現(xiàn)代智能控制實用技術叢書

ModernintelligentcontrolpracticaltechnogySeries信號的調制與解調技術信號的調制與解調技術簡介

《現(xiàn)代智能控制實用技術叢書》共分為四本，其內容按照信號傳輸?shù)逆湕l編寫：

傳感器

調制與解調

信息的傳輸與通信技術

智能控制技術的應用

本書系統(tǒng)地對信息傳輸與現(xiàn)代通信技術的密切關系、通信技術的發(fā)展簡史，現(xiàn)代通信技術的特點和發(fā)展趨勢進行了介紹；

簡述了世界通用的有線通信的載波技術、無線通信的微波接力通信的基本概念、基本原理，以及各類通信系統(tǒng)的組成、特點、優(yōu)勢、不足及適用領域。簡介

本書還對現(xiàn)代通信技術的“高速公路”，即光導纖維通信、５Ｇ通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術，以及近距離小容量的通信手段———無線保真（ＷｉＦｉ）、藍牙和可見光通信技術進行原理、功能及應用的闡述。

對未來的通信技術，即量子通信技術的概況進行介紹，并預測量子通信技術將在計算機技術、通信傳輸技術、衛(wèi)星通信技術等方面應用的可期待前景。

本書可作為大專院校或高等院校智能控制類相關專業(yè)的參考書籍，也可供從事智能控制信息的傳輸方面的設計、制造、應用領域工作的工程技術人員作為參考資料。信號的調制與解調技術

叢書序

自動控制、智能控制、智慧控制是相對ＡＩ控制技術的普遍話題。在當今的生產(chǎn)、生活和科學實驗中具有重要的作用。

在控制技術中離不開將甲地的信息傳送到乙地，以便遠程監(jiān)測（遙測）、視頻顯示和數(shù)據(jù)記錄（遙信）、狀況或數(shù)據(jù)調節(jié)（遙調）和智能控制（遙控），統(tǒng)稱為智能控制的四遙工程。

信息是物理現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)所固有的。信息本身不是物質，不具有能量，但信息的傳輸卻依靠物質和能量。

而信號則是信息的某種表現(xiàn)形式，是傳輸信息的載體。信號是物理性的，并且隨時間而變化，這是信號的本質所在。

在無線電通信中，電磁波信號承載著各種各樣的信息。所以信號是有能量的物質，它描述了物理量的變化過程，在數(shù)學上，信號可以表示為關于一個或幾個獨立變量的函數(shù)，也可以表示隨時間或空間變化的圖形。

信號的調制與解調技術

叢書序

實際的信號中往往包含著多種信息成分，其中有些是我們關心的有用信息，有些是我們不關心的噪聲或冗余信息。傳感器的作用就是把未知的被測信息轉化為可觀察的信號，提取所研究對象的有關信息，將原始信息轉換成信號。將有效信息轉換成便于傳輸?shù)男盘?，或將信號放大，或將較低頻率的原始信息“調制”到較高頻率的信號；滿足遠距離傳輸?shù)囊?，或將原始模擬信息處理為數(shù)字信號等。這就是智能控制發(fā)送部分的“職責”———信息的收集與調制。然后，將調制后的信號置于所選取的傳輸通道上進行傳輸，使調制后的信號傳輸至信宿端———乙地在乙地接收到經(jīng)傳輸線路傳送來的信號后，然后進行調制器的反向操作“解調”。即將高頻信號或數(shù)字信號還原成原始信息。信號的調制與解調技術

叢書序

原始信息通過揚聲器器（還原的音Ⅳ頻信號）、顯示器（還原的圖像或視頻信號）、打（還原的計算結果）或進行力學、電磁學、光學、聲學等轉換，對原始信息控制目的物進行作用，從而達到智能控制的目的。本套叢書就是對智能控制系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的一些關鍵技術的原理、特性、基本計算公式和方法、基本結構的組成、各個部分參數(shù)的選取，以及主要應用場合及其優(yōu)勢和不足等問題進行討論和分析。本套叢書則沿著“有效信息的取得”、“有效信息的調制”、“調制信號的傳輸“、“調制信號的解調”以及“智能控制系統(tǒng)的舉例應用”這一線索展開，對比較典型的智能控制系統(tǒng)，應用于實踐的設計計算及控制的邏輯關系進行舉例論述。本套叢書雖然經(jīng)歷了十多年的知識積累，但仍然覺得時間倉促，加之水平有限，錯誤與疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。編撰者

蘇遵惠

信號的調制與解調技術

叢書序

前言第一章調制與解調概述第二章調制波的模擬調制

第一節(jié)連續(xù)波的幅度調制

第二節(jié)

標準幅度調制

第三節(jié)雙邊帶調制與抑制載波調制第四節(jié)

單邊帶幅度調制第五節(jié)

殘留邊帶調制第六節(jié)

幅度調制的性能比較第七節(jié)

角度調制——頻率調制第八節(jié)

角度調制——相位調制第九節(jié)

模擬調制的性能比較第三章調制波的數(shù)字調制第一節(jié)基本概念第二節(jié)關于IQ調制方法第三節(jié)調制器的傳輸?shù)谒墓?jié)線性數(shù)字信號調制第五節(jié)非線性數(shù)字調制——數(shù)字頻移鍵控調制第六節(jié)

非線性數(shù)字調制——數(shù)字相位鍵控調制

第四章載波的脈沖調制第一節(jié)基本概念第二節(jié)脈沖幅度調制第三節(jié)

脈沖密度調制第四節(jié)

脈沖寬度調制第五節(jié)

脈沖位置調制第六節(jié)

脈沖編碼調制第七節(jié)

調相調制設計計算歸納附錄附錄A本篇名詞術語及解釋

附錄B相關技術標準

附錄C插表索引附錄D插圖索引

附錄E參考文獻

作者簡介重點目錄信號的調制與解調技術

正文

第一章

調制與解調概述信號的調制與解調技術

正文

第一章

調制與解調概述一、調制與解調概述

二、調制的分類

信號的調制與解調技術

正文一、調制與解調概述

第一章

調制與解調概述

1、定義

調制：（modulation）以滿足進行傳輸?shù)囊鬄槟康?，用基帶信號（攜有消息的信息信號）去控制或改變一個高頻振蕩的載波信號的某個或幾個參量的變化，將基帶信號的信息荷載在載波上，形成已調信號的過程。

解調：（Demodul）調制的逆過程，即通過具體的方法，從已調制的參量變化中還原出有用信息，即原始的基帶信號的過程。2、常用名詞及代號

模擬信號（Analogsignal）模擬信號是指用連續(xù)變化的物理量表示的信息，其信號的幅度，或頻率，或相位隨時間作連續(xù)的變化。

數(shù)字信號（Digitsignal）數(shù)字信號是指信號的自變量為離散的，因變量也是離散的的信號。這種信號的自變量用整數(shù)表示，因變量用有限數(shù)字中的一個數(shù)字表示。在計算機中，數(shù)字信號的大小常用二進制數(shù)表示。也可以采用2n進制數(shù)表示。這種信號設置大大提高了信號的抗噪聲干擾能力，提高了信息傳輸中的保密性能。信號的調制與解調技術

正文一、調制與解調概述

第一章

調制與解調概述

2、常用名詞及代號

調制信號（Modulatingsignal）

調制信號也稱作“基帶信號”。調制信號為需要傳送的信息信號。

載波（Carrierwave）

載波是由振蕩器產(chǎn)生并在通訊信道上傳輸?shù)碾姴?，被調制信號調制后用來傳送語音或其它信息。

已調信號（Modulatedsignal）是載有有用信息的信號,即為調制后含有發(fā)送信息的信號。記作u(t)。信源（Informationsource）是通信系統(tǒng)的起點，為需要發(fā)送的信息，一般分為“模擬信號”和“數(shù)字信號”兩大類。即信息的發(fā)布者。記作IS。

信道（Informationchannel）是從信源進入信宿的通道。一般分為“有線通信”和“無線通信”兩大類。記作IC。

信宿（Informationend-result）是通過信息系統(tǒng)傳輸終端。即信息的接收者。記作IE。信號的調制與解調技術

正文一、調制與解調概述

第一章

調制與解調概述

3、調制的目的

為什么在信息傳輸前，要對信息進行調制呢？（1）基帶信號（如語音）頻率低，而高頻信號才易于輻射和遠距離傳輸。

根據(jù)電磁波傳輸理論，天線的尺寸至少應為發(fā)射信號波長的十分之一。常規(guī)語音通信中頻率在300HZ至3400HZ,即波長在1,000,000m至88,235m；則其傳輸天線的長度即應為100,000m至8,824m；為了縮短發(fā)送和接收天線，必需通過高頻信號對基帶信號進行調制。（2）便于在同一信道上同時傳輸多路不同的基帶信號。使不同通道的基帶信號調制在不同的頻帶、或不同的時隙，就不會互相干擾了。

在發(fā)送端需要把基帶信號（信源）轉變?yōu)橐粋€相對頻率非常高的帶通信號。改變載波的幅度、頻率或者相位來實現(xiàn)。

在接收端則需將已調信號還原成要傳輸?shù)脑夹盘枺簿褪菍⒒鶐盘枏妮d波中提取出來，該過程稱為解調。信號的調制與解調技術

正文二、調制的分類

第一章

調制與解調概述

1、信號調制從不同角度分類

（圖1-1信號調制分類）總體分為信號調制、調制波不同的調制和載波不同的調制三種，如圖1-1所示。信號的調制與解調技術

正文二、調制的分類

第一章

調制與解調概述

2、按調制波（信號）不同分類

（圖1-2調制波的模擬調制分類圖）

調制波的模擬調制，即調制波的基帶信號為模擬信號，如圖1-2所示.調制波的模擬調制分為幅度調制和角度調制。信號的調制與解調技術

正文二、調制的分類

第一章

調制與解調概述

2、按調制波的數(shù)字調制分類

（圖1-3調制波的數(shù)字調制分類圖）信號的調制與解調技術

正文二、調制的分類

第一章

調制與解調概述

3、按載波不同分類

（圖1-5載波的不同調制分類圖）

信號的調制與解調技術

正文二、調制的分類

第一章

調制與解調概述

1、信號調制從不同角度分類

見圖1-1信號調制的總體分類

信號的調制與解調技術

正文

二、調制的分類

第一章

調制與解調概述

4、信號調制的分類總覽

綜合以上分類歸納如下，調制分類總體組成圖

(見圖1-6所示）此外還有復合調制和多重調制等，不同的調制方式有不同的特點和性能。信號的調制與解調技術

正文第一節(jié)

連續(xù)波的幅度調制（AM）

第二章

調制波的模擬調制

1、連續(xù)波

連續(xù)波是指波形的幅度是以連續(xù)方式而不是脈沖方式輸出的波。

與之相對應的是脈沖波。

在信息傳輸?shù)耐ㄐ胖?，一般時候所用的載波是高頻正弦波，就是一種連續(xù)波。2、連續(xù)波幅度調制種類

A.標準幅度調制（Standardamplitudemodulation，AM）

B.雙邊帶幅度調制（Bilateralbandamplitudemodulation，DSB-）

抑制載波雙邊帶調制（Bilateralbandamplitudemodulation-

suppressedcarrier，DSB-SC）

C.單邊帶幅度調制（Singlesidebandamplitudemodulation，SSB）

D.殘留邊帶幅度調制（Residualsidebandamplitudemodulation，

VSB）

信號的調制與解調技術

正文第一節(jié)

連續(xù)波的幅度調制（AM）

第二章

調制波的模擬調制

3、連續(xù)波的幅度調制的原理

（圖2-1連續(xù)波幅度調制原理及波形圖）

信號的調制與解調技術

正文第一節(jié)

連續(xù)波的幅度調制（AM）

第二章

調制波的模擬調制

3、連續(xù)波的幅度調制的原理

（1）“幅度調制"

是用調制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調

制信號的規(guī)律變化的過程。

（2）調幅深度（modulationdepth，“md”）

也稱作“調制度”。

是指在雙邊帶調幅方式情況下，必須加以限制的峰值幅偏值。

用百分數(shù)表示，有的資料中用“βAM”表示。

（3）調制指數(shù)：為調制深度的參數(shù)。也稱為調制系數(shù)和調幅系數(shù)。在調幅技術中,指調制信號與載波信號的幅度比。（見圖2-2所示）

當md=0時，沒有調幅，輸出為原載波信號。

當md=1時，UΩm=Ucm,幅度在0～2Ucm之間變化，為100%調幅。

當md＜1時，UΩm＞Ucm,為過調幅，則包絡信號失真。

為了保證已調波的包絡信號反映調制信號的變化，必須使0＜md≤1。信號的調制與解調技術

正文第一節(jié)

連續(xù)波的幅度調制（AM）

第二章

調制波的模擬調制

3、連續(xù)波的幅度調制的原理圖2-2連續(xù)波幅度調制調制深度及波形圖

圖2-2連續(xù)波幅度調制

調制深度及波形圖

圖2-3

用示波器測試

調幅指數(shù)的

波形圖信號的調制與解調技術

正文第一節(jié)

連續(xù)波的幅度調制（AM）

第二章

調制波的模擬調制

1、標準調幅波數(shù)學表達式

調幅即使載波信號的幅度隨著調制信號（如音頻信號）的變化而變化。

載波信號的數(shù)學表達式為：Uc=Ucmcosωc

t

音頻信號的數(shù)學表達式為：UΩ=UΩmcosΩt

式中：Ucm

為載波信號的電壓振幅，ωc

為載波信號的角頻率，

Ω為調制信號的角頻率。

信號的調制與解調技術

正文第二節(jié)

標準幅度調制（AM）

第二章

調制波的模擬調制

2、

標準調幅波的頻譜

其一，調制后的已調波的主要參數(shù)為：調制峰值：Ummax=Ucm（1+md）調制谷值：Ummin=Ucm（1-md）則得到調幅指數(shù)：

md=（Ummax-Ummin）/（Ummax+Ummin）

其二，調制后的已調波包含有3個頻率成分：載頻：ωc，上邊頻：ωc+Ω，下邊頻：ωc-Ω。

見圖2-5所示。

信號的調制與解調技術

正文第二節(jié)

標準幅度調制

第二章

調制波的模擬調制

2、標準調幅波的頻譜

圖2-5AM調制的頻譜關系帶寬：BW=2Ω信號的調制與解調技術

正文第二節(jié)

標準幅度調制

第二章

調制波的模擬調制

3、多頻率信號的標準調幅

實際上調制信號都是由多頻率成分組成的。

如語音信號的頻率主要集中在300～3400Hz范圍。

BWAM=2Ωmax

一般語音信號AM已調波的帶寬等于6800Hz，相鄰兩個電臺載波頻率的間隔必須大于6800Hz，通常取10KHz

。

調幅過程實質上是一種頻譜線性的搬移。經(jīng)過調制后，已調制信號的頻譜由低頻處搬移到載頻附近，形成上下邊帶。如圖2-6所示。

信號的調制與解調技術圖2-6多頻調制AM信號頻譜圖

正文第二節(jié)

標準幅度調制

第二章

調制波的模擬調制

4、AM波各頻率功率的分布

帕塞瓦爾公式：已調波UAM在單位電阻上消耗的平均功率PAM等于各個頻率成分所消耗的平均功率之和，即等于載波功率PC和邊頻功率PSB之和載波功率為已調波在單位電阻上消耗的平均功率為：

邊頻功率與總功率之比為：

信號的調制與解調技術

正文第二節(jié)

標準幅度調制

第二章

調制波的模擬調制

4、AM波各頻率功率的分布

從功率消耗方面而言AM調制是很不經(jīng)濟的。實現(xiàn)AM的方案如圖2-7所示。

信號的調制與解調技術圖2-8普通調幅波形成原理圖圖2-7普通調幅波組成方框圖

正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制

1、雙邊帶調制概念（1）雙邊帶調制（Double-sidebandmodulation,DSB）

雙邊帶調制屬模擬信號的幅度調制的一種方法，基帶信號調制后會在坐標軸Y軸兩邊將原來的振幅利用算法分解成兩個頻率相對較高的部分。接收端利用解調技術將調制信號解調為原始信號。

（2）抑制載波雙邊帶調制（SuppressedcarrierDouble-sidebandmodulation,DSB-SC）

抑制載波雙邊帶調制是雙邊帶調制的一種特例。其輸入基帶信號沒有直流分量，通過理想的帶通濾波器，使其輸出信號為無載波分量的雙邊帶信號，或稱雙邊帶抑制載波信號。一般稱“雙邊帶調制”在沒有特別說明的情況下，均指“DSB-SC”。且已調信號頻譜中沒有載波（m(t)均值為零）成分。

信號的調制與解調技術

正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制

（3）常規(guī)雙邊帶調幅與抑制載波雙邊帶調幅的比較

在圖2-15中，當A0=0時，為抑制載波雙邊帶調幅；

而當A0≠0時，為常規(guī)載波雙邊帶調幅。

信號的調制與解調技術圖2-9DSB-SC與DSB區(qū)別原理方框圖

正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制

2、雙邊帶調制的實現(xiàn)在普通調幅中，載波分量是一個等幅固定頻率的正弦波，其不包含調制信號的信息，卻占有大部分功率，這種傳輸方式是不經(jīng)濟的。

采用雙邊帶調制就是要抑制載波，只傳輸兩個邊帶的信號，在實現(xiàn)上用一個乘法器就可以實現(xiàn)雙邊帶調制。

如圖2-10所示即為其方框圖。雙邊帶調幅的時間表達式為：

當f(t)為調制信號時，已調信號頻譜為：

信號的調制與解調技術圖2-10DSB調制實現(xiàn)原理方框圖

正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制

2、雙邊帶調制的實現(xiàn)

雙邊帶調幅的輸出（電壓或電流）計算式見下式。圖2-11抑制載波雙邊帶調幅波形圖圖2-12抑制載波雙邊帶調幅頻譜圖信號的調制與解調技術

正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制

2、雙邊帶調制的實現(xiàn)圖2-13DSB調制實現(xiàn)電路圖圖2-14采用平衡調制器實現(xiàn)抑制載波雙邊帶調幅示意圖信號的調制與解調技術

正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制

2、雙邊帶調制的實現(xiàn)圖2-15環(huán)形調制器工作原理圖圖2-16環(huán)形調制器波形圖信號的調制與解調技術

信號的調制與解調技術正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制

3、單一頻率雙邊帶調制波

雙邊帶調幅為單一頻率時，時域波形圖見圖2-17所示。

則有調制信號：圖2-17常規(guī)雙邊帶調幅波形圖

信號的調制與解調技術正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制4、調制信號為確定信號時的已調信號頻譜

如果用卷積表示，令θ=0，則有：

信號的調制與解調技術正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制

5、調制信號為多頻率時雙邊帶調制波

1)調制信號波形當調制信號為多頻率時,其雙邊帶調幅信號波形圖見圖2-18所示.

2)多頻調制信號DSB的頻譜分布多頻調制信號雙邊帶調幅波的頻譜分布見圖2-19所示.

圖2-18多頻調制信號DSB波形圖圖2-19多頻調制信號DSB頻率分布圖

信號的調制與解調技術正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制

6、模擬乘法器的組成

模擬乘法器對兩個模擬信號(電壓或電流)實現(xiàn)相乘功能的有源非線性器件.

主要功能實現(xiàn)兩個互不相關信號相乘,即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比。它有兩個輸入端口，即X和Y輸入端口。

原理圖中的乘法器可采用如圖2-20的差分放大器電路予以實現(xiàn)。

圖2-20乘法器的組成電路圖

信號的調制與解調技術正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制7、雙邊帶調幅的功率及調制效率

當m（t）為已知確定的信號時，其消耗功率為：

由AM調制的定義可知，只有邊帶功率才與調制信號有關，即為有效功率；而載波功率與調制信號無關，為無效功率。所以雙邊帶調制的功率效率為：

信號的調制與解調技術正文第三節(jié)

雙邊帶調制與抑制載波雙邊帶調制

第二章

調制波的模擬調制

7、雙邊帶調幅的功率及調制效率

當調制信號為單頻率余弦信號時，此時的功率效率為：

當調制處于臨界點時，dmAM=1,調制效率的最大值為：

ηAM=1/3

調制效率最大的調制信號是幅度為A0的方波（脈沖波），其調制效率為：ηAM=1/2。

可見，如果能夠抑制載波分量，則可以節(jié)省這部分功率。于是演變出了一系列抑制載波分量傳輸?shù)恼{制方式：如抑制載波雙邊帶調制等。

正文第四節(jié)

單邊帶幅度調制（SSB）

第二章

調制波的模擬調制

1、單邊帶調制的概念

①定義：單邊帶幅度調制（single-sidebandmodulation，SSB）是將信號的頻譜從基帶移到較高的頻率上，在平移后的信號頻譜內單邊帶調制原有頻率分量的相對關系保持不變的調制技術，簡稱“單邊帶調幅”，或“單邊帶調制”，也稱作單邊帶抑制載波（SSB-SC）。

在雙邊帶調制器的輸出端加一個帶通濾波器，抑制一個邊帶而只傳輸另一個邊帶信息，就構成了單邊帶調幅器。圖2-21維弗法產(chǎn)生SSB信號原理方框圖信號的調制與解調技術

正文第四節(jié)

單邊帶幅度調制（SSB）

第二章

調制波的模擬調制

1、單邊帶調制的概念

②特點：?傳輸帶寬；?載頻被抑制；?受傳輸中頻率選擇性衰落的影響比調幅為?。?要求很高的系統(tǒng)頻率精度，會限制單邊帶調制的應用。?處理低基帶頻帶時，帶來時間延遲，影響了應用范圍。?要除去一個邊帶的信號和載波信號，設備稍微復雜。單邊帶調制技術由美國的約翰·倫肖·卡森于1915年12月1日發(fā)明。

使用在短波通信，長途電話線路上，大多越洋電話和洲際電話都用導頻制單邊帶傳輸；在載波電話、微波多路傳輸和地空的電話通信中，得到了廣泛的應用；已使用在衛(wèi)星至地面的信道和移動通信系統(tǒng)中。

已成為長距離語音無線電通訊的標準。

信號的調制與解調技術

正文第四節(jié)

單邊帶幅度調制（SSB）

第二章

調制波的模擬調制

2、單邊帶調制的種類

A.按信號頻譜形式可分為三類：

①原型單邊帶；②獨立邊帶；③殘留單邊帶。

B.按載頻發(fā)送電平的大小又分為三類：

①載頻全抑制制；②導頻制；③兼容單邊帶制。3、單邊帶調制信號產(chǎn)生方法

①濾波法產(chǎn)生單邊帶信號，見圖2-22所示；②相移法幅度調制——哈特利調制產(chǎn)生單邊帶信號，見圖2-23所示；

③維弗法調制產(chǎn)生單邊帶信號，見圖2-24所示。

信號的調制與解調技術

正文第四節(jié)

單邊帶幅度調制（SSB）

第二章

調制波的模擬調制

3、單邊帶調制信號產(chǎn)生方法

圖2-22濾波法產(chǎn)生SSB信號示意圖

圖2-23濾波法調制結構及頻譜寬度示意圖

信號的調制與解調技術

正文第四節(jié)

單邊帶幅度調制（SSB）

第二章

調制波的模擬調制

3、單邊帶調制信號產(chǎn)生方法

圖2-24采用相移網(wǎng)絡法產(chǎn)生SSB信號示意圖

信號的調制與解調技術

正文第四節(jié)

單邊帶幅度調制（SSB）

第二章

調制波的模擬調制

4、單邊帶調制的頻譜分布

在載波頻率為

ωc

，語音信號頻譜如圖2-25（a）,在理想的或實際的邊帶濾波器響應特性條件下，則得到理想的或實際的SSB輸出信號頻譜分別見圖2-25的（a）至（f）所示。相應的調制電路結構圖見圖2-25的（g）所示。

可見，實際的邊帶濾波器的響應特性并非為穩(wěn)定的恒定阻帶衰減特性，且需要多節(jié)濾波器才能達到要求的指標，這是單邊帶調制的最大弱點，也是之所以引入“殘留邊帶調制”的原因所在。

SSB信號頻譜為：信號的調制與解調技術

正文第四節(jié)

單邊帶幅度調制（SSB）

第二章

調制波的模擬調制

4、單邊帶調制的頻譜分布

（圖2-25濾波法SSB調制頻譜分布圖）

a)語音信號頻譜b)上邊帶和下邊帶頻譜c)理想的邊帶濾波器響應特性d)理想的SSB輸出信號頻譜e)實際的邊帶濾波器響應特性f)實際的SSB輸出信號頻譜g)相應的調制電路結構圖信號的調制與解調技術

正文第四節(jié)

單邊帶幅度調制（SSB）

第二章

調制波的模擬調制

5、單邊帶調制的數(shù)學表達式

設s(t)為基帶波形信號:

載波信號：

輸出信號為：

取出上邊帶信號，輸出信號為：

信號的調制與解調技術

正文第四節(jié)

單邊帶幅度調制（SSB）

第二章

調制波的模擬調制

5、單邊帶調制的數(shù)學表達式單邊帶調制的時域數(shù)學表達式為：

用角頻率表示則為：式中：若取“+”號，則為下邊帶的單邊帶調制（L-SSB）,若取“—”號，則為上邊帶的單邊帶調制（U-SSB）。信號的調制與解調技術

信號的調制與解調技術正文第四節(jié)

單邊帶幅度調制（SSB）

第二章

調制波的模擬調制

單邊帶調制僅僅包含一個邊帶，因此單邊帶調制信號的功率為雙邊帶調制信號功率的一半，即：其上邊帶時域數(shù)學表達式為：在下邊帶調制，只傳送下邊帶信號。其下邊帶時域數(shù)學表達式為：

6、單邊帶調制的功率

正文第五節(jié)

殘留邊帶調制（VSB）

第二章

調制波的模擬調制

1、殘留邊帶調制的概念

定義：殘留邊帶調制（VestigialSideBand

modulation，VSB）是一種幅度調制。在調制中，除了傳送一個邊帶外，還保留了另外一個邊帶的一部分。

介于單邊帶調制與雙邊帶調制之間的一種調制方式，克服了雙邊帶調制信號占用頻帶寬的問題，又解決了單邊帶濾波器不易實現(xiàn)的難題。

特點：對具有低頻及直流分量的調制信號，在殘留邊帶調制中已不再需要如單邊帶調制時無限陡的理想濾波器，避免了實現(xiàn)上的困難。在廣播電視、通信等系統(tǒng)中得到廣泛應用。

其解調不能簡單采用包絡檢波，必須采用相干解調。信號的調制與解調技術

正文第五節(jié)

殘留邊帶調制（VSB）

第二章

調制波的模擬調制

1、殘留邊帶調制的概念圖2-26殘留邊帶調制的調制結構圖

圖2-27殘留邊帶濾波器互補奇對稱特性

信號的調制與解調技術

正文第五節(jié)

殘留邊帶調制（VSB）

第二章

調制波的模擬調制

2、殘留邊帶的頻譜分布

圖2-28描述了殘留邊帶調制的頻譜分布的概況。

需傳送信息UΩ

的頻率為

Ωmax

時，見圖2-34（a）所示，

雙邊帶調幅波的頻譜范圍見圖2-34（b）所示，

殘留邊帶調制的頻譜范圍見圖2-34（c）所示。其外側虛線為雙邊帶頻譜范圍，內側虛線為殘留邊帶調制的頻譜范圍?？梢姡溯d波中心頻率ωc左側的下邊帶全部存在外，載波中心頻率

ωc右側的上邊帶也“殘留”了很少一部分頻譜范圍。圖2-28殘留邊帶調制頻譜分布示意圖信號的調制與解調技術

正文第五節(jié)

殘留邊帶調制（VSB）

第二章

調制波的模擬調制

2、殘留邊帶的頻譜分布

殘留邊帶調制信號的頻譜表達式為：

關鍵是確定殘留邊帶濾波器的傳輸特性——HVSB（ω）應滿足的條件：

必須采用相干解調

進行頻率與角頻率變換：

信號的調制與解調技術

正文第五節(jié)

殘留邊帶調制（VSB）

第二章

調制波的模擬調制

2、殘留邊帶的頻譜分布

可見：

首先是用調制信號、載波信號和殘留邊帶濾波器的傅里葉變換式表示殘留邊帶的傅氏變換；

再利用殘留邊帶的傅氏變換和載波的傅氏變換濾除某些項后表示解調后的信號；

從中找到殘留邊帶濾波器的傅氏變換表達式。以此用來作為濾波器的設計依據(jù)。

信號的調制與解調技術

信號的調制與解調技術正文第五節(jié)

殘留邊帶調制（VSB）

第二章

調制波的模擬調制

殘留邊帶濾波器衰減特性可以較陡峭，滿足單邊帶調制信號的要求，也可以較平緩與雙邊帶調制信號的要求相同，進行合適地選擇。

3、殘留邊帶的基本原理

上列式中：為搬移到

處的頻譜，

它們可由解調器中的低通濾波器濾除。則低通濾波器的輸出頻譜為：

正文第六節(jié)

幅度調制的性能比較

第二章

調制波的模擬調制

1、幅度調制AM、DSB、SSB和VSB性能比較

以各種調制／解調方式的比較主要在于：發(fā)送端的發(fā)送信號、接收端的接收信號的頻率范圍，涉及到信號的頻譜寬度；信號中是否含有載波頻譜或含有載頻分量的多少；自然所發(fā)送信號的平均功率和功率的效率———調制信號功率所占全部功率的比例，與發(fā)送信號所包含的內容緊密相關。

還包括調制／解調器系統(tǒng)實現(xiàn)的難易程度與采取的方法相關。采用濾波法完成各種調制／解調的原理方框圖見圖2-30所示。信號的調制與解調技術

正文第六節(jié)

幅度調制的性能比較

第二章

調制波的模擬調制

1、幅度調制AM、DSB、SSB和VSB性能比較圖2-30幅度調制/解調系統(tǒng)原理方框圖信號的調制與解調技術

正文第六節(jié)

幅度調制的性能比較

第二章

調制波的模擬調制

2、幅度調制DSB、SSB和VSB信號頻率范圍和頻譜寬度比較

發(fā)送頻率和頻帶寬度（F—調制頻率，f—載波頻率）①幅度調制（AM）：BAM=2F，發(fā)送頻率范圍：-fH～+fH

②雙邊帶調制（DSB）：BDSB=2F，發(fā)送頻率范圍：fC-fH～fC+fH③抑制載波雙邊帶調制（DSB-SC）：BDSB-SC=2Ωmax，

發(fā)送頻率范圍：fC-fH～fC+fH④殘留邊帶調制（VSB）：BVSB=BVSB＞fH，

發(fā)送頻率范圍：BVSB≈fH

⑤單邊帶調制（SSB）：BSSB=fH-fC≈fH，

發(fā)送頻率范圍：（fC-fH）(部分)～（fC+fH）或（fC+fH）(部分)～（fC-fH）

信號的調制與解調技術

正文第六節(jié)

幅度調制的性能比較

第二章

調制波的模擬調制

2、幅度調制DSB、SSB和VSB信號頻率范圍和頻譜寬度比較

DSB、SSB和VSB信號的頻譜范圍比較示意圖見圖2-31所示。

圖2-31

DSB、SSB和VSB信號的頻譜范圍比較示意圖

信號的調制與解調技術

正文第六節(jié)

幅度調制的性能比較

第二章

調制波的模擬調制

3、幅度調制DSB、SSB和VSB信號發(fā)送功率和功率效率比較幅度調制的功率計算：

令：①調制信號為單一頻率的余弦函數(shù)信號；

②載波功率為：PC；③載波信號振幅為：UCm;

④調制系數(shù)為：md⑤上邊頻功率為：PUSB

;

⑥下邊頻功率為：PLSB

;⑦調制信號總功率：PΣ

;

⑧調制信號最大瞬時功率：Pmax;⑨負載電阻：RL

。

則有：①載波功率：

②上邊頻、下邊頻功率：

信號的調制與解調技術

正文第六節(jié)

幅度調制的性能比較

第二章

調制波的模擬調制

3、幅度調制DSB、SSB和VSB信號發(fā)送功率和功率效率比較

③上邊帶功率：

④總平均功率：

⑤最大瞬時功率：

信號的調制與解調技術

正文第六節(jié)

幅度調制的性能比較

第二章

調制波的模擬調制

4、幅度調制調制／解調特性的比較

序號比較內容調制類型載頻（fC），

上邊頻（fC+fH），

下邊頻（fC-fH），

頻譜寬度（B）,載波角頻率（ωC），

調制信號角頻率（Ω），調制信號最高頻率（fH），調制信號最低頻率（fL），發(fā)送載波功率（PC），

發(fā)送調制信號功率（PSB）。頻譜與頻帶寬度AM調制DSB調制（DSB-SC）VSB調制SSB調制1頻帶范圍-fH～+fHfC-fH～fC+fH

（fC-fH）(部分)～（fC+fH）或：（fC+fH）(部分)～（fC-fH）fL～fH

2頻帶寬度BAM=2fHBDSB=2fH★BDSB-SC=2fHBVSB＞fHBVSB≈fHBSSB=fH-fL≈fH(fH＞＞fL)3載頻發(fā)送載頻發(fā)送載頻

★發(fā)送部分載頻發(fā)送小部分載頻不發(fā)送載頻

4頻寬排序④

④★③②①5發(fā)送信號ωC+(ωC+Ω)+(ωC-Ω)ωC+(ωC+Ω)+(ωC-Ω)★ωC部分+(ωC+Ω)+(ωC-Ω)(ωC+Ω)+(ωC-Ω)(小部分)或(ωC-Ω)+(ωC+Ω)(小部分)(ωC+Ω)或(ωC-Ω)6發(fā)射功率PAM=PC+PSBPDSB=PC+PSB（雙邊頻）=2PSSB★

PDSB=PC(部分)+PSB（雙邊頻）≈2PSSBPVSB=PSB（單邊頻）+PC（小部分）PSSB=PSB（單邊頻）7功率效率η≈33.3%(線性)η≈50%(脈沖)η=PSB（單）/（PSB（雙）+PC）≈33.3%(線性)η≈50%(脈沖)★η＞50%(脈沖)η＞33.3%(線性)η≈PSB（單邊頻）

/（PSB（單）+PC（小部分））η=100%信號的調制與解調技術

正文第六節(jié)

幅度調制的性能比較

第二章

調制波的模擬調制

4、幅度調制調制／解調特性的比較

序號比較內容調制類型載頻（fC），

上邊頻（fC+fH），

下邊頻（fC-fH），

頻譜寬度（B）,載波角頻率（ωC），

調制信號角頻率（Ω），調制信號最高頻率（fH），調制信號最低頻率（fL），發(fā)送載波功率（PC），

發(fā)送調制信號功率（PSB）。頻譜與頻帶寬度AM調制DSB調制（DSB-SC）VSB調制SSB調制8發(fā)射功率排序④

④★③②①9

屬性線性調制/解調模擬調制/解調幅度調制/解調特殊調幅形式10調制/解調方法直接調制/解調（濾波法）濾波法★

移相/相干法

移相/相干法濾波法

11濾波器截止頻率特性100%調制

100%調制

比較陡峭難以做到陡峭12實現(xiàn)的難易程度容易容易較易難

13主要優(yōu)點利用包絡檢波法解調時，設備較簡單。

雙邊帶調幅信號中僅包含兩個邊頻，無載波分量，調制效率高。

既克服了DSB信號占用頻帶寬的問題；又解決了單邊帶濾波器不易實現(xiàn)的難題，已不再需要濾波器。頻帶利用率高。14主要缺點調制效率低，頻帶利用率低。

頻帶利用率低，其頻率寬度仍為調制信號頻率的2倍。移相調制/相干解調設備比較復雜。移相調制/相干解調設備比較復雜。用濾波法主要缺點是需要具有陡峭截止特性的濾波器，而制作困難，特別是對于具有豐富低頻分量的基帶信號。信號的調制與解調技術

信號的傳輸與通信技術正文

第一章

第七節(jié)

角度調制之一——頻率調制（ACM-FM）

現(xiàn)代智能控制實用技術叢書

ModernintelligentcontrolpracticaltechnogySeries信號的調制與解調技術敬請繼續(xù)閱讀感謝各位觀

看

！

現(xiàn)代智能控制實用技術叢書

ModernintelligentcontrolpracticaltechnogySeries信號的調制與解調技術信號的調制與解調技術簡介

《現(xiàn)代智能控制實用技術叢書》共分為四本，其內容按照信號傳輸?shù)逆湕l編寫：

傳感器

調制與解調

信號的調制與解調

智能控制技術的應用

本書系統(tǒng)地對信息傳輸與現(xiàn)代通信技術的密切關系、通信技術的發(fā)展簡史，現(xiàn)代通信技術的特點和發(fā)展趨勢進行了介紹；

簡述了世界通用的有線通信的載波技術、無線通信的微波接力通信的基本概念、基本原理，以及各類通信系統(tǒng)的組成、特點、優(yōu)勢、不足及適用領域。信號的調制與解調技術簡介

本書還對現(xiàn)代通信技術的“高速公路”，即光導纖維通信、５Ｇ通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術，以及近距離小容量的通信手段———無線保真（ＷｉＦｉ）、藍牙和可見光通信技術進行原理、功能及應用的闡述。

對未來的通信技術，即量子通信技術的概況進行介紹，并預測量子通信技術將在計算機技術、通信傳輸技術、衛(wèi)星通信技術等方面應用的可期待前景。

本書可作為大專院?；蚋叩仍盒Ｖ悄芸刂祁愊嚓P專業(yè)的參考書籍，也可供從事智能控制信息的傳輸方面的設計、制造、應用領域工作的工程技術人員作為參考資料。

叢書序

自動控制、智能控制、智慧控制是相對ＡＩ控制技術的普遍話題。在當今的生產(chǎn)、生活和科學實驗中具有重要的作用。

在控制技術中離不開將甲地的信息傳送到乙地，以便遠程監(jiān)測（遙測）、視頻顯示和數(shù)據(jù)記錄（遙信）、狀況或數(shù)據(jù)調節(jié)（遙調）和智能控制（遙控），統(tǒng)稱為智能控制的四遙工程。

信息是物理現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)所固有的。信息本身不是物質，不具有能量，但信息的傳輸卻依靠物質和能量。

而信號則是信息的某種表現(xiàn)形式，是傳輸信息的載體。信號是物理性的，并且隨時間而變化，這是信號的本質所在。

在無線電通信中，電磁波信號承載著各種各樣的信息。所以信號是有能量的物質，它描述了物理量的變化過程，在數(shù)學上，信號可以表示為關于一個或幾個獨立變量的函數(shù)，也可以表示隨時間或空間變化的圖形。

信號的調制與解調技術

叢書序

實際的信號中往往包含著多種信息成分，其中有些是我們關心的有用信息，有些是我們不關心的噪聲或冗余信息。傳感器的作用就是把未知的被測信息轉化為可觀察的信號，提取所研究對象的有關信息，將原始信息轉換成信號。將有效信息轉換成便于傳輸?shù)男盘?，或將信號放大，或將較低頻率的原始信息“調制”到較高頻率的信號；滿足遠距離傳輸?shù)囊?，或將原始模擬信息處理為數(shù)字信號等。這就是智能控制發(fā)送部分的“職責”———信息的收集與調制。然后，將調制后的信號置于所選取的傳輸通道上進行傳輸，使調制后的信號傳輸至信宿端———乙地在乙地接收到經(jīng)傳輸線路傳送來的信號后，然后進行調制器的反向操作“解調”。即將高頻信號或數(shù)字信號還原成原始信息。信號的調制與解調技術

叢書序

原始信息通過揚聲器器（還原的音Ⅳ頻信號）、顯示器（還原的圖像或視頻信號）、打（還原的計算結果）或進行力學、電磁學、光學、聲學等轉換，對原始信息控制目的物進行作用，從而達到智能控制的目的。本套叢書就是對智能控制系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的一些關鍵技術的原理、特性、基本計算公式和方法、基本結構的組成、各個部分參數(shù)的選取，以及主要應用場合及其優(yōu)勢和不足等問題進行討論和分析。本套叢書則沿著“有效信息的取得”、“有效信息的調制”、“調制信號的傳輸“、“調制信號的解調”以及“智能控制系統(tǒng)的舉例應用”這一線索展開，對比較典型的智能控制系統(tǒng)，應用于實踐的設計計算及控制的邏輯關系進行舉例論述。本套叢書雖然經(jīng)歷了十多年的知識積累，但仍然覺得時間倉促，加之水平有限，錯誤與疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。編撰者

蘇遵惠

信號的調制與解調技術

叢書序

前言第一章調制與解調概述第二章調制波的模擬調制

第一節(jié)連續(xù)波的幅度調制

第二節(jié)

標準幅度調制

第三節(jié)雙邊帶調制與抑制載波調制第四節(jié)

單邊帶幅度調制第五節(jié)

殘留邊帶調制第六節(jié)

幅度調制的性能比較第七節(jié)

角度調制——頻率調制第八節(jié)

角度調制——相位調制第九節(jié)

模擬調制的性能比較第三章調制波的數(shù)字調制第一節(jié)基本概念第二節(jié)關于IQ調制方法第三節(jié)調制器的傳輸?shù)谒墓?jié)線性數(shù)字信號調制第五節(jié)非線性數(shù)字調制——數(shù)字頻移鍵控調制第六節(jié)

非線性數(shù)字調制——數(shù)字相位鍵控調制

第四章載波的脈沖調制第一節(jié)基本概念第二節(jié)脈沖幅度調制第三節(jié)

脈沖密度調制第四節(jié)

脈沖寬度調制第五節(jié)

脈沖位置調制第六節(jié)

脈沖編碼調制第七節(jié)

調相調制設計計算歸納附錄附錄A本篇名詞術語及解釋

附錄B相關技術標準

附錄C插表索引附錄D插圖索引

附錄E參考文獻

作者簡介重點目錄信號的調制與解調技術

正文第七節(jié)

角度調制之一——頻率調制（ACM-FM）

第二章

調制波的模擬調制

一、角度調制的基本概念二、角度調制之一——頻率調制（FH）

1、頻率調制的概念2、頻率調制的基本原理3、頻率調制的特點4、頻率波的數(shù)學表達式5、調頻波的波形圖6、調頻信號的產(chǎn)生7、調頻波的頻譜與帶寬8、擴展線性頻偏的方法9、頻率波的功率信號的調制與解調技術

正文第七節(jié)

角度調制之一——頻率調制（ACM-FM）

第二章

調制波的模擬調制

一、角度調制的基本概念

載波信號的頻率和相位的調制，分別稱為頻率調制（FM）和相位調制（PM）,簡稱為“調頻”和“調相”。調頻或調像都使載波的總相角發(fā)生變化，因此兩者統(tǒng)稱為角度調制。

正弦載波有幅度、頻率、相位三個參量，不僅可以將調制信號的信息寄托在載波的幅度變化中，還可寄托在載波的頻率和相位變化中。使高頻載波的頻率或相位按照調制信號規(guī)律的變化，而振幅恒定的調制方式稱為角度調制。

角度調制包括頻率調制（FM）和相位調制（PM）。

在應用方面，頻率調制一般用于電報通信、調頻廣播、無線電視、模擬通信系統(tǒng)等領域；相位調制一般應用于數(shù)字通信的相移鍵控領域。

信號的調制與解調技術

正文第七節(jié)

角度調制之一——頻率調制（ACM-FM）

第二章

調制波的模擬調制

二、角度調制之一——頻率調制（FH）

1、頻率調制的概念

定義：調頻波是指為了利用波的傳播特性來傳遞信息，將所需傳遞的信息（例如，語言音樂或圖像信號）對載波的頻率進行的調制方式叫調頻，經(jīng)過調頻的波叫調頻波。

接收端只要對調頻波的頻率解調，即可得到該波所攜帶的信息。在頻率調制中，注意三個頻率量:①載頻：

ωC

②調制頻率：Ω

③最大頻偏：Δωm

以上三個頻率量一般均滿足：Ω＜＜ωC,Δωm＜＜ωC。

信號的調制與解調技術

正文第七節(jié)

角度調制之一——頻率調制（ACM-FM）

第