ( ) 载波 s t AM ( ) − H  H  M () SAM () −c 0 c  载频分量 载频分量 上边带 上边带 下边带 下边带

第5章模拟调制系统AM信号的特性带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽f的两倍：BAM=2fH口功率：当m(t)为确知信号时，PAM = sAM(t)=[A + m(t)P cos? o,t=[A, cos? w,t + m?(t)cos’ 0,t + 2 A.m(t)cos .t若m(t) = 0则Am(t)PAMP+Ps22式中-载波功率，Pc= Ao2/2一边带功率。P, = m2(t)/210

10 第5章 模拟调制系统 ◆ AM信号的特性  带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信 号带宽 fH 的两倍：  功率： 当m(t)为确知信号时， 若 则 式中 Pc = A0 2 /2 － 载波功率， － 边带功率。 AM H B = 2 f 2 2 2 0 2 2 2 2 2 0 0 ( ) [ ( )] cos [ cos ( )cos 2 ( )cos AM AM c c c c P s t A m t t A t m t t A m t t     = = + = + + m(t) = 0 AM Pc PS A m t P = + = + 2 ( ) 2 2 2 0 ( )/ 2 2 P m t s =

第5章模拟调制系统调制效率1由上述可见，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称为调制效率：m2(t)PsnAMPAMA +m(t)当m(t) = Am cos Wm时 , m2(t)= A / 2代入上式，得到m(t)A?nAMA +m2() 2 A + Am当m(t)lmax=Ag时（100%调制），调制效率最高，这时Nmax = 1/311

11 第5章 模拟调制系统  调制效率 由上述可见，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称为调制效率： 当m(t) = Am cos mt时， 代入上式，得到 当|m(t)|max = A0时（100％调制），调制效率最高，这时 max ＝ 1/3 ( ) ( ) 2 2 2 0 S AM AM P m t P A m t  = = + 2 2 m t A ( ) / 2 = m ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 0 0 2 m AM m m t A A m t A A  = = + +