1、 3.1.1 幅度調(diào)制的一般模型 是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過(guò)程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖3-1所示。圖3-1 幅度調(diào)制器的一般模型 圖中，為調(diào)制信號(hào)，為已調(diào)信號(hào)，為濾波器的沖激響應(yīng)，則已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域一般表達(dá)式分別為（3-1） （3-2）式中，為調(diào)制信號(hào)的頻譜，為載波角頻率。 由以上表達(dá)式可見，對(duì)于幅度調(diào)制信號(hào)，在波形上，它的幅度隨基帶信號(hào)規(guī)律而變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。由于這種搬移是線性的，因此幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制，相應(yīng)地，幅度調(diào)制系統(tǒng)也稱為線性調(diào)制系統(tǒng)。 在圖3-1的一般模型中，適當(dāng)選擇濾波器的特性，

2、便可得到各種幅度調(diào)制信號(hào)，例如：常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）、抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）、單邊帶調(diào)制（SSB）和殘留邊帶調(diào)制（VSB）信號(hào)等。 3.1.2 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM） 1. AM信號(hào)的表達(dá)式、頻譜及帶寬 在圖3-1中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（1），調(diào)制信號(hào)疊加直流后再與載波相乘，則輸出的信號(hào)就是。 AM調(diào)制器模型如圖3-2所示。圖3-2 AM調(diào)制器模型 AM信號(hào)的時(shí)域和頻域分別為（3-3） （3-4）式中，為外加的直流分量；可以是確知信號(hào)也可以是隨機(jī)信號(hào)，但通常認(rèn)為其平均值為0，即。點(diǎn)此觀看AM調(diào)制的Flash； AM信號(hào)的典型波形和頻譜分別如圖3-3（a）、（b）所示，圖中假定

3、調(diào)制信號(hào)的上限頻率為。顯然，調(diào)制信號(hào)的帶寬為。 由圖3-3（a）可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。 但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，必須滿足 ，否則將出現(xiàn)過(guò)調(diào)幅現(xiàn)象而帶來(lái)失真。 由Flash的可知，AM信號(hào)的頻譜是由載頻分量和上、下兩個(gè)邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無(wú)論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。故AM信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的為基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即 （3-5）式中，為調(diào)制信號(hào)的帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。

4、 2. AM信號(hào)的功率分配及調(diào)制效率 AM信號(hào)在1電阻上的平均功率應(yīng)等于的均方值。當(dāng)為確知信號(hào)時(shí)，的均方值即為其平方的時(shí)間平均，即 因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)不含直流分量，即，且，所以 （3-6） 式中，為；為，它是的一半。 由此可見，常規(guī)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的平均功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率分量與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，載波功率分量不攜帶信息。我們定義 （3-7）顯然，AM信號(hào)的調(diào)制效率總是小于1。 3. AM信號(hào)的解調(diào) 調(diào)制過(guò)程的逆過(guò)程叫做解調(diào)。AM信號(hào)的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號(hào)還原為調(diào)制信號(hào)。 AM信號(hào)的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和包絡(luò)檢波解調(diào)。 （1） 由AM信號(hào)的頻譜可知，如果將已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回

5、到原點(diǎn)位置，即可得到原始的調(diào)制信號(hào)頻譜，從而恢復(fù)出原始信號(hào)。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時(shí)的相乘運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)的原理框圖如圖3-4所示。 將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)與調(diào)制器同頻同相的載波，得由上式可知，只要用一個(gè)低通濾波器，就可以將第1項(xiàng)與第2項(xiàng)分離，無(wú)失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào) （3-8） 點(diǎn)此觀看AM相干解調(diào)的Flash 是必須產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。 （2） 由的波形可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故可以用包絡(luò)檢波的方法恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成，如圖3-5所示。圖3-5

6、 包絡(luò)檢波器一般模型 圖3-4為串聯(lián)型包絡(luò)檢波器的具體電路及其輸出波形，電路由二極管D、電阻R和電容C組成。當(dāng)RC滿足條件時(shí)，包絡(luò)檢波器的輸出與輸入信號(hào)的包絡(luò)十分相近，即 （3-9）包絡(luò)檢波器輸出的信號(hào)中，通常含有頻率為的波紋，可由LPF濾除。圖3-6 串聯(lián)型包絡(luò)檢波器電路及其輸出波形 點(diǎn)此觀看AM包絡(luò)檢波的Flash ：解調(diào)效率高，解調(diào)器輸出近似為相干解調(diào)的2倍；解調(diào)電路簡(jiǎn)單，特別是接收端不需要與發(fā)送端同頻同相位的載波信號(hào)，大大降低實(shí)現(xiàn)難度。故幾乎所有的調(diào)幅（AM）式接收機(jī)都采用這種電路。 綜上所述，可以看出，采用常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制傳輸信息的好處是解調(diào)電路簡(jiǎn)單，可采用包絡(luò)檢波法。缺點(diǎn)是調(diào)制效

7、率低，載波分量不攜帶信息，但卻占據(jù)了大部分功率，白白浪費(fèi)掉。如果抑制載波分量的傳送，則可演變出另一種調(diào)制方式，即抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）。 3.1.3 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC） 1. DSB信號(hào)的表達(dá)式、頻譜及帶寬 在幅度調(diào)制的一般模型中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（1），調(diào)制信號(hào)中無(wú)直流分量，則輸出的已調(diào)信號(hào)就是無(wú)載波分量的，或稱抑制載波雙邊帶（DSB-SC）調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱雙邊帶（DSB）信號(hào)。 DSB調(diào)制器模型如圖3-7所示?？梢奃SB信號(hào)實(shí)質(zhì)上就是基帶信號(hào)與載波直接相乘，其時(shí)域和頻域表示式分別為 （3-10a） （3-10b） 點(diǎn)此觀看DSB調(diào)制的Flash，由Fla

8、sh可見 ，DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與成正比，故不能進(jìn)行包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)；除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號(hào)的頻譜與AM信號(hào)的完全相同，仍由上下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶組成。故DSB信號(hào)是不帶載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬與AM信號(hào)相同，也為基帶信號(hào)帶寬的兩倍， 即 （3-11） 式中，為調(diào)制信號(hào)帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。 2. DSB信號(hào)的功率分配及調(diào)制效率 由于不再包含載波成分，因此，就等于邊帶功率，是調(diào)制信號(hào)功率的一半 ，即 （3-12）式中，為邊帶功率，為調(diào)制信號(hào)功率。顯然，為100%。 3. DSB信號(hào)的解調(diào) ，其模型與AM信號(hào)相干解調(diào)時(shí)完全相同，如圖3-4所示。此時(shí)，乘法器輸出經(jīng)低通濾

9、波器濾除高次項(xiàng)，得 （3-13）即無(wú)失真地恢復(fù)出原始電信號(hào)。 點(diǎn)此觀看DSB解調(diào)的Flash 抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；調(diào)制電路簡(jiǎn)單，僅用一個(gè)乘法器就可實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是占用頻帶寬度比較寬，為基帶信號(hào)的2倍。 3.1.4 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(duì)稱的，皆攜帶了調(diào)制信號(hào)的全部信息，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋?lái)考慮，僅傳輸其中一個(gè)邊帶就夠了。這就又演變出另一種新的調(diào)制方式單邊帶調(diào)制（SSB）。 1. SSB信號(hào)的產(chǎn)生 產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。 （1）用濾波法形成SSB信號(hào) 用如圖3-9所示，圖中的

10、為單邊帶濾波器。產(chǎn)生SSB信號(hào)最直觀方法的是，將設(shè)計(jì)成具有理想高通特性或理想低通特性的單邊帶濾波器，從而只讓所需的一個(gè)邊帶通過(guò)，而濾除另一個(gè)邊帶。產(chǎn)生上邊帶信號(hào)時(shí)即為，產(chǎn)生下邊帶信號(hào)時(shí)即為。圖3-9 SSB信號(hào)的濾波法產(chǎn)生顯然，SSB信號(hào)的頻譜可表示為（3-14） 點(diǎn)此觀看SSB信號(hào)產(chǎn)生的Flash 用，原理框圖簡(jiǎn)潔、直觀，但存在的一個(gè)重要問(wèn)題是單邊帶濾波器不易制作。這是因?yàn)?，理想特性的濾波器是不可能做到的，實(shí)際濾波器從通帶到阻帶總有一個(gè)過(guò)渡帶。濾波器的實(shí)現(xiàn)難度與過(guò)渡帶相對(duì)于載頻的歸一化值有關(guān)，過(guò)渡帶的歸一化值愈小，分割上、下邊帶就愈難實(shí)現(xiàn)。而一般調(diào)制信號(hào)都具有豐富的低頻成分，經(jīng)過(guò)調(diào)制后得到的

11、DSB信號(hào)的上、下邊帶之間的間隔很窄，要想通過(guò)一個(gè)邊帶而濾除另一個(gè)，要求單邊帶濾波器在附近具有陡峭的截止特性即很小的過(guò)渡帶，這就使得濾波器的設(shè)計(jì)與制作很困難，有時(shí)甚至難以實(shí)現(xiàn)。為此，實(shí)際中往往采用多級(jí)調(diào)制的辦法，目的在于降低每一級(jí)的過(guò)渡帶歸一化值，減小實(shí)現(xiàn)難度。限于篇幅，本書不作詳細(xì)介紹。 （2）用相移法形成SSB信號(hào) 可以證明，SSB信號(hào)的時(shí)域表示式為 （3-15）式中，“”對(duì)應(yīng)上邊帶信號(hào)，“+”對(duì)應(yīng)下邊帶信號(hào)；表示把的所有頻率成分均相移，稱是的。 根據(jù)上式可得到用，如圖3-12所示。圖中，為希爾伯特濾波器，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)寬帶相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì)中的任意頻率分量均相移。圖3-12 相移法形成SSB信

12、號(hào)的模型 相移法形成SSB信號(hào)的困難在于寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作，該網(wǎng)絡(luò)要對(duì)調(diào)制信號(hào)的所有頻率分量嚴(yán)格相移，這一點(diǎn)即使近似達(dá)到也是困難的。 2. SSB信號(hào)的帶寬、功率和調(diào)制效率 從SSB信號(hào)調(diào)制原理圖中可以清楚地看出，SSB信號(hào)的頻譜是DSB信號(hào)頻譜的一個(gè)邊帶，其為DSB信號(hào)的一半，與基帶信號(hào)帶寬相同，即 （3-16） 式中，為調(diào)制信號(hào)帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。 由于僅包含一個(gè)邊帶，因此SSB信號(hào)的為DSB信號(hào)的一半，即 （3-17）顯然，因SSB信號(hào)不含有載波成分，單邊帶幅度也為100%。 3. SSB信號(hào)的解調(diào) 從SSB信號(hào)調(diào)制原理圖中不難看出，SSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)成正比，因此SS

13、B信號(hào)的解調(diào)也不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，需，如圖3-13所示。圖3-13 SSB信號(hào)的相干解調(diào)此時(shí)，乘法器輸出 經(jīng)低通濾波后的解調(diào)輸出為 （3-18） 因而可得到無(wú)失真的調(diào)制信號(hào)。 綜上所述，單邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；頻帶寬度只有雙邊帶的一半，頻帶利用率提高一倍。缺點(diǎn)是單邊帶濾波器實(shí)現(xiàn)難度大。 3.1.5 殘留邊帶調(diào)制（VSB） 1. 殘留邊帶信號(hào)的產(chǎn)生 是介于單邊帶調(diào)制與雙邊帶調(diào)制之間的一種調(diào)制方式，它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的問(wèn)題，又解決了單邊帶濾波器不易實(shí)現(xiàn)的難題。 在殘留邊帶調(diào)制中，除了傳送一個(gè)邊帶外，還保留了另外一個(gè)邊帶的一部分。對(duì)于具有低頻及直流分量

14、的調(diào)制信號(hào)，用濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制時(shí)所需要的過(guò)渡帶無(wú)限陡的理想濾波器，在殘留邊帶調(diào)制中已不再需要，這就避免了實(shí)現(xiàn)上的困難。 如圖3-14所示。圖3-14 VSB信號(hào)的濾波法產(chǎn)生 圖中的為殘留邊帶濾波器，其特性應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。稍后將會(huì)證明，為了保證相干解調(diào)時(shí)無(wú)失真地得到調(diào)制信號(hào)，殘留邊帶濾波器的傳輸函數(shù)必須滿足 （3-19） 它的幾何含義是，殘留邊帶濾波器的傳輸函數(shù)在載頻附近必須具有互補(bǔ)對(duì)稱性。圖3-15示出的是滿足該條件的典型實(shí)例：殘留部分上邊帶時(shí)濾波器的傳遞函數(shù)如圖3-15（a）所示，殘留部分下邊帶時(shí)濾波器的傳遞函數(shù)如圖3-15（b）所示。 圖3-15所示的濾波器，可以看作

15、是對(duì)截止頻率為的理想濾波器的進(jìn)行“平滑”的結(jié)果，習(xí)慣上，稱這種“平滑”為“滾降”。顯然，由于“滾降”，濾波器截止頻率特性的“陡度”變緩，實(shí)現(xiàn)難度降低，但濾波器的帶寬變寬。 由濾波法可知，VSB信號(hào)的頻譜為 （3-20） 點(diǎn)此觀看VSB信號(hào)的Flash 2. 殘留邊帶信號(hào)的解調(diào) 殘留邊帶信號(hào)顯然也不能簡(jiǎn)單地采用包絡(luò)檢波，而。圖3-16 VSB信號(hào)的相干解調(diào)由圖3-16，得乘法器輸出相應(yīng)的頻域表達(dá)式為將式（3-20）代入上式，得 經(jīng)LPF濾除上式第二項(xiàng)，得解調(diào)器輸出 由上式可知，為了保證相干解調(diào)的輸出無(wú)失真地重現(xiàn)調(diào)制信號(hào)，必須要求在內(nèi)，而這正是殘留邊帶濾波器傳輸函數(shù)要求滿足的互補(bǔ)對(duì)稱條件（式3-19）