1、第第3章章 模擬調(diào)制模擬調(diào)制第第3章章 模擬調(diào)制模擬調(diào)制123幅度調(diào)制幅度調(diào)制頻分復(fù)用頻分復(fù)用非線性調(diào)制非線性調(diào)制(角度調(diào)制角度調(diào)制) 1、為了信號與信道匹配。為了信號與信道匹配。調(diào)制把基帶信號頻譜搬移到一定的頻調(diào)制把基帶信號頻譜搬移到一定的頻帶范圍以適應(yīng)信道的要求。帶范圍以適應(yīng)信道的要求。 2、為了多路復(fù)用。為了多路復(fù)用。調(diào)制可將多個信息信號（它們的頻譜分量處調(diào)制可將多個信息信號（它們的頻譜分量處于同一頻帶范圍內(nèi)）搬到不同頻率或不同時間的各個載波信于同一頻帶范圍內(nèi)）搬到不同頻率或不同時間的各個載波信號上，從而能夠?qū)崿F(xiàn)多路和多址信息傳輸，提高頻譜效率。號上，從而能夠?qū)崿F(xiàn)多路和多址信息傳輸，提高

2、頻譜效率。 3、為了有效地輻射電磁波。為了有效地輻射電磁波。調(diào)制可增加傳輸距離。調(diào)制可增加傳輸距離。 話音話音300Hz3400Hz，波長，波長1069*104m 4、為了實(shí)現(xiàn)頻率分配。為了實(shí)現(xiàn)頻率分配。使通信、廣播、電視等不同業(yè)務(wù)互不干使通信、廣播、電視等不同業(yè)務(wù)互不干擾。擾。 5、為了提高抗干擾能力和保密能力。為了提高抗干擾能力和保密能力。 特別是用于現(xiàn)代通信的擴(kuò)頻調(diào)制、空時編碼、特別是用于現(xiàn)代通信的擴(kuò)頻調(diào)制、空時編碼、OFDM等廣義等廣義調(diào)制技術(shù)。調(diào)制技術(shù)。 調(diào)制的作用調(diào)制信號調(diào)制信號（信息信號）（信息信號）調(diào)制器調(diào)制器已調(diào)信號已調(diào)信號（傳輸信號）（傳輸信號）載波信號載波信號c(t) (

3、單音正弦波單音正弦波)連續(xù)變化的模擬量連續(xù)變化的模擬量模擬調(diào)制模擬調(diào)制離散的數(shù)字量離散的數(shù)字量(二進(jìn)制數(shù)字脈沖二進(jìn)制數(shù)字脈沖)數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制(單頻正弦波單頻正弦波)連續(xù)波形連續(xù)波形連續(xù)波調(diào)制連續(xù)波調(diào)制脈沖波形脈沖波形脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制(矩形周期脈沖矩形周期脈沖)調(diào)制的一般框圖調(diào)制的分類載波信號不同：載波信號不同：調(diào)制信號不同：調(diào)制信號不同：模擬調(diào)制：調(diào)制信號是連續(xù)變化的模擬信號模擬調(diào)制：調(diào)制信號是連續(xù)變化的模擬信號數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號是離散的數(shù)字信號數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號是離散的數(shù)字信號連續(xù)波調(diào)制：載波信號是連續(xù)波形連續(xù)波調(diào)制：載波信號是連續(xù)波形脈沖調(diào)制：載波信號是脈沖波形脈沖調(diào)制：載波信號是脈沖波

4、形被調(diào)制載波參數(shù)不同：被調(diào)制載波參數(shù)不同：幅度調(diào)制：載波幅度隨調(diào)制信號變化幅度調(diào)制：載波幅度隨調(diào)制信號變化頻率調(diào)制：載波頻率隨調(diào)制信號變化頻率調(diào)制：載波頻率隨調(diào)制信號變化相位調(diào)制：載波相位隨調(diào)制信號變化相位調(diào)制：載波相位隨調(diào)制信號變化頻譜的變化：頻譜的變化：已調(diào)信號與輸入信號頻譜之已調(diào)信號與輸入信號頻譜之間間呈線性搬移呈線性搬移已調(diào)信號與輸入信號頻譜之間已調(diào)信號與輸入信號頻譜之間呈非線性搬移呈非線性搬移線性調(diào)制：線性調(diào)制：非線性調(diào)制：非線性調(diào)制：調(diào)制的分類（續(xù)）sm (f )線性調(diào)制非線性調(diào)制m (f )sm (f )頻譜之間呈線性搬移關(guān)系：AM、ASK頻譜之間沒有線性對應(yīng)關(guān)系：FM、PM、F

5、SK 用調(diào)制信號用調(diào)制信號 去控制載波去控制載波 的振幅，使載波振的振幅，使載波振幅隨的幅隨的 變化而變化。幅度調(diào)制的一般模型如下：變化而變化。幅度調(diào)制的一般模型如下： 3.1 幅度調(diào)制( )c t( )cs t( )H f( )s t( )cs t( )s t( )s t( )c t( )cos2( )( )cos2cccc tf ts ts tf t( )( )()-( )( )()-( )( )()-( )()-( )H fs tAMH fs tDSBH fs tSSBH ffcVSBH f根據(jù)特性及所包含的頻譜成份，幅度調(diào)制分為：完全調(diào)幅為全通網(wǎng)絡(luò)，有直流成分；抑制載波雙邊帶為全通網(wǎng)絡(luò)

6、，無直流成分；單邊帶是截止頻率為 的高通或低通濾波器；殘留邊帶為特定互補(bǔ)特性濾波器。幅度調(diào)制的分類3.1.1 完全調(diào)幅(AM)000maxmax()-( )( )( )( )( )( )( )AMH fs ts tsstsstsstst完全調(diào)幅為全通網(wǎng)絡(luò)，有直流成分；式中 為直流成分，為交變分量，并且要求：式中為交變分量絕對值的最大值。1、AM信號的波形和時間函數(shù)表示式 1）波形2 2）時間函數(shù)）時間函數(shù)00( )( )cos2cos2( )cos2AMcccstsstf tsf tstf t s (t) max s0將會出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡(luò)失真將會出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡(luò)失真, ,不能用

7、包絡(luò)不能用包絡(luò)檢波器進(jìn)行解調(diào)，為保證無失真解調(diào)，可以采用相干解調(diào)檢波器進(jìn)行解調(diào)，為保證無失真解調(diào)，可以采用相干解調(diào) 當(dāng)滿足條件當(dāng)滿足條件 s (t) max s0時，時，AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成正比，信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成正比，可以用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始的調(diào)制信號可以用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始的調(diào)制信號maxminmaxmin( )( )( )( )s ts tms ts t3）調(diào)制指數(shù)S(t)maxOts sAMAM( (t t) )S(t)min滿調(diào)幅滿調(diào)幅, , =1，此時此時m=m0 m欠調(diào)幅欠調(diào)幅，一般一般 小于小于1過調(diào)幅過調(diào)幅， 大于大于1 ，s(t)min為負(fù)值為負(fù)值

8、mm2、 AM信號的頻譜及帶寬1 1）單音信號）單音信號2）任意低通信號22AMbHBBf調(diào)制信號帶寬是基帶信號帶寬的兩倍：調(diào)制信號帶寬是基帶信號帶寬的兩倍：3、AM信號的功率和傳輸效率1）調(diào)制信號功率：22202222200 ( )( ) coscos( )cos2( )cosAMAMccccPstSs ttStsttS s tt( )0st 220( )22AMcSSstPPP所以所以載波功率載波功率邊帶功率邊帶功率有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號總功率的有用功率（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(diào)制效率。比例稱為調(diào)制效率。2220( )/2/2( )/2SA

9、MAMPstPSstAM調(diào)制方式調(diào)制效率低！調(diào)制方式調(diào)制效率低！“滿調(diào)幅滿調(diào)幅”時，如果時，如果s(t)為矩形波形，則最大可得到為矩形波形，則最大可得到 AM =50%，而，而s(t)為正弦波時可得到為正弦波時可得到 AM =33.3%。 一般情況下，調(diào)制指數(shù)都小于一般情況下，調(diào)制指數(shù)都小于1 1，調(diào)制效率很低，即，調(diào)制效率很低，即載波分量占據(jù)大部分信號功率，有信息的兩個邊帶占載波分量占據(jù)大部分信號功率，有信息的兩個邊帶占有的功率較小。有的功率較小。 2）調(diào)制效率：AM信號解調(diào)常用包絡(luò)解調(diào)n 優(yōu)點(diǎn)：可以采用包絡(luò)檢波法解調(diào)，不需本地同步載波優(yōu)點(diǎn)：可以采用包絡(luò)檢波法解調(diào)，不需本地同步載波信號，接收

10、機(jī)成本很低。信號，接收機(jī)成本很低。n 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：AMAM信號的調(diào)制效率比較低信號的調(diào)制效率比較低AM調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)問題：能否去掉不帶信息的載波，問題：能否去掉不帶信息的載波，提高調(diào)制效率？提高調(diào)制效率？抑制載波雙邊帶調(diào)制抑制載波雙邊帶調(diào)制3.1.2. 抑制載波雙邊帶調(diào)制(DSB)調(diào)制- ( )( )DSBH fs t為全通網(wǎng)絡(luò)，無直流成分；1 1、DSBDSB信號的波形和時間函數(shù)表示式信號的波形和時間函數(shù)表示式 DSBDSB信號時間函數(shù)信號時間函數(shù) ( )( ) ( )( )2DSBcsts t c tst cosf t( )st( )DSBst( )c t DSB信號的波形2. DSB信號的

11、頻譜、帶寬和功率1( )()()2DSBCCSfSffSff3、DSB信號解調(diào)為同步解調(diào)2( )( )cos 2( )cos 211( )cos( )242DSBcccs tstf tstfststtf t1( )( )1(2)(221 ( )( )42ccos tstF s tSfSffSff對上式進(jìn)行頻譜變換式中第二項(xiàng)將被低通濾除低 通( )DSBst( )s t( )os t( )c tDSB信號解調(diào)信號的頻譜圖DSB信號優(yōu)缺點(diǎn)DSBDSB信號節(jié)省了載波功率，調(diào)制效率為信號節(jié)省了載波功率，調(diào)制效率為100100頻帶寬度仍是調(diào)制信號帶寬的兩倍頻帶寬度仍是調(diào)制信號帶寬的兩倍上、下兩個邊帶是完

12、全對稱的上、下兩個邊帶是完全對稱的問題：能否只傳輸其中一個邊帶，問題：能否只傳輸其中一個邊帶，節(jié)省帶寬？節(jié)省帶寬？單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制1( )()()2DSBCCSfSffSff 雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調(diào)制信號頻譜雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調(diào)制信號頻譜的所有頻譜信息，因此可以的所有頻譜信息，因此可以只傳輸其中一個邊帶只傳輸其中一個邊帶。既節(jié)省發(fā)送。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(diào)制。功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調(diào)制。3.1.3 單邊帶(SSB)調(diào)制 單邊帶濾波器( )st( )s t( )SSBst( )c tSSB信號的

13、頻域表示式1,( )( )0,cUSBcHH1,( )( )0,cLSBcHH濾除下邊帶濾除下邊帶:濾除上邊帶濾除上邊帶: 1( )()()2SSBccSSSH s+(w)/2s-(w)/2s+(w-wc)/4s-(w+wc)/4s+(w+wc)/4s-(w-wc)/4低通濾波器低通濾波器高通濾波器高通濾波器 1( )()()2SSBccSSSH以下邊帶為例 1sgn()sgn()2ccH其中，其中，1()sgn()()sgn()4ccccSS1()()4ccSS 1( )cos2cs tt1( )sin2cs ttSSB信號的時域表示11( )( ) cos( )sin22SSBccstst

14、tstt上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶單頻單邊帶調(diào)制波形2. SSB信號的頻譜及帶寬單邊帶信號的帶寬：單邊帶信號的帶寬：單邊帶信號的功率：單邊帶信號的功率：SSBbbBBf1124SSBDSBsPPP單邊帶信號的帶寬及功率 (1) (1) 濾波法濾波法濾波法框圖如前所述，當(dāng)調(diào)制信號具有豐富的低濾波法框圖如前所述，當(dāng)調(diào)制信號具有豐富的低頻成份時，要求單邊帶濾波器具有較陡峭的高通或低通特性。頻成份時，要求單邊帶濾波器具有較陡峭的高通或低通特性。 (2) (2) 移相法移相法移相法中寬帶移相器的制作較為困難。移相法中寬帶移相器的制作較為困難。4. SSB信號的產(chǎn)生與解調(diào)單邊帶信號解調(diào)是同步解調(diào)211( )

15、( )( )cos2( )sin 2cos22211( )cos 2( )sin 2cos222111( )( )cos4( )sin 44441( )( )4SSBccccccccostc tstf tstf tf tstf tstf tf tststf tstf ts tst式中后兩項(xiàng)將被低通濾波器濾除，因此低通低通濾波器濾波器( )SSBst( )c t( )os tSSB調(diào)制小結(jié) SSB信號信號DSB一樣，不能采用簡單的包絡(luò)檢波，因?yàn)樗囊粯樱荒懿捎煤唵蔚陌j(luò)檢波，因?yàn)樗陌j(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以需采用相干解調(diào)。包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以需采用相干解調(diào)。1/2S

16、SBSSBHSSBDSBBfPP工程實(shí)現(xiàn)困難？工程實(shí)現(xiàn)困難？3.1.4 殘留邊帶(VSB)調(diào)制 濾波法產(chǎn)生單邊帶信號，需要頻率響應(yīng)陡峭的高、低通濾波器，濾波法產(chǎn)生單邊帶信號，需要頻率響應(yīng)陡峭的高、低通濾波器，特別對低頻成份豐富的調(diào)制信號，更難實(shí)現(xiàn)。若用具有互補(bǔ)特特別對低頻成份豐富的調(diào)制信號，更難實(shí)現(xiàn)。若用具有互補(bǔ)特性的漸變?yōu)V波器代替，這就是殘留邊帶調(diào)制，記為性的漸變?yōu)V波器代替，這就是殘留邊帶調(diào)制，記為VSBVSB。1.1.殘留邊帶的頻譜殘留邊帶的頻譜 殘留邊帶濾波器的特性H()在c處必須具有互補(bǔ)對稱（奇對稱）特性, 相干解調(diào)時才能無失真地從殘留邊帶信號中恢復(fù)所需的調(diào)制信號。()()ccHHH常

17、數(shù)，殘留邊帶濾波器特性的兩種形式殘留殘留“部分上邊帶部分上邊帶”殘留殘留“部分下邊帶部分下邊帶” 2. 殘留邊帶信號時間函數(shù)表示式 11( )( )cos2( )sin222( )( )2VSBccsts tf ts tf ts ts t式中是既經(jīng)移相 ，同時幅度又受到殘留濾波器衰減的信號。殘留邊帶信號解調(diào)頻譜圖殘留邊帶信號解調(diào)頻譜圖211( )( )( )cos2( )sin2cos22211( )cos 2( )sin2cos222111( )( )cos4( )sin44441( )( )4VSBccccccccostc ts tf ts tf tf ts tf ts tf tf ts

18、ts tf ts tf ts ts t式中后兩項(xiàng)將被低通濾波器濾除，因此4. 殘留邊帶信號的解調(diào)例3-1已知調(diào)幅信號的表達(dá)式為已知調(diào)幅信號的表達(dá)式為SAM(t)=1.25cos2(104)t+4cos2(1.1104)t+1.25 cos2(1.2104)t試求：試求：1)載頻為多少？載頻為多少？ 2)調(diào)幅指數(shù)為多少？調(diào)幅指數(shù)為多少？ 3)調(diào)制頻率為多少？調(diào)制頻率為多少？1)載頻為：載頻為：2)調(diào)幅指數(shù)為調(diào)幅指數(shù)為: 3)調(diào)制頻率為：調(diào)制頻率為：34( )42.5cos(210 ) cos(21.1 10 )AMsttt解：解：6.5 1.50.6256.5 1.5AM421.1 10 rad

19、/s3210 rad/sAM： 優(yōu)點(diǎn)：接收設(shè)備簡單；優(yōu)點(diǎn)：接收設(shè)備簡單； 缺點(diǎn)：頻帶利用率低，功率利用率低，抗干擾能力差；缺點(diǎn)：頻帶利用率低，功率利用率低，抗干擾能力差； DSB： 優(yōu)點(diǎn)：功率利用率高；優(yōu)點(diǎn)：功率利用率高； 缺點(diǎn)：接收要求同步解調(diào)，設(shè)備較復(fù)雜缺點(diǎn)：接收要求同步解調(diào)，設(shè)備較復(fù)雜； 各種線性調(diào)制方式小結(jié)SSB： 優(yōu)點(diǎn)：功率利用率和頻帶利用率都較高優(yōu)點(diǎn)：功率利用率和頻帶利用率都較高 ； 缺點(diǎn)：發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜缺點(diǎn)：發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜 ； VSB： 優(yōu)點(diǎn)：綜合了優(yōu)點(diǎn)：綜合了SSB和和DSB的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) ； 缺點(diǎn)：帶寬性能不是最優(yōu)的缺點(diǎn)：帶寬性能不是最優(yōu)的 ； 發(fā)送端把需用傳送的各

20、路信號，采用調(diào)制將頻率般移到發(fā)送端把需用傳送的各路信號，采用調(diào)制將頻率般移到信道帶內(nèi)不同的頻率，并且使各路信號頻譜互不重疊；在接信道帶內(nèi)不同的頻率，并且使各路信號頻譜互不重疊；在接收端用不同頻率的帶通濾波器分別取出各路信號。這就是頻收端用不同頻率的帶通濾波器分別取出各路信號。這就是頻分復(fù)用。分復(fù)用。3.2 頻分復(fù)用 用調(diào)制信號去控制載波的用調(diào)制信號去控制載波的頻率或相位頻率或相位稱為稱為非線性調(diào)制，由于頻率或相位的變化都引起載非線性調(diào)制，由于頻率或相位的變化都引起載波相角的改變，因此也稱為波相角的改變，因此也稱為角度調(diào)制角度調(diào)制。3.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制) cosccS tAtt角調(diào)制后角調(diào)制后瞬時相位瞬時相位瞬時相位偏移瞬時相位偏移瞬時頻率瞬時頻率瞬時頻率偏移瞬時頻率偏移 ( )cttt( ) t cdtdttdtdt