第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)(已修改)
2025-08-13 13:37 本頁面
【正文】 第四章 模擬調(diào)制系統(tǒng) ? 、 引言 ? 、 幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能 ? 、 非線性調(diào)制的原理及抗噪聲性能 ? 、 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較 ? 、 頻分復(fù)用 ? 、 復(fù)合調(diào)制及多級調(diào)制的概念 主要內(nèi)容 ? 引言 ?調(diào)制是通信原理中一個十分重要的概念，是一種信號處理技術(shù)。無論在模擬通信、數(shù)字通信還是數(shù)據(jù)通信中都扮演著重要角色。 ?那么為什么要對信號進(jìn)行調(diào)制處理？什么是調(diào)制呢？我們先看看下面的例子 ? 我們知道，通信的目的是為了把信息向遠(yuǎn)處傳遞（傳播） ,那么在傳播人聲音時，我們可以用話筒把人聲變成電信號，通過擴音機放大后再用喇叭（揚聲器）播放出去。由于喇叭的功率比人嗓大得多，因此聲音可以傳得比較遠(yuǎn)。 話筒擴 音 機揚 聲 器擴音示意圖 但如果我們還想將聲音再傳得更遠(yuǎn)一些，比如幾十千米、幾百千米，那該怎么辦？ 大家自然會想到用電纜或無線電進(jìn)行傳輸，但會出現(xiàn)兩個問題，一是鋪設(shè)一條幾十千米甚至上百千米的電纜只傳一路聲音信號，其傳輸成本之高、線路利用率之低 ,人們是無法接受的 . ? 二是利用無線電通信時 ， 需滿足一個基本條件 ， 即欲發(fā)射信號的波長 （ 兩個相鄰波峰或波谷之間的距離 ） 必須能與發(fā)射天線的幾何尺寸可比擬 ， 該信號才能通過天線有效地發(fā)射出去 （ 通常認(rèn)為天線尺寸應(yīng)大于波長的十分之一 ） 。 而音頻信號的頻率范圍是 20Hz～ 20kHz， 最小的波長為 8433 1 01 . 5 1 0 ( )2 0 1 0cmf??? ? ? ??式中， λ為波長（ m）； c為電磁波傳播速度（光速）（ m/s）； f為音頻（ Hz）。 ? 可見，要將音頻信號直接用天線發(fā)射出去，其天線幾何尺寸即便按波長的百分之一取也要 150米高（不包括天線底座或塔座）。因此，要想把音頻信號通過可接受的天線尺寸發(fā)射出去，就需要想辦法提高欲發(fā)射信號的頻率（頻率越高波長越短） ? 解決方法 ? 是在一個物理信道中對多路信號進(jìn)行頻分復(fù)用（ FDM， Frequency Division Multiplex）； ? 是把欲發(fā)射的低頻信號 “ 搬 ” 到高頻載波上去（或者說把低頻信號 “ 變 ” 成高頻信號）。兩個方法有一個共同點就是要對信號進(jìn)行調(diào)制處理。 ? 對于調(diào)制 ， 我們給出一個概括性的定義：讓載波的某個參數(shù) （ 或幾個 ） 隨調(diào)制信號 （ 原始信號 ） 的變化而變化的過程或方式稱為調(diào)制 。 而載波通常是一種用來搭載原始信號 （ 信息 ） 的高頻信號 ， 它本身 不含有任何有用信息 。 ? 最常用和最重要的模擬調(diào)制方式： ? 用 正弦波 作為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制 ? 常見的有： ? 調(diào)幅（ AM）、 雙邊帶（ DSB）、 殘留邊帶（ VSB）、 單邊帶（ SSB）、 頻率調(diào)制 幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能 ? 一、幅度調(diào)制的原理 設(shè)正弦載波 s(t)=A cos(ω ct+φ 0) m(t):被調(diào)制信號 已調(diào)制信號 s m(t)=Am(t)cos(ω ct+φ 0) 如果 m(t)的頻譜為 m（ ω ） cosω ct頻譜 π 〔 δ （ ω+ ω c） + δ （ ω ω c） 〕 s m(t)的頻譜 : Sm(ω) ? 卷積定理： ? 說明 已調(diào)信號頻譜完全是被調(diào)制信號頻譜結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的簡單搬移 ? ?? ?? ?)()(2)()()(2)(ccccmmmAmAS???????????????????????? ?)()(2 1)()( 2121 ??? FFtftf ???)c o s ()()( 0?? ?? ttAmtS cm由于搬移是線性的，因此幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制 線性調(diào)制的一般模型 m(t) s m(t) cosω ct 適當(dāng)選擇帶通濾波器的沖激響應(yīng)，就可以得到各種線性調(diào)制信號 H(t) ? 雙邊帶（ DSB） 信號 在上圖中，如果輸入的基帶信號沒有直流分量， h(t)是理想理想低通濾波器，得到的輸出信號是無載波分量的雙邊帶信號（抑制載波的雙邊帶信號） DSB信號實質(zhì)是 m(t)與載波 S(t)相乘 Sm(t)=m(t) cos ω ct 波形與頻譜 ttt－ ?cF ( ? )C ( ? )?c????H－ ?H－ ?c?c000Sm( ? )sm( t ) ＝ c ( t ) f ( t )f ( t )c ( t )( a ) 載波( b ) 調(diào) 制 信 號( c ) 已 調(diào) 信 號( d ) 載 波 頻 譜( e ) 調(diào) 制 信 號 頻 譜( f ) 已 調(diào) 信 號 頻 譜2 ?H000抑制載波的雙邊帶調(diào)幅示意圖 ? 調(diào)幅（ AM） 信號 如果輸入的基帶信號帶有直流分量， h(t)是理想理想低通濾波器，得到的輸出信號是有載波分量的雙邊帶信號，表示為： 如果滿足 m0＞ ∣m ,(t) ∣ max 調(diào)幅（ AM） 信號 )()( 0 tmmtm ???其時域與頻域的表示為： 卷積定理 ? ?ccccmtmmtmmtmtS????c o s)(c o sc o s)(c o s)()(00???????? ?? ?)()(21)()()( 0ccccmMMmS??????????????????????? ?)()(c o s ccc t ???????? ????? ?)()(2 1)()( 2121 ??? FFtftf ??)()( ?Mtm ???tt0t0－ ?cF ( ? )C ( ? )?c????H－ ?H－ ?c?c000SAM( ? )sA M( t ) ＝ ( A ＋ f ( t )) c ( t )A ＋ f ( t )c ( t )2 ?H( a ) 載波( b ) 調(diào) 制 信 號( c ) 已 調(diào) 信 號( d ) 載 波 頻 譜( e ) 調(diào) 制 信 號 頻 譜( f ) 已 調(diào) 信 號 頻 譜A0調(diào)幅 AM示意圖 ? 單邊帶（ SSB） 信號 從上述的雙邊帶調(diào)制 （ AM和 DSB） 中可知 ， 上下兩個邊帶是完全對稱的 ， 即兩個邊帶所包含的信息完全一樣 。 那么在傳輸時 ， 實際上只傳輸一個邊帶就可以了 ， 而雙邊帶傳輸顯然浪費了一個邊帶所占用的頻段 ， 降低了頻帶利用率 。對于通信而言 ， 頻率或頻帶是非常寶貴的資源 。因此 ， 為了克服雙邊帶調(diào)制這個缺點 ， 人們又提出了單邊帶調(diào)制的概念 。 f ( t ) s D S B ( t )c ( t ) ＝ c o s?ct單 邊 帶 濾 波 器HS SB( ? )sS SB( t )? 從結(jié)果上看 ， 單邊帶調(diào)制就是只傳送雙邊帶信號中的一個邊帶 （ 上邊帶或下邊帶 ） 。 所以 ， 產(chǎn)生單邊帶信號最直接的方法就是從雙邊帶信號中濾出一個邊帶信號即可 。 單邊帶信號的頻譜圖 。 圖中HSSB(ω )是單邊帶濾波器的系統(tǒng)函數(shù) ， 即hSSB(t)的傅里葉變換 。 0000－ ?c?c??????c?c?c?c0－ ?c－ ?c－ ?c－ ?cSD S B( ? )HS SB( ? )SS SB( ? )HS SB( ? )SS SB( ? )( a )( b )( c )( d )( e )單邊帶信號頻譜示意圖 ? 若保留上邊帶，則 HSSB(ω )應(yīng)具有高通特性如圖（ b） 所示。 若保留下邊帶 ， 則應(yīng)具有低通特性如圖 （ d） 所示 。 1,()0,cSSBcH????????? ????1,()0,cSSBcH????????? ????單邊帶信號的頻譜如圖（ e） 所示。 ? 單邊帶調(diào)制的時域表達(dá)式 以形成下邊帶的單邊帶調(diào)制為例說明 它是由一個 DSB信號通過理想的低通濾波器得到 調(diào)幅（ AM） 信號的頻譜表示 ? ?? ?)()(21)()()( 0ccccmMMmS??????????????????????? DSB信號的頻譜表示 ? SSB信號的頻譜表示 ? ?)()(21 cc MMS ????? ????? ? )()()(21 ?????? HMMS cc ????? ?)s g n ()s g n (21)( ccH ????? ?????????11s g
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