3.1 模拟调制技术
3.1.1 幅度调制
1.幅度调制原理
幅度调制用调制信号控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化。设正弦型载波为
s（t）=Acos（ωct+ϕ0） （3.1）
式中，ωc为载波角频率，ϕ0为载波初始相位，A为载波幅度。那么幅度调制信号可表示成
sm（t）=Am（t）cos（ωct+ϕ0） （3.2）
其中m（t）为基带调制信号。幅度调制器的模型如图3.1所示，由一个相乘器和一个冲激响应为h（t）的带通滤波器组成。
图3.1 线性调制器模型
适当选择模型中的带通滤波器的冲激响应h（t），可以得到各种幅度调制信号，如双边带信号（DSB）、振幅调制信号（AM）、单边带信号（SSB）及残留边带信号（VSB）等。
2.幅度调制的频谱特性
1）双边带调幅
DSB信号的时域、频域表达式见式（3.3）和式（3.4），波形和频谱图如图3.2所示。
sDSB（t）=m（t）cosωct （3.3）
除不含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，调制效率为100%。
图3.2 DSB信号的波形及频谱
2）振幅调制信号
振幅调制信号的调制模型如图3.3所示。
图3.3 AM调制器模型
若假设滤波器为全通网络，则AM信号的时域、频域表达式见式（3.5）和式（3.6）
根据上两式，可以得到AM信号的波形和频谱，如图3.4所示。
图3.4 AM信号的波形及频谱
为了保证包络检波时不发生失真，必须满足式（3.7）。
3）单边带调制
由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，传输其中一个边带就能够满足需要。SSB的调制器模型如图3.5所示。
图3.5 单边带调制器模型
单边带信号的调制方式有两种，一种是滤波法，另一种是相移法。
（1）滤波法。
滤波法是在单边带调制器模型的基础上，加上带通滤波器，形成单边带信号的带通滤波器传输特性如图3.6所示。图3.6（a）产生上边带信号，图3.6（b）产生下边带信号。相应的频谱如图3.7所示。
图3.6 形成单边带信号的滤波特性
图3.7 单边带信号的频谱
（2）用相移法形成SSB信号。SSB信号的时域表示式为：
式中，“－”对应上边带信号，“+”对应下边带信号。
是m（t）的希尔伯特变换。根据式（3.8）可得相移法形成单边带信号的模型，如图3.8所示。
4）残留边带调制
残留边带（VSB）调制是介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式，可以利用图3.9滤波法产生，产生VSB信号的滤波器特性如图3.10所示。它既克服了DSB信号占用频带宽的问题，又解决了SSB滤波器不易实现的难题。VSB调制中，除了传送一个边带外，还保留了另外一个边带的一部分。VSB信号的频域表达式如式（3.9）所示。
图3.8 相移法形成SSB信号的模型
图3.9 VSB信号的滤波法产生
图3.10 残留边带滤波器特性
3.幅度调制的解调方式
1）双边带调幅
由于DSB信号不能进行包络检波，需要采用相干解调。其解调器为同步解调器，即由相乘器和低通滤波器构成，如图3.11所示，故在解调过程中，输入信号及噪声可以分别单独解调。
2）振幅调制信号
AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。
AM信号的相干解调框图如图3.12所示，用一个低通滤波器，可无失真地恢复出原始的调制信号。
图3.11 DSB解调器模型
图3.12 相干解调原理框图
包络检波电路由二极管D、电阻R和电容C组成。RC满足条件：
。
这时，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即mo（t）≈A0+m（t）。
3）单边带调制
SSB的解调方法与DSB相同，其区别仅在于解调器之前的带通滤波器，如图3.13所示。在SSB调制时，带通滤波器只让一个边带信号通过；而在DSB调制时，带通滤波器必须让两个边带信号通过。可见前者的带通滤波器的带宽是后者的一半。
DSB解调器的调制制度增益是SSB的2倍。但不能因此就说，双边带系统的抗噪性能优于单边带系统。
4）残留边带调制
残留边带信号的解调只采用相干解调方式，解调原理如图3.14所示。
图3.13 SSB信号的相干解调
图3.14 VSB信号的相干解调
3.1.2 角度调制
与幅度调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。
角度调制可分为频率调制（FM）和相位调制（PM）。即载波的幅度保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化。
1.角度调制的原理
角度调制信号的一般表达式为sm=Acos[wct+ϕ（t）]。所谓相位调制，是指ϕ（t）=KPm（t）调相信号可表示为：s=PM（t）-Acos[wct+Kpm（t）]。所谓频率调制，是指瞬时频率偏移随基带信号而线性变化，即
。
可见，FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。如果将调制信号先微分，再进行调频，则可得到调相信号；如果将调制信号先积分，再进行调相，则可得到调频信号。
从以上分析可见，调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。
2.调频信号的产生
产生调频信号的方法有两种，分别是直接法和间接法。
直接法就是利用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器，它的输出频率正比于所加的控制电压。
间接法产生调频信号的原理如图3.15所示。
图3.15 间接法产生调频信号
用间接法产生调频信号，经N次倍频后可使调频信号的载频和调制指数增为N倍。
3.调频信号的解调方式
调频信号的解调有两种方式：一种是非相干解调，其原理如图3.16所示；另一种是相干解调，其原理如图3.17所示。
图3.16 调频信号的非相干解调器
图3.17 调频信号的相干解调
非相干解调器较相干解调器简单，其主要结构是具有频率-电压转换作用的鉴频器。
3.1.3 各种模拟调制系统的比较
DSB、SSB、AM及FM调制系统的性能曲线见图3.18，图中圆点表示出现门限效应（所谓“门限效应”是指当输入信噪比降低到某一门限值时，曲线性能急剧变差）。在门限值以上，DSB、SSB的信噪比比AM优越4.7dB以上，而FM（mf=6）的信噪比比AM优越22dB。由此可见，当输入信噪比较高时，采用FM方式可以得到更大好处。
图3.18 各种模拟调制系统的性能曲线
表3.1给出了各种模拟调制系统在带宽、直流响应、设备（调制与解调）复杂性等方面的比较，并指出了它们的一些主要应用。
表3.1 不同模拟调制系统性能参数比较
