通信原理模拟调制系统

这是通信原理第7版樊昌信和曹丽娜编著教材第五章模拟调制系统思维导图，内容有各种模拟调制系统的比较、调频系统的抗噪性能和频分复用。

第五章

• 调制简介
  • 调制定义
    • 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程
  • 载波
    • 某种高频周期性振荡信号，如正弦波受调载波称为已调信号，含有消息信号特征
  • 解调
    • 调制的逆过程，从已调信号中恢复消息信号
  • 调制信号
    • 来自信源的基带信号
  • 载波调制
    • 用调制信号去控制载波的参数的过程
  • 调制分类
    • 按调制信号m(t)的类型
      • 数字调制
      • 模拟调制
    • 已调信号频谱结构
      • 线性调制
      • 非线性调制
    • 正弦载波的受调参量
      • 幅度调制
      • 频率调制
      • 相位调制
• 幅度调制的原理
  • 幅度调制：调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程
  • 标志调幅（AM）常规双边带调制
    • 时域表达式
      • 子主题
    • 条件
      • 子主题
    • 频谱
      • 子主题
    • 特点
      • 采用包络检波，AM的频谱由载频分量、上边带和下边带组成，AM传输带宽是调制信号带宽的两倍，广泛用于中短波调幅广播
    • AM信号功率
      • 载波不含信息浪费功率，边带含信息m（t）满调幅时干嘛，边带功率最大
        • 调幅系数m
  • 双边带调制(DSB-SC)
    • 表达式
      • 子主题
    • 条件
      • 子主题
    • 频谱
      • 子主题
    • 特点
      • 需要相干解调，无载频分量，只有上下边带，带宽与AM相同，调制效率100%，主要用作SSB、VSB的技术基础，调频立体声中的差信号调制等
    • 缺点
      • 含有两个完全相同的边带
  • 单边带调制（SSB）
    • 原理
      • 先形成DSB信号，边带滤波即得上或下边带信号
        • 若有如下理想高通特性，保留上边带，滤除下边带
          • 子主题
        • 若有如下理想低通特性，保留下边带，滤除上边带
          • 子主题
    • 要求
      • 滤波器在载频处具有陡峭的截止特性
        • 很难实现
    • 相移法和SSB信号的时域表示
      • 子主题
        • 子主题
      • 传递函数
      • 要求
    • 信号特点
      • 优点
        • 频带利用率高，传输带宽仅为AM/DSB的一半，功耗低
      • 缺点
        • 设备较复杂，存在技术难点
  • 残留边带调制（VSB）
    • VSB信号的产生
      • 子主题
    • VSB信号的解调
      • 子主题
    • 特点
      • 仅比SSB所需带宽很小的增加，换来了电路简单
        • 子主题
  • 线性调制（幅度调制）的一般模型
    • 滤波法
      • 子主题
        • 子主题
    • 相移法
      • 子主题
  • 相干解调与包络检波
    • 调制与解调的实质是频谱搬移，实现的方式是用相乘器与载波相乘
      • 相干解调
        • 接收端提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波，与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量
        • 适用AM、DSB、SSB、VSB
        • 特点是无门限效应，要求载波同步
      • 包络检波
        • 适用AM信号
        • 优势是简单，无需载波同步
        • 要求
• 线性调制系统的抗噪声性能
  • 模型与指标
    • 模型
      • 子主题
        • 子主题
    • 性能指标
      • 输出信噪比
        • 子主题
          • 反映了解调器的抗噪声性能，信噪比越大抗噪声性能越好，与调制解调方式密切相关
      • 制度增益
        • 子主题
          • 用于比较同类调制系统采用不同解调器时的性能，反映了调制制度的优劣
  • DSB调制系统的性能
    • 模型
    • 经过低通滤波器后，输出信号为
      • 子主题
    • 相干解调将ni(t)中的正交分量抑制掉，从而使信噪比改善1倍
  • SSB调制系统的性能
    • 模型
    • 结论
    • 相干解调抑制正交分量（无论是信号还是噪声）
  • AM包络检波的性能
    • 模型
    • 大信噪比
      • 子主题
        • 100%调制，m（t）为单频正弦时
    • 小信噪比
      • 信号被扰乱成噪声，导致输出信噪比急剧恶化—门限效应
• 非线性调制（角度调制）原理
  • 角度调制的基本概念
    • FM和PM信号一般表达式
      • 子主题
        • PM：瞬时相位偏移随调制信号作线性变化
          • 子主题
        • FM：瞬时频率偏移随调制信号成比例变化
          • 子主题
    • 单音调制PM与FM
      • 相位调制
        • 子主题
      • 频率调制
        • 子主题
    • PM与FM的关系
      • PM
        • 相位偏移随m(t)作线性变化
      • FM
        • 相位偏移随m(t)的积分作线性变化
  • 窄带调频
    • 子主题
      • NBFM信号最大频率偏移较小，占据的带宽较窄，抗干扰性比AM好
  • 宽带调频
    • 调频信号表达
      • 子主题
    • 调频信号的带
      • 子主题
        • 子主题
        • 子主题
      • 卡森公式
        • 子主题
    • FM信号的功率分配
      • 子主题
        • 调制后的总功率不变，只是重新分配，而功率分配的比例与调频指数mf有关
    • FM的特点 优势 应用
      • 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mf有关，比AM大(mf+1)
      • 优势
        • 抗噪声能力更强，代价是占用较大信道带宽
      • 应用
        • 要求高质量或信道噪声大的场合
  • 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-n次倍频-WBFM
        • 优点
          • 频率稳定度好
        • 缺点
          • 需要多次倍频和混频，因此电路复杂
    • 调频信号的解调
      • 非相干解调
        • 适用NBFM和WBFM
      • 相干解调
        • 仅适用NBFM
• 调频系统的抗噪性能
  • 输入信噪比
    • 子主题
  • 大信噪比时的解调增益
    • 子主题
    • 单音调制时
      • 子主题
• 各种模拟调制系统的比较
  • 子主题
  • 性能比较
    • 抗噪声性能
      • FM最好，DSB/SSB、VSB次之，AM最差
    • 频带利用率
      • 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
      • 优点是接受设备简单，缺点是功率利用率低，抗干扰能力差，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高，抗干扰力和坑选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM一半，缺点是收发设备都复杂
    • VSB
      • 抗噪声性能和频带利用率与SSB相当，电视广播中应用
    • 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
• 频分复用
  • 复用
    • 在一条信道中同时传输多路信号
  • 目的
    • 充分利用信道的频带或时间资源
  • 分类
    • FDM、TDM、SDM、CDM
  • 方法
    • 调制-合成-传输-分路-解调