第5章模擬調(diào)制

1、1 5.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 5.3 角度調(diào)制（非線性調(diào)制）的原理 5.4 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 5.5 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較 5.6 頻分復(fù)用(FDM)和調(diào)頻(FM)立體聲 第第5章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 2 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l基本術(shù)語(yǔ)： l調(diào)制調(diào)制 把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男?式的一種過(guò)程。 l調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào) 指來(lái)自信源的基帶信號(hào) l載波載波 未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)，它可以 是正弦波，也可以是非正弦波。 l載波調(diào)制載波調(diào)制 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的 過(guò)程。 l已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào) 載波受調(diào)制后稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)。 3

2、 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l調(diào)制的目的 l提高無(wú)線通信時(shí)的天線輻射效率。 l把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載 頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高 信道利用率。 l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。 4 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l調(diào)制方式 l模擬調(diào)制 l數(shù)字調(diào)制 l常見(jiàn)的模擬調(diào)制 l幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和 殘留邊帶 l角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制 5 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l一般原理 載波： 幅度調(diào)制信號(hào)： 頻譜： 0 ( )cos c c tAt ( )( )cos mc stAm tt ( )() 2 m

3、cc A SMM 6 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 5.1.1調(diào)幅（調(diào)幅（AM）：）： 時(shí)域表示式： 頻譜： 調(diào)制器模型： 00 ( )( )coscos( )cos AMccc stAm ttAtm tt 0 1 ( ) ()()()() 2 AMcccc SAMM 7 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 波形圖： |m(t)| A0時(shí)，時(shí)， 其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形相同，其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形相同， 因此用包絡(luò)檢波法很容易恢因此用包絡(luò)檢波法很容易恢 復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)。復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)。 否則，出現(xiàn)否則，出現(xiàn)“過(guò)調(diào)幅過(guò)調(diào)幅”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 這時(shí)用包絡(luò)檢波將發(fā)生失真。這時(shí)用包絡(luò)檢波將發(fā)生失真。 但是

4、，可以采用其他的解調(diào)但是，可以采用其他的解調(diào) 方法，如同步檢波。方法，如同步檢波。 載頻分量 載頻分量 上邊帶 上邊帶 下邊帶下邊帶 特點(diǎn)：上邊帶的頻譜 結(jié)構(gòu)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 組成：載頻分量 上邊帶 下邊帶 頻譜： 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 9 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 AM信號(hào)的特性 l 帶寬：它是帶有載波分量的雙邊帶信號(hào)，帶寬是 基帶信號(hào)帶寬 fH 的兩倍： l 功率： 式中 Pc = A02/2 載波功率， 邊帶功率。 222 0 22222 00 ( )( ) cos cos( )cos2( )cos AMAMc ccc PstAm

5、tt Atm ttA m tt HAM fB2 2/ )( 2 tmP s 10 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 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(chēng)為調(diào) 制效率： 當(dāng)m(t) = Am cos mt時(shí)， 當(dāng)|m(t)|max = A0時(shí) max 1/3 2 22 0 S AM AM mtP P Amt 2 2 22 22 0 0 2 m AM m mtA AA Amt 11 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l5.1.2 雙邊帶調(diào)制（DSB） 時(shí)域表示式： 頻譜：無(wú)載頻分量 曲線： ttmts cDSB cos)()( )()( 2 1 )( ccDSB

6、MMS 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 DSB調(diào)制的性質(zhì) l(1) DSB信號(hào)的包絡(luò)與 m(t)不成正比，故不 能采用包絡(luò)檢波，需采用相關(guān)解調(diào)。 l(2) 占用帶寬與AM相同 l(3)調(diào)制效率：100 l優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率 l缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較 復(fù)雜。 12 HDSB fB2 13 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 5.1.3 單邊帶調(diào)制（SSB） 原理：僅傳輸一個(gè)邊帶,省功率，省頻帶。 l濾波法 l上單邊帶 l下單邊帶 1, ( )( ) 0, c USB c HH 1, ( )( ) 0, c LSB c HH 14 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l 頻譜圖:

7、l 技術(shù)難點(diǎn)：濾波器實(shí)現(xiàn) l 措施：多級(jí)調(diào)制（限制調(diào)制信號(hào)無(wú)直流分量） 15 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l相移法 SSB信號(hào)的時(shí)域表示式： 單頻調(diào)制信號(hào)為 DSB信號(hào)的時(shí)域表示式為 若保留上邊帶，則有 tAtm mm cos)( tAtA ttAts mcmmcm cmmDSB )cos( 2 1 )cos( 2 1 coscos)( 16 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 若保留下邊帶，則有 合并： 1 ( )cos() 2 USBmCm stAt 11 coscossinsin 22 mmcmmc AtAt 1 ()cos() 2 LSBmCm stAt 11 coscossins

8、in 22 mmcmmc AttAtt ttAttAts cmmcmmSSB sinsin 2 1 coscos 2 1 )( 17 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 上式中Am sinmt可以看作是Am cosmt 相移/2的結(jié) 果。把這一相移過(guò)程稱(chēng)為希爾伯特變換，記為 “ ”，則有 推廣到一般情況 tAtA mmmm sinso c 11 ( )coscoscossin 22 SSBmmcmmc stAttAtt ttmttmts ccSSB sin)( 2 1 cos)( 2 1 )( ttAttAts cmmcmmSSB sinsin 2 1 coscos 2 1 )( 18 5.1幅

9、度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l希爾伯特濾波器傳遞函數(shù) l移相法SSB調(diào)制器方框圖 sgn)(/ )( )(jMMH h sgn)()( jMM 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 SSB調(diào)制的性質(zhì) l(1) SSB信號(hào)可節(jié)省載波發(fā)射功率，頻帶寬 度只有雙邊帶的一半，即頻帶利用率提高一 倍。 l(2) 不能采用包絡(luò)檢波，需采用相關(guān)解調(diào)。 l(3) SSB帶寬的節(jié)省是以復(fù)雜度的增加為代 價(jià)的。 19 HSSB fB 20 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l5.1.4 殘留邊帶（VSB）調(diào)制 l 對(duì)低頻分量豐富的調(diào)制信號(hào)（如：電視信號(hào)，數(shù)字基帶對(duì)低頻分量豐富的調(diào)制信號(hào)（如：電視信號(hào)，數(shù)字基帶 信號(hào)），

10、用單邊帶調(diào)制十分困難。信號(hào)），用單邊帶調(diào)制十分困難。 l 殘留邊帶殘留邊帶(VSB)調(diào)制調(diào)制是介于雙邊帶與單邊帶之間的一種調(diào)是介于雙邊帶與單邊帶之間的一種調(diào) 制方式，它保留了一個(gè)邊帶和另一邊帶的一部分。它既制方式，它保留了一個(gè)邊帶和另一邊帶的一部分。它既 克服了克服了DSB（雙邊帶）信號(hào)占用頻帶寬的問(wèn)題，又解決（雙邊帶）信號(hào)占用頻帶寬的問(wèn)題，又解決 了單邊帶濾波器不易實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。了單邊帶濾波器不易實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。VSB的帶通濾波器不需的帶通濾波器不需 要十分陡峭的濾波特性。要十分陡峭的濾波特性。 21 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l5.1.4 殘留邊帶（VSB）調(diào)制 l原理如圖： 22 5.1幅

11、度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l調(diào)制方法：濾波法、相移法 l對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求 lVSB解調(diào)器 ( ) VSBDSB SSH 1 ()( ) 2 cc MMH 23 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 圖中 代入 得到 VSB 2( )cos pc ststt ()() pVSBcVSBc SSS ( ) VSBDSB SSH 1 ( ) ( ) 2 cc MMH 1 (2)() 2 pcc SMMH 1 ()(2)() 2 cc MMH 24 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 低通濾波器的輸出頻譜為 為了信號(hào)m(t) 無(wú)失真必須滿足： 結(jié)論：H()在c處必須具有互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)（奇對(duì) 稱(chēng)）特性。如

12、下圖， 1 ( )( )()() 2 dcc SMHH ()() ccH HH常數(shù)， 25 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 26 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l5.1.5 線性調(diào)制的一般模型 l濾波法模型 時(shí)域表示式為： 頻域表示式為： )(cos)()(thttmts cm )()()( 2 1 )(HMMS ccm 27 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l移相法模型 l式中 )(cos)()(thttmts cm ( )( )( ) II s th tm t( )( )cos Ic h th tt ( )( )( ) QQ sthtm t( )( )sin Qc hth tt t

13、tstts cQcI sin)(cos)( 28 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l5.1.6 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波 l相干解調(diào) l原理 ttsttsts cQcIm sin)(cos)()( ttsttststs cQcIIp 2sin)( 2 1 2cos)( 2 1 )( 2 1 )( )()( 2 1 )(tmtsts Id 29 5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 l包絡(luò)檢波 l適用條件：AM信號(hào)，且|m(t)|max A0 ， l結(jié)構(gòu)： cH fRCf /1 2021-8-6 信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者 噪聲源 5.2 5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 回顧

14、：模擬通信系統(tǒng)模型 tsm tn m(t) tm0 tn0 31 5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 5.2.1分析模型分析模型 帶通 濾波器 sm(t) sm(t) n(t) ni(t) 解調(diào)器 mo(t) no(t) 解調(diào)器抗噪聲性能分析模型解調(diào)器抗噪聲性能分析模型 噪聲分析噪聲分析 窄帶的高斯噪聲: ttnttntn sci00 sin)(cos)()( isci Ntntntn)()()( 222 已 調(diào) 輸 入 信 號(hào)已 調(diào) 輸 入 信 號(hào) A M 、 DSB、 SSB、VSB 加性、高斯白噪聲加性、高斯白噪聲 （均值為零）（均值為零） 32 |H( f )| 1.0 0f0f0f B

15、 若白噪聲的雙邊功率譜密度為n0/2，帶通濾波器傳輸特性是高度為1。 BnNi 0 噪聲的功率計(jì)算噪聲的功率計(jì)算 33 解調(diào)器輸出信噪比解調(diào)器輸出信噪比 調(diào)制制度增益調(diào)制制度增益 ii NS NS G / / 00 帶通 濾波器 sm(t) sm(t) n(t) ni(t) 解調(diào)器 mo(t) no(t) 解調(diào)器抗噪聲性能分析模型解調(diào)器抗噪聲性能分析模型 )( )( 入噪聲平均功率 平均功率 2 2 tn ts N S i m i i 輸 輸入信號(hào) 解調(diào)器輸入信噪比解調(diào)器輸入信噪比 2 oo 2 o o ( ) ( ) Sm t N n t 解調(diào)器輸出有用信號(hào)的平均功率 解調(diào)器輸出噪聲的平均功

16、率 34 ( ) m s t LPF BPF )(tn ( ) m s t )(tni )(tno o( ) m t cos ct 5.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 DSB相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型 信號(hào)功率計(jì)算信號(hào)功率計(jì)算 ttmts cm cos)()( ttmtmttm cc 2cos)( 2 1 )( 2 1 cos)( 2 o 1 ( )( ) 2 mtm t 解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)功率： 22 oo 1 ( )( ) 4 Sm tm t B=2fH 35 ( ) m s t LPF BPF )(tn ( ) m s t )(tni )(tno o(

17、) m t cos ct 噪聲功率計(jì)算噪聲功率計(jì)算 ttn ttntn cs cci sin)( cos)( )( sin)(cos)( )(cos)( ttnttn tnttn cscc cci 22 2 1 2 1 o 1 ( )( ) 2 c n tn t 輸出噪聲功率： B=2fH 22 oo 1 ( )( ) 4 c Nn tn t BnNtn ii0 2 4 1 4 1 )( 4 1 36 信噪比計(jì)算信噪比計(jì)算 輸入信噪比 Bn tm N S i i 0 2 2 1 )( 輸出信噪比： 2 2 o o0 1 ( ) ( ) 4 1 4 i m t Sm t Nn B N )(cos

18、)()(tmttmtsS cmi 2 2 2 2 1 制度增益計(jì)算制度增益計(jì)算 2 00 ii DSB NS NS G / / B=2fH ( ) m s t LPF BPF )(tn ( ) m s t )(tni )(tno o( ) m t cos ct 5.2.3 SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 信號(hào)功率計(jì)算信號(hào)功率計(jì)算 ttmttmts ccm sin)(cos)()( 2 1 2 1 1 ( ) 4 o mtm t 22 oo 1 ( )( ) 16 Sm tm t 輸出信號(hào)平均功率： B=fH 輸入信號(hào)平均功率： )()(sin)(cos)()(tmtmttmttmtsS ccmi 222

19、2 2 1 2 1 4 1 4 1 )(tm 2 4 1 BnNN i00 4 1 4 1 噪聲功率計(jì)算噪聲功率計(jì)算 ( ) m s t LPF BPF )(tn ( ) m s t )(tni )(tno o( ) m t cos ct B=fH 信噪比計(jì)算信噪比計(jì)算 輸入信噪比： Bn tm Bn tm N S i i 0 2 0 2 4 4 1 )( )( 輸出信噪比： Bn tm N S 0 2 0 0 0 4 1 16 1 )( 制度增益計(jì)算制度增益計(jì)算 Bn tm 0 2 0 4 )( 1 11 00 NS NS GSSB / / 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：DSB調(diào)制的性能是否優(yōu)于調(diào)制的性能是否

20、優(yōu)于SSB調(diào)制。調(diào)制。 5.2.4 AM包絡(luò)檢波的性能 包絡(luò)檢波器分析模型包絡(luò)檢波器分析模型 帶通 濾波器 sm(t)sm(t) n(t) ni(t) 包絡(luò) 檢波器 mo(t) no(t) 輸入信噪比計(jì)算輸入信噪比計(jì)算 ttmAts cm cos)()( 0 ttnttntn cscci sin)(cos)()( 22 2 2 0 2 )( )( tmA tsS mi BntnN ii0 2 )( Bn tmA N S i i 0 2 2 0 2 )( 包絡(luò)計(jì)算包絡(luò)計(jì)算 帶通 濾波器 sm(t)sm(t) n(t) ni(t) 包絡(luò) 檢波器 mo(t) no(t) )(cos)( sin)(c

21、os)(cos)( tttE ttnttnttmA c csccc 0 )()()()(tntntmAtE sc 22 0 )()( )( arctan)( tntmA tn t c s 0 輸出信噪比計(jì)算輸出信噪比計(jì)算 大信噪比情況大信噪比情況 2 s(t) 2 c(t) nn)(tmA0 )()()()()()(tntntntmAtmAtE scc 222 0 2 )()()()(tntntmAtmA cc 22 0 2 )()(tntmA c 0 )(tmS 2 0 BntntnN ic0 22 0 )()( Bn tm N S 0 2 0 0 )( ii AM NS NS G / /

22、00 )( )( tmA tm 22 0 2 2 )( )( tmA tm GAM 22 0 2 2 討論討論 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，而是惡化了。 3、 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 2 0 2 A tm)( 3 2 AM G 4. 可以證明，采用同步檢測(cè)法解調(diào)AM信號(hào)時(shí)，得到的調(diào)制 制度增益與上式給出的結(jié)果相同。 小信噪比情況小信噪比情況 2 s(t) 2 c(t) nn)(tmA )()()()(tmAtntntn csc 0 22 2 )(co

23、s )( )( )(t tR tmA tR 0 2 1 )()()()()()(tntmAtntntmAtE csc 0 222 2 )()()(tntntR sc 22 )( )( arctan)( tn tn t c s )( )( )(cos tR tn t c 1 2 11 2 1 x x x,)( )(cos )( )( )(t tR tmA tR 1 )(cos)()(ttmAtR 結(jié)論結(jié)論 在大噪聲情況下，在大噪聲情況下，AM系統(tǒng)非相干解調(diào)無(wú)法恢復(fù)原始信號(hào)系統(tǒng)非相干解調(diào)無(wú)法恢復(fù)原始信號(hào)m(t)。 門(mén)限效應(yīng)門(mén)限效應(yīng) 包絡(luò)檢波當(dāng)輸入信噪比小到某一個(gè)特定的數(shù)值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn) 輸出信噪比急

24、劇惡化的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱(chēng)為門(mén)限效應(yīng)，而該特定 的數(shù)值稱(chēng)為門(mén)限。 門(mén)限效應(yīng)門(mén)限效應(yīng) 大信噪比情況下，AMAM信號(hào)包絡(luò)檢波器的性能幾乎與相干解調(diào) 法相同;但隨著信噪比的減小，包絡(luò)檢波器將在一個(gè)特定輸入信噪比 值上出現(xiàn)門(mén)限效應(yīng); 一旦出現(xiàn)門(mén)限效應(yīng)，解調(diào)器的輸出信噪比將急劇 惡化。 結(jié)論結(jié)論 44 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l 前言 l角度調(diào)制：頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM) l載波的幅度保持恒定，而頻率和相位的變化 都表現(xiàn)為載波瞬時(shí)相位的變化。 l已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線性 搬移，產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分， 故又稱(chēng)為非線性調(diào)制。 l角度

25、調(diào)制最突出的優(yōu)勢(shì)是其較高的抗噪聲性 能。 45 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l5.3.1角度調(diào)制的基本概念 一般表達(dá)式 A 載波振幅 ct +(t) (t) 瞬時(shí)相位 (t) 瞬時(shí)相位偏移 (t) = dct +(t)/dt 瞬時(shí)角頻率 d(t)/dt 瞬時(shí)頻偏 )(cos)(ttAts cm 46 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l調(diào)頻與調(diào)相的定義 調(diào)頻（FM）調(diào)相(PM) )()(tmKt p )(cos)(tmKtAts pcPM )( )( )(tmK dt td t f ( )cos( ) FMcf stAtKm

26、d ( )( ) f tKmd dt tdm Kt f )( )( 47 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 單音調(diào)制FM與PM 調(diào)制信號(hào)： 調(diào)相信號(hào)： 調(diào)相指數(shù)： mp = Kp Am， 表示最大相位偏移。 ( )coscos2 mmmm m tAtAf t )coscos()(tAKtAts mmpcPM )coscos(tmtA mpc 48 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 調(diào)頻信號(hào)： 調(diào)頻指數(shù)： 最大角頻偏： 最大頻偏： cosn cfm Atm sit fm f mmm K A f m f fm K A fm fmf F

27、M ( )coscos cfmm stAtK Ad 49 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 PM 信號(hào)和FM 信號(hào)波形： 50 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 （a）直接調(diào)頻 （b）間接調(diào)頻 (c) 直接調(diào)相 (d) 間接調(diào)相 51 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l5.3.2 窄帶調(diào)頻（NBFM） 時(shí)域表示: ）（或 5 . 0 6 )( t f dmK ( )cos( ) t FMcf stAtKmd coscos( )sinsin( ) tt cfcf AtKmdAtKmd tdmAKtA

28、 c t fc sin)(cos 52 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 頻域表示: 由 和 得 )()(sin )()(cos )()( ccc ccc jt t Mtm j M dttm )( )( （設(shè)m(t)的均值為0） ()()1 ( )sin 2 cc c cc MM m t dtt 53 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 lNBFM和AM信號(hào)頻譜的比較 帶寬相同 邊頻分別乘了因式1/( - c)和1/( + c) NBFM的一個(gè)邊帶和AM反相 NBFM( ) ()() cc sA ()() 2 f cc cc AK

29、MM 1 ( ) ()()()() 2 AMcccc SAMM 54 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l單音調(diào)制NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較 調(diào)制信號(hào) NBFM信號(hào)為 AM信號(hào)為 tAtm mm cos)( ( )cos( )sin t NBFMcfc stAtAKmdt 1 cossinsin cmfmc m AtAA Ktt coscos()cos() 2 mF ccmcm m AA K Attt (cos)cos AMmmc sA Attscoscos cmmc Acot At 55 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l頻

30、譜圖 coscos()cos() 2 m ccmcm A Attt 56 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l矢量圖 57 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 5.3.3 寬帶調(diào)頻 設(shè)：調(diào)制信號(hào)為 則FM信號(hào)為： tfAtAtm mmmm 2coscos)( sincos)(tmtAts mfcFM )sinsin(sin-)sincos(costmtAtmtA mfcmfc tmJA mc n fn )ncos()( ( )()()() FMnfcmcm SAJ mnn 58 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)

31、制）的原理 l 討論 由載波分量c和無(wú)數(shù)邊頻(c nm)組成。 當(dāng)n = 0時(shí)是載波分量c ，其幅度為AJ0 (mf) 當(dāng)n 0時(shí)是對(duì)稱(chēng)分布在載頻兩側(cè)的邊頻分量(c nm) ，其幅度為AJn (mf)，相鄰邊頻之間的間隔 為m；且當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，上下邊頻極性相反； 當(dāng) n為偶數(shù)時(shí)極性相同。 59 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 典型頻譜結(jié)構(gòu) 帶寬 理論帶寬無(wú)限大 工程計(jì)算（卡森公式） )( 2) 1( 2 mmfFM fffmB 60 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 當(dāng)mf 1時(shí)， ，寬帶調(diào)頻的帶寬。 當(dāng)任意限帶信號(hào)調(diào)制時(shí)，fm

32、是調(diào)制信號(hào)的最 高頻率， mf是最大頻偏 f 與 fm之比。 例如， FM廣播中規(guī)定的最大頻偏f為75kHz， 最高調(diào)制頻率fm為15kHz，故調(diào)頻指數(shù)mf 5，信號(hào)的頻帶寬度為180kHz。 mFM fB2 fBFM 2 61 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l調(diào)頻信號(hào)的功率分配 信號(hào)的平均功率 由帕塞瓦爾定理可知 利用貝塞爾函數(shù)的性質(zhì) 得到 2 FMFM Pst 2 FMFM Pst 2 2 () 2 nf n A Jm 2 ()1 nf n Jm 2 2 FMc A PP 62 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 5.3.4

33、 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào) 產(chǎn)生： u直接調(diào)頻法：用調(diào)制信號(hào)直接去控制載波 振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律線 性地變化。 優(yōu)點(diǎn)：可以獲得較大的頻偏。 缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度不高 63 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l鎖相環(huán)（PLL）調(diào)制器 64 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l間接法調(diào)頻 阿姆斯特朗（Armstrong）法 65 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l間接法產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào) ( )m t 載波cos c At 積分器 NBFM( ) St 2/ ( )os( )sin t NBFMc

34、fc stActAKmdt 66 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l倍頻： 目的：提高調(diào)頻指數(shù)，獲得寬帶調(diào)頻。 方法：用非線性器件實(shí)現(xiàn) 原理：以理想平方律器件為例，其輸出-輸 入特性為 ，當(dāng)輸入信號(hào)為調(diào) 頻信號(hào)時(shí)， 載頻和相位偏移均增為2倍，由于相位偏移增 為2倍，因而調(diào)頻指數(shù)也必然增為2倍。 )()( 2 0 tasts i )(cos)(ttAts ci )(22cos1 2 1 )( 2 0 ttaAts c 67 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l 典型實(shí)例：調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī) 載頻：88-108 MHz，頻偏： f =7

35、5 kHz。 一次調(diào)制： 載頻： f1 = 200kHz 調(diào)制信號(hào)最高頻率： fm = 15kHz 頻偏 ： f1 = 25 Hz 需要的倍頻次數(shù)： 倍頻后載頻為： f1n = 200kHz3000=600MHz 300025/1075/ 3 1 ffn 68 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l具體方案 121 2112 )( fnnf ffnnf c 跳過(guò)例5-1 69 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l【例例5-1】 設(shè)調(diào)制信號(hào)是fm =15 kHz的單頻 余弦信號(hào)，NBFM信號(hào)的載頻f1 =200 kHz， 最大頻偏f1

36、 =25 Hz；f2 = 10.9 MHz，倍頻 次數(shù)n1 = 64，n2 =48。 (1) 求NBFM信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)； (2) 求調(diào)頻發(fā)射信號(hào)（即WBFM信號(hào)） 的載頻、最大頻偏和調(diào)頻指數(shù)。 70 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 解：NBFM信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)為 調(diào)頻發(fā)射信號(hào)的載頻為 最大頻偏為 調(diào)頻指數(shù)為 -3 1 1 3 25 1.67 10 15 10 m f m f MHz2 .91)109 .101020064(48)( 63 2112 ffnnfc kHzfnnf8 .76254864 121 12. 5 1015 108 .76 3 3 m f f

37、 f m 71 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l調(diào)頻信號(hào)的解調(diào) ( )( )sin( ) t dcfcf s tAK m ttKmd o( ) ( ) df m tK K m t 72 5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理 l相干解調(diào)：相干解調(diào)僅適用于NBFM信號(hào) NBFM( ) st LPF BPF )(tSi o( ) m t ( )c t 微分 )(tS p ( ) d st ( )cos( ) sin t NBFMcfc stAtA Kmdt ttc c sin)( ( )sin2( ) (1 cos2) 22 t pcf

38、c AA sttKmdt t Fd dmK A ts)( 2 )( )( 2 )( 0 tm AK tm F 73 5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 l分析模型 輸入調(diào)頻信號(hào) 輸入信號(hào)功率 輸入噪聲功率 輸入信噪比 FM( ) st BPF )(tn )(tSi )(tni LPF )(tno o( ) m t 限幅 鑒頻 FM( ) cos( ) t cF stAtKmd 2/ 2 ASi FMi BnN 0 FMi i Bn A N S 0 2 2 74 5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 5.4.2 大信噪比時(shí)的解調(diào)增益 分析方法：分析有用信號(hào)時(shí)設(shè)輸入噪聲為0；

39、分析 輸出噪聲時(shí)設(shè)調(diào)制信號(hào)為0。 l 有用信號(hào)： l 有用信號(hào)平均功率： l 計(jì)算輸出噪聲時(shí),解調(diào)器輸入為 o( ) ( ) df m tK K m t 2 22 oo ( )( ) df Sm tK Km t s( )s( )cos( )sin ( ) cos( )sin cicccsc ccsc Acotn tAcotn ttn tt An ttn tt 75 5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 式中 在大信噪比時(shí)，即A nc (t)和A ns (t)時(shí)， cos c A ttt 2 2 ( )( ) cs A tAn tnt ( ) arctan ( ) s c n t t

40、An t 包絡(luò)包絡(luò) A tn A tn tnA tn t ss c s )()( arctan )( )( arctan)( 76 5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 鑒頻器的輸出噪聲 ns(t)為輸入窄帶高斯噪聲的正交分量，其功率譜 密度為Pi (f) = n0 理想微分器功率傳輸函數(shù)為 故 dt tdn A K dt td Ktn sd dd )()( )( 2 22 2 22Hfjff 22 2 2 2 FM 0 2, 2 dd di KKB PfHfPff nf AA 77 5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 鑒頻器前、后的噪聲功率譜密度如下圖所示 解調(diào)器輸出（

41、LPF輸出）的噪聲功率為 78 5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 輸出信噪比為 22 2 0 o 2 223 0 2 4 8 3 mm mm ff d d ff dm K n NPf dff df A K n f A 222 o 23 o0 3( ) 8 f m A K m t S Nn f 79 5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 單頻調(diào)制情況 調(diào)頻信號(hào)為 式中 輸出信噪比 制度增益 ttm m cos)( sincos)(tmtAts mfcFM f f mmm K f m f 2 2 o o0 3/2 2 f m SA m Nn f 2 ooFM FM /3 /2 f iim SNB Gm SNf 32 3) 1(3 fff mmm 80 5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 l調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)比較 AM輸出信噪比 FM輸出信噪比 設(shè)AM信號(hào)為100%調(diào)制 則 討論 Bn tm N S 0 2 0 0 )( 2 2 o o0 3/2 2 f m SA m Nn f 2 2 ( ) 2 A m t oo2 FM oo AM / 3 / f SN m SN 81 5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 l討論： 在輸入A和n0相同，則寬帶調(diào)頻系統(tǒng)解調(diào)器 的輸出信噪比是調(diào)幅系統(tǒng)的3mf2倍。 傳輸帶寬換信噪比。AM 傳輸帶寬是2fm