線性模擬調制

1、模擬調制 線性調制（幅度調制）非線性調制（角度調制）AM 調幅DSB 雙邊帶調制SSB 單邊帶調制VSB 殘留邊帶調制FM 調頻PM 調相常見模擬調制方式線性調制的一般原理調制信號: 正弦載波: A 為載波幅度; c為載波角頻率; 0為載波初始相位（設0=0）。設因為所以 調幅AM的原理 假設調制信號m(t) 的平均值為0，將其疊加一個之流偏量A0 后與載波相乘，即形成調幅信號已調信號時域表示式：若m(t)為確知信號，則頻譜為若m(t)為隨機信號，則已調信號的頻域表示必須用功率譜描述。調制器模型 波形圖由波形可以看出，當滿足條件：|m(t)| A0 時，其包絡與調制信號波形相同，因此用包絡檢波

2、法很容易恢復出原始調制信號。否則，出現(xiàn)“過調幅”現(xiàn)象。這時用包絡檢波將發(fā)生失真。但是，可以采用其他的解調方法，如同步檢波（想干解調）。 頻譜圖 由頻譜可以看出，AM信號的頻譜由三部分組成: 載頻分量 上邊帶 下邊帶 上邊帶的頻譜結構與原調制信號的頻譜結構相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。 AM信號帶寬：它是帶有載波分量的雙邊帶信號，帶寬是基帶信號帶寬 fH 的兩倍 :BAM=2fHScAMPPtmAP2)(2220功率：當m(t)為確知信號時，若則式中 載波功率， 邊帶功率。220APc_20_22_220_220_2cos)(2cos)(coscos)()(ttmAttmtAttmAtsPcccc

3、AMAM 調制效率 由上述可見，AM信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調制信號有關，載波分量并不攜帶信息。有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號總功率的比例稱為調制效率：當m(t) = Am cos mt時，代入上式，得到當|m(t)|max = A0時（100調制），調制效率最高，這時 max 1/3 2220SAMAMmtPPAmt22( )/2mmtA 222222002mAMmmtAAAAmt 雙邊帶調制 DSB 的原理時域表示式：無直流分量A0頻譜：無載頻分量 曲線：調制效率：100優(yōu)點：節(jié)省了載波功率缺點：不能用包絡檢波，需用相干檢波，較復雜。ttmt

4、scDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMS單邊帶調制 SSB 原理 雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調制信號頻譜M()的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個邊帶即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調制。產生SSB信號的方法有兩種：濾波法和相移法。濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的原理方框圖 用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶: 圖中，H()為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若 則可濾除下邊帶；若 則可濾除上邊帶。1,()()0,cUSBcHH1,()()0,cLSBcHH濾波后的信號頻譜保留上邊帶的頻譜圖()()SSBDSBSSH濾波法的缺點 1.濾波器很難做

5、到具有陡峭的截止特性 2.當調制信號中含有直流及低頻分量時濾波法就不適用了。相移法和SSB信號的時域表示SSB信號的時域表示式設單頻調制信號為 載波為則DSB信號的時域表示式為若保留上邊帶，則有若保留下邊帶，則有tAtmmmcos)(ttcccos)(1( )cos()2USBmCmstAt11coscossinsin22mmcmmcAtAt1( )cos()2LSBmCmstAt11coscossinsin22mmcmmcAttAtttAtAttAtsmcmmcmcmmDSB)cos(21)cos(21coscos)(兩式僅正負號不同將上兩式合并：式中，“”表示上邊帶信號，“+”表示下邊帶信

6、號。希爾伯特變換：上式中Am sinmt可以看作是Am cosmt 相移/2的結果。把這一相移過程稱為希爾伯特變換，記為“ ”，則有這樣，上式可以改寫為把上式推廣到一般情況，則得到 式中ttAttAtscmmcmmSSBsinsin21coscos21)(tAtAmmmmsinso c11( )coscoscossin22SSBmmcmmcstAttAttttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(的希爾伯特變換是)()(tmtm移相法SSB調制器方框圖優(yōu)點：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。缺點：寬帶相移網絡難用硬件實現(xiàn)。SSB信號的解調 SSB信號的解調和DSB一樣，不能采用簡

7、單的包絡檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調信號，它的包絡不能直接反映調制信號的變化，所以仍需采用相干解調。SSB信號的性能SSB信號的實現(xiàn)比AM、DSB要復雜，但SSB調制方式在傳輸信息時，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調制方式。 殘留邊帶（VSB）調制 原理：殘留邊帶調制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現(xiàn)中的困難。在這種調制方式中，不像SSB那樣完全抑制DSB信號的一個邊帶，而是逐漸切割，使其殘留小部分，如下圖所示：調制方法：用濾波法實現(xiàn)殘留邊帶調制的原理

8、框圖與濾波法SBB調制器相同。 不過，這時圖中濾波器的特性應按殘留邊帶調制的要求來進行設計，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易制作。對殘留邊帶濾波器特性的要求由濾波法可知，殘留邊帶信號的頻譜為 為了確定上式中殘留邊帶濾波器傳輸特性H()應滿足的條件，我們來分析一下接收端是如何從該信號中恢復原基帶信號的。 ( )VSBDSBSSH1()( )2ccMMHVSB信號解調器框圖式中 從而將 代入上式得 式中M( + 2c)及M( - 2c)是搬移到+ 2c和 -2c處的頻譜，它們可以由解調器中的低通濾波器濾除。于是，低通濾波器的輸出頻譜為 ( )VSBDSBSSH)()2()(2

9、1)()()2(21)(ccccpHMMHMMSttstscVSBpcos)(2)()()()(cVSBcVSBpSSS1( )( )()()2dccSMHH 顯然，為了保證相干解調的輸出無失真地恢復調制信號m(t)，上式中的傳遞函數(shù)必須滿足式中，H 調制信號的截止角頻率。上述條件的含義是：殘留邊帶濾波器的特性H()在c處必須具有互補對稱（奇對稱）特性, 相干解調時才能無失真地從殘留邊帶信號中恢復所需的調制信號。殘留邊帶濾波器的兩種形式 ：殘留上邊帶右圖(a)殘留下邊帶右圖(b)1( )( )()()2dccSMHH()()ccHHH常數(shù)， 線性調制的一般模型濾波法模型在前幾節(jié)的討論基礎上，可以歸納出濾波法線性調制的一般模型如下： 按照此模型得到的輸出信號時域表示式為：按照此模型得到的輸出信號頻域表示式為：式中， 只要適當選擇H()，便可以得到各種幅度調制信號。)(cos)()(thttmtscm)()(21)(HMMSccm)()(thH移相法模型將上式展開，則可得到另一種形式的時域表示式，即式中上式表明，sm(t)可等效為兩個互為正交調制分量的合成。由此可以得到移相法線性調制的一般模型如下： )(cos)()(thttmtscm( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst st( )( )( )IIs th tm t( )(