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第 4 章模拟调制系统4.1 引言4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能4.3 非线性调制（角度调制）的原理及 抗噪声性能4.4 各种模拟调制系统的比较4.5 频分复用（ FDM ）4.6 复合调制及多级调制的概念

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4.1 引言

问题： 为什么要对信号进行调制？什么是调制？

信源 信源编码 信道编码 调制 发射

传输媒质

接收 解调 信道译码 信源解码 信宿

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调制的目的作用：

频谱搬移－ 适应信道传输、合并多路信号提高抗干扰性能

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按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。

而载波通常是一种用来搭载原始信号（信息）的高频信号，它本身不含有任何有用信息。

什么是调制？

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)(cos)()( cc θtwtmtc

调制分类

调制信号：

数字调制数字信号模拟调制模拟信号

)(tm

)(cos)( cc θtwAtc

幅度调制 频率调制 相位调制

线性调制非线性调制

调幅：

载波信号：

线性调制：已调信号的频谱是基带信号的频谱的

简单搬移

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模拟调制的种类

幅度调制幅度调制 (( 线性调制线性调制 ))

角度调制角度调制 (( 非线性调制非线性调制 ))

AMAM

DSB-SCDSB-SC

SSBSSB

VSBVSB

频率调制频率调制

相位调制相位调制

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4.2 幅度调制4.2.1 幅度调制的原理

幅度调制是正弦型载波的幅度随调制信号作线性变化的过程

1. 已调信号表达式： 载波： s(t)=A cos(ωct+φ0)

调制信号： m(t)已调信号 s m(t)=Am(t)cos(ωct+φ0)

取初始相位为 0

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2. 已调信号频谱

)]()([cos ccc wwδwwδπtw

)()( wMtm

)()(2

1)()( 2121

FFtftf

0),cos()()( 0 ttAmts cm

已调信号的频谱为)]()([

2)( ccm MMA

S

•说明 已调信号频谱完全是被调制信号频谱结构在频域内的简单搬移

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3. 线性调制器的一般模型¡Á h ( t )m ( t ) s

m( t )

cos ct

适当选择带通滤波器的冲激响应 h(t) ，可以得到各种线性调制信号。

)(]cos)([)( thttmtS cm

)()]()([2

1)( HMMS ccm

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一、 AM 信号（常规调幅）假设 h(t)=δ(t) ，即滤波器（ H(ω)=1 ），调制信号 m(t) 叠加直流 A 后与载波相乘可形成调幅(AM) 信号1. 产生模型（ AM 调制器模型图）

)(tm

)cos( twc

)(tSAM

0A

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)]()([2

1)]()([)( 0 CCCCAM MMAS

2. 已调信号时域表达式

twtmAtS cAM cos)]([)( 0

直流 调制信号 零均值随机确知

ttmtA cc cos)(cos0

3. 已调信号频域表达式载波项 DSB 项

直流分量

信号分量

1

)(tsAM

)(tm

)(0 tmA

0

0

0

t

t

t

0t

tccos

)(M

1/ 20A

)(AMS

0A

cc

HH 0

0

H2

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4.AM 信号波形 （时域） 频谱图（频域）

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5.AM 信号分析 频谱形状未变； ±fc 处两边； 带宽是基带信号带宽 fH的两倍，即 BAM=2fH上下边带

的定义，

当满足条件 |m(t)|max = A0 时，称 100 ％调制。 包络反应着调制信号的变化规律

0max)( Atm

1|)(|

0

max AMAM A

tm 过调制要求称为调幅系数，为防止

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6. AM 信号的平均功率

fc

ccc

cAMAM

PPtmA

ttmAttmtA

ttmAtsP

2)(2

cos)(2cos)(cos

cos)]([)(

220

20

22220

220

2

载波功率 边带功率

AM 信号的调制效率：)(

)(22

0

2

tmA

tm

P

P

AM

fAM

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7.AM 信号的解调a: 相干解调法

LPFx

tccos

)(tsAM )(tsoBPFz(t)

相乘后： ttstz cAM cos)(

)]([2

1)( 0 tmAtso

ttmA c20 cos)]([

ttmAtmA c2cos)]([2

1)]([

2

100

LPF 后，解调器输出：

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b: 非相干解调（包络检波）

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二、 双边带调制（ DSB ）1. 时域表达式

( ) ( ) cosDSB cs t m t t

2. 调制器模型图（ DSB 信号产生方框图）

)(tm

)cos( twc

)(tSDSB

)]()([2

1)( ccDSB MMS

3.DSB 信号频域表达式

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4.DSB 信号波形 （时域） 频谱图（频域）

)(tsDSB

)(tm

0

0

t

0t

tccos

t 载波反向点

1)(M

1/ 2

)(DSBS

cc

HH 0

0

H2

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分析：BDSB=2fm,DSB 调制后带宽为基带信号的 2 倍包络不再反应调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调

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5. DSB 信号的解调DSB 信号只能采用相干解调

)(tm

)cos( twc

)(tSDSB

解调器乘法器输出： ttstz cDSB cos)(

经低通滤波器输出 )(2

1)( tmtso

ttm c2cos)(

ttmtm c2cos)(2

1)(

2

1

LPFx

tccos

)(tsAM )(tsoBPFz(t)信道

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三、 单边带信号（ SSB ）1. 产生a: 滤波法

1,( )

0,

c

SSB

c

H

1,( )

0,

c

SSB

c

H

若保留上边带， HSSB(ω) 应具有高通特性。

若保留下边带，则应具有

低通特性。

0

0

0

0

£ c c

c

c

c

c0

£ c

£ c

£ c

£ c

SDSB ()

H SSB ()

SSSB ()

H SSB ()

SSSB ()

(a )

(b )

(c )

(d )

(e )

单边带信号的频谱图

3.SSB 信号的频域表达式

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)()]()([2

1)( SSBCCSSB HMMS

)]sgn()[sgn(2

1)( ccH

mmDSBSSB fBBB 2

12.SSB 信号带宽：

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3. 时域表达式设单频调制信号为 m(t)=Amcosωmt ，载波为s(t)=cosωct ，两者相乘得 DSB 信号的时域表示式为

ttAts cmmDSB coscos)(

tAtA cmmmcm )cos(2

1)cos(

2

1

保留上边带（ USB) ，则

tAts mCmUSB )cos(2

1)(

ttAttAcc mmmm sinsin

2

1coscos

2

1

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保留下边带 (LSB ) ，则

ttAttAscc mmmmLSB sinsin

2

1coscos

2

1

把上、下边带合并起来可以写成ttAttAts cmmcmmssB sinsin

2

1coscos

2

1)(

式中，“ -” 表示上边带信号，“ +” 表示下边带信号Am sinωmt 可以看成是 Am cosωmt 相移 (π/2) ， 而幅度大小保持不变。我们把这一过程称为希尔伯特变换

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ttmttmts ccSSB sin)(2

1cos)(

2

1)(

式中， 是 m(t) 的希尔伯特变换。)(tm

SSB 信号的时域表示式

“-” 表示上边带信号，“ +” 表示下边带信号

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另一种产生方法 b: 相移法ttmttmts ccSSB sin)(ˆ

2

1cos)(

2

1)(

LPFx

tccos

)(tsSSB )(tso)(tz

BPF

3.SSB 信号的接收（解调）

28

SSB 信号只能采用相干解调（同步解调）

信道

解调器输出表达式

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)(4

1)( tmtso

经低通滤波后的解调输出为

ttstz cSSB cos)()( 乘法器输出为：

tttmttm ccc cos]sin)(cos)([2

1

tttmttm ccc sincos)(ˆ2

1cos)(

2

1 2

ttmttmtm cc 2sin)(4

12cos)(

4

1)(

4

1

残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式部分抑制一个边带，使其仍残留一小部分1. 调制与解调方框图

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四、 残留边带信号（ VSB ）

2. 讨论残留边带滤波器的特性设残留边带滤波器的传输特性： H（ω）

残留边信号的频域表达式：

)()()(2

1)( HMMS ccm

确定 H（ω）

Sm(t) m(t)

S (t ) =cosωct

相干解调组成框图

Sm(t) S (t ) 的频谱：

LPF

)()(2

1

SSm

)()(2

1)()(

2

1

)()()(

)()(2

1

cmcmm

cc

m

SSSS

S

SS

cosωct 的频谱

)()()(2

1)( HMMS ccm

)()2()(2

1)(

)()()2(2

1)(

cccm

cccm

HMMS

HMMS

)()2()(4

1

)()()2(4

1

)()(2

1

)()(2

1

cc

cc

cmcm

m

HMM

HMM

SS

SS

经 LPF ：

结论：残留边带滤波器的传输函数在载频附近必须具有互补对称特性

)()()(4

1)(0 cc HHMS

HcVSBcVSB HH 常数，)()(

为了准确地获得 M（ω ）必须满足

ωH 是基带信号的截止角频率

残留边带滤波器的几何解释

£­ c O c

H VSB ( )

HVSB

( £­c)

cO

£­ c

H VSB ( £« c )

H VSB ( £­ c )£« H VSB ( £« c )

O

O£­ c c

(a )

(b )

(c )

(d )

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

H VSB ( )1

0.5

0£­c

c

£­c

c

0

0.5

1

H VSB ( )

(a )

(b )

0£ c c

SDSB ()

0

0

0

0

£ c

£ c

£ c

£ c

c

c

c

c

(a )

(b )

(c )

(d )

(e )

H VSB ()

H VSB ()

H VSB ()

SVSB ()

1

0.5

VSB 信号频谱示意图

带宽： BVSB=(1~2)fm

BSSB≤ BVSB≤BDSB

总结：¡Á h ( t )m ( t ) s

m( t )

cos ct

AM,DSB,SSB,VSB 都可相干解调法解调