模拟调制系统

介绍了弧度调制原理，线性调制系统的抗噪声性能，非线性调制原理，频分复用各种模拟调制系统的比较、调制系统的抗噪声性能。

模拟调制系统

• 调制简介
  • 定义
    • 把消息信号搭载到载波的某个参数上
  • 目的
    • 进行频谱搬移，匹配信道特性，减小天线尺寸
    • 实现多路复用，提高信道利用率
    • 改善系统性能（有效性、可靠性）
    • 实现频率分配
  • 分类
• 幅度调制原理
  • 一般模型
    • 
  • 常规调幅（AM）
    • AM表达式
      • m<1 正常调幅 m>1 过调幅 m=1 临界状态，满调幅（100%）
    • AM调制器
    • 条件
    • AM波形和频谱
    • AM信号的特点
    • AM信号的缺点
      • AM功率利用率低
  • 双边带调制（DSB-SC）
    • 表达式
    • 调制器
    • 条件
    • 波形和频谱
    • 信号的特点
      • 包络不再与m(t)成正比；当m(t)改变符号时载波相位反转，故不能采用包络检波，需相干解调
      • 无载频分量，只有 上、下 边带
      • 带宽与AM的相同：
      • 调制效率100%，即功率利用率高
      • 主要用作SSB、VSB的技术基础，调频立体声中的差信号调制等
  • 单边带调制（SSB）
    • 信号的产生
      • 滤波法
        • 图
        • 原理
          • 先形成DSB信号，边带滤波即得上或下边带信号
        • 要求
          • 滤波器 在载频处具有陡峭的截止特性
        • 边带滤波的特性
      • 相移法
        • 图
        • 含义
          • 幅度不变，相移 π/2
        • 传递函数
        • 要求
    • 信号的特点
      • 优点之一是频带利用率高。其传输带宽仅为AM/DSB的一半∶因此，在频谱拥挤的通信场合获得了广泛应用，尤其在短波通信和多路载波电话中占有重要的地位。
      • 优点之二是低功耗特性，因为不需传送载波和另一个边带而节省了功率。这一点对于移动通信系统尤为重要。
    • 缺点
      • 设备较复杂，存在技术难点。也需相干解调。
  • 残留边带调制（VSB）
    • 介于SSB和DSB之间的折中方案
    • 产生
    • 解调
      • 图
      • 含义
        • 在载频处具有互补对称特性
    • 几何解释
    • 信号的特点
      • 仅比SSB所需带宽有很小的增加，却换来了电路的简单。
    • 应用
      • 商业电视广播中的电视信号传输等
  • 相干解调
    • 适用
      • AM、DSB、SSB、VSB
    • 特点
      • 无门限效应
    • 要求
      • 载波同步
  • 包络检波
    • 适用
      • AM信号
    • 优势
      • 简单、无需载波同步
    • 要求
  • 插入包络检波法
    • 适用
      • DSB、SSB或VSB等抑制载波的已调信号
    • 原理
      • 将这些信号插入恢复载波，使之成为或近似为AM信号，然后用包络检波器恢复出m（t）
    • 要求
    • 方法
      • 发端/收端插入载波
• 线性调制系统的抗噪声性能
  • 模型与指标
    • 分析模型
    • 性能指标
      • 输入信噪比
      • 输出信噪比
      • 制度增益
  • DSB相干解调系统的抗噪声性能
  • SSB相干解调系统的抗噪声性能
  • AM –包络检波系统的抗噪声性能
• 非线性调制原理
  • 概述
    • 角度调制∶FM和PM的总称
    • 载波的幅度恒定，而频率或相位受调制
    • 属于非线性调制。
    • 抗噪声性能优于幅度调制——优势
  • 基本概念
    • 角调信号一般表达式
    • PM与FM的关系
      • PM是相位偏移 随m（t）作线性变化;FM是相位偏移 随m（t）的积分作 线性变化。
  • 带宽调频
    • 单音调频FM
    • FM信号的频谱与带宽
      • 对于多音或任意带限调制信号时的FM信号：
    • FM信号的功率分配
      • 调制后总的功率不变，只是重新分配，而功率分配的比例与调频指数有关。
    • FM的特点
      • 包络恒定;频偏随调制信号m（t）作线性变化;相偏随消息信号m（t）的积分作线性变化;带宽与m（t）的带宽和m;有关，比AM带宽大（m+1）倍
    • FM的优势
      • 优势∶抗噪声能力强代价∶占用较大的信道带宽，因而频谱利用率较低。
    • FM的应用
      • 应用∶要求高质量或信道噪声大的场合，例如∶调频邮广播，电视伴音、卫星通信、移动通信、微波通信和蜂窝电话等系统中。
  • 调频信号的产生与解调
    • 调频信号的产生
      • 直接法
        • 原理
          • 调制电压控制振荡器的频率：
        • 优点
          • 电路简单、可获得较大的频偏
        • 缺点
          • 频率稳定度不高，可采用PLL调频器进行改进
      • 间接法
        • 原理
          • 积分 ⤑ 调相(NBFM) ⤑ n次倍频 ⤑ WBFM
        • 优点
          • 频率稳定度好
        • 缺点
          • 需要多次倍频和混频，因此电路较复杂
    • 解调信号的解调
      • 非相干解调——鉴频器
        • 适用
          • NBFM和WBFM
        • 思路
          • 完成频率~电压的转换
        • 原理
      • 相干解调
• 频分复用
  • 复用
    • 在一条信道中同时产生多路信号
  • 目的
    • 充分利用信道的频带或时间资源
  • 分类
    • FDM、TDM、SDM、CDM
  • 频分
    • 按频率划分信道的复用方式
  • 方法
    • 调制⤳合成⤳传输⤳分路⤳解调
  • 原理
• 各种模拟调制系统的比较
  • 性能比较
    • 抗噪声性能：FM最好，DSB/SSB、VSB次之，AM最差；
    • 频谱利用率：SSB最高，VSB较高，DSB/AM次之，FM最差；
    • 功率利用率：FM最高，DSB/SSB，VSB次之，AM最差；
    • 设备复杂度：AM最简，DSB/FM次之，VSB较复杂，SSB最复杂
  • 特点与应用
    • AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播
    • DSB：优点是功率利用率高，带宽与AM相同。主要用于调频立体声中的差信号调制，彩色TV中的色差信号调制
    • SSB：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是收发设备都复杂。常用于频分多路复用系统中
    • VSB：抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电视广播等系统中得到了广泛应用
    • FM：抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。
• 调频系统的抗噪声性能
  • 小信噪比：门限效应