模拟调制系统要求
1,掌握线性调制原理和抗噪声分析
2,掌握非线性调制原理
3,掌握 FDM原理
4,了解复合调制、多级调制概念
引言
1．调制的原因
模拟信号具有 较低 的频率成分,不宜 在许多的信道中传输
——所以需要频谱搬移（即调制解调）
2．调制过程
（ 1）调制
按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程
作用,
频谱搬移,
对系统的有效性、可靠性都有影响
（ 2）载波,
正弦信号、脉冲串或一组数字信号
（ 3）调制信号,
调制信号是连续的 ——模拟调制
调制信号是离散的 ——数字调制
(注 )ADC,
是用脉冲串作为载波的数字调制 ——脉冲编码调制
（ 4）模拟调制的种类
模拟调制的种类
幅度调制 (线性调制 )
角度调制 (非线性调制 )
AM
DSB-SC
SSB
VSB
频率调制
相位调制
幅度调制原理和性能
一、幅度调制原理
1．定义
正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。
2．分析
×
m(t)
S(t)
m(t)S(t)
初始相位
为幅度
载波：
0
0 )c o s ()(
?
??
A
tAtS c ??
m(t)为调制信号
)co s ()()( 0?? ??? ttAmtS cm已调信号
)]()([
2
)]([)(
)()(
ccmm MM
A
tSFS
Mtm
?????
?
?????
?
则：
设
频谱分析：
W
Wc-W Wc+W
Wc
3．特点
（ 1）波形特点,
幅度随基带信号变化呈正比变化
（ 2）频谱特点,
从基带简单的搬移到频带上
—— 频谱的搬移是线性的，所以称为线性调制
使用 SystemView来仿真 AM-1
使用 SystemView来仿真 AM-2
应用,AM超外差收音机
超外差接收技术广泛应用于无线通信系统中。下图是一个基本的
超外差收音机原理框图,
AM超外差收音机的 SystemView仿真
系统采样频率 200K
AM超外差收音机频谱示意图
4．线性调制器
× h(t)
m(t)
cosWct
Sm(t)
h(t)为带通
)(]c o s)([)()1( thttmtS cm ??? ?时域上：
?
?
??
???? ??? dthfthtfty )()()()()(由卷积定理：
?
?
??
??? ?????? dttmh cc )c o s ()()(
??
?
??
?
??
???? ???????????? dtmhtdtmht cccc s i n)()(s i nc o s)()(c o s
频域上：)2(
)()]()([21)( ?????? HMMS ccm ????
5．线性调制的讨论
（ 1）双边带 DSB
若 m(t)不含直流成分：即为抑制载波的双边带（ DSB-SC）
ttmtS cm ?co s)()( ?
（ 2）调幅 AM
设 m(t)带有直流分量
m(t)=m0+m’(t)=直流 +交流
在 m0>| m’(t)|即不过调的条件下
得到的已调信号是含有载波分量的双边带
ttmmttmtS ccm ?? c o s)]('[c o s)()( 0 ???
ttmtm cc ?? co s)('co s0 ??
)](')('[21)]()([)( 0 ccccm MMmS ???????????? ?????????
（ 3）单边带 SSB
原因,
DSB的上下边带含有相同的频谱信息
SSB的产生
设置合适的 h(t)
)()]()([21)( ?????? HMMS ccs s b ????
为例）的特性（下边带的带通)(?H
)]()([21)( cc SgnSgnH ????? ????
∴ 经过滤波后的信号频谱为
)]()()()([
4
1
)]()()()([
4
1
)()]()([
2
1
)(
cccc
cccc
ccs s b
SgnMSgnM
SgnMSgnM
HMMS
????????
????????
??????
??????
??????
????
?? ??c?
)]()()()([
4
1
)]1()(1)([
4
1
cccc
cc
SgnMSgnM
MM
????????
????
??????
??????? )]()()()([41)]()([41 cccccc S g nMS g nMMM ???????????? ??????????
ttmttm cc ?? s i n)(?21c o s)(21 ?? ?
?
?? ?
??? ????? dtfttftm )(11)()(?
SSB信号的形成方法
方法 1：滤波法
先产生双边带信号，然后滤除任意一个边带。实际采用多级调
制滤波的办法实现。
方法 2：相移形成法
SSB信号的形成方法
SSB信号的形成方法：维弗法
方法三：维弗法
与相移法不同，只需将载波移相 -90o
（ 4）残留边带 VSB
作用,
克服 DSB频带宽, SSB实现困难
VSB的滤波器特性分析
—— 从解调角度来分析实现所需的滤波器特性
× LPF
Sm(t)
S(t)
m(t)
同步解调原理图
VSB 解调器分析
根据同步解调原理,
)()]()([21)( ?????? HMMS ccm ????
)()(2 1)()( ??? SStStS mm ???从解调看：
)]()([)(
c o s)(
cc
c
S
ttS
????????
?
?????
??
)]()([21)()(2 1 cmcmm SSSS ??????? ??????
?
?
?
?
?
?
?
?????
?????
)()]()2([
2
1
)(
)()]()2([
2
1
)(
cccm
cccm
HMMS
HMMS
???????
???????
其中
)]()()[(41)( cco HHMSL P F ?????? ????后，输出的通过
常数则
根据频谱，要准确恢复
???? )]()([
)(
cc HH
M
????
?
结论
，,CHH ccH ????? )]()([|| ??????
性具有所谓的对称截止特处在 )(0 ?? H?
模拟调制技术
一、非线性调制原理
1.对比
线性调制,
改变信号幅度进行频谱搬移，基带频谱结构不变
非线性调制,
频谱搬移后基带谱结构改变，是非线性变换
2.分类
频率调制：改变频率
相位调制：改变相位
均为角度变化，统称角度调制
3.数学表达式
(1)一般形式
)]([)( ttA C o stSm C ?? ??
说明,
Ａ振幅为恒定值
)]([ ttC ?? ? 为瞬时相位
)(t? 为瞬时相位偏移
dt
ttd C )]([ ?? ? 为信号瞬时频率
dt
td )(? 为瞬时频率偏移
(2)相位调制
定义：瞬时相位偏移随基
带信号比例变化的调制
)()( tmKt p??
)]([)( tmKtAC o stS pcm ?? ?
(3)频率调制
定义：瞬时频率偏移随基带信号
成比例变化的调制
)()( tmKdt td F?? ])([)( ??? dmKtA C o stS t
Fcm ?
??
??
二、非线性调制系统的抗噪声性能
以调频为例，频率调制与相位调制区别不大
1．解调器模型 ——鉴频法
带通
限幅器
鉴频器 L.P.F
S
FM
(t) m(t)
频率- 幅度变化（用包络检波）
2．输入信号
为频偏常数F
t
Fcm
k
dmktAtS ?
??
?? ??? )(c o s [)(
3．输入噪声 ——经过 B.P.F的噪声
Bn
A
Bn
A
N
S
i
i
0
2
0
2
2
2 ??
4．输出噪声
3
0
2
222
8
)(3
m
F
o
o
fn
tmKA
N
S
?
?
指数、最高频偏有关与基带信号功率、调频
mmm
F
f f
fKmtm ?????
?
?
?为单频余弦波，令设 )(
i
i
ff
o
o
N
Smm
N
S )1(3 2 ???
5,调制制度增益
)1(3
2
??? ff
i
i
o
o
mm
N
S
N
S
G
6．结论分析
在大调制指数 mf时,G很大，抗噪声性能好
7,AM和 FM比较
中AM)1(
Bn
tm
N
S
AM
o
o
0
2 )(
)( ? 2)(%1 0 0 22 Atm ?调制时，当
Bn
A
N
S
AM
o
o
0
2
%100 2)( ??
为基带信号最大频率，其中,mm ffB 2?
m
AM
o
o
fn
A
N
S
0
2
%1 0 0 4)( ??
中FM)2(
i
iffFM
o
o NSmmNS )1(3)( 2 ??
m
f fn
A
m
0
2
2 2
2
3?
2
%100 3)/()( fAM
o
o
FM
o
o m
N
S
N
S ??
以上的的输出信噪比是即,23 fmAMFM
三、调频信号的调制解调器方法
1．调频信号的产生方法
直接法,
使用压控振荡器（ VCO），如直接调频电路
倍频法,
类似线性调制，产生窄带调频信号，再倍频变为宽带调频信号
2．解调方法
（ 1）非相干解调 —— 例如鉴频器
带通
限幅器
L.P.F
S
FM
(t) m(t)
鉴频器
微分
器
包络
检波
（ 2）相干解调
B.P.F × 微分 L.P.F
已调信号
本地载波
四、窄带和宽带角度调制概念
1．窄带角度调制
调相、调频引起的最大瞬时相位频移远远小于 30度
6
|)(|
6
|)(|
m a x
m a x
?
?
??
???
tfK
dttfK
PM
FM
优点,
易于提取
积分器 ×
- 9 0 度移相
∑
+
-
f(t)
调制信号
AcosWct
载波
S
NBFM
(t)
窄带调频调制器
2．宽带角度调制
调相、调频引起的最大瞬时相位频移大于 30度
卡森公式及其应用
调频的带宽计算,
BFM=2(mf+1)fm=2(△ f+fm)
1、窄带调频
BFM= 2fm
2、宽窄调频
BFM= 2△ f
例：已知载波的振幅为 10V，瞬时频率为
f(t)=106+104cos2π× 103t Hz
求,1、调频波的表达式 2、求带宽 mf和 B
解,
1、瞬时角频率
ω(t)=2πf(t)= 2π× 106+ 2π× 104cos2π× 103t
tS i ntdt t 36 10210102)()( ?????? ? ?? ??????总相位
VtS i ntC o stA C o stS FM )10210102(10)()( 36 ?????? ???
2、根据卡森公式
△ f=| △ f(t)|max=|104cos2π× 103t|max=10kHz
mf= △ f/fm=104/103=10
B=2(△ f+fm)=22kHz
五、调频应用举例
1．调频广播
调频广播范围,88-108MHz，电台间隔 200KHz,
最大频偏 75KHz、最高调制频率 15KHz
5/1 8 0)1575(2)(2 ????????? mfm ffmK H zffB,调频指数带宽：
根据双声道立体声调频的规定（美：联邦通信委员会 FCC）,
（ 1）导频 19KHz分量只能占最大频偏的 10%（ 7.5KHz），属于窄带调频
（ 2）非立体声广播中，可以传辅助节目（ SCA）,SCA也属窄带调频
（ 3）不带 SCA的立体声 10%频偏给 19KHz导频,90%给 L+R和 L-R声道
（ 4）带 SCA时,10%频偏给 19KHz导频,10%给 SCA，其它给 L+R,L-R
2．模拟电视广播伴音
最大频偏,25KHz、伴音最高频率一般为 15KHz、带宽为 80KHz
3．卫星广播电视
以日本的卫星广播为例,
图形用调频，发射频率（ Ku波段） 12G；
NTSC制式、带宽为 4.2M，考虑保护带宽取 4.5MHz,
最大频偏 17MHz，其调频后带宽为（大频偏）
B=17+4.5× 2=26M,
所以,36M标准卫星转发器只能传 1路模拟方式的电视。
4．调频在多路电话和频分多址的应用（参考复用）
模拟调制比较
设：加性噪声均值为零、双边带功率谱密度的高斯白噪声
基带信号满足
1)(
2
1
)(
0)(
max
2
?
?
?
tm
tm
tm
1,Bb为调制信号带宽
2、门限值,
当小信噪比下没有用的信号
项，输出由噪声决定，为
,门限效应, 对应门限值。
3、门限值以上：抗噪性能
FM>DSB,SSB>AM
线性调制系统的抗噪声性能
分析前的假设
1,噪声主要是起伏噪声
2,起伏噪声可视为高斯白噪声
3,加性噪声只对信号接收产生影响
所以，调制系统的抗噪声性能用解调器的抗噪声能力来衡量
噪声平均功率
信号平均功率?
N
S
+ BPF 解调器
Sm(t)
n(t)
Sm(t)
n i(t)
Mo(t)
n o(t)
解调器噪声模型
说明,
1,Sm(t)为已调信号,m(t)为调制信号
2,经带通后，白噪声变成了带通型噪声
输入噪声模型分析
ni为高斯白噪声
ttnttntn cxcci ?? s i n)(c o s)()( ??
)(tni )(tnc )(tns
的平均功率相同
BntnN ii 02 )( ??
引入参数：调制制度增益
输入信噪比
输出信噪比?G
1,DSB系统 × LPF
Wc
Sm(t) m(t)
同步解调器
设 Sm(t)=m(t)cosωct
（ 1）解调器的输入
Bn
ttm
Bn
tS
N
S cm
i
i
0
2
0
2 ]c o s)([)( ?
??
?2]c o s)([ ttm c? )(]2 2c o s1[ 2 tmtc??
02c o s ?tc??
)(21 2 tm?
Bntm
N
S
i
i
0
2 /)(
2
1?
（ 2）解调器输出
根据同步解调原理,
tttm cc ?? co sco s)( ? )(2c o s21)(21)()2c o s1(21 tmttmtmt cc ????? ??
被滤掉其中 )(2c o s21 tmtc ??
)(21)( tmtm o ?? 输出信号 )(41)( 22 tmtmS oo ??
ttntn cio ?c o s)()( ?
对于输出噪声：
tttnttn ccscc ??? c o s]s i n)(c o s)([ ??
ttnttn cscc ?? 2s in)(21)2 2c o s1)(( ???
的部分被滤波器滤掉含有 c?2 )(21)( tntn co ??
)(41)( 22 tntnN coo ?? )()( 22 tntn ic ??又
io NN 4
1??
DSB的系统性能
Bn
tm
N
tm
N
S
o
i
o
o )(
4
1
)(
4
1
)1(
2
2
??输出信噪比
2)2( ?G
)3( 了一倍，原因是信号解调后信噪比改善D S B
)( tn s量消除了噪声中的正交分
SSB的 系统性能
注意,SSB的带宽只有 DSB的一半
噪声,BnNN
oio 4
1
4
1 ?? 不同表达式不变，但是 B
信号,ttmttmtS
ccm ?? s i n)(?2
1c o s)(
2
1)( ??
以 上边带为例
22 ]s in)(?c o s)([
4
1)( ttmttmtSS
ccmi ?? ???信号功率
}c o ss i n)(?)(2]s i n)(?[]c o s)([{41 22 tttmtmttmttm cccc ???? ???
}2s in)(?)()(?21)(21{41 22 ttmtmtmtm c???? 02s in ?tc??
8
)(?
8
)( 22 tmtmS
i ???
功率也相同功率谱密度相同，平均只是相移关系与又 ?)()(? tmtm
8
)(?
8
)( 22 tmtm ??
4
)(2 tmS
i ??
)(41)( tmtm o ?由 16 )(]4 )([ 22 tmtmS o ???
Bn
tm
N
S
i
i
0
2
4
)(
?
4
16
)(
0
2
Bn
tm
N
S
o
o ?
1?G
注,SSB和 DSB的性能对比,>,<,=?
声性能是一样的。在相同的带宽下的抗噪和所以
的一半）不同，只有（因为
D S BS S B
D S BS S BB
AM的系统性能
ttmAtS cm ?c o s)]([)( ??已调信号：
2
)(
2
22 tmA
S i ??? BntnN ii 0)( ??
)( tmAM 络，输出的信号应该是包经过正常的包络检波后
)()( tntS im ?但实际的信号是：
ttnttnttmA csccc ??? s i n)(c o s)(c o s)]([ ????
ttnttntmA cscc ?? s i n)(c o s)]()([ ????
)](c o s [)()]()([ 22 tttntntmA csc ?? ?????
)()]()([ 22 tntntmA sc ???其中包络为：
时噪声，即当信号 intmA ????? )(
为噪声是需要的，，其中包络 )()()()( tntmtntmA cc???
Bn
tm
tn
tm
N
S
co
o
0
2
2
2 )(
)(
)( ???
)(
)(2
22
2
tmA
tmG
?
??
）调制（即为正弦波，且假设,Atmtm ?)](m ax [%1 0 0)(
3
2
2)(
22 ??? GAtm,此时
例 1
假设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度 Pn(f)=0.5× 10-3W/Hz，在该
信道中传输 DSB-SC信号，并设调制信号 m(t)频带限制在 5kHz，
C=100kHz，已调信号 10kW。若接受机输入信号加至解调器之前，先要
滤除带外噪声。求,
1、滤波器的理性传输特性 H(w) 2、输入信噪比
3、输出信噪比 4、输出的噪声功率谱密度
1、滤波器特性
（ 1）带宽
B=2fm=10kHz
（ 2）中心频率
fc=100kHz
所以,
o th e r
k H zfkKH 105||95
0)(
??
??
???
2、输入信噪比
Si=10kW
Ni=2B × Pn(f)=10W
Si/Ni=1000
3、输出信噪比
GDSB=2
所以,So/No=2 × Si/Ni=2000
4、输出功率谱密度
由 DSB的噪声功率关系
No=Ni/4=2fm × Pno双 (f)=2.5W
所以,Pno双 (f)=0.25 × 10-3W/Hz (|f|≤5Hz)
例 2
线性调制系统要求输出信噪比为 20dB，输出噪声功率为 10-9 W，发射机
输出端到解调器的输入传输损耗为 100dB，求,
1,DSB-SC的发射机功率
2,SSB-SC的发射机功率 解,
假设发射功率为 ST,
损耗 K=ST/Si=100dB=1010
已知,So/No=20dB=100,No=10-9W
1,DSB-SC
G=2
Si/Ni=(So/No)/2=50
Ni=4No
∴ Si=50Ni=200No=2× 10-7W
ST =K× Si=2× 103W
2,SSB-SC
G=1 Si/Ni=So/No=100
Ni=4No
∴ Si=100Ni=400No=4 × 10-7W
ST = K× Si=4× 103W
说明相同信噪比下 DSB
的发射功率小于 SSB
线性调制应用举例
1．模拟广播电视
电视的制式,
PAL（逐行倒相正交平衡调幅制）,
NTSC（正交平衡调幅制）,
SECAM（顺序传递彩色与存储制、也称行轮换调频制）
PAL制的特点,
对相位误差不敏感,
干扰较小,
有, 百叶窗, （行顺序）效应
（ 1）电视信号的特点,
图像信号频带很宽,
含有丰富的低频成分、难以使用 SSB；
采用 VSB，且插入载波
（ 2）接收,
使用包络检波接收图像
（ 3）黑白电视的频谱
伴音载波图像载波
上边带部分
下边带
f(MHz)
8
0.75
6.5
1.25
图像载波与伴音载波相差 6.5M
总带宽 8M
（ 4）彩色电视的频谱
因为，考虑到兼容黑白（可互相接收）
彩色电视传输,
1）、三色（红、蓝、绿）线性组合的亮度信号（黑白
电视）
2）、传二路色差（ R-Y（红、亮度色差）,B-Y（蓝、
亮度色差）
在 PAL制中,
色差采用 4.43361875M的彩色副载波正交的抑制载波的
双边带调制。
伴音载波图像载波
f(MHz)1.25
彩色副载波
4.43361875
2,FM立体声的形成
立体声,
在调频前采用 DSB-SC（抑制载波的双边带），将左右
声道信号之差（ L-R）和左右声道之和（ L+R）频分复用。
国外的立体声广播中还开辟有辅助通信用信道
f(KHz)
L+R
L-R
下边带
L-R
上边带
辅助通信通道载波导频
15 19 23 38 53 59 75
DSB-SC
(1)0-15k,L+R
(2)23-53k,L-R、载波 38k
(3)59-75k：辅助通信
(4)19k：一个单频信号，作为收端提取相干载波用、立体声指示
立体声产生电路
+
+
×
38KHz ÷2 衰减 ∑
L
R
+
-
+
+
L-R
L+R
+
+
+
去调频发射
立体声的解调
LPF
0-15k
BPF
23-53k
导频滤波
19k
× 2
×
LPF
0-15k
+
+
鉴频器输出
立体声指示
L
R
-
+
+
+
(L+R)/2
(L-R)/2
复用的概念
复用？
1.定义,
若干信息在同一信道中传送。
2.基本方式,
频分复用 (FDM),
时分复用 (TDM)
FDM原理
1．定义,
按频率分割信号。
2．特点,
信道的可用频带被分成若干互不交叠的频段，每路一个
频段。
3．原理框图,
LPF
调制
器
BPF
fc1
LPF
调制
器
BPF
fcn
n
路
信
号
信
道
发送端
信号是不严格的
限带信号,
所以要首先使用
低通
线性调制后避免频
谱交叠，使用带通
接受端框图
LPF
解调
器
BPF
LPF
解调
器
BPF
n
路
信
号
信
道
接收端
4．主要问题,
信号间的相互干扰 ——串扰
1)原因,
系统非线性使已调信号频谱展宽
2)措施,
对调制非线性可由 BPF部分消除，但信道非线性无法消除
3)要求,
对系统线性要求高，选择载波频率很重要，各路应保留一
定的保护间隔
5．应用
大量用在电话、调频广播、电视和空间遥测。
6．例 ——多路载波电话
每话路限制在 300-3400Hz，考虑保护带宽取 4kHz标准带宽
多路载波电话分群级
分群等级 容量（路数） 带宽（ kHz） 基本频带（ kHz）
基群 12 48 60-108
超群 60=5× 12 240 312-552
基本主群 300=5× 60 1200 812-204
基本超主群 900=3× 300 3600 8516-12388
12M系统 2700=3× 900 10.8M
60M系统 10800=12× 900 43.2M
#1
#12
...
...
60 108
108
104
100
64
复合调制和多级调制的概念
1．复合调制,
对同一载波进行两种或两种以上的调制
例：调频调幅波
2．多级调制,
对同一基带信号进行两次或多次调制
作业布置
1,掌握线性调制原理和抗噪声分析
2,掌握非线性调制原理
3,掌握 FDM原理
4,了解复合调制、多级调制概念
引言
1．调制的原因
模拟信号具有 较低 的频率成分,不宜 在许多的信道中传输
——所以需要频谱搬移（即调制解调）
2．调制过程
（ 1）调制
按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程
作用,
频谱搬移,
对系统的有效性、可靠性都有影响
（ 2）载波,
正弦信号、脉冲串或一组数字信号
（ 3）调制信号,
调制信号是连续的 ——模拟调制
调制信号是离散的 ——数字调制
(注 )ADC,
是用脉冲串作为载波的数字调制 ——脉冲编码调制
（ 4）模拟调制的种类
模拟调制的种类
幅度调制 (线性调制 )
角度调制 (非线性调制 )
AM
DSB-SC
SSB
VSB
频率调制
相位调制
幅度调制原理和性能
一、幅度调制原理
1．定义
正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。
2．分析
×
m(t)
S(t)
m(t)S(t)
初始相位
为幅度
载波：
0
0 )c o s ()(
?
??
A
tAtS c ??
m(t)为调制信号
)co s ()()( 0?? ??? ttAmtS cm已调信号
)]()([
2
)]([)(
)()(
ccmm MM
A
tSFS
Mtm
?????
?
?????
?
则：
设
频谱分析：
W
Wc-W Wc+W
Wc
3．特点
（ 1）波形特点,
幅度随基带信号变化呈正比变化
（ 2）频谱特点,
从基带简单的搬移到频带上
—— 频谱的搬移是线性的，所以称为线性调制
使用 SystemView来仿真 AM-1
使用 SystemView来仿真 AM-2
应用,AM超外差收音机
超外差接收技术广泛应用于无线通信系统中。下图是一个基本的
超外差收音机原理框图,
AM超外差收音机的 SystemView仿真
系统采样频率 200K
AM超外差收音机频谱示意图
4．线性调制器
× h(t)
m(t)
cosWct
Sm(t)
h(t)为带通
)(]c o s)([)()1( thttmtS cm ??? ?时域上：
?
?
??
???? ??? dthfthtfty )()()()()(由卷积定理：
?
?
??
??? ?????? dttmh cc )c o s ()()(
??
?
??
?
??
???? ???????????? dtmhtdtmht cccc s i n)()(s i nc o s)()(c o s
频域上：)2(
)()]()([21)( ?????? HMMS ccm ????
5．线性调制的讨论
（ 1）双边带 DSB
若 m(t)不含直流成分：即为抑制载波的双边带（ DSB-SC）
ttmtS cm ?co s)()( ?
（ 2）调幅 AM
设 m(t)带有直流分量
m(t)=m0+m’(t)=直流 +交流
在 m0>| m’(t)|即不过调的条件下
得到的已调信号是含有载波分量的双边带
ttmmttmtS ccm ?? c o s)]('[c o s)()( 0 ???
ttmtm cc ?? co s)('co s0 ??
)](')('[21)]()([)( 0 ccccm MMmS ???????????? ?????????
（ 3）单边带 SSB
原因,
DSB的上下边带含有相同的频谱信息
SSB的产生
设置合适的 h(t)
)()]()([21)( ?????? HMMS ccs s b ????
为例）的特性（下边带的带通)(?H
)]()([21)( cc SgnSgnH ????? ????
∴ 经过滤波后的信号频谱为
)]()()()([
4
1
)]()()()([
4
1
)()]()([
2
1
)(
cccc
cccc
ccs s b
SgnMSgnM
SgnMSgnM
HMMS
????????
????????
??????
??????
??????
????
?? ??c?
)]()()()([
4
1
)]1()(1)([
4
1
cccc
cc
SgnMSgnM
MM
????????
????
??????
??????? )]()()()([41)]()([41 cccccc S g nMS g nMMM ???????????? ??????????
ttmttm cc ?? s i n)(?21c o s)(21 ?? ?
?
?? ?
??? ????? dtfttftm )(11)()(?
SSB信号的形成方法
方法 1：滤波法
先产生双边带信号，然后滤除任意一个边带。实际采用多级调
制滤波的办法实现。
方法 2：相移形成法
SSB信号的形成方法
SSB信号的形成方法：维弗法
方法三：维弗法
与相移法不同，只需将载波移相 -90o
（ 4）残留边带 VSB
作用,
克服 DSB频带宽, SSB实现困难
VSB的滤波器特性分析
—— 从解调角度来分析实现所需的滤波器特性
× LPF
Sm(t)
S(t)
m(t)
同步解调原理图
VSB 解调器分析
根据同步解调原理,
)()]()([21)( ?????? HMMS ccm ????
)()(2 1)()( ??? SStStS mm ???从解调看：
)]()([)(
c o s)(
cc
c
S
ttS
????????
?
?????
??
)]()([21)()(2 1 cmcmm SSSS ??????? ??????
?
?
?
?
?
?
?
?????
?????
)()]()2([
2
1
)(
)()]()2([
2
1
)(
cccm
cccm
HMMS
HMMS
???????
???????
其中
)]()()[(41)( cco HHMSL P F ?????? ????后，输出的通过
常数则
根据频谱，要准确恢复
???? )]()([
)(
cc HH
M
????
?
结论
，,CHH ccH ????? )]()([|| ??????
性具有所谓的对称截止特处在 )(0 ?? H?
模拟调制技术
一、非线性调制原理
1.对比
线性调制,
改变信号幅度进行频谱搬移，基带频谱结构不变
非线性调制,
频谱搬移后基带谱结构改变，是非线性变换
2.分类
频率调制：改变频率
相位调制：改变相位
均为角度变化，统称角度调制
3.数学表达式
(1)一般形式
)]([)( ttA C o stSm C ?? ??
说明,
Ａ振幅为恒定值
)]([ ttC ?? ? 为瞬时相位
)(t? 为瞬时相位偏移
dt
ttd C )]([ ?? ? 为信号瞬时频率
dt
td )(? 为瞬时频率偏移
(2)相位调制
定义：瞬时相位偏移随基
带信号比例变化的调制
)()( tmKt p??
)]([)( tmKtAC o stS pcm ?? ?
(3)频率调制
定义：瞬时频率偏移随基带信号
成比例变化的调制
)()( tmKdt td F?? ])([)( ??? dmKtA C o stS t
Fcm ?
??
??
二、非线性调制系统的抗噪声性能
以调频为例，频率调制与相位调制区别不大
1．解调器模型 ——鉴频法
带通
限幅器
鉴频器 L.P.F
S
FM
(t) m(t)
频率- 幅度变化（用包络检波）
2．输入信号
为频偏常数F
t
Fcm
k
dmktAtS ?
??
?? ??? )(c o s [)(
3．输入噪声 ——经过 B.P.F的噪声
Bn
A
Bn
A
N
S
i
i
0
2
0
2
2
2 ??
4．输出噪声
3
0
2
222
8
)(3
m
F
o
o
fn
tmKA
N
S
?
?
指数、最高频偏有关与基带信号功率、调频
mmm
F
f f
fKmtm ?????
?
?
?为单频余弦波，令设 )(
i
i
ff
o
o
N
Smm
N
S )1(3 2 ???
5,调制制度增益
)1(3
2
??? ff
i
i
o
o
mm
N
S
N
S
G
6．结论分析
在大调制指数 mf时,G很大，抗噪声性能好
7,AM和 FM比较
中AM)1(
Bn
tm
N
S
AM
o
o
0
2 )(
)( ? 2)(%1 0 0 22 Atm ?调制时，当
Bn
A
N
S
AM
o
o
0
2
%100 2)( ??
为基带信号最大频率，其中,mm ffB 2?
m
AM
o
o
fn
A
N
S
0
2
%1 0 0 4)( ??
中FM)2(
i
iffFM
o
o NSmmNS )1(3)( 2 ??
m
f fn
A
m
0
2
2 2
2
3?
2
%100 3)/()( fAM
o
o
FM
o
o m
N
S
N
S ??
以上的的输出信噪比是即,23 fmAMFM
三、调频信号的调制解调器方法
1．调频信号的产生方法
直接法,
使用压控振荡器（ VCO），如直接调频电路
倍频法,
类似线性调制，产生窄带调频信号，再倍频变为宽带调频信号
2．解调方法
（ 1）非相干解调 —— 例如鉴频器
带通
限幅器
L.P.F
S
FM
(t) m(t)
鉴频器
微分
器
包络
检波
（ 2）相干解调
B.P.F × 微分 L.P.F
已调信号
本地载波
四、窄带和宽带角度调制概念
1．窄带角度调制
调相、调频引起的最大瞬时相位频移远远小于 30度
6
|)(|
6
|)(|
m a x
m a x
?
?
??
???
tfK
dttfK
PM
FM
优点,
易于提取
积分器 ×
- 9 0 度移相
∑
+
-
f(t)
调制信号
AcosWct
载波
S
NBFM
(t)
窄带调频调制器
2．宽带角度调制
调相、调频引起的最大瞬时相位频移大于 30度
卡森公式及其应用
调频的带宽计算,
BFM=2(mf+1)fm=2(△ f+fm)
1、窄带调频
BFM= 2fm
2、宽窄调频
BFM= 2△ f
例：已知载波的振幅为 10V，瞬时频率为
f(t)=106+104cos2π× 103t Hz
求,1、调频波的表达式 2、求带宽 mf和 B
解,
1、瞬时角频率
ω(t)=2πf(t)= 2π× 106+ 2π× 104cos2π× 103t
tS i ntdt t 36 10210102)()( ?????? ? ?? ??????总相位
VtS i ntC o stA C o stS FM )10210102(10)()( 36 ?????? ???
2、根据卡森公式
△ f=| △ f(t)|max=|104cos2π× 103t|max=10kHz
mf= △ f/fm=104/103=10
B=2(△ f+fm)=22kHz
五、调频应用举例
1．调频广播
调频广播范围,88-108MHz，电台间隔 200KHz,
最大频偏 75KHz、最高调制频率 15KHz
5/1 8 0)1575(2)(2 ????????? mfm ffmK H zffB,调频指数带宽：
根据双声道立体声调频的规定（美：联邦通信委员会 FCC）,
（ 1）导频 19KHz分量只能占最大频偏的 10%（ 7.5KHz），属于窄带调频
（ 2）非立体声广播中，可以传辅助节目（ SCA）,SCA也属窄带调频
（ 3）不带 SCA的立体声 10%频偏给 19KHz导频,90%给 L+R和 L-R声道
（ 4）带 SCA时,10%频偏给 19KHz导频,10%给 SCA，其它给 L+R,L-R
2．模拟电视广播伴音
最大频偏,25KHz、伴音最高频率一般为 15KHz、带宽为 80KHz
3．卫星广播电视
以日本的卫星广播为例,
图形用调频，发射频率（ Ku波段） 12G；
NTSC制式、带宽为 4.2M，考虑保护带宽取 4.5MHz,
最大频偏 17MHz，其调频后带宽为（大频偏）
B=17+4.5× 2=26M,
所以,36M标准卫星转发器只能传 1路模拟方式的电视。
4．调频在多路电话和频分多址的应用（参考复用）
模拟调制比较
设：加性噪声均值为零、双边带功率谱密度的高斯白噪声
基带信号满足
1)(
2
1
)(
0)(
max
2
?
?
?
tm
tm
tm
1,Bb为调制信号带宽
2、门限值,
当小信噪比下没有用的信号
项，输出由噪声决定，为
,门限效应, 对应门限值。
3、门限值以上：抗噪性能
FM>DSB,SSB>AM
线性调制系统的抗噪声性能
分析前的假设
1,噪声主要是起伏噪声
2,起伏噪声可视为高斯白噪声
3,加性噪声只对信号接收产生影响
所以，调制系统的抗噪声性能用解调器的抗噪声能力来衡量
噪声平均功率
信号平均功率?
N
S
+ BPF 解调器
Sm(t)
n(t)
Sm(t)
n i(t)
Mo(t)
n o(t)
解调器噪声模型
说明,
1,Sm(t)为已调信号,m(t)为调制信号
2,经带通后，白噪声变成了带通型噪声
输入噪声模型分析
ni为高斯白噪声
ttnttntn cxcci ?? s i n)(c o s)()( ??
)(tni )(tnc )(tns
的平均功率相同
BntnN ii 02 )( ??
引入参数：调制制度增益
输入信噪比
输出信噪比?G
1,DSB系统 × LPF
Wc
Sm(t) m(t)
同步解调器
设 Sm(t)=m(t)cosωct
（ 1）解调器的输入
Bn
ttm
Bn
tS
N
S cm
i
i
0
2
0
2 ]c o s)([)( ?
??
?2]c o s)([ ttm c? )(]2 2c o s1[ 2 tmtc??
02c o s ?tc??
)(21 2 tm?
Bntm
N
S
i
i
0
2 /)(
2
1?
（ 2）解调器输出
根据同步解调原理,
tttm cc ?? co sco s)( ? )(2c o s21)(21)()2c o s1(21 tmttmtmt cc ????? ??
被滤掉其中 )(2c o s21 tmtc ??
)(21)( tmtm o ?? 输出信号 )(41)( 22 tmtmS oo ??
ttntn cio ?c o s)()( ?
对于输出噪声：
tttnttn ccscc ??? c o s]s i n)(c o s)([ ??
ttnttn cscc ?? 2s in)(21)2 2c o s1)(( ???
的部分被滤波器滤掉含有 c?2 )(21)( tntn co ??
)(41)( 22 tntnN coo ?? )()( 22 tntn ic ??又
io NN 4
1??
DSB的系统性能
Bn
tm
N
tm
N
S
o
i
o
o )(
4
1
)(
4
1
)1(
2
2
??输出信噪比
2)2( ?G
)3( 了一倍，原因是信号解调后信噪比改善D S B
)( tn s量消除了噪声中的正交分
SSB的 系统性能
注意,SSB的带宽只有 DSB的一半
噪声,BnNN
oio 4
1
4
1 ?? 不同表达式不变，但是 B
信号,ttmttmtS
ccm ?? s i n)(?2
1c o s)(
2
1)( ??
以 上边带为例
22 ]s in)(?c o s)([
4
1)( ttmttmtSS
ccmi ?? ???信号功率
}c o ss i n)(?)(2]s i n)(?[]c o s)([{41 22 tttmtmttmttm cccc ???? ???
}2s in)(?)()(?21)(21{41 22 ttmtmtmtm c???? 02s in ?tc??
8
)(?
8
)( 22 tmtmS
i ???
功率也相同功率谱密度相同，平均只是相移关系与又 ?)()(? tmtm
8
)(?
8
)( 22 tmtm ??
4
)(2 tmS
i ??
)(41)( tmtm o ?由 16 )(]4 )([ 22 tmtmS o ???
Bn
tm
N
S
i
i
0
2
4
)(
?
4
16
)(
0
2
Bn
tm
N
S
o
o ?
1?G
注,SSB和 DSB的性能对比,>,<,=?
声性能是一样的。在相同的带宽下的抗噪和所以
的一半）不同，只有（因为
D S BS S B
D S BS S BB
AM的系统性能
ttmAtS cm ?c o s)]([)( ??已调信号：
2
)(
2
22 tmA
S i ??? BntnN ii 0)( ??
)( tmAM 络，输出的信号应该是包经过正常的包络检波后
)()( tntS im ?但实际的信号是：
ttnttnttmA csccc ??? s i n)(c o s)(c o s)]([ ????
ttnttntmA cscc ?? s i n)(c o s)]()([ ????
)](c o s [)()]()([ 22 tttntntmA csc ?? ?????
)()]()([ 22 tntntmA sc ???其中包络为：
时噪声，即当信号 intmA ????? )(
为噪声是需要的，，其中包络 )()()()( tntmtntmA cc???
Bn
tm
tn
tm
N
S
co
o
0
2
2
2 )(
)(
)( ???
)(
)(2
22
2
tmA
tmG
?
??
）调制（即为正弦波，且假设,Atmtm ?)](m ax [%1 0 0)(
3
2
2)(
22 ??? GAtm,此时
例 1
假设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度 Pn(f)=0.5× 10-3W/Hz，在该
信道中传输 DSB-SC信号，并设调制信号 m(t)频带限制在 5kHz，
C=100kHz，已调信号 10kW。若接受机输入信号加至解调器之前，先要
滤除带外噪声。求,
1、滤波器的理性传输特性 H(w) 2、输入信噪比
3、输出信噪比 4、输出的噪声功率谱密度
1、滤波器特性
（ 1）带宽
B=2fm=10kHz
（ 2）中心频率
fc=100kHz
所以,
o th e r
k H zfkKH 105||95
0)(
??
??
???
2、输入信噪比
Si=10kW
Ni=2B × Pn(f)=10W
Si/Ni=1000
3、输出信噪比
GDSB=2
所以,So/No=2 × Si/Ni=2000
4、输出功率谱密度
由 DSB的噪声功率关系
No=Ni/4=2fm × Pno双 (f)=2.5W
所以,Pno双 (f)=0.25 × 10-3W/Hz (|f|≤5Hz)
例 2
线性调制系统要求输出信噪比为 20dB，输出噪声功率为 10-9 W，发射机
输出端到解调器的输入传输损耗为 100dB，求,
1,DSB-SC的发射机功率
2,SSB-SC的发射机功率 解,
假设发射功率为 ST,
损耗 K=ST/Si=100dB=1010
已知,So/No=20dB=100,No=10-9W
1,DSB-SC
G=2
Si/Ni=(So/No)/2=50
Ni=4No
∴ Si=50Ni=200No=2× 10-7W
ST =K× Si=2× 103W
2,SSB-SC
G=1 Si/Ni=So/No=100
Ni=4No
∴ Si=100Ni=400No=4 × 10-7W
ST = K× Si=4× 103W
说明相同信噪比下 DSB
的发射功率小于 SSB
线性调制应用举例
1．模拟广播电视
电视的制式,
PAL（逐行倒相正交平衡调幅制）,
NTSC（正交平衡调幅制）,
SECAM（顺序传递彩色与存储制、也称行轮换调频制）
PAL制的特点,
对相位误差不敏感,
干扰较小,
有, 百叶窗, （行顺序）效应
（ 1）电视信号的特点,
图像信号频带很宽,
含有丰富的低频成分、难以使用 SSB；
采用 VSB，且插入载波
（ 2）接收,
使用包络检波接收图像
（ 3）黑白电视的频谱
伴音载波图像载波
上边带部分
下边带
f(MHz)
8
0.75
6.5
1.25
图像载波与伴音载波相差 6.5M
总带宽 8M
（ 4）彩色电视的频谱
因为，考虑到兼容黑白（可互相接收）
彩色电视传输,
1）、三色（红、蓝、绿）线性组合的亮度信号（黑白
电视）
2）、传二路色差（ R-Y（红、亮度色差）,B-Y（蓝、
亮度色差）
在 PAL制中,
色差采用 4.43361875M的彩色副载波正交的抑制载波的
双边带调制。
伴音载波图像载波
f(MHz)1.25
彩色副载波
4.43361875
2,FM立体声的形成
立体声,
在调频前采用 DSB-SC（抑制载波的双边带），将左右
声道信号之差（ L-R）和左右声道之和（ L+R）频分复用。
国外的立体声广播中还开辟有辅助通信用信道
f(KHz)
L+R
L-R
下边带
L-R
上边带
辅助通信通道载波导频
15 19 23 38 53 59 75
DSB-SC
(1)0-15k,L+R
(2)23-53k,L-R、载波 38k
(3)59-75k：辅助通信
(4)19k：一个单频信号，作为收端提取相干载波用、立体声指示
立体声产生电路
+
+
×
38KHz ÷2 衰减 ∑
L
R
+
-
+
+
L-R
L+R
+
+
+
去调频发射
立体声的解调
LPF
0-15k
BPF
23-53k
导频滤波
19k
× 2
×
LPF
0-15k
+
+
鉴频器输出
立体声指示
L
R
-
+
+
+
(L+R)/2
(L-R)/2
复用的概念
复用？
1.定义,
若干信息在同一信道中传送。
2.基本方式,
频分复用 (FDM),
时分复用 (TDM)
FDM原理
1．定义,
按频率分割信号。
2．特点,
信道的可用频带被分成若干互不交叠的频段，每路一个
频段。
3．原理框图,
LPF
调制
器
BPF
fc1
LPF
调制
器
BPF
fcn
n
路
信
号
信
道
发送端
信号是不严格的
限带信号,
所以要首先使用
低通
线性调制后避免频
谱交叠，使用带通
接受端框图
LPF
解调
器
BPF
LPF
解调
器
BPF
n
路
信
号
信
道
接收端
4．主要问题,
信号间的相互干扰 ——串扰
1)原因,
系统非线性使已调信号频谱展宽
2)措施,
对调制非线性可由 BPF部分消除，但信道非线性无法消除
3)要求,
对系统线性要求高，选择载波频率很重要，各路应保留一
定的保护间隔
5．应用
大量用在电话、调频广播、电视和空间遥测。
6．例 ——多路载波电话
每话路限制在 300-3400Hz，考虑保护带宽取 4kHz标准带宽
多路载波电话分群级
分群等级 容量（路数） 带宽（ kHz） 基本频带（ kHz）
基群 12 48 60-108
超群 60=5× 12 240 312-552
基本主群 300=5× 60 1200 812-204
基本超主群 900=3× 300 3600 8516-12388
12M系统 2700=3× 900 10.8M
60M系统 10800=12× 900 43.2M
#1
#12
...
...
60 108
108
104
100
64
复合调制和多级调制的概念
1．复合调制,
对同一载波进行两种或两种以上的调制
例：调频调幅波
2．多级调制,
对同一基带信号进行两次或多次调制
作业布置
