西安电子科技大学：《通信原理》课程教学资源（讲义）第十六讲 模拟调制系统

《通信原理》第十六讲 第4章模拟调制系统 基带信号具有较低的频率分量,不宜通过无线信道传输。因此,在通信系统 的发送端需要由一个载波来运载基带信号,也就是使载波信号的某一个(或几个) 参量随基带信号改变,这一过程就称为调制。在通信系统的接收端则需要有解调 过程 调制的目的是:(1)将调制信号(基带信号)转换成适合于信道传输的已调 信号(频带信号);(2)实现信道的多路复用,提高信道利用率;(3)减小干扰, 提高系统抗干扰能力;(4)实现传输带宽与信噪比之间的互换。 调制方式很多,根据调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制;根据载波 的选择可分为以正弦波作为载波的连续波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制。 本章重点讨论用取值连续的调制信号去控制正弦载波参数的模拟调制。主要 内容有:各种已调信号的时域波形和频谱结构,调制和解调的原理及系统的抗噪 声性能。 §4.1幅度调制(线性调制)的原理 幅度调制是用调制信号去控制髙频载波的振幅,使其按调制信号的规律而变 化。幅度调制器的一般模型如图所示, coso r 图4-1幅度调制器的一般模型 设调制信号m()的频谱为M(o),冲激响应为h(1)的滤波器特性为H(o),则 该已调信号的时域和频域一般表示式为

《通信原理》 第十六讲 第 4 章 模拟调制系统 基带信号具有较低的频率分量，不宜通过无线信道传输。因此，在通信系统 的发送端需要由一个载波来运载基带信号，也就是使载波信号的某一个（或几个） 参量随基带信号改变，这一过程就称为调制。在通信系统的接收端则需要有解调 过程。 调制的目的是：（1）将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调 信号（频带信号）；（2）实现信道的多路复用，提高信道利用率；（3）减小干扰， 提高系统抗干扰能力；（4）实现传输带宽与信噪比之间的互换。 调制方式很多，根据调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制；根据载波 的选择可分为以正弦波作为载波的连续波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制。 本章重点讨论用取值连续的调制信号去控制正弦载波参数的模拟调制。主要 内容有：各种已调信号的时域波形和频谱结构，调制和解调的原理及系统的抗噪 声性能。 §4.1 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。幅度调制器的一般模型如图所示。 图 4-1 幅度调制器的一般模型 设调制信号m(t) 的频谱为M (ω) ，冲激响应为h(t)的滤波器特性为 H(ω) ,则 该已调信号的时域和频域一般表示式为

s (=m(coso t]*h(n (4.1-1) Sn()=[M(o+)+Mo-0)H() (4.1-2) 幅度调制信号,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。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。 在该模型中,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。 、调幅(AM 在图4-1中,假设h()=o6(1),调制信号m(1)叠加直流A4后与载波相乘,就 可形成调幅(AM)信号。 图4-2M调制器模型 S(0=[Ao +m(t)]coso t (4.1-3) Ao coso t+m(t)cos@t SAM(O)=z4[b(o+02)+o(-0) (4.1-4) )+M(-O 式中m()通常认为其平均值m(t)=0

s (t) [m(t) cos t] h(t) m = ωc ∗ （4.1-1） [ ( ) )] ( ) 2 1 Sm (ω) = M ω +ω c + Mω −ωc H ω （4.1-2） 幅度调制信号，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。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。 在该模型中，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。 一、 调幅(AM) 在图 4-1 中，假设h(t) = δ (t)，调制信号m(t) 叠加直流 A0后与载波相乘，就 可形成调幅(AM)信号。 图 4-2 AM 调制器模型 A t m t t s t A m t t c c AM c ω ω ω cos ( ) cos ( ) [ ( )]cos 0 0 = + = + (4.1-3) [ ( ) ( )] 2 1 ( ) [ ( ) ( )] 0 c c AM c c M M S A ω ω ω ω ω π δ ω ω δ ω ω + + + − = + + − （4.1-4） 式中 m(t) 通常认为其平均值m(t) = 0

A, +m(r WA TAM() 图4-3AM信号的波形和频谱 由图4-3的时间波形可知,当满足条件m(t),≤A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。 AM信号的频谱Sa(o)由载频分量和上、下两个边带组成,上边带的频谱 结构与原调制信号的频谱结构相同,BA=2fn。 PAM SAM(o =[Ao +m(o cos o =[Ao cos @ t+m"((cos @[+ 2A m(o)cos ot 通常假设m()=0,因此 P A2,m2(t) 22=+P (4.1-5) 式中P=A2/2为载波功率,P,=m2(1)/2为边带功率 由此可见,MM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。载波分量不 携带信息,仍占据大部分功率,因此,AM信号的功率利用率比较低。 二、抑制载波双边带调制(DSB-SC) 在M信号中,如果将载波抑制,即可输出抑制载波双边带信号,简称双边

图 4-3 AM 信号的波形和频谱 由图 4-3 的时间波形可知，当满足条件 ma x m(t) ≤ 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。 AM 信号的频谱 (ω) AM S 由载频分量和上、下两个边带组成，上边带的频谱 结构与原调制信号的频谱结构相同， AM H B = 2 f 。 A t m t t A m t t A m t t P s t c c c c AM AM ω ω ω ω 2 0 2 2 2 2 0 2 2 0 2 [ cos ( ) cos 2 ( ) cos [ ( )] cos ( ) = + + = + = 通常假设m(t) = 0 ，因此 AM Pc PS A m t P = + = + 2 ( ) 2 2 2 0 （4.1-5） 式中 / 2 2 Pc = A0 为载波功率， ( )/ 2 2 P m t s = 为边带功率。 由此可见，AM 信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。载波分量不 携带信息，仍占据大部分功率，因此，AM 信号的功率利用率比较低。 二、 抑制载波双边带调制（DSB-SC） 在 AM 信号中，如果将载波抑制，即可输出抑制载波双边带信号，简称双边

带信号(DSB)。其时域和频域表示式分别为 Spse((=m(coso (4.1-6) Mo+o)+M (4.1-7) Apsa(o) 载波反相点 图4-4DSB信号的波形和频谱 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(1)的过零点处,高频载波相位有180°的突变。 由频谱图可知,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,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

带信号（DSB）。其时域和频域表示式分别为 s t m t t DSB ω c ( ) = ( ) cos （4.1-6） [ ( ) ( )] 2 1 ( ) S DSB ω = M ω +ωc + M ω −ωc （4.1-7） 图 4-4 DSB 信号的波形和频谱 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。 由频谱图可知，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， 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