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基本概念

第二章 模拟调制技术. 基本概念. 幅度调制的原理. 幅度调制系统的抗噪性能. 非线性调制（角调制）的原理. 调频系统的抗噪性能. 各种模拟系统的比较. 频分复用（ FDM ）.  基本概念. 调制信号：模拟基带信号（ 低频 ） 载波：单一频率的正弦波（ 高频 ） 已调信号：调制信号和载波的合成信号（ 高频 ） 调制：用调制信号去控制载波信号的某个参数，使参数随调制信号的变化而变化。 解调：调制的逆过程.  调制的目的. 将调制信号变换成适合信道传输的已调信号.  调制的方法. 幅度 : AM 、 DSB 、 SSB 、 VSB.

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  1. 第二章 模拟调制技术 基本概念 幅度调制的原理 幅度调制系统的抗噪性能 非线性调制（角调制）的原理 调频系统的抗噪性能 各种模拟系统的比较 频分复用（FDM）

  2. 基本概念 调制信号：模拟基带信号（低频） 载波：单一频率的正弦波（高频） 已调信号：调制信号和载波的合成信号（高频） 调制：用调制信号去控制载波信号的某个参数，使参数随调制信号的变化而变化。 解调：调制的逆过程  调制的目的 将调制信号变换成适合信道传输的已调信号  调制的方法 幅度: AM、DSB、SSB、VSB 模拟调制 角度: FM、PM

  3. 幅度调制一般模型 信号表达式 2.1 幅度调制原理 调幅定义：载波的振幅随调制信号的变化而变化

  4. 重要参数：信号带宽 重要参数：信道带宽 2.1.1 调幅AM (Amplitude Modulation) 概念：幅度调制又叫线性调制，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变化。 1）信号表达式 2）频谱结构 频谱计算频谱图 3）调制方法 4）解调方法 非相干解调：包络检波法  相干解调：同步检波法

  5. 令 约束 1）信号表达式： 2）信号波形 包络

  6. 因为 且 AM频谱公式：卷积运算 所以

  7. 下边带 上边带 AM频谱示意图 SAM(t) 的频谱是 m(t) 的频谱在频域内的线性搬移 称之为线性调制

  8. 调制模型 低通 带通 AM 信号 VSB 信号 DSB信号 SSB信号

  9. 1）信号表达式 2）频谱结构 抑制载波双边带调制（DSB）

  10. DSB频谱结构 DSB信号表达式 单一频率 复合频率 包络 上边带 下边带 频谱图： 波形：

  11. 分为上边带 SSB 和下边带 SSB 信号 1）信号表达式 2）频谱结构 单边带调制（SSB） 3）实现方法： 滤波法 相移法

  12. 是 m(t) 希尔伯特变换 SSB 信号表达式 下边带 上边带 希尔伯特变换

  13. SSB频谱结构 下边带要求 上边带要求

  14. 1）频谱结构 2）调制模型 3）解调模型 低通 相干解调 残留边带调制（VSB）

  15. VSB 信号 AM信号频谱 H(ω) 在载频ωc 处具有互补对称的截止特性，且相对陡峭。 VSB 同步解调 还原信号

  16. 2.2 非线性调制 (角调制) 的原理 • 定义:调制信号控制载波信号的频率或相位,使频率或相位随调制信号的变化而变化，称为角度调制 • 角度调制：频率调制(FM)和相位调制(PM)的总称 • 这两种调制中，载波的幅度都保持恒定不变，而频率和相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化 • 已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制 • 角度调制最突出的优势：与幅度调制技术相比，有较高的抗噪声性能

  17. 角度调制信号的一般表达式为： ：信号的瞬时相位 ：信号的瞬时频率 的瞬时相位偏移 :相对于 的瞬时频偏 :相对于载频 2.2.1 角调制的基本概念 A：载波的恒定振幅

  18. 频率调制（FM） 定义：瞬时频率偏移随调制信号成比例变化，即： • Kf —调频灵敏度，单位是rad/sV • 这时相位偏移为： 将其代入一般表达式： • 得到FM信号表达式：

  19. FM与PM波形 PM波形 FM波形

  20. 窄带调频（NBFM） 定义：如果FM信号的最大瞬时相位偏移满足下式条件： 则称为窄带调频；反之，称为宽带调频。 NBFM的时域表达式： 特点：占据的带宽较窄，其抗干扰性能比AM系统要好得多，因此得到较广泛的应用。

  21. 调频信号的带宽 当 mf<< 1 时，带宽可以近似为： ，这就是窄带调频的带宽。 当 mf >>1时，带宽可以近似为： ，这就是宽带调频的带宽。 当任意限带信号调制时，上式中 fm 是调制信号的最高频率，mf 是最大频偏 f 与 fm 之比。

  22. 2.2.2调频信号的产生与解调 1、 调频信号的产生 ① 直接调频法：用调制信号直接去控制载波振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。 • 压控振荡器：每个压控振荡器（VCO）自身就是一个FM调制器，因为它的振荡频率正比于输入控制电压，即： • LC振荡器：用变容二极管实现直接调频。

  23. 调频信号的产生 直接调频法的主要优缺点： • 优点：可以获得较大的频偏。 • 缺点：频率稳定度不高 • 改进途径：采用如下锁相环（PLL）调制器

  24. 调频信号的产生 ② 间接法调频 [阿姆斯特朗（Armstrong）法]： 先将调制信号积分，然后对载波进行调相，即可产生一个窄带调频（NBFM）信号，再经n次倍频器得到宽带调频（WBFM）信号。

  25. 调频信号的产生 • 间接法产生窄带调频信号： 窄带调频信号可看成由正交分量与同相分量合成的。所以可以用下图产生窄带调频信号：

  26. 调频信号的产生 倍频器 • 目的：为提高调频指数，从而获得宽带调频。 • 方法：倍频器可以用非线性器件实现。 • 原理：以理想平方律器件为例，其输出－输入特性为： 当输入信号为调频信号时，有：

  27. 调频信号的产生 输出信号： 滤除直流成分后，可得到一个新的调频信号，其载频和相位偏移均增为2倍，由于相位偏移增为2倍，因而调频指数也必然增为2倍。同理, 经 n 次倍频后可以使调频信号的载频和调频指数增为 n 倍。

  28. 调频信号的产生—典型实例 调频广播发射机 载频：f1 = 200kHz 调制信号最高频率： fm = 15kHz 间接法产生的最大频偏 ：f1 = 25 Hz 调频广播要求的最终频偏 ：f =75 kHz 发射载频在88-108 MHz频段内 所以需要经过： 次的倍频，以满足最终频偏=75kHz的要求。

  29. 调频信号的产生—典型实例 倍频器在提高相位偏移的同时，也使载波频率提高了，倍频后新的载波频率(nf1 )高达600MHz，不符合 fc =88～108MHz的要求，因此需用混频器进行下变频来解决这个问题。 实现模型如下图：

  30. 调频信号的产生—典型实例 【例题2】 在上述宽带调频方案中，设调制信号是 fm =15 kHz的单频余弦信号，NBFM信号的载频 f1 =200 kHz，最大频偏f1 =25 Hz；混频器参考频率 f2 = 10.9 MHz，选择倍频次数 n1 = 64，n2 =48。 (1) 求NBFM信号的调频指数； (2) 求调频发射信号（即WBFM信号）的载频、最大频偏和调频指数。

  31. 调频信号的产生—典型实例 解 ： (1) NBFM信号的调频指数为： (2) 调频发射信号的载频为： (3) 最大频偏为： (4) 调频指数为：

  32. 调频信号的解调 ① 非相干解调： • 调频信号一般表达式为： • 解调器的输出应为： • 完成这种频率--电压转换关系的器件是频率检波器，简称鉴频器。 • 鉴频器的种类很多，例如振幅鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器、正交鉴频器、斜率鉴频器、频率负反馈解调器、锁相环（PLL）鉴频器等。

  33. 非相干解调 下图给出了理想鉴频特性和鉴频器。理想鉴频器可看成是带微分器的包络检波器。 在微分器前加一个限幅器和带通滤波器，削去传输中引起的幅度变化，滤去带外噪声和高次谐波。

  34. 相干解调 注意：相干解调仅适用于NBFM信号。 • 由于NBFM信号可分解成同相分量与正交分量之和，因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解调，如下图所示：

  35. 相干解调 • 设窄带调频信号： • 并设相干载波： • 则相乘器的输出为： • 经低通滤波器取出其低频分量： • 再经微分器，即得解调输出：

  36. 2.3 模拟调制系统的特点与应用 输入条件相同 (即解调器输入端的信噪比相同 ) 各种调制系统的信噪比 Bb ：基带信号带宽

  37. 各种调制系统的性能及主要应用

  38. 各种调制系统的性能及主要应用对比 • AM调制的优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差，信号带宽较宽，频带利用率不高。因此，AM制式用于通信质量要求不高的场合，目前主要用在中波和短波的调幅广播中。 • DSB调制的优点是功率利用率高，但带宽与AM相同，频带利用率不高，接收要求同步解调，设备较复杂。只用于点对点的专用通信及低带宽信号多路复用系统。 • SSB调制的优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。SSB制式普遍用在频带比较拥挤的场合，如短波波段的无线电广播和频分多路复用系统中。

  39. 各种调制系统的性能及主要应用对比 • VSB调制性能与SSB相当，原则上也需要同步解调，但在某些VSB系统中，附加一个足够大的载波，形成（VSB+C）合成信号，就可以用包络检波法进行解调。这种（VSB+C）方式综合了AM、SSB和DSB三者的优点。所以VSB在数据传输、商用电视广播等领域得到广泛使用。 • FM波的幅度恒定不变，这使得它对非线性器件不甚敏感，给FM带来了抗快衰落能力。利用自动增益控制和带通限幅还可以消除快衰落造成的幅度变化效应。这些特点使得NBFM对微波中继系统颇具吸引力。WBFM的抗干扰能力强，可以实现带宽与信噪比的互换，因而WBFM广泛应用于长距离高质量的通信系统中，如空间和卫星通信、调频立体声广播、短波电台等。WBFM的缺点是频带利用率低，存在门限效应，因此在接收信号弱、干扰大的情况下宜采用NBFM，这就是小型通信机常采用NBFM的原因。

  40. ① ② ③ 频分复用组成框图 *频分复用（FDM） FDM定义：使不同的信号占据不同频率范围的技术 将物理信道总带宽分割成若干个与单路信号带宽相同的子信道，每个子信道传输一路信号 复用：若干路相互独立的信号合并成一路复合信号 分接：将一路复合信号无失真地分接成若干路独立信号

  41. 边频 滤波器 低通 LPF 带通 信道 低通 边频 滤波器 LPF 带通 特点：FDM是模拟通信中的复用方式，信道复用率高，复用路数多，分接方便。 *频分复用（FDM）

  42. 小 结 主要内容 • 模拟调制系统的组成 • 幅度和角度调制的定义 • 幅度和角度调制的方法 • 信噪比的计算及抗噪声性能的分析 • 各种调制系统性能及应用 • *频分复用系统

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