第3章 调制和解调
3.1调制的概念
1、调制就是把信号转换成适合在信道中传输的一种过程。 广义的调制分为 基带调制和带通调制（也称载波调制）。
载波调制就是用基带信号去控制载波的参数，使其按照基带信号的规律而变化。基带信号（也称调制信号）是指来自信源的，或者是经过 一些信号处理过程的消息信号（信息信号）。载波是指未受调制的周期性高频振荡信号（如高频正弦波）。载波受调制后称为已调信号（也称带通信号或频带信号）
2、调制的作用
第一、所需的天线长一般应大于第二、通过调制。 第三、扩展信号带宽。
表3.1 几种常见的调制分类
按调制信号分类 模拟调制 数字调制 按载波分类 连续波调制 脉冲调制 按被调参数分类 幅度调制 频率调制 相位调制
模拟调制分为 幅度调制 和 角度调制.
幅度调制包括 调幅（AM）、双边带（DSB）、单边带（SSB）和 残留边带（VSB）。 角度调制包括 调频（FM）和 调相（PM）。
3.2 幅度调制
1、幅度调制是用基带信号去控制高频正弦波的振幅。 设正弦载波为：
按已调信号频谱结构分类 线性调制 非线性调制 ?4，其中?为发身信号的波长。
c?t??Acos??ct??0?
A为载波的幅度； 幅度已调信号：
Am?t?：正弦载波振幅；m?t?：模拟基带信号也以是正弦波或任意波形。
sm?t??Am?t?cos?ct
?c为载波角频率； ?0为载波的初始相位。
2、调制的实质是进行频谱搬移，即把携带信息的基带信号搬移至较高的载频附进。 3.2.1 调幅
3、调幅（Amplitude Modulation，AM）是常规双边带调制的简称。
时域表示式为：
A0：直流分量； m?t?：调制信号;
4、AM的优点在于解调器简单。
sAM?t???A0?m?t??cos?ct?A0cos?ct?m?t?cos?ct
A0cos?ct:载波项； m?t?cos?ct：边带项;
缺点是调制效率很低（即功率利用率很低）。
3.2.2 双边带调制 时域表示式为：
m?t?平均值为0。
5、双边带（DSB）特点与应用
sDSB?t??m?t?cos?ct
1)DSB信号的包络不与m?t?成正比，故不能采用简单的包络检波，而需要采用相干解调。 2)DSB信号的带宽与AM相同，即3)调制效率高（100%）.
4)应用场合较少。目前主要用于调频立体声广播的差信号调制，彩色电视系统中的色差信号调制。
3.2.3 单边带调制
6、DSB信号的上、下两个边带中携带着相同的信息，所以传输其中一个边带即可，这样既可节省发送功率，还可节省一半传输带宽，这种方式称为单边带（Single Sidebang，SSB）调制。
7、下面介绍两种产生SSB信号的方法：
1）滤波法——产生SSB信号最直观的方法：先产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器滤掉一个边带，即可得到上边带或下边带信号。
难点是边带滤波器的制作。
2) 相移法——产生SSB信号的另一种方法，相移法是利用相移网络，对载波和基带信号进行适当的相移，以便在合成过程中将其中的一边带抵消而获得SSB信号。
难点是宽带相移网络
BDSB?BAM?2fH 。
Hh???的制作。
8、SSB特点与应用
1）SSB最突出的优点是对频谱资源的有效利用。它所需的传输带宽仅为DSB的一半，
即：
BSSB?1BDSB?fH2
2）SSB的另一个优点是由于不传送载波和另一个边带所节省的功率。这一结果带来的
低边耗特性和设备重量的减轻对于移动通信系统尤为重工。
3）SSB带宽的节省是以复杂的增加度为代价的。
4）SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，仍需采用相干解调。
3.2.4 残留边带调制
9、残留边带（Vestigial Sideband，VSB）是介于SSB与DSB之间的一种折衷方式。 10、为了保证接收端能无失真地恢复基带信号，要求残留边带滤波器的传输特性H???必须满足下式：
H????C??H????C??常数，???H
含义是：残留边带滤波器的特性H???应在载频两边具有互补对称（奇对称）特性。 11、特点与应用
1）VSB方式既克服了DSB信号占用频带的缺点，又解决了SSB信号实现上的难点。 2）VSB信号的带宽介于SSB和DSB之间，即：
fH?BVSB?2fH；调制效率为100%。
3）VSB比SSB所需求的带宽仅有很小的增加，但却换来了电路实现的简化。 4）VSB在商业电视广播中的电视信号传输中得到广泛的应用。这是因为电视图像信号的低频分量丰富，且占用0～6MHz的频带范围，所以不便采用SSB或DSB调制方式。
3.2.5 相干解调与包络检波
12、解调（或检波）是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复出基带信号m?t?。 解调的方法可分为两类：相干解调 和 非相干解调（如包络检波）。
13、相干解调也叫同步检波，它由相乘器和低通滤波器（LPF）组成，适用于所有幅度调制信号（AM、DSB、SSB、VSB）的解调。
14、相干解调的关键是接收端必须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（称为相干载波）。
15、包络检波器通常由 半波 或 全波整流器 和 低通滤波器 组成。
3.3 角度调制
16、正弦载波有3个参量：幅度、频率 和 相位。
17、使载波的频率随基带信号的规律变化，称为频率调制或调频（FM）；
若使载波的相位随基带信号而变化，称为相位调制或调相（PM）。 调频和调相统称为角度调制。
3.3.1 角调制的基本概念 18、PM信号
角度调制包括调频（FM）和调相（PM），角调制信号的一般表达式为：
式中：A是载波的恒定振幅；瞬时相位偏移； 19、PM信号
??ct???t??是信号的瞬时相位；??t?是相对于载波相位?ct的
sm?t??Acos??ct???t??
所谓相位调制（PM）是指瞬间相位偏移随调制信号m?t?作线性变化，即
??t??Kpm?t?
式中，p为调相灵敏度（rad/V） PM信号为
KsPM?t??Acos?ct?Kpm?t?20、FM信号
??
所谓频率调制（FM），是指瞬时频率偏移随调制信号m?t?成比例地变化。即
d??t??Kpm?t?dt
FM信号：
sFM?t??Acos?ct?Kf21、单音FM与PM
P92～93
??m???d??
3.3.2 调频信号的频谱与带宽
根据调频指数或量大瞬时相位偏移的大小，可将FM划分为：窄带调频和宽带调频。 NBFM信号的频谱与AM信号的频谱很相似，两者都有载波分量和位于载频两边的边带，所以它们的带宽相同都是基带信号最高频率的两倍。不同的是，NBFM的一个边带和AM反相。
3.3.3 调频信号的产生与解调
22、产生调频信号的方法主要有两种：直接调频法和间接调频法。
直接调频是利用压控振荡器（VCO）作为调制器，基带信号直接去控制压控振荡器的频率，使其按基带信号的规律线性变化，从而产生FM信号。
间接调频是先将基带信号积分，然后对载波进行调相，即可产生一个窄带调频（NBFM）信号。
23、调频信号的解调（也称鉴频） 调频信号的一般表达式为
sFM?t??Acos?ct?Kf?
?m???d??
它的瞬时角频率??t?为
??t???c?Kfm?t?
调频信号的解调器也称鉴频器。
24、鉴频器的种类很多，如振幅鉴频器，锁相环鉴频器等。
25、带通滤波器（BPF）是让调频信号顺利通过，同时滤除带外噪声及高次谐波分量。
微分器和包络检波器构成了鉴频器。
26、解调方法属于非相干解调，对窄带调频（NBFM）信号和宽带调频（WBFM）信号均适用。NBFM信号也可以采用相干解调。 3.3.4 频率调制的特点与应用
27、与幅度调制相比，频率调制最突出的优势是具有较高的抗噪声性能，缺点是代价是占用比幅度调制信号更宽的带宽。
1）抗噪声性能：FM最好，DSB/SSB、VSB次之，AM最差； 2）频谱利用率：SSB最高，VSB较高，DSB/AM次之，FM最差； 3）功率利用率：FM最高，DSB/SSB、VSB次之，AM最差；
4）设备复杂度：FM最简，DSB/FM次之，VSB较复杂，SSB最复杂。
3.4 二进制数字调制
28、把数字基带信号变换为数字带通信号（也称已调信号或频带信号）的过程称为数字调制；
在接收端，通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调。 29、数字解调技术有两种方法：
1）利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例。
2）利用数字信号的离散值特点通过开关键控制载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法。
30、3种基本数字调制方式：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。
3.4.1 二进制幅移键控（2ASK） 31、2ASK的基本原理
幅移键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而载波的频率和初始相位保持不变。 最简单的二进制振幅键控方式称为通-断键控（OOK） 32、2ASK的调制与解调
2ASK/OOK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘法）和键控法。
与AM信号的解调方法一样，2ASK/OOK信号也有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。