通信原理学习笔记第6章：调制的概念和幅度调制

1 调制的概念

1.1 调制的目的

• 将调制信号转换到适合于信道传输的已调信号。

例如： 3kHz信号直接耦合到天线，形成有效辐射的天线尺寸
要达到 25km， 而调制到 900MHz之后，天线长度仅需 8 cm

• 通过把多个基带信号（未经调制的原始信号）分别搬移到不同的载频（载波频率）处，实现信道的多路复用，提高信道利用率。
• 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力。
• 实现传输带宽与信噪比之间的互换。

1.2 调制的定义

• 调制就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的过程。
• 广义调制分为基带调制和载波调制，载波调制是用调
  制信号（基带信号）控制载波的某个（或几个）参数
  的过程
• 狭义的调制就是指载波调制

1.3 调制的分类

根据载波类型、 调制信号、 载波参数变化的不同进行分类

• 连续波调制：模拟连续波调制（幅度调制和角度调制）、数字连续波调制
• 脉冲波调制：模拟脉冲调制、数字脉冲调制

1.4 调制模型

2 幅度调制基本原理

2.1 幅度调制的基本形式

幅度调制的时域表示：

已调信号的频谱：
设调制信号m(t)的频谱为M( ω )，已调信号频谱用Sm( ω )表示

2.2 线性调制的概念

• 已调信号的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移， 由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制又称为线性调制
• 注意：这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间 符合线性变换关系

2.3 幅度调制的一般模型

滤波法


相移法

3 常规调幅

3.1 AM调制原理

AM(Amplitude Modulation,幅度调制):

时域表达式：

频谱：
若m(t)为确知信号，则AM信号频谱为：

当满足条件 |m(t)| ≤ A0 时，包络与调制信号波形相同
|m(t)| > A0 时，出现“过调幅”现象
调幅指数=Am/A0

3.2 AM解调原理

1. 包络检波（二极管单向导通性）
2. 低通滤波（除去高频成分）
3. 隔断直流（恢复基带波形）
   

3.3 AM信号的频谱

频谱特点:

• 有载波分量
• 双边带
• 线性调制
  
  

3.4 AM信号的特性

带宽：
AM信号是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽 $f_H$ 的两倍
$$B_{AM}=2f_H$$

功率 （当m(t)为确知信号时）:


调制效率:
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，载波分量并不携带信息。有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例称为调制效率

4 双边带调制

4.1 基本概念

在AM信号中，载波分量不携带信息，导致AM的调制效率低。为了提高调制效率，引入在传输信号中去掉载波分量的幅度调制方式，称为抑制载波双边带（Double Side-Band Suppressed Carrier， DSB-SC） 调制，简称双边带（DSB）调制。

4.2 DSB信号的波形

时域表达式

已调信号包络与调制信号波形不同

4.3 DSB信号的频谱

频谱表达式:


假设m(t)均值为0，则DSB信号频谱中没有载波分量

4.4 DSB信号的特性

带宽
DSB信号的带宽是基带信号带宽 fH 的两倍
$$B_{DSB}=2f_H$$
功率（当m(t)为确知信号时）

调制效率： 100％。
优点： 节省了载波功率；
缺点： 不能用包络检波，需采用相干解调，较复杂

5 单边带调制

5.1 基本概念

DSB信号的上、下边带都包含了调制信号频谱的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可，这样既节省发送功率，还可节省一半的传输频带，这种调制方式称为单边带（Single Side-Band, SSB）调制

产生SSB信号的方法： 滤波法和相移法

5.2 滤波法产生SSB信号

用边带滤波器，滤除不要的边带

SSB信号的频谱


保留上边带实例

滤波法的技术难点

• 滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性
• 可以采用多级（一般采用两级） DSB调制及边带滤波的方法，即先在较低的载频上进行DSB调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作；再在要求的载频上进行第二次调制、滤波
• 
  

5.3 相移法产生的SSB信号

5.4 SSB信号的解调和性能

6 残留边带调制

6.1 基本原理

6.2 残留边带滤波器的设计要求