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范文一：模拟信号的光调制原理
模拟信号的光调制原理
1、 理论描述
在目前的光调制方式中,使用最为广泛的调制发生就是所谓的光“强度调制方式” 。也 即,在强度调制方式下,已调制的光信号强度中的变化与输入的调制信号的变化相同。 如果要用严格地表示, 则只能使用光电场或光磁场来描述了。 原因在于, 光信号最终还 是由电场和磁场构成的。这里,我们用光电场来描述已调制的光信号随时间的变化规律:
e T (t)=Am [1+x(t)]1/2cos(ωc t+φ)
在上式中:e T (t)表示在发送端已调信号的光电场随时间的变化规律; A m [1+x(t)]1/2为光载波 信号的包络 (注意:其中含有输入调制信号的信息。 因此, 在接收端我们实际是从这部分信 号恢复出我们的有用信号的) ; x(t)为调制信号 (即需要传输的有用信息) ; ωc 为光载波信号 的角频率(对应的 f c 即为光载波信号频率) ; t 为时间变量; φ为随机相位。
在接收端,通过包络检测器(PIN/APD)和低通滤波器就可以恢复出 x(t)了。包络检测 器 PIN/APD是光电二极管,因此它们都属于非线性器件。假设包络检测器的输入输出满足 如下的典型关系:
i d (t)=a0+a1e R (t)+ a2e R 2(t)+ a3e R 3(t)+……
在上式中:e R (t)表示在接收端收到的已调信号的光电场。
通过包络检测器, 从 a 2e R 2(t)分量中就可以得到含有 x(t)的信号, 即包络检测器输出的信 号电流中就包含了直流信号、 x(t)信息以及其他高频的信号 (当然也含有交调失真信号) 。 通 过隔直流电路(最简单的就是一个电容)和低通滤波器(最高工作频率就是 x(t)的频率) , 就可以恢复出原来的发送信号了。
2、 调制曲线描述
在下图中,包括了 LED (光源)的 P-I 特性曲线(调制电流与 LED 输出光功率的变化 曲线) 、已调信号功率 P(t)与时间的变化曲线以及输入调制信号电流 i(t)(x(t)的电流表示形 式)随时间的变化曲线。在图中, I b 、 I min 、 I max 分别表示 LED 的直流偏置电流、不失真最 小调制电流及不失真最大调制电流,其中 I b =(I min +Imax ) /2。模拟信号的类型非常多,例如 正弦信号、 PAM (脉冲幅度调制信号) 、 FM (调频信号)及 PFM (脉冲调频信号)等。但 是, 为了说明问题, 而且不使问题复杂化, 我们就选用正弦信号, 来说明模拟信号的光调制 原理。
从图中可以看出, P(t)的变化规律与 i(t) 的变化规律完全相同,也即这种调制方式可以 很好地完成模拟信号的调制。
虽然,在说明问题过程中我们使用了 LED 光源(发光二极管) ,但是 LD 光源(激光二 极管)的调制原理是类似的。区别仅仅在于 P-I 特性曲线的形状、 I b 、 I min 、 I max 的选择不同 而已。
1
2
范文二：通信原理 模拟调制系统
第五章 模拟调制系统
幅度调制（线性调制）的原理
线性调制系统的抗噪声性能
一、基本概念
1、调制：把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。
1）广义调制：分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。
6、解调（检波）：调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。
二、调制的目的
1、把基带信号转换成适合在信道中传输的已调信号。
2、把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、改善系统的抗噪声性能，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还
可实现传输带宽与信噪比之间的互换。
公式加框
五、线性调制的一般模型
1、滤波法模型：可归纳出滤波法线性调制的一般模型如下：
移相法模型同样适用于所有线性调制
相干解调器原理
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（称为相干载波），它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。 包络检波器结构：
3、插入载波包络检波法 在接收端或发送端插入幅度足够大的载波，则对于DSB 、SSB 、VSB 等抑制载波的 一
sm （t
n （t ） ni （t ） no （t 3、制度增益定义
DSB SSB
讨 论
上述表明，GDSB = 2GSSB，这能否说明DSB 系统的抗噪声性能比SSB 系统好呢？ 回答是否定的。因为两者的输入信号功率不同、带宽不同，在相同的噪声功率谱密度条件下，输入噪声功率也不同，所以两者的输出信噪比是在不同条件下得到的。如果我们在相同的输入信号功率，相同的输入噪声功率谱密度，相同的基带信号带宽条件下，对这两种调制方式进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。即：两者的抗噪声性能是相同的。但SSB 所需的传输带宽仅是DSB 的一半，因此SSB 得到普遍应用。
讨 论
1、AM 信号的调制制度增益GAM 随A0的减小而增加。
2、GAM 总是小于1，说明包络检波器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。
3、对于100%的调制，且m （t ）是单频正弦信号，这时AM 的最大信噪比增益为g(am)=2/3
4、可以证明采用同步检测法解调AM 信号时，得到的调制制度增益与上式给出的结果相同。
5、对于AM 调制系统，在大信噪比时，采用包络检波器解调时的性能与同步检测器时的性能几乎一样。
讨 论
1、门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。
2、用相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存在门限效应。原因是信号与噪声可分别进行解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项。
3、大信噪比情况下，AM 信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同。但当输入信噪比低于门限值时，会出现门限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。
它称为四、预加重和去加重
1、问题的提出：如何改善调频解调器的输出信噪比。
鉴频器输出噪声功率谱随 f 呈抛物线形状增大。但在调频广播中所传送的语音和音乐信号的能量却主要分布在低频端，且其功率谱密度随频率的增高而下降。因此，在调制频率高频端的信号谱密度最小，而噪声谱密度却是最大，致使高频端的输出信噪比明显下降，这对解调信号质量会带来很大的影响。
2、解决办法：在调频系统中采用“预加重”/“去加重”。
保持输出信号不变，有效降低输出噪声，以达到提高输出信噪比的目的（通常可提高6 dB左右）。
由于采用预加重/去加重系统的输出信号功率与没有采用预加重/去加重系统的功率相同，所以调频解调器的输出信噪比的改善程度可用加重前的输出噪声功率与加重后的输出噪声功率的比值确定，即上式说明，输出信噪比的改善程度取决于去加重网络的特性。
三、频带利用率
1、SSB 的带宽最窄，其频带利用率最高；
2、FM 占用的带宽随调频指数mf 的增大而增大，其频带利用率最低。可以说，FM 是以牺牲有效性来换取可靠性的。因此，mf 值的选择要从通信质量和带宽限制两方面考虑。对于高质量通信（高保真音乐广播，电视伴音、双向式固定或移动通信、卫星通信和蜂窝电话系统）采用WBFM ， mf 值选大些。对于一般通信，要考虑接收微弱信号，带宽窄些，噪声影响小，常选用mf 较小的调频方式。
3、SSB 调制：
优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM ，而带宽只有AM 的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。SSB 常用于频分多路复用系统中。
4、VSB 调制：
抗噪声性能和频带利用率与SSB 相当。在电视广播、数传等系统中得到了广泛应用。
5、FM ：
FM 的抗干扰能力强，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。
一、频分复用（FDM ）
1、目 的：充分利用信道的频带资源，提高信道利用率。
2、定 义
将同一信道的可用频带分成若干互不交叠的频段，每路信号占据其中一个频带，将若干路信号在同一信道（复用）进行传送，称为频分复用。
频分复用（FDM ）中的主要问题是各路信号之间的相互干扰（串扰）。引起串扰的主要原因是系统非线性所造成的已调信号频谱的展宽。
5、典型例子：多路载波电话系统。
每路电话信号的频带限制在300—3400Hz ，在各路已调信号间留有防护频带，每路电话信号取4 kHz作为标准带宽 。
范文三：模拟调制解调电路原理
用低频调制电压去控制高频载波信号的幅度的过程称为幅度调制(或调幅)。
既然高频载波的幅度随低频调制波而变，所以已调波同样随时间而变。即有
式中m是调幅波的调制系数(调幅度)。
，，
同时当m1时，调制后的波形包络线，将与调制波
不同，即产生了失真，或称超调。
利用三角公式将调制波表达式展开，可得：
式子表明，载波信号经单一信号调制后将出现三个频率分量，即载波频率分量fc，上边频分量fc+F，下边频分量fc-F。其频谱图如图所示：
由频谱图可见，幅度调制在频域上是将调制信号F搬移到了载频的两边，其实质是一种频
率变换。其带宽为：
在实际应用中，调制信号不是单一频率，例如：我们的讲话的语音信号，其信号频率为几百
至几千赫，经调制后，各个频率产生了各自的上边频和下边频，叠加后形成了上边带和下边带，
如图所示：
图中上下边频幅度相等，对称出现，这时调幅波的带宽为：是调制信号频率的二倍
调幅波中各频率分量的功率关系：
将已调波加在负载电阻两端时，可以得到载波功率PC和每个边频分量功率P1、P2。
载波功率，上下边频功率。 在调制信号一周期内的平均功率为：。
式子表明：调幅波的输出功率随m增大而增大。当m=1时，。
这表明，在m=1时，包含信息的边频功率仅为不包含信息的载波功率的一半。这将能量损
失掉了，很不经济。通常把这种调幅制称为普通调幅制(AM)。这种调制对接收机可以简单，所
以无线电 广播仍采用。
由于载波只是一运动载信息的工具，不包含有用信息。所以在发送时为节约功率，可以只发
送边带信号，而不发送载波。这种情况称为抑制载波的双边带(DSB)信号发送。
它可以看成是调制信号和高频载波信号相乘得到：
K为乘法系数。
由于上下边带对称，为节省频带，采用抑制载波的单边带(SSB)信号发送，其表达式为：
或
()
调幅波的解调过程(不失真地还原信息)通常称为检波，实现该功能的电路也称振幅检波器(简称检波器)，它仍然是一种频谱搬移过程。从原理上讲，要将包含调制波信息的已调波中还原出
调制波信息，必须要有非线性器件，使之产生新的频率分量，并把高频载波的高频分量滤除，因
此，振幅检波器的组成框图如图所示：
在各种幅度调制中，由于波形差异和频谱结构的不同，其解调的方法也不同，但基本的解调方法
是两种：包络线检波和同步检波。
包络线检波：把反映调制信号信息规律的已调波的包络线检测出来。图示是最常见的二极管包络
线检波电路。
检波电路的基本原理：当输入电压大于电容上电压时，电容充电，输入电压小于电容器上电
压时，电容放电，充电快，放电慢，达到平衡时，电容上的电压将会不失真地跟随已调波的包洛
线变化，再经隔直就会输出调制波信号。
对于DSB—双边带波和SSB—单边带波，它们的包络线不反映调制信号的变化规律，也就
不能用包络线检波器。而是用同步检波器来实现。
1. 调频(FM)原理
高频载波的频率随调制信号幅度的增大而变化(增加)，其载波信号的幅度不变。
由高频载波和调制信号得已调波的角频率： 调频波任一时刻的相角：
所以调频波为：
由已调波的角频率可知，角频率的最大偏移为： 令，则调频指数：
所以已调频波形式有：
2. 调频(FM)的基本方法
主要有直接调频和间接调频两种
? 直接调频法：通过直接改变振荡回路的参数(L and C)来获得调频信号。其优点是：容易
调制，但中心频率不稳定。
? 间接调频法：用调相来实现调频，中心频率稳定，但线路复杂。
3. 变容二极管调频器—直接调频法
因变容二极管的等效电容随二端反压而变，而反向电压随调制信号电压而变化，从而变容二极管的电容量也随调制电压而变化，实现了调频。
又称""。是一种利用PN结电容（势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管。所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延工艺
技术。反偏电压愈大，则结电容愈小。变容二极管具有与衬底材料电阻率有关的串联
电阻。主要参量是：零偏结电容、零偏压优值、反向击穿电压、中心反向偏压、标称
电容、电容变化范围（以皮法为单位）以及截止频率等，对于不同用途，应选用不同
C和Vr特性的变容二极管，如有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管、适用于参
放的参放变容二极管以及用于固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管等。
用于自动频率控制（AFC）和调谐用的小功率二极管称变容二极管。日本厂商方
面也有其它许多叫法。通过施加反向电压， 使其PN结的静电容量发生变化。因此，
被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常，虽然是采用硅的扩散
型二极管，但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管，
因为这些二极管对于电压而言，其静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压VR变化，取代可变电容，用作调谐回路、振荡电路、锁相环路，常用于电视机高频头的
频道转换和调谐电路，多以硅材料制作。
变容二极管的结构及特性
变容二极管的伏安特性曲线和普通二极管一样，不同的是它工作在反向偏置区，为反偏压二极管，其
结电容就是耗尽层的电容，因此可以把耗尽层看做两个导电板之间有介质的平行板电容器。结电容的大小
与反向偏压的大小有关，反向偏压越大，结电容越小;反之，结电容越大。变容二极管的等效电路相当于一
个可变电容器与电阻器和电感串联，如图一所示。
图一 变容二极管电容的形成及等效电路
等效电路中的龟为可变结电容，它可以近似看成为变容二极管的总电容，它包括结电容、外壳电容及
其他分布电容;Rs，为串联电阻，它包括PN结电阻、引线电阻及接线电阻;Ls为引线电感。Cj,Rs及Ls
都是反向偏压的函数，其中Cj与反向偏压Vd的关系正是我们要使用的变容关系，通常可用下式表示:
式中： C0－－零偏压时的PN结电容 Vd－－反向偏压 V0－－接触电位，硅变容二极管为0.50～0.75V
图二为变容二极管PN结电容特性曲线，结电容与反向偏压的这种关系是非线性的。为了克服非线性，
在应用时往往要采用校正网络、高偏压及多回路等措施。
图二 变容二极管电容特性曲线
一般二极管的结电容部很小，由于变容二极管的结构特殊，它的可变结电容很大，可像电容器一样在
电路中使用。
4. 调频波的解调—鉴频器
将已调频波(高频)还原成低频信号，即把频率的变化变换成电压变化，这种电路称频率检波
器(鉴频器)。
要求鉴频器的特性曲线如下：
输入是调频信号，最大频偏为：经过鉴频后，就得到了正弦调制电压信号。为了能得
到不失真的正弦调制信号，要求在已调频波的最大频偏范围内，鉴频器的电压/频率特性有良好的线性特性，而且斜率要大。
常见的鉴频器有斜率鉴频器、参差调谐鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器、RC鉴频器等。
图示电路是一个斜率鉴频器，又称回路鉴频器。
鉴频的基本思路是，通过回路对调频波的载频产生适当的失谐而起鉴频作用。将调频波送至
LC谐振电路，产生失谐后的调频—调幅波，再用幅度检波器将中的调制信号检出。
脉宽调制(PWM)：用连续的低频调制信号去调制序列脉冲的脉宽。其调制原理如图所示：
双运放组成脉宽调制电路，由积分器和模拟比较器组成。
当方波载波信号和调制信号加入后，各点波形如图所示：载波信号经积分后的三角波与低频
调制波比较，决定了输出的脉宽。
调制信号是低频正弦时，称为正弦脉宽调制(SPWM)。
范文四：模拟调制、解调电路原理
模拟调制、解调电路原理
一、正弦信号的幅度调制
用低频调制电压去控制高频载波信号的幅度的过程称为幅度调制(或调幅) 。
既然高频载波的幅度随低频调制波而变，所以已调波同样随时间而变。即有
式中m 是调幅波的调制系数(调幅度) 。
同时当m 1时，
调制后的波形包络线，将与调制波不同，即产生了失真，或
称超调。
利用三角公式将调制波表达式展开，可得：
式子表明，载波信号经单一信号调制后将出现三个频率分量，即载
波频率分量fc ，上边频分量fc+F，下边频分量fc-F 。其频谱图如图
所示：
由频谱图可见，幅度调制在频域上是将调制信号F 搬移到了载频的
两边，其实质是一种频率变换。其带宽为：
在实际应用中，调制信号不是单一频率，例如：我们的讲话的语音
信号，其信号频率为几百至几千赫，经调制后，各个频率产生了各自的上边频和下边频，叠加后形成了上边带和下边带，如图所示：
图中上下边频幅度相等，对称出现，这时调幅波的带宽为： 调幅波中各频率分量的功率关系：
将已调波加在负载电阻两端时，可以得到载波功率PC 和每个边频分量功率P1、P2。
这表明，在m=1时，包含信息的边频功率仅为不包含信息的载波功率的一半。这将能量损失掉了，很不经济。通常把这种调幅制称为普通调幅制(AM)。这种调制对接收机可以简单，所以无线电 广播仍采用。
由于载波只是一运动载信息的工具，不包含有用信息。所以在发送时为节约功率，可以只发送边带信号，而不发送载波。这种情况称为抑制载波的双边带(DSB)信号发送。
二、调幅波的解调电路(检波器)
调幅波的解调过程(不失真地还原信息) 通常称为检波，实现该功能的电路也称振幅检波器(简称检波器) ，它仍然是一种频谱搬移过程。从原理上讲，要将包含调制波信息的已调波中还原出调制波信息，必须要有非线性器件，使之产生新的频率分量，并把高频载波的高频分量滤除，因此，振幅检波器的组成框图如图所示：
对于DSB —
双边带波和
SSB —单边
带波，它们的
包络线不反
映调制信号
的变化规律，
也就不能用
包络线检波
器。而是用同
步检波器来
实现。
三、调频与鉴
频
1. 调频
(FM)原理
高频载
波的频率随
调制信号幅
度的增大而
变化(增加) ，
其载波信号
的幅度不变。
2. 调频(FM)
的基本方法
主要有直接调频和间接调频两种
⑴ 直接调频法：通过直接改变振荡回路的参数(L and C)来获得调频信号。其优点是：容易调制，但中心频率不稳定。
⑵ 间接调频法：用调相来实现调频，中心频率稳定，但线路复杂。
3. 变容二极管调频器—直接调频法
4. 调频波的解调—鉴频器
将已调频波(高频) 还原成低频信号，即把频率的变化变换成电压变化，这种电路称频率检波器(鉴频器) 。
要求鉴频器的特性曲线如下：
输入是调频信号，最大频偏为： dfm经过鉴频后，就得到了正弦调制电压信号。为了能得到不失真的正弦调制信号，要求在已调频波的最大频偏范围内，鉴频器的电压/频率特性有良好的线性特性，而且斜率要大。
常见的鉴频器有斜率鉴频器、参差调谐鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器、RC 鉴频器等。 图示电路是一个斜率鉴频器，又称回路鉴频器。
四、脉冲宽度调制
脉宽调制(PWM)：用连续的低频调制信号去调制序列脉冲的脉宽。其调制原理如图所示：
当方波载
波信号和调
制信号加入
后，各点波形
如图所示：载
波信号经积
分后的三角
波与低频调
制波比较，决
定了输出的
脉宽。
调制信
号是低频正
弦时，称为正
弦脉宽调制
(SPWM)。
范文五：《通信原理》——模拟调制系统的应用分析
《通信原理》——模拟调制系统的应用分析
第5章 模拟调制系统的应用分析 51>.1 信噪比
5.1.1 通信系统的噪声模型
通信系统的噪声模型如下图所示。
信噪比SNR, ，单位为dB。
20dB,信号功率是噪声100倍
,信号电平是噪声10倍
同等发射条件下，信噪比是重要的系统性能指标
信噪比增益:G,
信噪比增益也是衡量系统的重要指标。
5.1.2 滤波器对信噪比的改善
白噪声功率谱带宽很大，
而信号带宽有限。
如右图所示为基带信号与噪声的频域谱图。
滤波器滤除噪声功率，
保留信号功率。
下图为滤波器滤除噪声的模型。
带通信号传输系统中的预检测滤波器
通过预检测带通滤波器，滤除信号带外的噪声功率。
通过预检测滤波器之后的信噪比为SNR= Ps/n0Bs。 该信噪比为分析各种解调设备抗噪声性能的基础。 5.2 调幅相干解调的抗噪声性能
调幅相干解调的抗噪声模型 5.2.1
已调制信号s(t)的中心频率
双边带:ωc ;上边带: 下边带:
已调制信号s(t)的信号带宽
双边带:2B; 单边带:B
分析窄带高斯噪声(分解为同相正交分量) 5.2.2 双边带相干解调抗噪声性能
DSB解调抗噪声模型
双边带解调不能真正改善性噪比
比较双边带传输系统与基带传输系统的抗噪声性能
双边带调幅中，已调制信号的带宽比基带信号延展了一倍，故通过滤波器的噪声功率也就提高了一倍，其信噪比较之基带信号传输系统的信噪比，原本就减小一半。通过双边带解调得到2倍的信噪比增益，实际上是恢复到同基带传输一样的效果。
5.2.3 单边带相干解调抗噪声性能
5.2.4完全调幅的相干解调和包络检波解调抗噪声性能分析
完全调幅的相干解调
输入信号功率包含载波功率，输出信号功率不含载波功率，故信噪比增益较低。
常规条幅相干解调模型
完全调幅非相干解调的抗噪声性能分析 模型分析
包络检波器输入
与前面一致。
(2)噪声远大于信号时，
包络检波的门限图
5.3 角度调制解调系统的抗噪声性能
调频信号解调的抗噪声模型 5.3.1
非相干解调模型如下图所示。
分大信噪比和小信噪比两种情况讨论。
5.3.2 大信噪比时调频信号的抗噪声模型
大信噪比时输出噪声功率计算
5.3.3 调频系统中的门限效应(小信噪比时的分析) 小信噪比的输出矢量图
调频非相干解调的门限曲线。
在小信噪比情况下，噪声完全占据主导地位。由此 可以看出，调频信号的非相干解调与完全调幅的非 相干解调类似，也存在一种门限效应，即当小信噪 比时，随着输入信噪比下降，输出信噪比急剧恶化。 门限扩展。
通常情况下，调频的门限值在10dB左右。采用频率压缩反馈环和锁相
环，可以降低门限阀值，使得系统在0dB左右的强噪声环境仍然能够工作。
5.3.4 窄带调频相干解调抗噪声性能分析
5.3.5 采用预加重和去加重改善信噪比
调频信号解调中，噪声功率谱密度集中于高频段。 接收端串联去加重滤波器，抑制高频部分的噪声功率谱。
发送端串联预加重滤波器，消除去加重滤波器造成的信号失真。
5.4 频分复用技术
定义和原理 5.4.1
多路信号，通过占据不同的频段，共享一条通信线路。
多路频分复用模型如下图所示。
信号带宽和防卫间隔如下图所示。
5.5 模拟通信应用举例
5.5.1 频带的划分
当前对信号频率带的划分及其主要的应用范围如下表所示。
5.5.2 调幅和调频广播
中波的地波传输和短波的天波传输
调频立体声广播:双声道
调制原理
下图为立体声广播调制示意图。
解调原理
5.5.3 黑白电视与彩色电视信号的地面广播
黑白电视信号:频谱总宽度8MHz，残留边带调制，残留底部宽度1.25MHz。
彩色电视信号:增加两路色差信号，采用双边带调幅。 5.5.4 载波电话系统
本章小结
模拟通信中主要面对的噪声是再信道传输过程中叠加的高斯白噪声。噪声对通信有很大影响，信号-噪声功率比即为信噪比。
调频信号的包络解调同样会出现门限效应。
模拟频分复用是一种很重要的信道复用方法，应用也非常广泛。
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