1.2.2 模拟通信系统

在数据通信系统中，终端设备发出、接收的信号都必须是数据信号。在进行数据传输时，为了能用廉价的电话交换网实现数据终端间的远程通信，要将数据信号转变为模拟信号，使数据终端的数据信号能够在模拟信道上传输。数据信号转变为能在模拟信道传输的模拟信号的过程称为调制；反之称为解调。调制解调器（Modem）能同时实现调制和解调模的功能。模拟通信系统模型如图1-2所示。

下面简要介绍模拟信号的调制，由调制信号m(t)分别以正比关系控制载波信号c(t)=A0 cos(ωct+Ф)的幅度、频率、相位，实现调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）等不同的调制方式。

1.调制的目的

调制是对信源信号进行处理，使其变为适合于信道传输的过程；相反称解调。模拟信号的调制、解调过程如图1-3所示。

对不同信道，根据经济、技术等因素采用相应的调制方式。调制的主要目的如下：

① 频谱变换。为有效、可靠地传输信息，需将低频信号的基带频谱搬移到适当的或指定的频段。例如，人类语音信号频率为100～9000Hz（男性）、150～10000Hz（女性），这种信号从工程角度看，不可能通过天线进行无线传输。因为天线辐射效率取决于天线几何尺寸与工作波长之比，一般要求天线长度应在发射信号波长的1/10以上，因此语音信号须通过调制，也就是将该信号搬移到m(t)在工程上能实现传播的信道频谱范围内，才能传输。

② 提高抗干扰能力。调制能改善系统的抗噪声性能，通过调制增强了信号抗干扰的能力，例如，提高通信可靠性必须以降低有效性为代价，反之也一样。即通常所说的信噪比和带宽的互换，而这种互换是通过不同调制方式实现的。当信道噪声较严重时，为确保通信可靠性，可以选择某种合适的调制方式来增加信号频带宽度。这样，传输速率相同但所需频带增加，降低了传输的有效性，但抗干扰能力增强了。

③ 实现信道多路复用。信道频率资源十分宝贵，一个物理信道如果仅传输一路信号m(t)，显然浪费了远比m(t)频率范围宽的信道资源。FDMA能将多个信号的频谱按一定规则排列在信道带宽相应频段，实现同一信道中多个信号互不干扰地同时传输。当然，复用方式、复用路数与调制方式、信道特性有关。

2.常用调制方式

大部分调制系统将待发送的信号和某种载波信号进行有机结合，产生适合传输的已调信号，调制器可视为一个6端网络，其中一端对输入待传输的含有信息的信号——调制信号m(t)，另一端对输入载波c(t)，输出端对已调波s(t)，使载波的1～2个参量成比例地受控于调制信号的变化规律。根据m(t)和c(t)的不同类型和完成调制功能的调制器传输函数不同，调制主要有AM、FM、PM等，如图1-4所示。

3种调制方式相关指标比较如表1-2所示。

下面简要介绍模拟调制中的常规双边带调幅、抑制载波双边带调制、单边带调制、残留边带调制。

（1）常规双边带调幅（AM）

调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化。也就是说，通过用调制信号来改变高频信号幅度的大小，使得调制信号的信息包含入高频信号中，通过天线把高频信号发射出去，这样调制信号也传播出去了；在接收端，把调制信号解调出来，也就是把高频信号的幅度解读出来，得到调制信号。如载波信号是单频正弦波，调制器输出的已调信号的包络与输入调制信号为线性关系，称这种调制为常规调幅（简称AM）。该调制方式在无线电广播系统占主要地位。AM中，输出已调信号的包络与输入调制信号成正比，其时域表达式为

式中，m0为外加的直流分量；m(t)为基带调制信号（通常认为平均值是0）；ωc为载波的角频率；Ф为载波的初始相位。典型的双边带调幅波形如图1-5所示。

可以看出，用包络检波方法能恢复原始调制信号。但为了包络检波时不失真，必须满足m0+m(t)≥0，否则会因过调幅产生失真。

（2）抑制载波双边带调制（DSB-SC）

常规双边带调幅中，载波功率是无用的，因为载波不携带任何信息，信息完全由边带传输。如果要将载波抑制，只需不附加直流分量 m0即可得到抑制载波的双边带调幅。如果输入的基带信号没有直流分量，输出信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称双边带抑制载波（DSB-SC）调制信号，简称DSB信号。此时的DSB信号实质上就是m(t)和载波cosωct的相乘，其时域表达式为

（3）单边带调制（SSB）

双边带调制中的上、下两个边带完全对称，所携带的信息相同，完全可以用一个边带来传输全部消息。这种单边带调制方式节省载波功率，且只需传输双边带调制信号的一个边带。因此，传输单边带信号最直接的方法就是让双边带信号通过一个单边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号，这是最简单、最常用的方法。

（4）残留边带调制（VSB）

用滤波法产生单边带信号的主要缺点是需要陡峭截止特性的滤波器，而制作这样的滤波器较为困难。为解决产生单边带信号和实际滤波器之间的矛盾，提出了残留边带调制。

上述几种模拟调制系统的带宽、直流响应、调制与解调设备复杂性等方面比较如表1-3所示。

模拟信号具有结构较复杂、易受外界干扰等属性，使模拟通信系统设备复杂，抗干扰性差，存在噪声累积，复用方式落后，不易保密通信，设备规模集成困难，特别是不适应迅猛发展的计算机通信要求，但因其带宽利用率高而在带宽资源受限的电缆传输时代成为主要的通信系统。