模拟系统的AM信号的调制与频域分析

模拟系统的AM信号的调制与频域分析

本文主要涉及模拟系统的常规调幅信号的调制，不包括解调（解调在后面的文章中）

一、基本概念

1. 调制、调制信号、载波、已调信号、解调/检波

调制：把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。

调制信号：指来自信源的基带信号，是来自信源的原始信号。

载波：未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。

已调信号：载波受调制后称为已调信号。

解调/检波：调制的逆过程，其作用是将已调制信号中的调制信号恢复出来。

2. 信号、传输方式、调制方式的分类

电信号：

• 基带信号(携带有用信息的信号，未调制),　＝＝基带信号一般具有从零频开始的较宽的频谱,而且在频谱的低端分布较大的能量＝＝。基带信号的作用是对载波进行调制，所以基带信号又称为调制信号。（模拟系统中通常使用调制信号）
• 频带信号(基带信号经过某种调制)

传输方式：

• 基带传输
• 调制（频带）传输

模拟调制：对连续的正余弦载波进行调制哦，亦即载波的参数随着调制信号而变化，这种调制方式称为模拟调制。

• 线性调制：AM、DSB、SSB、VSB
• 非线性调制：PM、FM调制

数字调制：

• ASK、FSK、PSK；MSK、QAM、OFDM

3. 调制的目的

1. 提高无线通信时的天线辐射频率。
2. 实现多路复用：吧多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。
3. 提升通信质量：扩展信号带宽，提升系统抗干扰、抗衰落能力，还可以实现传输带宽与信噪比之间的互换。

二、模拟调制

设f(t)为调制信号，c(t)为载波信号，s(t)为已调信号
$$c(t)=Acos({\omega }_c\ast t+{\theta }_0)$$
$$s(t)=A(t)cos[{\omega }_{c}t+\varphi (t)+{\theta }_0]$$

1. 常规调幅–AM

1. 信号的表达与产生

$$S_{AM}=[A_0+f(t)]cos({\omega }_{c}t+{\theta }_c)$$

$A_0$是直流分量,调制信号的组成部分

若 $f（t）=A_{m}cos({\omega }_{m}t+{\theta }_m)$
$S_{AM}（t）=[A_0+A_{m}cos({\omega }_{m}t+{\theta }_m)]cos({\omega }_{c}t+{\theta }_m)$
= $A_0[1+{\beta }_{AM}cos({\omega }_{m}t+{\theta }_m)cos({\omega }_{c}t+{\theta }_m)$
上式中，${\beta }_{AM}=A_m/A_0$称为调幅指数，用百分比表示时，称为调制度。(30%-60%)

$A_0>f(t)的最大值--便于包络检波$

2. 频域特性分析

已调信号的频谱图:

由频谱图可知，已调信号的频谱与基带信号的频谱在形状上是完全一样的，只是位置进行了搬移。在载频$+/-{\omega }_c$处有冲激函数，说明频谱中有载波分量。在$+/-{\omega }_c$两侧有两个边带，在外侧的边带称为上边带，在内侧的边带称为下边带。常规调幅信号是双边带的信号，已调信号的带宽是基带信号最高频率$f_H$的2倍。通常将基带信号的带宽W取作$f_H$，这样常规调幅信号的带宽是基带信号带宽的倍，即 $B_{AM}$=2W。

上边带:频率大于截止频率${\omega }_0$
下边带:频率小于截止频率${\omega }_0$

3. 功率特性的分析

常规调幅信号的功率由载波功率Pc和边带功率Pf组成；
边带功率与调制信号有关，是有用功率。

调制效率：边带功率与总功率之比

常规调幅调制效率低下，载波分量不携带信息却占用大部分功率
改进方案----抑制载波双边带调制

例题：