第03章 模拟调制系统(FM_PM)

4.3 角度调制与解调的原理及抗噪声性能 4.3.1 角度调制原理角度调制分为频率调制（FM ）和相位调制（PM ），即分别用原始基带信号的变化规律去改变高频正弦载波的频率或者相位。

1 角度调制的一般原理()()cos m c s t A t t ωϕ=+⎡⎤⎣⎦其中：()c t t ωϕ+为已调信号的瞬时相位（rad ） ()t ϕ为已调信号的瞬时相位偏移（rad ）()c d t dt ϕω+为已调信号的瞬时角频率（rad/s ） ()d t dt ϕ为已调信号的瞬时角频率偏移（rad/s ）相位调制（PM ）即已调信号的瞬时相位偏移随原始基带信号线性变化，亦即：()()p t k m t ϕ=，其中p k 为调相灵敏度（rad/V ）()()cos PM c p s t A t k m t ω⎡⎤=+⎣⎦频率调制（FM ）即已调信号的瞬时角频率偏移随原始基带信号线性变化，亦即：()()f d t k m t dtϕ=，其中f k 为调频灵敏度()/rad s V ⋅()()cos tFMc f s t A t k m t dt ω-∞⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦⎰例：()cos m m m t A t ω=，则：()()cos PM c p s t A t k m t ω⎡⎤=+⎣⎦()cos cos c p m m A t k A t ωω=+则：PM 信号最大瞬时相位偏移为p m k A ϕ∆= PM 信号最大瞬时角频率偏移为p m m k A ωω∆= 定义：调相指数p m m m ff ωω=∆=∆则当()cos m m mt A t ω=时，p m p k A m ϕ∆==；p m m p m k A m ωωω∆==()()cos cos PM c p m s t A t m t ωω=+()()cos tFMc f s t A t k m t dt ω-∞⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦⎰ cos sin f m c m m k A A t t ωωω⎛⎫=+ ⎪⎝⎭则：FM 信号最大瞬时相位偏移为f m m k A ϕω∆= FM 信号最大瞬时角频率偏移为f m k A ω∆=定义：调频指数f m m m ff ωω=∆=∆则当()cos m m mt A t ω=时，f m m f k A m ϕω∆==；f m f m k A m ωω∆==()()cos sin FM c f m s t A t m t ωω=+2 角度调制信号的产生比较PM 信号与FM 信号的表达式可以发现： 当pf k k k ==时，()()cos PM c s t A t km t ω=+⎡⎤⎣⎦()()cos tFMc s t A t k m t dt ω-∞⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦⎰即对于相同的原始信号()mt 而言，对其直接进行频率调制和对其积分后再进行相位调制所得结果是等效的，均可以得到相对于原始信号()mt 的FM 信号，分别称为直接调频和间接调频；对其直接进行相位调制和对其微分后再进行频率调制所得结果是等效的，均可以得到相对于原始信号()mt 的PM 信号，分别称为直接调相和间接调相；直接调相和间接调频均通过调相器实现，其特点是频率稳定度高，但频率偏移较小，适用于窄带调制，直接调频和间接调相均通过调频器实现，其特点是频率偏移较大，但频率稳定度不高，适用于宽带调制。

第3章 模拟调制系统3.0概述基带信号：由消息直接变换成的电信号。

频带从零频开始，低频端谱能量大，不宜在信道中远距离传输。

调 制：按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程叫调制。

（频谱搬迁）模拟调制：当调制信号为模拟基带信号f(t)，载波为连续的正弦或余弦高频信号c(t)=Acos[ωc t+θ0]时，称模拟调制，其数学表达式为：s(t)=f(t)·c(t) =A(t)cos[ωc t+φ(t)+θ0]调制的分类：数字调制 3.1、双边带调幅 一. 常规调幅1、时域表达式：调制信号f(t)（平均值)(t f ＝0）加直流后对载波幅度调制（称标准或完全调幅）即:s AM (t)= [A 0+f(t)]·cos[ωc t+θc ]()()()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧成比例变化随常数，调相：成比例变化随常数，调频：非线性调制角度调制为常数成比例变化随线性调制幅度调制模拟调制t f t t A t f dt t d t A VSBSSB DSB AM t t f t A φφφ)(,:其中:ωc 载波角频率，θc 载波初相位波形图3-1当调制信号f(t)为单频信号时：f(t)= A m cos(ωm t+θm ) 则：s AM (t)= [A 0+ A m cos(ωm t+θm)]cos[ωc t+θc ]= A 0 [1+βAM cos(ωm t+θm)]cos[ωc t+θc ]其中：0A A mAM =β称调幅指数，将其х100%叫调制度 ⎪⎩⎪⎨⎧><=过调幅通常取正常调幅满调幅...1-60%)-30%(...1......1AMβ ２． 频域表达式当θc =0时，s AM (t)= [A 0+ f(t)]cosωc t = A 0 cosωc t+ f(t) cosωc t 由于： f(t) F(ω)A 0 cosωc t [])()(000ωωδωωδπ++-↔A[][]00(21(21cos )(ωωωωω++-↔F F t t f c ()()()()01:)(21)(21))((21cos )(0ωωωωωωωω-↔+=+=--F e t f e t f e t f e e t f t t f t j t j t j t j t j c c c c c 而故S AM (ω) 的频域表达式为：[])]()([21)()()(00000ωωωωωωδωωδπω++-+++-=F F A S AM频谱图：说明：(1)、调制过程为调制信号频谱的线性搬移，即将其搬移到适合通信系统传输的频率范围(2)、常规调幅巳调波频谱中含有一个载波和两个边带份量。

频谱图如图3-5（b）所示。
《通信原理课件》
图3-5 波形图和频谱图 《通信原理课件》
3.2.3 单边带调制（SSB）
DSB信号虽然节省了载波功率，调制效率提高了，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，这是单边带调制能解决的问题。
产生SSB信号的方法有很多，其中最基本的方法有 滤波法和相移法。
《通信原理课件》
一、SSB信号的产生 1、用滤波法形成单边带信号 由于单边带调制只传送双边带调制信号的一个边带。因 此产生单边带信号的最直观的方法是让双边带信号通过一 个单边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。 我们把这种方法称为滤波法，它是最简单的也是最常用的 方法。滤波法产生SSB信号的数学模型如图3-6所示。
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t
《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
图3-11 相移法形成SSB信号 《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
3.2.4 残留边带调制（VSB）
单边带传输信号具有节约一半频谱和节省功率的优点。 但是付出的代价是设备制作非常困难，如用滤波法则边带 滤波器不容易得到陡峭的频率特性，如用相移法则基带信 号各频率成分不可能都做到-的移相等。如果传输电视信 号、传真信号和高速数据信号的话，由于它们的频谱范围 较宽，而且极低频分量的幅度也比较大，这样边带滤波器 和宽带相移网络的制作都更为困难，为了解决这个问题， 可以采用残留边带调制（VSB）。VSB是介于SSB和DSB 之间的一个折中方案。在这种调制中，一个边带绝大部分 顺利通过，而另一个边带残留一小部分，如图3-12（d） 所示。

数字调制技术的发展对模拟调制系统的影响
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着数字调制技术的不断发展，其对模拟调制系统的影响 越来越大。数字调制技术具有更高的抗干扰性能和频谱利 用率，可能会逐渐取代模拟调制系统。
数字调制技术如OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，正交频分复用）等在抗干扰和频谱利用率方 面具有明显优势。随着数字信号处理技术的不断进步，数字 调制系统的复杂度和成本也在逐渐降低。因此，未来数字调 制系统可能会逐渐取代模拟调制系统，成为主流的通信调制 方式。
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调频（FM）
通过改变载波信号的频率来表示信息。
模拟调制系统的基本组成
调制器
将低频信号转换为高频信号。
载波信号
用于传输信息的信号。
信道
传输调制信号的媒介，可以是 无线电、有线等。
解调器
将调制信号还原为原始的低频 信号。
03
模拟调制系统的性能指标
调制效率
调制效率
调制效率是衡量模拟调制系统传输效率的重要指标，它表示了调制信号的功率与 载波信号的功率之比。调制效率越高，传输效率也越高。
详细描述
目前，低频段资源已经十分紧张，而高频段 资源相对丰富。利用高频段可以有效地缓解 频谱资源紧张的问题，同时高频段信号具有 传输速率高、传输时延低等优点，能够满足 未来通信对高速率和低时延的需求。
高效率调制技术
总结词
高效率调制技术是提高模拟调制系统性能的关键。通过采用先进的调制方式，可以有效地提高频谱利用率和传输 效率。
卫星通信
卫星电视广播
模拟卫星电视广播使用模拟调制技术将视频和音频信号调制到卫星信号上，然后传输给地面接收站和 电视机。