第四章 模擬調(diào)制系統(tǒng)ppt課件

1、1,第4章 模擬調(diào)制系統(tǒng),2,引言,1,幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能,2,非線性調(diào)制的原理及抗噪聲性能,3,各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較,4,本章內(nèi)容:,頻分復(fù)用(FDM),5,復(fù)合調(diào)制及多級(jí)調(diào)制的概念,6,3,本章重點(diǎn),模擬通信系統(tǒng)的原理，各種模擬調(diào)制方式及抗噪聲性能比較！ 模擬調(diào)制: 線性調(diào)制:AM,DSB,SSB,VSB 非線性調(diào)制:FM,PM,4,4.1 引言,調(diào)制:把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。 廣義調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（即載波調(diào)制）。 狹義調(diào)制僅指載波調(diào)制，在無(wú)線通信和其他大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào)制均指狹義調(diào)制。,5,調(diào)制的一般框圖：,載波表達(dá)式：c(t)=A(t)coswt

2、+(t),調(diào)制信號(hào) f(t) （信息信號(hào)）,調(diào)制器,已調(diào)信號(hào)s(t) （傳輸信號(hào)）,載波信號(hào)c(t),用調(diào)制信號(hào)去控制載波某個(gè)參數(shù)(幅度、頻率、相位)。,載波調(diào)制,6,調(diào)制的作用,提高無(wú)線通信時(shí)天線輻射效率。 把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻 處，實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。 擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。,7,調(diào)制的分類,載波信號(hào)不同：,調(diào)制信號(hào)不同：,模擬調(diào)制：調(diào)制信號(hào)是連續(xù)變化的模擬信號(hào) 數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號(hào)是離散的數(shù)字信號(hào),連續(xù)波調(diào)制：載波信號(hào)是連續(xù)波形 脈沖調(diào)制：載波信號(hào)是脈沖波形,8,調(diào)制的分類,被調(diào)制載波參數(shù)不同：,幅度調(diào)制

3、：載波幅度隨調(diào)制信號(hào)變化 頻率調(diào)制：載波頻率隨調(diào)制信號(hào)變化 相位調(diào)制：載波相位隨調(diào)制信號(hào)變化,頻譜的變化：,已調(diào)信號(hào)與輸入信號(hào)頻譜之間呈線性搬移 已調(diào)信號(hào)與輸入信號(hào)頻譜之間呈非線性搬移,線性調(diào)制：,非線性調(diào)制：,9,4.2.1 幅度調(diào)制的原理,設(shè)正弦型載波為: 式中，A 載波幅度； c 載波角頻率； 0 載波初始相位。 幅度調(diào)制信號(hào)(已調(diào)信號(hào))可表示成: 式中， m(t)基帶調(diào)制信號(hào)。,10,假設(shè)m(t)M()，則已調(diào)信號(hào)的頻譜為:,結(jié)論:已調(diào)信號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)正比變化,頻譜是基帶信號(hào)頻譜的簡(jiǎn)單搬移。由于這種搬移是線性的，因此幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。 注意:“線性”并不意味著已調(diào)信號(hào)與調(diào)制信

4、號(hào)之間符合線性變換關(guān)系。,11,幅度調(diào)制器的一般模型,通過(guò)選擇不同的濾波器特性H()，便可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)，如調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶及殘留邊帶信號(hào)等。,12,頻域表示式：,（1）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅 AM,時(shí)域表示式:,若輸入基帶信號(hào)m(t)A0m(t)， A0為直流分量，且A0|m(t)|max，則輸出AM調(diào)制信號(hào)。,13,時(shí)域波形,當(dāng)A0|m(t)|時(shí)已調(diào)信號(hào)包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形相同，用包絡(luò)檢波法可以恢復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)。 否則,出現(xiàn)“過(guò)調(diào)幅”現(xiàn)象，包絡(luò)檢波失效。,Amin,A max,14,頻譜,AM信號(hào)的頻譜包含: 載頻分量 上邊帶 下邊帶,上邊帶與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。

5、,載頻分量,下邊帶,上邊帶,單音調(diào)制,15,帶寬與功率分配,調(diào)制信號(hào)功率：,調(diào)制信號(hào)帶寬是基帶信號(hào)帶寬fH的兩倍：,所以,載波功率,邊帶功率,16,調(diào)制效率,有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號(hào)總功率的比例稱為調(diào)制效率。,AM調(diào)制方式調(diào)制效率低！,確知信號(hào)調(diào)制：,單音信號(hào)調(diào)制：,17,（2）雙邊帶調(diào)制（DSB）,時(shí)域表示式：無(wú)直流分量A0 頻域表達(dá)式：無(wú)載頻分量,18,時(shí)域與頻域波形：,優(yōu)點(diǎn):調(diào)制效率為100,節(jié)省了載波功率; 缺點(diǎn):不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，解調(diào)較復(fù)雜。,19,（3）單邊帶調(diào)制（SSB）,雙邊帶信號(hào)兩個(gè)邊帶中的任意一個(gè)都包含了調(diào)制信號(hào)頻譜M()的所有頻譜信息，因此

6、可以只傳輸其中一個(gè)邊帶。既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調(diào)制。,20,F+(w)/2,F-(w)/2,F+(w-wc)/4,F-(w+wc)/4,F+(w+wc)/4,F-(w-wc)/4,低通濾波器,高通濾波器,21,SSB信號(hào)的頻域表示式,濾除下邊帶:,濾除上邊帶:,22,以下邊帶為例：,其中，,23,同理，上邊帶的時(shí)域表達(dá)式為：,單邊帶信號(hào)的時(shí)域表示及相移法形成,對(duì)上、下邊帶信號(hào)的頻譜函數(shù)做付氏反變換可得到其時(shí)域表達(dá)式,兩式合并：,下邊帶的時(shí)域表達(dá)式為：,24,SSB信號(hào)的時(shí)域表示,SSB的時(shí)域表示式：,上邊帶,下邊帶,25,SSB時(shí)域波形,一般情況：,單音調(diào)制：

7、,26,SSB調(diào)制小結(jié),SSB信號(hào)DSB一樣，不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，因?yàn)樗陌j(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以需采用相干解調(diào)。,工程實(shí)現(xiàn)困難？,27,（4）殘留邊帶調(diào)制（VSB）,殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，它克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)中的困難。,損失部分,殘留部分,28,濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制,濾波器的特性應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，不需要十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易設(shè)計(jì)。,殘留邊帶信號(hào)的頻譜:,29,殘留邊帶濾波器設(shè)計(jì),從接收端分析濾 波器的設(shè)計(jì)條件!,乘法器輸出:,對(duì)應(yīng)頻譜:,搬移到2c的高頻分量,低通濾波后去

8、除!,30,低通濾波器的輸出:,若輸出無(wú)失真地恢復(fù)調(diào)制信號(hào)m(t)，則傳遞函數(shù)必須滿足：,其中，H 調(diào)制信號(hào)的截止角頻率。,31,殘留邊帶濾波器的特性H()在c處必須具有互補(bǔ)對(duì)稱（奇對(duì)稱）特性, 相干解調(diào)時(shí)才能無(wú)失真地從殘留邊帶信號(hào)中恢復(fù)所需的調(diào)制信號(hào)。,32,殘留邊帶濾波器特性的兩種形式,殘留“部分上邊帶”,殘留“部分下邊帶”,33,VSB時(shí)域波形,一般情況：,單音調(diào)制：,34,（5）線性調(diào)制的實(shí)現(xiàn)模型,1) 濾波法模型:,輸出信號(hào)時(shí)域表示式：,輸出信號(hào)頻域表示式：,適當(dāng)選擇H()便可得到各種幅度調(diào)制信號(hào)!,35,sm(t)可等效為兩個(gè)互為正交調(diào)制分量的合成!,2) 移相法模型,其中，,36

9、,移相法模型,37,AM,DSB,SSB,VSB,2Wf,時(shí)域表達(dá)式,帶寬,2Wf,Wf,Wf2Wf,調(diào)制方式,各種線性調(diào)制方式,38,(6) 線性調(diào)制的解調(diào),原理：為了無(wú)失真地恢復(fù)基帶信號(hào)，接收端必須提供與發(fā)送端載波嚴(yán)格同步（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波），它與接收信號(hào)相乘低通濾波后，可得到原始的調(diào)制信號(hào)。,相干解調(diào)器的一般模型,I、相干解調(diào),39,相干解調(diào)器分析,已調(diào)信號(hào)的表達(dá)式:,與相干載波相乘:,低通濾波:,各種線性調(diào)制方式sI(t)都包含了m(t)信息!,40,相干解調(diào)仿真,41,II、包絡(luò)檢波(非相干解調(diào)),適用條件：AM信號(hào)，且|m(t)|max A0,由半波或全波整流器和

10、低通濾波器組成.,42,在大信號(hào)檢波時(shí)（一般大于0.5 V），二極管 處于受控的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，檢波器的輸出為:,包絡(luò)檢波分析,輸入信號(hào): 且RC滿足如下關(guān)系:,隔去直流: m(t),43,4.2.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能,數(shù)學(xué)分析模型,sm(t) 已調(diào)信號(hào) n(t) 信道加性高斯白噪聲 ni(t) 帶通濾波后的噪聲 m(t) 解調(diào)信號(hào) no(t) 輸出噪聲,44,噪聲分析,ni(t)為平穩(wěn)窄帶高斯噪聲:,解調(diào)器輸入噪聲功率:,帶通濾波器帶寬,單邊功率譜密度,45,信噪比增益,用G便于比較同類調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時(shí)的性能,也反映了調(diào)制制度的優(yōu)劣。,信噪比增益定義:,其中,46,（1）DSB調(diào)制

11、系統(tǒng)的性能,由于相干解調(diào)器是線性系統(tǒng)，可以分別計(jì)算解調(diào)器輸出的信號(hào)功率和噪聲功率。,47,解調(diào)器輸出端的信號(hào)功率,解調(diào)器輸入信號(hào): 相干載波相乘: 低通濾波: 解調(diào)器輸出信號(hào)功率:,48,解調(diào)器輸出端的噪聲功率,解調(diào)器輸入噪聲: 相干載波相乘: 低通濾波: 輸出噪聲功率:,帶通濾波器帶寬2fH,49,信噪比計(jì)算,解調(diào)器輸入信號(hào)平均功率為 輸入信噪比: 輸出信噪比:,50,DSB系統(tǒng)信噪比增益,DSB調(diào)制系統(tǒng)的信噪比增益為2,即解調(diào)器使信噪比改善一倍。 原因是采用相干解調(diào)，使輸入噪聲中的正交分量被抑制。,51,（2）SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能,輸出噪聲功率:,帶通濾波器帶寬fH,解調(diào)器輸出信號(hào): 平均

12、功率: 輸出信噪比:,52,輸入信號(hào)平均功率: 輸入信噪比:,53,SSB系統(tǒng)信噪比增益,SSB系統(tǒng)中，信號(hào)和噪聲有相同表示形式，相干解調(diào)過(guò)程中，信號(hào)和噪聲中的正交分量均被抑制，故信噪比沒(méi)有改善。,54,（3） AM包絡(luò)檢波的性能,檢波輸出電壓正比于輸入信號(hào)的包絡(luò)變化,55,解調(diào)器輸入信噪比計(jì)算,輸入信號(hào)功率: 輸入噪聲功率: 輸入信噪比:,帶通濾波器帶寬2fH,56,解調(diào)器輸入是信號(hào)加噪聲的混合波形: 當(dāng)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為1時(shí)，則檢波器的輸出就E(t)。,輸出信號(hào)包絡(luò)的計(jì)算,其中,57,輸出信噪比計(jì)算,大信噪比情況,有用信號(hào)與噪聲獨(dú)立分成兩項(xiàng),58,輸出信號(hào)功率: 輸出噪聲功率: 輸出信

13、噪比: 信噪比增益:,59,例如：對(duì)于100%的調(diào)制，且m(t)是單頻正弦信號(hào)，這時(shí)AM 的最大信噪比增益為2/3。,討論,1. AM信號(hào)的調(diào)制制度增益GAM隨A0的減小而增 加。 2. GAM總是小于1，這說(shuō)明包絡(luò)檢波器對(duì)輸入 信噪比沒(méi)有改善，反而惡化了。 3. AM調(diào)制系統(tǒng)，在大信噪比時(shí)，采用包絡(luò)檢 波器解調(diào)時(shí)的性能與同步檢測(cè)器時(shí)幾乎一樣。,60,小信噪比情況,小信噪比情況,其中R(t) 和 (t) 代表噪聲的包絡(luò)及相位：,61,輸出信噪比不隨著輸入信噪比按比例下降，而是急劇惡化，這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的門限效應(yīng),出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值。,因?yàn)?輸出沒(méi)有單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)，有用信號(hào)被噪聲

14、擾亂,62,AM信號(hào)解調(diào)小結(jié),1. 門限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用引起的。相干解調(diào)不存在門限效應(yīng),因?yàn)樾盘?hào)與噪聲分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器輸出端總是存在單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)。 2. 大信噪比情況下，AM信號(hào)包絡(luò)檢波器的性能與相干解調(diào)基本相同。當(dāng)輸入信噪比低于門限值時(shí)，包絡(luò)檢波將會(huì)出現(xiàn)門限效應(yīng)，輸出信噪比急劇惡化，系統(tǒng)無(wú)法正常工作。,63,4.3非線性調(diào)制的原理及抗噪聲性能,用調(diào)制信號(hào)控制載波的相位角，產(chǎn)生具有恒定振幅和瞬時(shí)相角(t)的正弦波，稱之為角度調(diào)制。,相位調(diào)制 PM 頻率調(diào)制 FM,角度調(diào)制方式調(diào)制前后頻率分量不是線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)調(diào)制后將原來(lái)的頻譜擴(kuò)展到非常寬的頻率范圍之內(nèi)傳輸，所以屬于非線

15、性調(diào)制。,角度調(diào)制時(shí)間域上的特點(diǎn)：,幅度始終不變；,角度（頻率、相位）在變化。,64,A 載波的恒定振幅； ct +(t)=(t) 瞬時(shí)相位 (t) 瞬時(shí)相位偏移,角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式:,dct +(t)/dt = (t) 瞬時(shí)角頻率 d(t)/dt 瞬時(shí)頻偏,4.3.1 非線性調(diào)制的原理,65,相位調(diào)制(PM),定義:瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)作線性變化，即 式中Kp-調(diào)相靈敏度，單位是rad/V。,時(shí)域表達(dá)式:,66,定義:瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)成比例變化，,頻率調(diào)制(FM),相位偏移: 時(shí)域表達(dá)式:,式中Kf-調(diào)頻靈敏度，單位是rad/sV。,67,PM與 FM的區(qū)別,1.PM的相位偏移

16、隨調(diào)制信號(hào)m(t)線性變化，F(xiàn)M的相位偏移隨m(t)的積分呈線性變化。 2.如果不知道調(diào)制信號(hào)m(t)，則無(wú)法從已調(diào)信號(hào)判斷是調(diào)相信號(hào)還是調(diào)頻信號(hào)。,68,瞬時(shí)頻率：,最大頻偏：,最大相偏：,調(diào)相指數(shù),一、單音調(diào)相,瞬時(shí)相位：,單音FM和單音PM,69,調(diào)頻指數(shù),最大相偏：,瞬時(shí)頻率：,最大頻偏：,瞬時(shí)相位：,二、單音調(diào)頻,70,PM 和FM 信號(hào)波形,71,FM與PM之間的聯(lián)系,由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系， 所以FM與PM之間可以相互轉(zhuǎn)換.,72,FM與PM之間的聯(lián)系,（a）直接調(diào)頻 （b）間接調(diào)頻,(c) 直接調(diào)相 (d) 間接調(diào)相,73,4.3.2 窄帶調(diào)頻（NBFM）,鑒于

17、FM用的較多，下文將主要討論頻率調(diào)制方式。頻率調(diào)制屬于非線性調(diào)制，一般情況其頻譜結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，難于表述。,NBFM:,WBFM:,74,時(shí)域表示,時(shí)域表示式:,1,可以簡(jiǎn)化為:,75,頻域表示,頻域表示式:,利用傅里葉變換對(duì):,c,-c,SNBFM(),BNBPM=2Bf,76,NBFM和AM頻譜比較,相同點(diǎn):有一個(gè)載波和兩個(gè)邊帶，帶寬相同; 不同點(diǎn):NBFM的兩個(gè)邊帶分別乘因子1/( - c)和1/( + c), 一個(gè)邊帶和AM反相 。由于因子是頻率的函數(shù)，所以調(diào)制信號(hào)頻譜會(huì)失真。,77,單音調(diào)制時(shí)NBFM和AM比較,NBFM信號(hào):,AM信號(hào):,78,AM和NBFM頻譜比較,79,AM:兩個(gè)

18、邊頻的合成矢量與載波同相，所以只有幅度的變化，無(wú)相位的變化； NBFM:下邊頻為負(fù)，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波則是正交相加，不僅有相位的變化，幅度也有很小的變化。,(a) AM (b) NBFM,80,窄帶調(diào)頻由于最大相位偏移小，使得調(diào)頻制式抗干擾性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)不能充分發(fā)揮。因此，只用于抗干擾要求不高的短距通信，并多用于寬帶調(diào)頻的前置級(jí)，再通過(guò)倍頻成為寬帶調(diào)頻。,81,4.3.3 寬帶調(diào)頻(僅單音情況),Jn (mf) 第一類n階貝塞爾函數(shù),1.單音WBFM時(shí)域表達(dá)式:,傅里葉級(jí)數(shù):,82,Jn (mf)曲線,83,利用貝塞爾函數(shù)的性質(zhì):,WBFM的時(shí)域表達(dá)式：,84,由載波分量c和無(wú)數(shù)邊頻(c

19、nm)組成; n = 0,載波分量 ,幅度為AJ0 (mf); n 0,對(duì)稱分布在載頻兩側(cè)的邊頻分量(c nm),幅 度為AJn (mf)，相鄰邊頻之間的間隔為m； n為奇數(shù)時(shí)上下邊頻極性相反, n為偶數(shù)時(shí)極性相同。,討論:,2.WBFM的頻域表達(dá)式,WBFM的頻域表達(dá)式：,85,2) 同階邊頻分量幅度大小相等，當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)上下邊頻符號(hào)相反，n為偶數(shù)時(shí)符號(hào)相同。,1) 寬帶調(diào)頻由載頻和無(wú)窮多個(gè)邊頻組成且對(duì)稱分布，間隔wf ；,86,3.調(diào)頻信號(hào)的帶寬,也稱為卡森（Carson）公式。,理論上調(diào)頻信號(hào)的頻帶寬度為無(wú)限寬!,由于邊頻幅度隨n增大而減小，近似認(rèn)為頻譜有限。通常信號(hào)頻帶寬度應(yīng)包括幅度大

20、于未調(diào)載波10%以上的邊頻分量。當(dāng)mf1時(shí),nmf+1以上的邊頻幅度均小于0.1。,有效帶寬:,87,當(dāng)mf1,寬帶調(diào)頻的帶寬: 當(dāng)任意限帶信號(hào)調(diào)制時(shí)，fm是調(diào)制信號(hào)的最高頻率， mf為調(diào)制指數(shù)，是最大頻偏 f與fm之比。,88,基帶信號(hào) ，載波為 ， 請(qǐng)寫出調(diào)頻及調(diào)相信號(hào)表示式，并求調(diào)制指數(shù)。 解：在調(diào)相系統(tǒng)中,在調(diào)頻系統(tǒng)中,已調(diào)信號(hào)為,89,調(diào)頻信號(hào)的平均功率等于未調(diào)載波的平均功率，即調(diào)制前后總的功率不變，只是將原來(lái)載波功率中的一部分分配給每個(gè)邊頻分量。,4. 調(diào)頻信號(hào)的功率分配,調(diào)頻信號(hào)平均功率:,貝塞爾函數(shù)的性質(zhì),90,4.3.4 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),直接調(diào)頻法：用調(diào)制信號(hào)直接去控制

21、載波振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律線性地變化。,壓控振蕩器/LC振蕩器,91,優(yōu)點(diǎn)：可以獲得較大的頻偏。 缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度不高。,直接調(diào)頻法優(yōu)缺點(diǎn),改進(jìn)途徑：采用鎖相環(huán)（PLL）調(diào)制器,92,間接法調(diào)頻 阿姆斯特朗Armstrong法,原理:先將調(diào)制信號(hào)積分，然后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，即可產(chǎn)生一個(gè)窄帶調(diào)頻(NBFM)信號(hào)，再經(jīng)n次倍頻得到寬帶調(diào)頻 (WBFM) 信。,93,NBFM信號(hào)的瞬時(shí)頻率 (t)= 0 +kFM f(t),經(jīng)N次倍頻后的頻率 (t)=N (t)=N 0+NkFM f(t),倍頻利用非線性器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣會(huì)產(chǎn)生一些不需要的頻率分量，載頻也不一定為合適的頻率。倍頻器之后通常有

22、移頻網(wǎng)絡(luò)以保證獲得正確載頻的WBFM信號(hào)。,經(jīng)移頻網(wǎng)絡(luò) (t)= 0+NkFM f(t),94,相干解調(diào)：只適用于NBFM、NBPM信號(hào) 非相干解調(diào)：適用于所有FM和PM信號(hào),窄帶調(diào)頻信號(hào)可以分解成為正交分量和同相分量，而相干解調(diào)則是抑制一種分量提取一種分量。,帶通濾波器,低通濾波器,微分器,SNBFM(t),si(t),sp(t),sd(t),so(t),c(t)=-sin0t,一、相干解調(diào),4.3.5 角度調(diào)制信號(hào)的解調(diào),95,注意：相干解調(diào)僅適用于窄帶角度調(diào)制信號(hào)的解調(diào),調(diào)制信號(hào)存在 于正交分量中,相干解調(diào)：,窄帶調(diào)相與窄帶調(diào)頻類似，只是不需要微分器。,96,例：證明單音NBPM本地載波

23、為-sin0t 。,97,二、非相干解調(diào)(適用于所有調(diào)角信號(hào)),三種方法：鑒頻器解調(diào)、環(huán)路解調(diào)器、頻率反饋解調(diào)器,原理：將頻率變化轉(zhuǎn)化為幅度變化之后檢出幅度變化；,組成：由微分器和包絡(luò)檢波器組成。,鑒頻器,KD,1、FM信號(hào)非相干解調(diào),98,si(t) =dsFM(t)/dt= -A00+kFMf(t) sin0t+kFMf(t)dt,調(diào)幅,調(diào)頻,SFM(t)=A0cos0t+kFMf(t)dt,輸入信號(hào)：,微分,包絡(luò)檢波,sd(t)=-A0KD 0+kFMf(t),低通、隔直,so(t)=KDkFMA0f(t) f(t),99,SPM(t)=A0cos0t+kPMf(t) si(t) = d

24、sPM(t)/dt= -A00+kPMdf(t)/dt sin0t+kPMf(t) sd(t)= KDkPMA0df(t)/dt so(t)=sd(t)dt= KDKPMA0f(t) f(t),帶通 濾波器,限幅器,鑒頻器,LPF,sPM(t),si(t),sd(t),so(t),積分器,sP(t),增加一個(gè)積分器,各點(diǎn)信號(hào)表示：,2、PM信號(hào)非相干解調(diào),100,So(t),4.3.6 非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能,ni(t)=nc(t)cos0t -ns(t)sin 0t,SNBFM(t),帶通 濾波器,低通 濾波器,微分器,n(t),2Wf,Si(t),ni(t),Sd(t),nd(t),S

25、p(t),nd(t),no(t),-sinw0t,相干解調(diào)器,一、NBFM相干解調(diào)的抗噪聲性能,so(t)=kFMA0f(t)/2,n0(t)=？,解調(diào)器輸入端：,解調(diào)器輸出端：,求GNBFM？,si(t)= SNBFM(t)=A0cos0t A0kFMf(t)dtsin 0t,101,信噪比增益：,GNBFM = (So/ No)NBFM/ (Si/ Ni)NBFM,由于FM= kFM|f(t)|max，將kFM =FM/|f(t)|max代入上式，得,=6(FM/f)2 f2(t)/ |f(t)|2max,輸入信噪比： (Si/ Ni)NBFM =A20/2n0Wf,102,|f(t)|m

26、ax=Af ， f2(t)=A2f/2，F(xiàn)M= FM/f,單音調(diào)制： f(t)= Afcosft,窄帶調(diào)制時(shí)， FM很小，所以調(diào)制增益G很低。,GNBFM =6(FM/f)2 f2(t)/ |f(t)|2max=32FM,相干解調(diào),同理NBPM的調(diào)制增益：,103,FM信號(hào)非相干解調(diào)解調(diào)器,帶通 濾波器,低通 濾波器,微分器,n(t),Si(t),ni(t),Sd(t),nd(t),Sp(t),nd(t),So(t),no(t),包絡(luò) 檢波器,SFM(t),帶通濾波器的帶寬WFM2FM。,由于非相干解調(diào)不再是線性疊加的處理過(guò)程，因此必須討論信號(hào)和噪聲的合成信號(hào)及其輸出。,Si=si2(t)=A

27、02/2 Ni=n0 B= n0 FM /,(Si/ Ni)FM =A20/2n0 FM,二、WBFM非相干解調(diào)的抗噪聲性能,104,si(t)+ ni(t) = A0cos0t +kFMf(t)dt+r(t)cos0t+(t) = A0cos0t+(t)+r(t)cos0t+(t) = (t)cos0t+ (t),鑒頻器輸出應(yīng)是(t)的微分，即頻率的瞬時(shí)增量。,(t) 為合成波形的瞬時(shí)幅度 (t) 為合成波形的瞬時(shí)相位增量,105,A0cos0t+(t)=A0cos1 信號(hào)矢量 r(t)cos0t+(t) = r(t) cos2 噪聲矢量 (t)cos0t+ (t) = (t)cos3 合成

28、矢量,設(shè)：,矢量合成圖,2-1,2,3,1,3-1,A0,r(t),參考線,信號(hào),噪聲,(t),噪聲,106,(t) (t)+r(t)sin(t)-(t)/A0,合成矢量的瞬時(shí)相位增量：,(t)=kFMf(t)dt,1、大信噪比情況,107,即： sd(t)= KDKFMf(t) nd(t)= (KD/A0)dr(t)sin(t)- (t)/dt,v(t)=KDd(t)/dt= KDKFMf(t) + (KD/A0)dr(t)sin(t)- (t)/dt,信號(hào)項(xiàng),噪聲項(xiàng),鑒頻器輸出,nd(t)= (KD/A0)dr(t)sin(t)/dt= (KD/A0)dns (t)/dt,02內(nèi)均勻分布，

29、記為(t),108,輸出信號(hào)功率：,低通濾波： s0(t)= sd(t)= KDKFMf(t) n0(t)= nd(t)= (KD/A0)dns(t)/dt,輸出噪聲功率：,n0()=(KD/A0)22 ns() |Wf,ns(),FM,-FM,Wf,-Wf, n0(),ns()= n0 | FM,n0,輸出信噪比：,109,單音調(diào)制：,大信噪比條件下，WBFM非相干解調(diào)可以得到很大的信噪比增益，明顯地改善系統(tǒng)的抗噪聲性能。,GFM=3(FM / f )3=3 FM,信噪比增益：,110,調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)比較,例：設(shè)調(diào)頻與調(diào)幅信號(hào)均為單音調(diào)制，調(diào)制信號(hào)頻率為fm，調(diào)幅信號(hào)為100%調(diào)制。當(dāng)兩

30、者的接收功率Si相等，信道噪聲功率譜密度n0相同時(shí)，比較調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)的抗噪聲性能。,兩者輸出信噪比的比值：,解：調(diào)頻波的輸出信噪比為,111,將這些關(guān)系式帶入上式，得,1、在高調(diào)頻指數(shù)時(shí)，調(diào)頻系統(tǒng)的輸出信噪比遠(yuǎn)大于調(diào)幅系統(tǒng)。如mf=5時(shí)，寬帶調(diào)頻的So/No是調(diào)幅時(shí)的112.5倍。若兩者輸出信噪比相等，則調(diào)頻信號(hào)的發(fā)射功率可減小到調(diào)幅信號(hào)的1/112.5。 2、調(diào)頻系統(tǒng)的這一優(yōu)越性是以增加傳輸帶寬來(lái)?yè)Q取的。,112,2、小信噪比情況,1-2,1,3,2,3 - 2,A0,r(t),矢量合成圖,(t),(t) (t)+A0 / r(t)sin(t)- (t),噪聲項(xiàng),噪聲與信號(hào)的混合,由于

31、混合信號(hào)中不存在獨(dú)立的信號(hào)，輸出信噪比迅速惡化，此現(xiàn)象稱之門限效應(yīng)。,Si/ Ni,So/ No,(Si/ Ni) TH,FM,噪聲,信號(hào),113,單音調(diào)制時(shí)在不同調(diào)制指數(shù)下，調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比與輸入信噪比的關(guān)系曲線。,1、門限值與調(diào)制指數(shù)mf 有關(guān)，mf 越大，門限值越高。一般認(rèn)為門 限值為10dB左右。 2、在門限值以上時(shí)，(So /No)FM與 (Si /Ni)FM呈線性關(guān)系，且mf 越 大，輸出信噪比的改善越明顯。,114,門限效應(yīng)是FM系統(tǒng)存在的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題,尤其在遠(yuǎn)距離通信和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域中。實(shí)際中降低門限值（門限擴(kuò)展）有兩類方法：,1、采用鎖相環(huán)解調(diào)器和負(fù)反饋解調(diào)器，門限比一

32、般鑒頻器的門限電平低610dB。 2、采用“預(yù)加重”和“去加重”技術(shù)改善調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比，相當(dāng)于改善了門限。,115,預(yù)加重和去加重,鑒頻器輸出噪聲功率譜隨頻率呈拋物線形狀增大，但在調(diào)頻廣播中所傳送的語(yǔ)音信號(hào)能量卻主要分布在低頻端，所以高頻端輸出信噪比明顯較小。,去加重：在解調(diào)器輸出端接一個(gè)傳輸特性隨頻率增加而滾降的線性網(wǎng)絡(luò)Hd (f) ，將調(diào)制頻率高頻端的噪聲衰減，使總的噪聲功率減小。,預(yù)加重：在調(diào)制器前加入一個(gè)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)Hp(f) ，人為地提升調(diào)制信號(hào)的高頻分量，以抵消去加重網(wǎng)絡(luò)的影響。,116,引入比較基準(zhǔn)基帶傳輸系統(tǒng),4.4 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較,信號(hào)功率也相同,輸入輸出信號(hào)相

33、同,規(guī)定落入信號(hào)帶寬Wf內(nèi)的噪聲功率作為接收機(jī)輸入端的噪聲功率，而接收機(jī)輸出端的噪聲功率應(yīng)是低通濾波器帶寬(即信號(hào)帶寬)內(nèi)的噪聲功率。,117,輸入輸出噪聲功率相同,輸入輸出端的信噪比也相同,其它調(diào)制方式以此作為在輸入信噪比相同的條件下，輸出信噪比比較基準(zhǔn)！,118,DSB系統(tǒng)：,AM系統(tǒng)：,單音且100%調(diào)制時(shí)，,119,SSB系統(tǒng)：,FM系統(tǒng)：,單音調(diào)制時(shí)，,120,WBFM抗噪聲性能最好，DSB、SSB、VSB抗噪聲性能次之，AM抗噪聲性能最差。,121,頻帶利用率,1）SSB系統(tǒng)和基帶系統(tǒng)頻帶利用率最高； 2）FM系統(tǒng)頻帶利用率最低。,122,AM：,優(yōu)點(diǎn)：接收設(shè)備簡(jiǎn)單； 缺點(diǎn)：頻帶利

34、用率低，功率利用率低，抗干擾能力差； 應(yīng)用：通信質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，目前主要用在中波和短波的調(diào)幅廣播中 。,DSB：,優(yōu)點(diǎn)：功率利用率高； 缺點(diǎn)：接收要求同步解調(diào)，設(shè)備較復(fù)雜 ； 應(yīng)用：只用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專用通信，運(yùn)用不太廣泛。,各種調(diào)制方式小結(jié),123,SSB：,優(yōu)點(diǎn)：功率利用率和頻帶利用率都較高 ； 缺點(diǎn)：發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜 ； 應(yīng)用：頻帶比較擁擠的場(chǎng)合，如短波波段的的無(wú)線電廣播和頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中。,VSB：,在VSB系統(tǒng)中，附加一個(gè)足夠大的載波，用包絡(luò)檢波法解調(diào)合成信號(hào)（VSB+C）。 優(yōu)點(diǎn)：綜合了AM、SSB和DSB三者的優(yōu)點(diǎn) ； 應(yīng)用：商用電視廣播系統(tǒng) 。,124,WBFM：,優(yōu)點(diǎn)：

35、幅度恒定不變，對(duì)非線性器件不甚敏感，抗干擾能力強(qiáng) ； 缺點(diǎn)：頻帶利用率低，存在門限效應(yīng) ； 應(yīng)用：長(zhǎng)距離高質(zhì)量的通信系統(tǒng)中，如空間和衛(wèi)星通信、調(diào)頻立體聲廣播、超短波電臺(tái)等 。,NBFM：,優(yōu)點(diǎn)：相干解調(diào)時(shí)不存在門限效應(yīng) ； 應(yīng)用：小型通信機(jī) 。,125,4.5 頻分復(fù)用(FDM),頻分多路傳輸是指利用不同頻率的副載波作為分路信號(hào)，以便在同一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多個(gè)信息的技術(shù)。,1、若相鄰信號(hào)之間產(chǎn)生相互干擾，將會(huì)使輸出信號(hào)產(chǎn)生失真，所以應(yīng)合理選擇載波頻率。,2、可用于傳輸模擬信號(hào)，也可用于傳輸數(shù)字信號(hào)。,充分利用信道的頻帶資源，提高信道利用率,126,1、FDM基本原理,127,各路基帶信號(hào)首先通

36、過(guò)低通濾波器(LPF)限制基帶信號(hào)的帶寬，避免它們的頻譜出現(xiàn)相互混疊。,128,各路都有一個(gè)副載波振蕩器，以產(chǎn)生頻率為01， 02， 0N的正弦波，將信號(hào)f1(t)， f2(t)，fN(t)分別為它們進(jìn)行調(diào)制而實(shí)現(xiàn)頻譜搬移。這種調(diào)制稱為第一次調(diào)制或副載波調(diào)制。將各路已調(diào)制副載波相加，形成多路信號(hào)或綜合信號(hào),129,多路信號(hào)仍屬于基帶信號(hào)，可以直接通過(guò)電纜或?qū)Ｓ脤?dǎo)線傳輸?shù)浇邮斩恕榱藢?shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，還需將多路信號(hào)對(duì)射頻載波再作一次調(diào)制，我們稱為這種調(diào)制為第二次調(diào)制或主載波調(diào)制。,130,為防止各路信號(hào)間的相互串?dāng)_，在相鄰兩路之間留有一定的保護(hù)間隔Wg。,W01,W02,W03,W0N,W0N,W03,W02,W01,SN(),S1(),S2(),S3(),Ss(),FN(),F1(),F2(),F3(),Wg,2、FDM的帶寬,131,多路信號(hào)的帶寬 Ws = cN + Wf cN,若副載波采用單邊帶調(diào)幅（SSB），且各路已調(diào)信號(hào)頻譜之間不留保護(hù)間隔Wg，則多路SSB信號(hào)的帶寬為N