模擬調(diào)制技術(shù)

模擬調(diào)制技術(shù)第1頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理第2章模擬調(diào)制技術(shù)第2頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五模擬通信系統(tǒng)模型

第3頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五4調(diào)制技術(shù)的發(fā)展主流是數(shù)字調(diào)制引言為什么還要學(xué)習(xí)模擬調(diào)制技術(shù)？

理解通信技術(shù)發(fā)展歷程從整體上把握通信系統(tǒng)各要素掌握通信／電子系統(tǒng)分析評價(jià)方法目前仍存在不少模擬廣播／通信系統(tǒng)模擬通信技術(shù)：

“昨日黃花，芳香猶在”

第4頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五第2章模擬調(diào)制技術(shù)

本章重點(diǎn)討論用取值連續(xù)的調(diào)制信號(hào)去控制正弦載波的參數(shù)（幅度、頻率或相位）的模擬調(diào)制（分為幅度調(diào)制和角度調(diào)制）。主要內(nèi)容有：各種已調(diào)信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式、調(diào)制與解調(diào)的原理、性能特點(diǎn)。第5頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理第2章模擬調(diào)制技術(shù)2.1模擬調(diào)制概述2.2振幅調(diào)制（AM調(diào)制）2.3

雙邊帶調(diào)制（DSB）2.4單邊帶調(diào)制（SSB）2.5殘留邊帶調(diào)制（VSB）2.6角度調(diào)制（非線性調(diào)制）2.7模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較第6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五補(bǔ)充知識(shí)—三角函數(shù)公式7第7頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五補(bǔ)充知識(shí)--三角函數(shù)公式8第8頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五一、基本概念

1.基帶信號(hào)

從信源輸出的信號(hào)通常是低通型信號(hào)，即該信號(hào)的頻譜特征是從0（或接近0）的頻率到某一截止頻率fm，低通型信號(hào)又稱為基帶信號(hào)，也稱為調(diào)制信號(hào)。如語音信號(hào)。2.頻帶信號(hào)

調(diào)制以后的信號(hào)稱為頻帶信號(hào)或已調(diào)信號(hào)，是

基帶信號(hào)對載波進(jìn)行調(diào)制后產(chǎn)生的信號(hào)。頻帶信號(hào)大多數(shù)情況下均為窄帶信號(hào)。2.1模擬調(diào)制概述【注】窄帶信號(hào)：若信號(hào)能量集中在ω0附近，帶寬為?，當(dāng)ω0>>?時(shí)，稱為窄帶信號(hào)。第9頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五2.1模擬調(diào)制概述信號(hào)頻率：信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)叫頻率，用赫茲（Hz）作單位，信號(hào)的頻率有高有低，低頻到高頻的范圍叫信號(hào)頻帶。信號(hào)帶寬：信號(hào)自身所占最高頻率與最低頻率之差，用B來表示，單位Hz。信道頻帶：信道允許傳送的信號(hào)的最高頻率與最低頻率之間的頻率范圍。

如：微波的工作頻率范圍為300MHz－300GHz，電話雙絞線的工作頻率范圍在0到數(shù)百千Hz。信道帶寬：信道能傳送的信號(hào)的最高頻率與最低頻率之差，用B來表示，單位Hz。第10頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五

【注意】只有信號(hào)的頻帶在信道的頻帶允許范圍內(nèi)，才能夠在信道中傳輸。大部分需傳送的信號(hào)都位于較低的頻帶上，而傳輸信道（如電纜、光纜等）的適用傳輸頻率，一般都位于高頻范圍。因此，需調(diào)制解決二者的不匹配。第11頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五2.1模擬調(diào)制概述一、基本概念

3.調(diào)制

把信號(hào)頻譜搬移到較高頻率范圍以適應(yīng)信道頻率傳輸特性的過程。

4.載波

作為基準(zhǔn)信號(hào)的正弦信號(hào)或脈沖串或數(shù)字信號(hào)。

5.載波調(diào)制

按基帶信號(hào)的變化規(guī)律改變載波某些參數(shù)的過程。第12頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五6.模擬調(diào)制

又稱連續(xù)調(diào)制，調(diào)制信號(hào)的取值是連續(xù)的。7.數(shù)字調(diào)制

調(diào)制信號(hào)的取值是離散的，如PCM脈沖編碼調(diào)制。8.線性調(diào)制

已調(diào)信號(hào)的頻譜是調(diào)制信號(hào)的水平搬移及線性變換。9.非線性調(diào)制

已調(diào)信號(hào)的頻譜將產(chǎn)生頻譜的非線性變換，會(huì)有新的頻率分量產(chǎn)生。2.1模擬調(diào)制概述第13頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五二、模擬調(diào)制的目的1、信道傳輸頻率特征的需要。2、實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用。3、改善系統(tǒng)的抗噪聲性能，或通過調(diào)制來提高系統(tǒng)頻帶利用率。采用不同的調(diào)制技術(shù)對系統(tǒng)性能將產(chǎn)生很大的影響。2.1模擬調(diào)制概述第14頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理三、調(diào)制模型載波信號(hào)的三要素：振幅、頻率、相位第15頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理調(diào)制技術(shù)模擬調(diào)制(連續(xù)調(diào)制)數(shù)字調(diào)制線性調(diào)制(幅度調(diào)制)非線性調(diào)制(角度調(diào)制)DSB：抑止載波雙邊帶調(diào)幅AM：常規(guī)雙邊帶調(diào)幅SSB：單邊帶調(diào)制VSB：殘留邊帶調(diào)制FM：頻率調(diào)制PM：相位調(diào)制PCM：脈沖編碼調(diào)制數(shù)字載波調(diào)制(鍵控系統(tǒng))2ASK、2PSK等多進(jìn)制鍵控系統(tǒng)改進(jìn)型數(shù)字調(diào)制四、調(diào)制分類第16頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理§2.2振幅調(diào)制（AM調(diào)制）

AM調(diào)制又稱為常規(guī)調(diào)幅。AM（Amplitudemodulation）中的調(diào)制信號(hào)必須包含一定的直流分量。1、調(diào)制原理

設(shè)AM的基帶信號(hào)：設(shè)載波信號(hào)為：

第17頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理則當(dāng)基帶信號(hào)通過調(diào)制后，得到AM信號(hào)為：振幅調(diào)制調(diào)制信號(hào)已調(diào)信號(hào)第18頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五調(diào)幅AM示意圖(波形和頻譜)第19頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理例：AM調(diào)制后的頻譜變化頻域表示：第20頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五已調(diào)信號(hào)功率：Pc載波功率Ps邊帶功率第21頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五22第22頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五第23頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五說明（1）調(diào)制后頻譜在形狀上沒有改變，只是位置搬移了±ωc，而幅度降為原來的一半。（2）AM已調(diào)信號(hào)的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即（3）AM已調(diào)信號(hào)除連續(xù)譜外，還包括離散譜線（即載波信號(hào)分量）。離散譜線不攜帶信息，但會(huì)占用一定的發(fā)送信號(hào)功率，因此AM的調(diào)制效率較低。（4）對于AM信號(hào)的解調(diào)可以采用非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步解調(diào)）。第24頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五（5）為了使調(diào)制不失真，必須滿足兩個(gè)條件:(a)對于所有t，必須滿足A0+f(t)≥0，否則會(huì)出現(xiàn)包絡(luò)失真。(b)載波頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于f(t)的最高頻率分量,即ωc>ωm，否則會(huì)出現(xiàn)頻率交疊。第25頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五根據(jù)基帶信號(hào)和疊加直流信號(hào)大小關(guān)系不同，又可分為1.正常調(diào)幅2.滿調(diào)幅3.過調(diào)幅調(diào)幅系數(shù)（或調(diào)制指數(shù)）的表達(dá)式為第26頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五下圖為幅度調(diào)制信號(hào)波形圖。當(dāng)β<1時(shí)，為正常調(diào)幅此時(shí)能從s(t)的包絡(luò)中恢復(fù)f(t)。第27頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)β>1時(shí)，為過調(diào)幅，此時(shí)不能從s(t)的包絡(luò)中恢復(fù)f(t)。下圖為過幅度調(diào)制信號(hào)波形圖。第28頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五f(t)的最大幅度應(yīng)小于或等于載波振幅的一半。調(diào)幅系數(shù)為調(diào)制深淺程度的指標(biāo)，考慮受限條件β≤1，當(dāng)β>1時(shí)，若采用包絡(luò)檢波法會(huì)造成解調(diào)后信號(hào)失真。第29頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五例：已知調(diào)制信號(hào)f(t)=3cos20t，載波信號(hào)c(t)=cos(20000t+/2)，試寫出當(dāng)調(diào)制系數(shù)分別為1.5和0.5的完全調(diào)制信號(hào)是s(t)。解：當(dāng)調(diào)制信號(hào)f(t)=3cos20t，即，根據(jù)調(diào)制系數(shù)的定義，由于

可寫出調(diào)制信號(hào)表達(dá)式當(dāng)=1.5時(shí)，則A0=2,有s(t)=[f(t)+2]c(t)=(3cos20t+2)cos(20000t+/2)當(dāng)=0.5時(shí)，則A0=6,有s(t)=[f(t)+6]c(t)=(3cos20t+6)cos(20000t+/2)第30頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五

解調(diào)：解調(diào)是調(diào)制的逆過程。通信系統(tǒng)的接收端從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)基帶信號(hào)的過程就叫解調(diào)。從頻域上看，解調(diào)就是將調(diào)制時(shí)搬移到載頻附近的調(diào)制信號(hào)頻譜搬回到原來的位置。

解調(diào)的分類：相干解調(diào)（同步檢波法）：從已調(diào)波的相位信息中提取調(diào)制信號(hào)非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）：從已調(diào)信號(hào)的幅度信息中提取調(diào)制信號(hào)解調(diào)方法第31頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五解調(diào)方法1.相干解調(diào)

適用所有的線性調(diào)制信號(hào)（對于AM、DSB、SSB及VSB都適用），沒有門限效應(yīng)必須使用相干載波

2.非相干解調(diào)

非相干解調(diào)實(shí)現(xiàn)起來非常簡單。常規(guī)調(diào)幅信號(hào)使用包絡(luò)檢波包絡(luò)攜帶原調(diào)制信號(hào)信息包絡(luò)檢波簡單有效，不必要用相干解調(diào)其他線性調(diào)制信號(hào)

無載波分量，包絡(luò)不能體現(xiàn)調(diào)制信號(hào)信息不能采用一般的包絡(luò)檢波方法

第32頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理解調(diào)方法－包絡(luò)檢波法示意圖第33頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五解調(diào)方法－（1）包絡(luò)檢波法BPF：為帶通濾波器，其作用是在保證信號(hào)順利通過的前提下，最大限度地限制噪聲進(jìn)入?！咀ⅰ繋V波器的響應(yīng)函數(shù)，會(huì)把已調(diào)信號(hào)的頻譜重新搬移回去。LED：是檢波電路（半波或全波整流器），它的輸出與輸入信號(hào)的包絡(luò)很相近。LPF：是低通濾波器，作用是濾除檢波后信號(hào)中的高頻成分。11四月2023數(shù)字通信原理AM信號(hào)的包絡(luò)檢波法電路框圖第34頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五包絡(luò)檢波法說明包絡(luò)檢波法的優(yōu)點(diǎn):

解調(diào)電路簡單。AM調(diào)制在無線電短波廣播中得到廣泛的應(yīng)用。包絡(luò)檢波法的缺點(diǎn):

準(zhǔn)確性不太好，抗噪聲性能較差。在相同誤碼率情況下，信噪比較相干解調(diào)要高1dB；抗噪聲性能稍差于相干解調(diào)；

第35頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理解調(diào)方法－（2）相干解調(diào)法經(jīng)低通濾波器后，可過濾出s(t)。p第36頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五相干解調(diào)法說明由于相干解調(diào)需要在接收端提供本地載波信號(hào)，且該信號(hào)要和已調(diào)信號(hào)中的載波分量同頻同相，所以要求采用載波同步技術(shù)。該技術(shù)需要準(zhǔn)確判別某個(gè)載波信號(hào)的頻率和相位，要求比較高，設(shè)備比較復(fù)雜。

缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)困難；技術(shù)要求高，設(shè)備復(fù)雜；第37頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五38

不足AM調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)與不足：

優(yōu)點(diǎn)簡單易行，成本低廉應(yīng)用示例：中波無線電廣播。功率利用率低頻率利用率低抗噪聲性能不佳第38頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理§2.3雙邊帶調(diào)制（DSB）DSB－DublesidebandAM功率利用率很低。為提高功率利用率，必須去除AM的載波，即采用DSB。又稱為抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB/SC。該調(diào)制信號(hào)中不含直流分量，即頻譜中無離散譜。不能采用包絡(luò)檢波法第39頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五DSB調(diào)制的示意圖-波形和頻譜第40頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五DSB調(diào)制效率第41頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五42第42頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理調(diào)制后頻譜在形狀沒有改變，位置搬移了±ωcDSB調(diào)制信號(hào)中不包含直流分量，因而已調(diào)信號(hào)頻譜中不包含離散譜線，已調(diào)信號(hào)中沒有載波分量。頻帶信號(hào)的帶寬是原始信號(hào)帶寬的2倍由于出現(xiàn)了反相點(diǎn)，DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，所以不能采用包絡(luò)檢波的方式恢復(fù)原來的信號(hào)。一般采用相干解調(diào)法。DSB的特點(diǎn)第43頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理§2.4單邊帶調(diào)制（SSB）由于DSB信號(hào)的上、下兩個(gè)邊帶是完全對稱的，它們都攜帶了調(diào)制信號(hào)的全部信息，因而，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，傳輸一個(gè)邊帶就夠了。這種方式稱為單邊帶調(diào)制。SSB是在雙邊帶基礎(chǔ)上，把其中|w|>wc（上邊帶USB）或|w|<wc（下邊帶LSB）的部分進(jìn)行調(diào)制。SSB－Singlesideband

第44頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五F(ω)ωωmωm0SSSB(ω)ωωcωc0SSSB(ω)ωωcωc0SDSB(ω)ω-ωcωc02ωmUSBUSBLSBLSB---(a)基帶信號(hào)(b)DSB信號(hào)(c)SSB信號(hào)(USB)(d)SSB信號(hào)(LSB)第45頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生：方法：（1）用濾波法形成單邊帶信號(hào)（2）用相移法形成單邊帶信號(hào)（1）用濾波法形成單邊帶信號(hào)

讓雙邊帶信號(hào)通過一個(gè)邊帶濾波器，保留所需要的一個(gè)邊帶，濾除不要的邊帶。第46頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五取上邊帶的濾波函數(shù)取下邊帶的濾波函數(shù)第47頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五-f0HL(f)特性上邊帶(b)上邊帶濾波器特性和信號(hào)頻譜f00f單邊帶信號(hào)的頻譜上邊帶S(f)上邊帶下邊帶HH(f)特性HH(f)特性(a)濾波前信號(hào)頻譜(c)下邊帶濾波器特性和信號(hào)頻譜S(f)S(f)-f00f-f0f0f下邊帶f0上邊帶

濾波法難點(diǎn)：濾波器陡峭截止難第48頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五49

相移法SSB優(yōu)點(diǎn)：不需要陡峭截止，一次調(diào)制即可

不足：實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，寬帶移相網(wǎng)絡(luò)難實(shí)現(xiàn)。可用維弗法解決。相移法sin

應(yīng)用短波通信，頻分復(fù)用SSB解調(diào)需采用相干解調(diào)。（2）用相移法形成單邊帶信號(hào)當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含直流或較豐富低頻信號(hào)時(shí)，濾波法SSB不再適用。第49頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理SSB的相干解調(diào)第50頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五51第51頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理§2.5殘留邊帶調(diào)幅（VSB）VSB－VestigialSideBand產(chǎn)生單邊帶信號(hào)需要理想濾波器，這在實(shí)際電路中難以實(shí)現(xiàn)。殘留邊帶(VSB)濾波器容易設(shè)計(jì)，同時(shí)又能使上下邊帶頻譜巧妙地互補(bǔ)，解調(diào)后得到完整信號(hào)。殘留邊帶信號(hào)：保留了下邊帶頻譜的大部分(僅僅是靠近fc附近的頻譜有一定衰減)，同時(shí)還保留了上邊帶信號(hào)的一小部分。第52頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五11四月2023數(shù)字通信原理殘留邊帶濾波器的特性第53頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五殘留邊帶解調(diào)的頻譜示意圖第54頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五第55頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五說明對VSB信號(hào)進(jìn)行解調(diào)時(shí)，只要在

Wc兩側(cè)位置上的頻具有互補(bǔ)性（即相加后的和保持一定），則通過低通濾波器解調(diào)出的基帶信號(hào)，就是沒失真的調(diào)制信號(hào)。殘留邊帶信號(hào)的帶寬，介于單邊帶和雙邊帶之間。VSB信號(hào)的解調(diào)過程可以采用相干解調(diào)，也可以在VSB信號(hào)中插入強(qiáng)載波，而采用包絡(luò)檢波法解調(diào)，以簡化接收機(jī)電路。VSB對濾波器的要求不是很高，廣泛用于PAL制電視系統(tǒng)中。11四月2023數(shù)字通信原理第56頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五2.6角度調(diào)制（非線性調(diào)制）非線性調(diào)制：已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原基帶信號(hào)頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分。實(shí)現(xiàn)方法：通過改變載波的頻率和相位（角度）來實(shí)現(xiàn)。即載波的幅度保持不變，而載波的頻率或相位隨基帶信號(hào)變化。分類：角調(diào)制可分為頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。與幅度調(diào)制技術(shù)相比的優(yōu)勢：角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢是其較高的抗噪聲性能

優(yōu)點(diǎn)：抗噪聲性能好缺點(diǎn)：頻帶占用寬第57頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五FM調(diào)制與PM調(diào)制調(diào)相信號(hào)調(diào)頻信號(hào)PM調(diào)制－－是指瞬時(shí)相位偏移隨基帶信號(hào)而線性變化FM調(diào)制－－是指瞬時(shí)頻率偏移隨基帶信號(hào)而線性變化第58頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五

可見：FM和PM非常相似，如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)的具體形式，則無法判斷已調(diào)信號(hào)是調(diào)頻信號(hào)還是調(diào)相信號(hào)。

調(diào)相信號(hào)調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻與調(diào)相并無本質(zhì)區(qū)別，兩者之間可以互換－－縮減研究內(nèi)容；為FM、PM信號(hào)的實(shí)現(xiàn)/調(diào)制、解調(diào)提供了新的方法。第59頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五（1）一般表達(dá)式第60頁，共66頁，2023年，2月20日，星期五Kp

－調(diào)相靈敏度，量綱：相位調(diào)制