3.提高抗干扰能力 不同的调制方式,在提高传输的有效性和可靠性方面各有优势。如调频广播系统,它采用的 频率调制技术,付出多倍帶宽的代价,由于抗干扰性能强,其音质比只占10kz带宽的调幅广 播要好得多。作为提高可靠性的一个典型系统是扩频通信,它是以大大扩展信号传输带宽,以达 到有效抗拒外部干扰和短波信道多径衰落的特殊调制方式 以上概括的几项调制功能,将在以下各章节中均要进行具体介绍与分析,更可加深对调制技 术在通信中重要地位与作用的认识 3.1.2调制的分类 大部分调制系统,通常是将待发送的信号和某种载波信号进行有机结合,产生宜传送的已调 信号,调制器可视为一个六端网络,其中一个端对,输入待传送的含有信息的信号——调制信号 m(,另一端对输入载波c(),输出端对为已调波S(),使载波的某一、二个参量成比例地 受控于调制信号的变化规律(图3-1) 根据m()和C()的不同类型和完成调制功能的调制器传递函数不同,调制分为以下多种方 1.按调制信号m()的类型分为 (1)模拟调制 调制信号m()是连续变化的模拟量,如话音与图像信号 (2)数字调制 调制信号是数字化编码符号或脉冲编码波形。 2.按载波信号C()的类型分: (1)连续波调制 载波信号为连续波形,通常以正弦波作为载波 (2)脉冲调制 载波信号是脉冲波形序列 3.按调制器的不同功能分:
3．提高抗干扰能力 不同的调制方式，在提高传输的有效性和可靠性方面各有优势。如调频广播系统，它采用的 频率调制技术，付出多倍带宽的代价，由于抗干扰性能强，其音质比只占 10 kHz 带宽的调幅广 播要好得多。作为提高可靠性的一个典型系统是扩频通信，它是以大大扩展信号传输带宽，以达 到有效抗拒外部干扰和短波信道多径衰落的特殊调制方式。 以上概括的几项调制功能，将在以下各章节中均要进行具体介绍与分析，更可加深对调制技 术在通信中重要地位与作用的认识。 3.1.2 调制的分类 大部分调制系统，通常是将待发送的信号和某种载波信号进行有机结合，产生宜传送的已调 信号，调制器可视为一个六端网络，其中一个端对，输入待传送的含有信息的信号——调制信号 m(t) ，另一端对输入载波 c(t) ，输出端对为已调波 s(t) ，使载波的某一、二个参量成比例地 受控于调制信号的变化规律（图 3-1）。 根据 m(t) 和c(t) 的不同类型和完成调制功能的调制器传递函数不同，调制分为以下多种方 式： 1．按调制信号 m(t) 的类型分为： （1）模拟调制 调制信号 m(t) 是连续变化的模拟量，如话音与图像信号。 （2） 数字调制 调制信号是数字化编码符号或脉冲编码波形。 2．按载波信号c(t) 的类型分： （1）连续波调制 载波信号为连续波形，通常以正弦波作为载波。 （2）脉冲调制 载波信号是脉冲波形序列。 3．按调制器的不同功能分：
(1)幅度调制 以调制信号去控制载波的幅度变化,如模拟调幅,脉冲幅度调制(PM),幅移键控(ASK) (2)频率调制 以调制信号去控制载波信号的频率变化,如模拟调频(酬M),频移键控(FSK),脉宽调制 (PDM) (3)相位调制 以调制信号去控制载波信号的相位变化,如模拟调相(闓M),相移键控(PSK),脉位调制 (PPM)。 4.按调制器的传输函数分 (1)线性调制 已调信号的频谱与调制信号频谱是线性的频谱位移关系。如各种幅度调制,幅移键控(ASK)。 (2)非线性调制 已调信号的频谱与调制信号频谱没有线性关系,即调制后派生出大量不同于调制信号的新的 频率成份。如调频(FM),调相(PM),频移键控(FSK)。 以上复杂的分类,在实际调制系统中可能从不同角度,一种调制就涉及到以上几种分类。 本书下面各章节将系统介绍模拟调制(包括线性与非线性模拟调制)、脉冲编码调制(模拟信号 数字化)、数字信号频带调制以及扩频调制等。 本章开始先介绍模拟调制,它是以正弦信号作为载波c(),由调制信号m()分别以正比关 系控制其载波幅度和角度,来实现调幅(系列)、调频(FM)和调相(PM),即,载波 c()=40s中()=4coa+q),当它的幅度、角度和相位分别受控于m(O)时,就产生 不同调制方式的已调波S() 3.2调幅与双边带调制(AM,DSB) 在线性调制系列中,最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅,简称为调幅(AM)。不 但在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移,而且在时域中,已调波包络与调制信号 波形呈线性关系。 3.2.1调幅波时域波形
（1） 幅度调制 以调制信号去控制载波的幅度变化，如模拟调幅，脉冲幅度调制（PAM），幅移键控（ASK）。 （2） 频率调制 以调制信号去控制载波信号的频率变化，如模拟调频（FM），频移键控（FSK），脉宽调制 （PDM）。 （3）相位调制 以调制信号去控制载波信号的相位变化，如模拟调相（PM），相移键控（PSK），脉位调制 （PPM）。 4．按调制器的传输函数分： （1）线性调制 已调信号的频谱与调制信号频谱是线性的频谱位移关系。如各种幅度调制，幅移键控（ASK）。 （2）非线性调制 已调信号的频谱与调制信号频谱没有线性关系，即调制后派生出大量不同于调制信号的新的 频率成份。如调频（FM），调相（PM），频移键控（FSK）。 以上复杂的分类，在实际调制系统中可能从不同角度，一种调制就涉及到以上几种分类。 本书下面各章节将系统介绍模拟调制（包括线性与非线性模拟调制）、脉冲编码调制（模拟信号 数字化）、数字信号频带调制以及扩频调制等。 本章开始先介绍模拟调制，它是以正弦信号作为载波c(t) ，由调制信号 m(t) 分别以正比关 系控制其载波幅度和角度，来实现调幅（系列）、调频（FM）和调相（PM），即，载波 ( ) cos ( ) cos( ) c t = A0 Ψ t = A0 ω0t +ϕ ，当它的幅度、角度和相位分别受控于 m(t) 时，就产生 不同调制方式的已调波 s(t) 。 3.2 调幅与双边带调制（AM,DSB） 在线性调制系列中，最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅（AM）。不 但在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移，而且在时域中，已调波包络与调制信号 波形呈线性关系。 3.2.1 调幅波时域波形
调幅波的数学表达式为: s()=m(1)c()= Ao cos(oo[+Bo)+f(ocos(oo(+Bo) (3-1) 式中,4——调制信号m()的直流分量 f()—调制信号的交流分量 这里利用的载波为单位幅度、角频为固定值Oo,为载波C()的初相。 由式(3-1),调幅是对m)与C()进行乘法运算的结果,为了使图3-3(a)所示交流信 号()实现线性地控制载波幅度,需加入直流分量而构成m(),以确保m(D)≥0,即: ≤4 于是,已调波SM()的包络完全处于时轴上方,如图33(b)所示。 a b 图3-3AM信号的时间波形
调幅波的数学表达式为： s(t) = m(t)c(t) = cos( ) ( ) cos( ) 0 ω0 +θ 0 + ω0 +θ 0 A t f t t （3-1） 式中， A0 ——调制信号 m(t) 的直流分量 f (t) ——调制信号的交流分量 这里利用的载波为单位幅度、角频为固定值ω0 ，θ 0 为载波 c(t) 的初相。 由式（3-1），调幅是对 m(t) 与c(t) 进行乘法运算的结果，为了使图 3-3（a）所示交流信 号 f (t) 实现线性地控制载波幅度，需加入直流分量而构成 m(t) ，以确保 m(t) ≥ 0 ，即： max 0 f (t) ≤ A (3-2) 于是，已调波 ( ) AM s t 的包络完全处于时轴上方，如图 3-3（b）所示
为分析方便,我们先设交流调制信号()为单音信号,即f()= Am coS(On1+On),由式 (3-1)可得已调波为 SAM(O=[A+ Am cos(@m(+8m)]cos(@, (+00)= (3-3) Ao cOS(O!+8)+ A coS(@m[+8m)cos(@ot+8) A SM(1)=A0co(001)+一co(00+0n)+cos(00-0m)t (3-4) 由式(3-2)的限制条件,为避免产生“过调幅”而导致严重失真,兹定义一个重要参数 B (3-5) 称PM为调幅指数,或调幅深度。为了充分保证不过调,一般PAM不超过80% 我们将PAM代入到式(3-3)和(3-4),则有 SAM(=Ao[+ BAM coS(@ t+Bm)]cos(@o+Bo) sAM(n)=Ao Cos(oo/*BMAo cos(oo +om )t B os(oo -@n )t 3.2.2调幅波的频谱
为分析方便，我们先设交流调制信号 f (t) 为单音信号，即 ( ) cos( ) = m ω m +θ m f t A t ,由式 （3-1）可得已调波为： sAM (t) = [A0 + Am cos(ω mt +θ m )]cos(ω0t +θ 0 ) = （3-3） cos( ) cos( ) cos( ) 0 ω0 +θ 0 + m ω m +θ m ω 0 +θ 0 A t A t t t A t A s t A t cos( ) 2 cos( ) 2 ( ) cos( ) 0 m m 0 m m AM = 0 ω0 + ω +ω + ω −ω （3-4） 由式（3-2）的限制条件，为避免产生“过调幅”而导致严重失真，兹定义一个重要参数： 1 0 m AM = ≤ A A β （3-5） 称 β AM 为调幅指数，或调幅深度。为了充分保证不过调，一般 β AM 不超过 80%。 我们将 β AM 代入到式（3-3）和（3-4），则有： ( ) [1 cos( )]cos( ) AM = 0 + β AM ω m +θ m ω0 +θ 0 s t A t t （3-6） 或： t A t A s t A t m AM m AM AM cos( ) 2 cos( ) 2 ( ) cos( ) 0 0 0 0 0 0 ω ω β ω ω β = ω + + + − （3-7） 3.2.2 调幅波的频谱
由公式 sA()=Acos(0t+60)+f(1)cos(1+60) 可以直接进行傅立叶变换,得到它的频谱为 SA(o)=12A45(0+O)+F(O+O0)+12x46(a-00)+F(o-o)2 式中F(o)为f()的频谱,即f(D)分F(O),是任意调制信号的时一频变换对。 图3-5示出了与图3-3M时域波形相对应的频谱(幅度谱)。 m5(+) 兀-a 图35AM信号的频着组成 AM已调波频谱构成特征为: (1)双边带——以载波角频0为中心的上边带(USB)和下边带(LSB)。均含有调制信号 (交流)的信息,且在调制后将基带带宽Om扩展为 2)载波频谱(谱线)——位于ω频点,是已调波式(3-3)中载波贡献的频谱。在单音 (余弦)调幅时,已调波式(3-6)或(3-7)的频谱,是由载频谱线及上下边频所构成,即: SAM()=兀[(+0)e+o( Deo] +BMA[S(o+o+ome-jem+(0+0o-0m )e J m Je-j6o βAMA[6( )e+(a De m ]e
由公式： ( ) cos( ) ( ) cos( ) AM = 0 ω 0 +θ 0 + ω 0 +θ 0 s t A t f t t 可以直接进行傅立叶变换，得到它的频谱为： 2 e [2π ( ) ( )] 2 e ( ) [2π ( ) ( )] 0 0 j 0 0 0 j AM 0 0 0 θ θ ω = δ ω +ω + ω +ω + δ ω −ω + ω −ω − S A F A F （3-8） 式中 F(ω) 为 f (t) 的频谱，即 f (t) ↔ F(ω)，是任意调制信号的时－频变换对。 图 3-5 示出了与图 3-3 AM 时域波形相对应的频谱（幅度谱）。 AM 已调波频谱构成特征为： （1）双边带——以载波角频ω0 为中心的上边带（USB）和下边带（LSB）。均含有调制信号 （交流）的信息，且在调制后将基带带宽ω m 扩展为 m 2ω 。 （2）载波频谱（谱线）——位于ω0 频点，是已调波式（3-3）中载波贡献的频谱。在单音 （余弦）调幅时，已调波式（3-6）或（3-7）的频谱，是由载频谱线及上下边频所构成，即： ( ) π [ ( )e ( )e ] 0 0 j 0 j AM 0 0 θ θ ω = δ ω +ω + δ ω −ω − S A 0 j j 0 m j AM 0 0 m [ ( )e ( )e ] 2 π θ θ θ β δ ω ω ω δ ω ω ω − − + A + + + + − e m m 0 j j 0 m j AM 0 0 m [ ( )e ( )e ]e 2 π θ θ θ β δ ω ω ω m δ ω ω ω m + A − + + − − −