通信原理板块——幅度调制（线性调制）原理（AM、DSB、SSB、VSB）

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1、调制的定义、目的及分类
(1)调制——将信号形式转换成适合在信道中传输的一种过程
(2)载波调制——用调制信号去控制载波的参数，使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律变化
(3)调制的作用和目的
①将基带信号转换成适合在信道中传输的已调信号；
②实现信道的多路复用，提高信道利用率；
③扩展信号带宽，提高系统抗干扰能力
(4)调制的分类
①按照调制信号分为模拟调制和数字调制；
②按照载波分为连续波调制和脉冲序列调制；

2、模拟调制方式
用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。
幅度调制(线性调制)：调幅(AM)、双边带调幅(DSB)、单边带调幅(SSB)、残留边带调幅(VSB)
角度调幅(非线性调制)：频率调制(FM)和相位调制(PM)
3、幅度调制(线性调制)原理
幅度调制是由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。在频谱结构上，基带信号频谱在频域内的简单搬移，又称为线性调制。
4、调幅
标准调幅就是常规双边带调制。调制信号m(t)的平均值为0，将其叠加一个直流偏量A0后，与载波cosωct相乘，相成调幅信号sm(t)
时域表达式：(其中A0为外加的直流分量，m(t)为输入信号，可以为确知信号也可以为随机信号)

m(t)为确知信号时候，AM信号的频谱

推导公式采用频域卷积定理

调幅AM的调制模型(为了防止过调幅，保证|m(t)|max≤A0)

AM信号的波形和频谱，AM信号的频谱有载波分量、上边带、下边带三部分组成。上边带的频谱接收与原调制信号的频谱结构相同
下边带是上边带的镜像。AM信号是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽fH的2倍，即Bam=2fH。

AM信号的平均功率(Pc为载波功率，Ps为边带功率)：

AM信号的调制效率

5、双边带调制DSB
双边带信号DSB——在AM调制模型中将直流A0去掉，可得到一种高调制效率的调制方式，即抑制载波双边带信号(DSB-SC),时域和频谱表达式：

DSB信号的波形和频谱，因为不存在载波分量，调制效率为100%，传输带宽仍是调制信号带宽的两倍

6、单边带调制SSB
单边带调制SSB信号是将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的，根据滤除方式可划分为：滤波法和相移法。
SSB调制方式所占用的频带宽带为Bssb=fh,比AM、DSB减少了一半。
(1)滤波法SSB信号调制器，先产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号

SSB信号的频谱表示，Sssb(ω)= Sdsb(ω)·H(ω),其中H(ω)为单边带滤波器的传输函数
若具有理想高通特性，可滤除下边带，保留上边带(USB)

若具有理想低通特性，可滤除上边带，保留下边带(LSB)

滤波法形成上边带(USB)信号的频谱图

(2)相移法SSB信号调制器，Hh(ω)称为希尔伯特滤波器，实质上是一个宽带相移网络，对m(t)的任意频率分量均相移π/2

相移法是利用相移网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在合成过程中将其中一个边带抵消而获得SSB信号。
相移法的技术难点在宽带相移网络的制作，要求必须对调制信号的所有频率分量均精确相移π/2。
7、残留边带调制(VSB)
DSB、SSB、VSB信号的频谱比较

残留边带信号的频谱

残留边带信号的接收端必须采用相干解调，恢复出原始基带信号

图中Sp(t)对应的频谱：
Sp(t)=Svsb(t)·2cosωct
由于Svsb(t)＜＝＞Svsb(ω),cosωct＜＝＞π[δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)]，根据频域卷积定理可得：
Sp(ω)=2·(1/2π)·[Svsb(ω)*π[δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)]]
Sp(ω)=[Svsb(ω+ωc)+Svsb(ω-ωc)]
Sp(ω)=1/2[M(ω+2ωc)+M(ω)]H(ω+ωc)+1/2[M(ω)+M(ω-2ωc)]H(ω-ωc)
M(ω+2ωc)和M(ω-2ωc)为M(ω)搬移到±2ωc处的频谱
图中低通滤波器的输出频谱：
Sd(ω)=1/2M(ω)[H(ω+ωc)+H(ω-ωc)]
确保相干解调的输出无失真地恢复出调制信号m(t)，必须保证H(ω+ωc)+H(ω-ωc)为常数，且|ω|≤ωH，ωH为调制信号的截止角频率
残留边带滤波器的特性H(ω)在±ωc处必须互补对称特性。

8、线性调制的一般模型
(1)滤波法模型
时域表达式：Sm(t)=[m(t)·cosωct]*h(t)
频域表达式：Sm(ω)=1/2[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)]H(ω)
(2)相移法模型
时域表达式：Sm(t)=Si(t)·cosωct+Sq(t)·sinωct
Si(t)=hi(t)*m(t),hi(t)=h(t)·cosωct
Sq(t)=hq(t)*m(t),hq(t)=h(t)·sinωct

9、相干解调与包络检波
解调是调制的逆过程，从接收的已调信号中恢复原基带信号，解调与调制的实质一样，均是频谱搬移
调制通过一个相乘器和载波相乘，将基带信号的谱搬到载频位置
解调通过一个相乘器和载波相乘，将载频位置的已调信号的谱搬回至原始基带位置
相干解调的一般模型

相干解调，为了无失真地恢复原基带信号，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(相干载波)，
与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号
包络检波器

AM信号满足|m(t)|max≤A0的条件下，其包络与调制信号m(t)的形状完全一致，可以采用简单的包络检波法恢复信号
包络检波器通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成