2009-7-28 CP 第四章 模拟调制系统 1
通信原理第四章 模拟调制系统刘柏森
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第四章 模拟调制系统
4.1 幅度调制（线性调制）的原理
4.2 线性调制系统的抗噪声性能
4.3 非线性调制（角调制）的原理
4.4 调频系统的抗噪声性能
4.5 各种模拟调制系统的性能比较
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4.1幅度调制（线性调制）的原理
幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。
时域
频域
在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；
在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移 (精确到常数因子 )。
由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制。
适当选择滤波器的特性 H(ω),便可以得到各种幅度调制信号。
例如，调幅、双边带、单边带及残留边带信号等。
× h ( t )m ( t ) s m ( t )
co s? c t
( ) [ ( ) c o s ] ( )mcs t m t t h t
( ) [ ( ) ( ) ] ( )m c cS M M H
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4.1.1 调幅 (AM)
假设 h(t)=δ(t)，即滤波器（ H(ω)=1）为全通网络，调制信号 m(t)叠加直流 A0后与载波相乘
＋
m ( t )
A 0 c o s? c t
s AM ( t )
00( ) [ ( ) ] c o s c o s ( ) c o sA M c c cs t A m t t A t m t t
0( ) [ ( ) ( ) ]A M c cSA
1 2 [ ( ) ( )]ccMM
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m ( t )
O
t
A
0
＋ m ( t )
O
t
O
O
t
t
c o s?
c
( t )
s
AM
( t )
1
M (? )
A
0
－?
H
H
－?
c
c
A
0
S
AM
(? )
0
2
1
0
＋
m ( t )
A 0 c o s? c t
s AM ( t )
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当满足条件 |m(t)|max≤A0 时,AM信号的包络与调制信号成正比，
所以用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号，
否则，将会出现过调幅现象而产生包络失真。
这时不能用包络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用同步检波器。
AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽 fH的两倍，即 BAM=2fH。
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AM信号在 1Ω电阻上的平均功率应等于 sAM(t)的均方值。当 m(t)为确知信号时,sAM(t)的均方值即为其平方的时间平均，
通常假设调制信号没有直流分量，
2 2 2
0
2 2 2 2 2
00
( ) [ ( ) ] c o s
c o s ( ) c o s 2 ( ) c o s
A M A M c
c c c
p S t A m t w t
A w t m t w t A m t w t
= = +
= + +
2 2
0 ()
22AM c s
A mtp p p= + = +
载波功率边带功率
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AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。
只有边带功率才与调制信号有关。
载波分量不携带信息。
即使在“满调幅”（ |m(t)|max= 时，也称 100
％调制）条件下，载波分量仍占据大部分功率，而含有用信息的两个边带占有的功率较小。
因此，从功率上讲,AM信号的功率利用率比较低。
0A
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4.1.2抑制载波双边带调制（ DSB-SC）
在 AM信号中，载波分量并不携带信息,信息完全由边带传送。
如果将载波抑制，即可得到抑制载波双边带信号，简称双边带信号（ DSB）。
( ) ( ) c o sD S B cs t m t t
( ) 0,5 [ ( ) ( ) ]D S B c cS M M
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c o s?
0
t
O
t
t
O
m ( t )
s
D S B
( t )
O
t
O－?
c
c
M (? )
O
H
－?
H
S
D S B
(? )
O－?
c
c
载波反相点
2?
H
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由时间波形可知,DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号,需采用相干解调 (同步检波 )。
另外，在调制信号 m(t)的过零点处，高频载波相位有
180° 的突变
DSB信号虽然节省了载波功率，功率利用率提高了，
但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与 AM信号带宽相同。
由于 DSB信号的上、下两个边带是完全对称的,它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可，这就是单边带调制能解决的问题。
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4.1.3 单边带调制 (SSB)
单边带信号的产生方法通常有滤波法和相移法。
1,用滤波法形成单边带信号
用滤波法形成 SSB信号的技术难点是，由于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的 DSB信号的上,下边带之间的间隔很窄，这就要求单边带滤波器在 fc附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。这就使滤波器的设计和制作很困难，
有时甚至难以实现。
为此,在工程中往往采用多级调制滤波的方法 。
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M (? )
－?
H
H
S
M
(? )
－?
c
c
O
O
上边带 下边带 下边带 上边带
－?
c
c
O
上边带频谱
O－?
c
c
下边带频谱
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2,用相移法形成单边带信号
SSB信号的时域表示式的推导比较困难，一般需借助希尔伯特变换来表述。
希尔伯特变换：对输入信号所有频率的 90o相移
1 1 ( )( ) ( ) ss t s t d
tt
t t
p p t
ù ￥
- = * = -ò1()ht tp=
()t-? <
22 11( ) ( ) s g n ( ) { 0j f t j f t
j
H f h t e d t e d t j f
t j
pp
p
ゥ --
-?
-
= = = - =蝌
( 0)
( 0)
( 0)
f
f
f
>
=
<
11( ) 1 ; ( ),0 ; ( ),0
22H f f f f fq p q p= = - > = <
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调制信号为任意信号的
SSB信号的时域表示
[ ]1( ) ( ) ( ) ( )2S S B C CS M M Hw w w w w w= - + +
[ ]1( ) s g n ( ) s g n ( )2 CCH w w w w w= + - -1,0s g n ( ) {
1,0
ww
w
>=
-<
11( ) ( ) c o s ( ) s i n
22s s B C Cs t m t t m t tww
ù
=
m(t)的希尔伯特变换
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实质上是一个宽带相移网络 ( ) ( ) [ sgn( ) ]M M jw w w
ù=?
H
h
(? )
2
－ ±
2
1
m ( t )
s
S SB
( t )
2
1
m ( t ) c o s?
c
t
c o s?
c
t
2
1
m ( t ) c o s?
c
t
2
1
m ( t )
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相移法形成 SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作，
该网络要对调制信号 m(t)的所有频率分量严格相移 π/2，
这一点即使近似达到也是困难的。为解决这个难题，
可以采用混合法（也叫维弗法）
综上所述,SSB调制方式在传输信号时，不但可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为 BSSB=fH，
只有 AM,DSB的一半，因此，它目前已成为短波通信中的一种重要调制方式。
SSB信号的解调和 DSB一样不能采用简单的包络检波，
需采用相干解调。
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