第二章 模擬通信

1、現(xiàn)代通信技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社.北京北京內(nèi)容簡介第一章 現(xiàn)代通信技術(shù)概述n第二章 模擬通信第三章 模擬信號數(shù)字化第四章 數(shù)字信號的基帶傳輸?shù)谖逭?數(shù)字信號的頻帶傳輸?shù)诹?信道復(fù)用和多址方式第七章 同步原理第八章 通信技術(shù)在移動通信系統(tǒng)中應(yīng)用舉例第二章 模擬通信2.1模擬信號的傳輸方式模擬信號的傳輸方式2.1.1調(diào)制的作用調(diào)制的作用2.1.2調(diào)制的分類調(diào)制的分類2.2幅度調(diào)制幅度調(diào)制2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM2.2.2雙邊帶調(diào)制雙邊帶調(diào)制 DSB2.2.3單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制 SSB2.2.4殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制 VSB2.2.5幅度調(diào)制信號的解調(diào)幅度調(diào)制信號的解調(diào)

2、2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2.3角度調(diào)制角度調(diào)制2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式2.3.2調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)和帶寬調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)和帶寬2.3.3調(diào)頻方法調(diào)頻方法第二章 模擬通信2.3.4角度調(diào)制信號的解調(diào)角度調(diào)制信號的解調(diào)2.3.5調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能2.4各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較2.5無線電發(fā)射機(jī)無線電發(fā)射機(jī)2.5.1調(diào)幅發(fā)射機(jī)調(diào)幅發(fā)射機(jī)2.5.2調(diào)頻發(fā)射機(jī)調(diào)頻發(fā)射機(jī)2.6無線電接收機(jī)無線電接收機(jī)2.6.1調(diào)幅接收機(jī)調(diào)幅接收機(jī)2.6.2單邊帶接收機(jī)單邊帶接收機(jī)2.6.3調(diào)頻接收機(jī)調(diào)頻接收機(jī) 第二章

3、模擬通信本章內(nèi)容 1. 模擬通信系統(tǒng)的構(gòu)成 2. 模擬調(diào)制的分析 3. 模擬解調(diào)的分析 4. 無線電發(fā)射機(jī) 5. 無線電接收機(jī)2.1模擬信號的傳輸方式在模擬通信系統(tǒng)中，與輸入信息相對應(yīng)的基帶信號一般不適宜在無線電信道中傳輸，而是要經(jīng)過某種變換后再經(jīng)過發(fā)射天線送入無線信道，這一變換過程稱為調(diào)制。調(diào)制是用基帶信號去改變高頻信號某個參量的過程。2.1模擬信號的傳輸方式經(jīng)過調(diào)制的高頻信號有兩個基本特性：一是攜帶信息；二是適于在信道中傳輸。高頻信號本身有如運(yùn)載信息的工具，因此該高頻信號稱為載波，相應(yīng)的頻率稱為載頻。那么在接收端必須將已調(diào)的高頻信號進(jìn)行反變換，以恢復(fù)出發(fā)送端欲傳遞的基本信號，這一變化過程稱

4、為解調(diào)?？梢娦畔⒌陌l(fā)送、信息的恢復(fù)包含了兩個重要變換，即：調(diào)制與解調(diào)。2.1模擬信號的傳輸方式調(diào)制是由無線電發(fā)射機(jī)完成的。發(fā)射機(jī)主要由載波發(fā)生器、調(diào)制器、必要的功率放大器和發(fā)射天線組成 。天線載波產(chǎn)生器調(diào)制器調(diào)制器功率放大器基 帶 信號 發(fā)射機(jī)組成框圖2.1模擬信號的傳輸方式解調(diào)是由無線電接收機(jī)完成的。接收機(jī)主要由接收天線、選頻放大器和解調(diào)器組成。 天線選頻放大器解調(diào)器解調(diào)器基帶信號接收機(jī)組成框圖2.1模擬信號的傳輸方式2.1.1調(diào)制的作用 1提高輻射頻率提高輻射頻率易于輻射易于輻射 由天線理論可知，通信中一般采用半波振子的天線，其天線長度為波長的1/4,信號才可能被天線有效地輻射出去，而對于

5、大多數(shù)基帶信號來說，其波長很長，以致使天線尺寸大到難以實(shí)現(xiàn)的地步。 2.1模擬信號的傳輸方式 調(diào)制過程可將基帶信號調(diào)制到較高的載頻上，由于載頻的波長較短，因此發(fā)射天線易于實(shí)現(xiàn)。比如手機(jī)傳遞語音信號，如果不調(diào)制，則天線尺寸很大很大；將手機(jī)語音信號調(diào)制到上千M的高頻信號，其基站天線和手機(jī)天線可以做的比較小。移動通信基站天線手機(jī)天線2.1模擬信號的傳輸方式2實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用提高信道利用率提高信道利用率由于不同基帶信號的頻譜所占據(jù)的頻帶大致相同，則要相互干擾。如果將不同的基帶信號，調(diào)制到不同的載頻上，只要這些載頻的間隔足夠大，使發(fā)射的各高頻已調(diào)信號占據(jù)的頻譜不相重疊，就不會產(chǎn)生所要傳輸信號間的

6、相互干擾，從而實(shí)現(xiàn)在一個信道里同時傳輸多路信號，提高信道利用率。 2.1模擬信號的傳輸方式1路信號2路信號3路信號信道復(fù)用示意圖2.1模擬信號的傳輸方式3改變信號占用的帶寬改變信號占用的帶寬減小干擾減小干擾 4帶寬和信噪比互換帶寬和信噪比互換改善系統(tǒng)的性能改善系統(tǒng)的性能 一般說，寬帶通信系統(tǒng)具有較好的抗干擾性能。例如：調(diào)頻信號的傳輸帶寬比調(diào)幅信號的大，所以它的抗干擾性能比調(diào)幅高。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，我們往往利用帶寬來換取信噪比的提高，帶寬和信噪比的互換就是由各種調(diào)制來完成的。 2.1模擬信號的傳輸方式2.1.2調(diào)制的分類調(diào)制的分類調(diào)制的種類很多，當(dāng)控制載波某個參數(shù)變化的基帶信號（調(diào)制信號）是時

7、間的連續(xù)函數(shù)時，這種類型的調(diào)制稱為模擬調(diào)制；當(dāng)調(diào)制信號是數(shù)字信號的時候，被稱為數(shù)字調(diào)制。按照載波的形式不同，模擬調(diào)制可分為正弦波調(diào)制和脈沖調(diào)制兩大類。本章主要討論載波為高頻正弦波的連續(xù)波模擬調(diào)制。2.1模擬信號的傳輸方式模擬正弦波調(diào)制的載波是高頻正弦波。根據(jù)基帶信號所控制的正弦波參量幅度、頻率、相位的不同，又可分為幅度調(diào)制（AM），頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM），它們分別表示正弦型載波的幅度，頻率和相位隨基帶信號作線性變化。 2.1模擬信號的傳輸方式模擬正弦波調(diào)制波形圖 2.1模擬信號的傳輸方式 模擬脈沖調(diào)制的載波是脈沖序列。根據(jù)基帶信號所控制的脈沖序列參量幅度、寬度、位置不同，可分為脈幅

8、調(diào)制（PAM）、脈寬調(diào)制（PWM）和脈位調(diào)制（PPM）。它們分別表示脈沖的幅度、寬度（持續(xù)時間）和位置（重復(fù)頻率）隨基帶信號作線性變化， 2.1模擬信號的傳輸方式模擬脈沖調(diào)制波形圖2.2幅度調(diào)制所謂幅度調(diào)制，就是高頻正弦波的幅度隨調(diào)制信號作線性變化的過程，是發(fā)送設(shè)備中不可缺少的部分。與之相對應(yīng)，接收設(shè)備中必須有振幅解調(diào)電路，簡稱檢波器，它從已調(diào)的高頻振蕩中檢出原低頻信號。從信號頻譜分析角度看，調(diào)幅與檢波的實(shí)質(zhì)都是頻譜搬移，因此必須通過非線性器件才能實(shí)現(xiàn)。2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AMAM調(diào)幅經(jīng)常用在收音機(jī)中，像在高頻(3- 30MHz)中的國際短波廣播所使用的調(diào)制方式也是AM，甚至比調(diào)頻廣播更高

9、頻率的航空導(dǎo)航通訊(116-136MHz)也是采用AM的方式。一般中波廣播(MW: Medium Wave)采用了調(diào)幅(AM)的方式，在不知不覺中，MW及AM之間就劃上了等號。實(shí)際上MW只是諸多利用AM調(diào)制方式的一種廣播，只是我們?nèi)粘Ｋf的AM波段指的就是中波廣播(MW）。 2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM航空通信塔AM調(diào)制收音機(jī)2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM1.調(diào)制過程調(diào)制過程調(diào)幅過程可以看作是有兩個入端和一個輸出端的“黑盒子”。輸入端的兩個信號：一個是需要傳遞的原始信號稱為調(diào)制信號u；另一個是未經(jīng)調(diào)制的高頻振蕩信號，稱為載波uc ；輸出端為已調(diào)制信號，稱為調(diào)幅波u 。 2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 A

10、M設(shè)：式中，和F為調(diào)制信號u的角頻率和頻率；c和fc為載波信號uc的角頻率和頻率。通常滿足c，經(jīng)調(diào)制后，得到的調(diào)幅波可表示為：式中，稱為調(diào)幅波的調(diào)制系數(shù)或調(diào)幅度，它與Um 、Ucm及調(diào)制電路的參數(shù)有關(guān)。 FtUtUumm2coscostfUtUuccmccmc2coscos(1cos)cosmacuUmtt2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM調(diào)幅器的輸入、輸出、電壓波形如圖 AM信號形成示意圖2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM調(diào)幅波2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM2.調(diào)制系數(shù)調(diào)制系數(shù) 把已調(diào)波的包絡(luò)形狀即把已調(diào)信號 的峰點(diǎn)連接起來, 與調(diào)制信號的波形相同，稱為不失真調(diào)制。調(diào)制系數(shù)的大

11、小通?？芍苯訌氖静ㄆ魃蠝y量調(diào)幅波的波形而得到，測出調(diào)幅波包絡(luò)的最大值Ummax和最小值Ummin。 )cos1 (tmUam)m(1UU)m(1UUmmminmmmaxaa2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM由兩式可以解出 ：該式表示1。越大，表示Ummax與Ummin差別越大，即調(diào)制越深。若 1，則已調(diào)波包絡(luò)形狀與調(diào)制信號不同，產(chǎn)生了嚴(yán)重失真，這種情況稱為過量調(diào)幅，要盡力避免。 minmaxminmaxmmmmaUUUUm2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM3.已調(diào)信號頻譜已調(diào)信號頻譜將調(diào)制輸出信號用三角公式展開得到：將調(diào)制輸出信號用三角公式展開得到：該式表明，單音信號調(diào)制的調(diào)幅波由三個頻率分量組成，該式表

12、明，單音信號調(diào)制的調(diào)幅波由三個頻率分量組成，即載頻分量即載頻分量fc，上邊頻分量，上邊頻分量fc+F和下邊頻分量和下邊頻分量fc-F，其，其頻譜如圖頻譜如圖 ：coscos()cos()22aamcmcmcmmuUtUtUt2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM單音調(diào)制的調(diào)幅波頻譜該調(diào)幅波所占頻帶寬度為：Ba=2F(Hz) 或Ba=2（rad/s） 2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM載波分量并不包含信息，調(diào)制信號的信息包含在上、下邊頻分量內(nèi)。邊頻分量的振幅 反映了調(diào)制信號幅度的大小，邊頻分量的頻率雖屬高頻范疇，但卻反映了調(diào)制信號頻率的高低。實(shí)際的調(diào)制信號是比較復(fù)雜的，含有多個頻率，經(jīng)調(diào)制后，各頻率信號產(chǎn)生各自

13、的上邊頻和下邊頻，疊加后形成了上邊頻帶和下邊頻帶。由于上、下邊頻帶幅度相等且成對出現(xiàn)，因此上、下邊頻帶的頻譜分布相對載波是對稱的。該調(diào)幅波所占據(jù)的頻帶寬度為 Ba=2max或Ba=2Fmax。 2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM由上面分析可知，調(diào)幅過程實(shí)質(zhì)上是一種頻譜的搬移過程，經(jīng)過調(diào)制后，調(diào)制信號的頻譜由低頻被搬移到載頻附近，成為上、下邊帶，這個結(jié)論在通信理論中稱為調(diào)制定理。調(diào)制定理的圖示2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM4.調(diào)幅波功率調(diào)幅波功率將調(diào)幅電壓加于電阻R上，則載波和上、下邊頻將會產(chǎn)生如下的平均功率：式中 為載波功率，、為上下邊頻功率camamcPmRUmPPRUP41)2(21222212c

14、P1P2P2.2.1標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制 AM于是，調(diào)幅波在調(diào)制信號一個周期內(nèi)輸出的平均總功率為：可見，在傳輸過程中，載波只是作為運(yùn)載工具，它本身并不包含信息，信息只存在于邊頻之中。在式（2-5）中，當(dāng)ma=1時，PAV的1/3是攜帶信息的，而2/3則為載波占有。而實(shí)際調(diào)幅波的平均調(diào)幅系數(shù)小于1，因此載波功率要占得更多，所以從功率利用率來看，這種振幅調(diào)制是很不經(jīng)濟(jì)的 。 cacAVPmPPPP)21 (2212.2.2雙邊帶調(diào)制 DSB2.2.2雙邊帶調(diào)制雙邊帶調(diào)制 DSB 經(jīng)過上面的分析，在標(biāo)準(zhǔn)雙邊帶調(diào)幅中，載波功率是無用的，因為載波不攜帶任何信息，信息完全由上、下邊頻傳送。所以，可以只發(fā)射上、下邊

15、頻，而不發(fā)射載波，這種調(diào)制方式稱為抑制載波雙邊帶調(diào)幅，用DSB-SC表示。 這種已調(diào)輸出信號的數(shù)學(xué)表示式為：ttUuccm)cos()cos(2.2.2雙邊帶調(diào)制 DSB它可以看成是由調(diào)制信號u和載波信號uc直接相乘而得到，即：式中K為乘法器電路決定的常數(shù)。 ttUKUttUKUuKuuccmcmcmcmc)cos()cos(21coscos2.2.2雙邊帶調(diào)制 DSBDSB波形及頻譜由頻譜圖可知道，DSB信號雖然節(jié)約了載波功率，但是它的頻帶寬帶仍然是調(diào)制信號帶寬的兩倍，與常規(guī)的AM信號的帶寬相同。由于DSB上下的兩個邊帶是完全對稱的，它們所攜帶的信息相同，完全可以用一個邊帶來傳輸全部信息。這

16、種傳輸方式除了能節(jié)約載波功率以外，還可以節(jié)省一半的傳輸頻帶，這就是單邊帶調(diào)制。2.2.3單邊帶調(diào)制 SSB2.2.3單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制 SSB如前說講，雙邊帶信號包含一個上邊帶和一個下邊帶，從信息傳輸?shù)慕嵌葋碚f，這兩個邊帶信號攜帶著相同的信息，因此，只需傳送一個邊帶就夠了，可以是上邊帶也可以是下邊帶。這種只傳輸一個邊帶的調(diào)制方式稱為單邊帶調(diào)制，簡稱SSB。這種信號的數(shù)學(xué)表示式為：tUutUucmcm)cos()cos(或2.2.3單邊帶調(diào)制 SSB其波形和頻譜如圖 2.2.3單邊帶調(diào)制 SSB單邊帶信號的產(chǎn)生有三種方法 ：a.濾波法濾波法 即用高選擇性的濾波器直接濾出已調(diào)信號中的一個邊帶，但

17、要求濾波器具有陡峭特性。 b.移相法移相法 將音頻信號和載頻信號經(jīng)過相移網(wǎng)絡(luò)得到兩個幅度相等，但相位相差90的信號，然后進(jìn)行調(diào)制，以得到所需要的單邊帶。 c.移相濾波法（混合法）移相濾波法（混合法） 利用相移網(wǎng)絡(luò)，兩對平衡調(diào)幅器和低通濾波器，先后濾去載頻和一個邊帶。 2.2.3單邊帶調(diào)制 SSB單邊帶信號形成示意圖2.2.4殘留邊帶調(diào)制 VSB2.2.4殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制 VSB單邊帶調(diào)制具有節(jié)省功率和頻帶等優(yōu)點(diǎn)，但難于產(chǎn)生單邊帶信號，尤其是在調(diào)制信號具有較低頻率分量時，上、下邊帶是連在一起的，實(shí)際上無法產(chǎn)生單邊帶信號。為了解決這個困難，人們采用殘留邊帶調(diào)制方式，用VSB表示。在這種方式

18、中，不是將一個邊帶完全抑制掉，而是將被抑制的邊帶殘留一小部分。2.2.4殘留邊帶調(diào)制 VSB在傳統(tǒng)模擬電視發(fā)射機(jī)中，圖象信號是調(diào)幅的，一般采用殘留邊帶制，下圖是電視圖象發(fā)射機(jī)的幅頻特性。載頻和上邊帶全部發(fā)射，下邊帶只將圖象中的低頻部分（小于0.75MHz）發(fā)射出去，高頻部分（虛線表示）被抑制了。電視圖像發(fā)射機(jī)的幅頻特性2.2.5幅度調(diào)制信號的解調(diào)2.2.5幅度調(diào)制信號的解調(diào)幅度調(diào)制信號的解調(diào)調(diào)幅波有三種信號形式；普通調(diào)幅信號（AM）、抑制載波的雙邊帶信號（DSB-SC）、單邊帶信號（SSB）。相應(yīng)的解調(diào)方法有兩類：即包絡(luò)檢波和同步檢波。 2.2.5幅度調(diào)制信號的解調(diào)包絡(luò)檢波是指檢波器的輸出電壓

19、直接反映輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化規(guī)律的一種檢波方式。根據(jù)調(diào)幅波的波形特點(diǎn)，它只適合于AM波的解調(diào)。這種電路結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)越， 2.2.5幅度調(diào)制信號的解調(diào)而DSB和SSB信號的包絡(luò)由于它們都缺少一個載頻分量，不正比于調(diào)制信號，因此不能用包絡(luò)檢波，必須采用同步檢波。 在檢波器輸入端輸入已調(diào)信號us另加一解調(diào)參考信號uR,它的頻率和相位都與發(fā)射端的已調(diào)信號一樣，并保持同步變化，這樣就可檢出原調(diào)制信號。2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能1.通信系統(tǒng)抗噪聲分析基本模型通信系統(tǒng)抗噪聲分析基本模型已調(diào)信號在傳輸過程中會受到干擾，一種最常見的分析的就是在接收到的已調(diào)信號上線

20、性疊加一個干擾，稱為加性干擾。 加性干擾的來源主要是兩大類，一類是突發(fā)脈沖干擾，對于已調(diào)信號來說，是突發(fā)性的，比如閃電、各種工業(yè)電火花、電路的瞬間通斷等；另外一類是起伏干擾，對于已調(diào)信號來說是連續(xù)性的，來源于導(dǎo)體中電子的起伏變化、電阻的熱噪聲、宇宙天體的輻射等。2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能加性噪聲只對已調(diào)信號的接收產(chǎn)生影響，因而幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能可以用接收解調(diào)器的抗噪聲性能來進(jìn)行衡量。模擬通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量主要用信噪比來衡量，因而我們主要考慮對已調(diào)信號產(chǎn)生連續(xù)影響的起伏干擾。 2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能起伏干擾對解調(diào)器的影響模型如圖：是已調(diào)信號， 是傳輸過程疊加的高斯白噪聲

21、；經(jīng)過和已調(diào)信號的帶寬相同的帶通濾波以后 變成了窄帶的高斯白噪聲 。解調(diào)器輸出有用信號 和噪聲 。( )s t( )n t( )n t( )in t( )os t( )on t2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能在通信系統(tǒng)中常用解調(diào)器的輸出信噪比來衡量通信質(zhì)量，輸出信噪比定義為：o( )( )oS tN t解調(diào)器輸出有用信號的平均功率解調(diào)器輸出噪聲的平均功率2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能人們還常用信噪比增益G作為不同調(diào)制方式下解調(diào)器抗噪聲性能的度量。信噪比增益定義為：( )( )( )( )ooiiS tNtGS tN t2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 為輸入信號的信噪比，定義為： 顯然

22、，輸出信噪比越高則解調(diào)器的抗噪聲性能越好。輸出信噪比與調(diào)制方式有關(guān)也與解調(diào)方式有關(guān)。 ( )( )iiS tN t( )( )iiS tN t解調(diào)器輸入已調(diào)信號的平均功率解調(diào)器輸入噪聲的平均功率2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2.同步檢波信號的的抗噪聲性能同步檢波信號的的抗噪聲性能在對DSB、SSB、VSB已調(diào)信號進(jìn)行解調(diào)只能采用同步檢波，同步檢波屬于線性解調(diào)，其模型如圖 輸入解調(diào)器的噪聲的噪聲功率 20( )iiNn tn B2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能1）DSB信號同步檢波的信信號同步檢波的信噪比分析：噪比分析：解調(diào)器的輸入信噪比：解調(diào)器的輸入信噪比：解調(diào)器的輸出噪聲信號：解調(diào)器的

23、輸出噪聲信號：201( )2( )iiuS tN tn B( )cos( )cos( )sincos11( ) 1 cos2( )sin222icccsccccscn ttn ttn tttn ttn tt2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能得解調(diào)器的輸出信噪比：得信噪比增益G :可見，DSB經(jīng)過解調(diào)，信噪比改善了一倍，原因是，采用同步檢波，使輸入噪聲中的一個正交分量被消除的原因，抑制了噪聲。22001( )41( )4oouS tuN tn Bn B00( )( )2( )( )iiS tNtGS tN t2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2）SSB信號同步檢

24、波的信噪比分析：信號同步檢波的信噪比分析：SSB的解調(diào)方法與DSB相同，區(qū)別在BPF，SSB的帶通濾波器BPF帶寬是DSB的一半， 故計算信噪比的方法相同， 輸入、輸出的噪聲功率與DSB的一樣。2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能解調(diào)器輸入信噪比：解調(diào)器輸出信噪比則信噪比增益：22001( )4( )4iiuS tuN tn Bn B22001( )161( )44oouS tuN tn Bn B00( )( )1( )( )iiS tNtGS tN t2.2.6幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能DSB信噪比增益比SSB大一倍，但不能得出DSB比SSB解調(diào)性能好的結(jié)論。因SSB信號所需帶寬僅是DSB的一半

25、，在噪聲功率密度相同的情況下，DSB解調(diào)器的輸入噪聲功率是SSB的二倍，從而也使其輸出噪聲功率比SSB的大一倍，因此，盡管DSB的信噪比增益G比SSB的大，但他的實(shí)際解調(diào)性能不會優(yōu)于SSB。標(biāo)準(zhǔn)的AM系統(tǒng)的性能，可以用同步檢波和包絡(luò)檢波兩種方法，情況比較復(fù)雜，這里就不作討論2.3角度調(diào)制角度調(diào)制2.3角度調(diào)制角度調(diào)制本節(jié)要介紹的是非線性調(diào)制，這種調(diào)制方式，雖然也需要完成頻譜搬移，但它所形成的信號頻譜不再保持原來基帶信號頻譜的結(jié)構(gòu)，而是基帶信號與已調(diào)信號頻譜之間存在著非線性變換關(guān)系，即頻率調(diào)制和相位調(diào)制。頻率調(diào)制是用調(diào)制信號去控制載波振蕩的頻率，使載波的瞬時頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化；相位調(diào)制是用

26、調(diào)制信號去控制載波振蕩的相位，使載波的瞬時相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化。這兩種調(diào)制都表現(xiàn)為載波振蕩的總相角受到調(diào)制，而幅度保持不變，故統(tǒng)稱為角度調(diào)制。2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式1調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)頻波波形圖 2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式2.調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式tUktuktmpcpccos2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式2.3.1

27、調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)相波形圖2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式2.3.2調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)和帶寬2.3.2調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)和帶寬調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)和帶寬2.3.2調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)和帶寬 在貝塞爾理論中，已證明存在下列關(guān)系： tmJtmJtmJtmtmJtmJmJtm5sin)(23sin)(2sin)(2)sinsin(4cos)(22cos)(2)()sincos(5314202.3.2調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)和帶寬運(yùn)算得：01( )cos2( )sinsinmccuUJmtJ mtt232( )cos2cos2( )sin3s

28、inccj mttJ mtt42( )cos4cos.cj mtt0( )cosmcU Jmt1( )cos()cos() mccU J mtt2( )cos(2 )cos(2 ) mccU Jmtt 3( )cos(3 )cos(3 ) mccU J mtt .2.3.2調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)和帶寬 貝塞爾函數(shù)曲線 2.3.3調(diào)頻方法1.直接調(diào)頻直接調(diào)頻 直接調(diào)頻是指用調(diào)制信號直接去控制振蕩器的振蕩頻率，使其振蕩頻率按調(diào)制信號的規(guī)律線性變化。例如，LC振蕩器的振蕩頻率主要由回路元件L、C的參數(shù)來決定，那么，只要以一個可控制電抗元件作為回路組成的一部分，然后用調(diào)制信號去控制電抗元件的參數(shù)變化便可改變

29、振蕩器的振蕩頻率，獲得調(diào)頻波。常用的可控電抗元件有變?nèi)荻O管、電抗管電路以及有鐵氧體磁芯的電感線圈等。2.3.3調(diào)頻方法圖中LCD回路代表振蕩器的主諧振回路。CC是耦合電容，它和變?nèi)莨艿牡刃щ娙軨T串聯(lián)，再并聯(lián)于主諧振回路。C3對高頻起旁路作用，而對調(diào)制頻率呈現(xiàn)較大阻抗。RFC是高頻扼流圈，防止變?nèi)莨茉诟哳l時被電源短路。加在變?nèi)莨苌系碾妷菏侨齻€電壓之和：即直流反向偏壓、調(diào)制電壓和高頻電壓。通常高頻電壓相對于前兩種電壓是很小的，可忽略。當(dāng)調(diào)制電壓變化時，總的反向偏壓變化，所以勢壘電容CT將在反向偏壓所決定的靜態(tài)值CT0附近隨調(diào)制電壓而變，而CT是回路總電容的一部分，因而振蕩頻率將隨調(diào)制電壓而變，

30、實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 2.3.3調(diào)頻方法2間接調(diào)頻間接調(diào)頻間接調(diào)頻就是先將調(diào)制信號積分，然后對載波進(jìn)行調(diào)相，從而間接獲得調(diào)頻。其特點(diǎn)是調(diào)制不在振蕩器本級進(jìn)行，易于保持中心頻率的穩(wěn)定，但不易于獲得大的頻偏。 直接和間接調(diào)頻原理2.3.4角度調(diào)制信號的解調(diào)調(diào)頻波和調(diào)相波都是等幅的高頻振蕩，調(diào)制信號的變化規(guī)律，分別反映在高頻振蕩的頻率和相位的變化上，因此不能直接利用包絡(luò)檢波器解調(diào)調(diào)頻波和調(diào)相波，必須采用頻率檢波器和相位檢波器。 相位檢波電路也稱鑒相器，是用來檢出兩個信號之間的相位差，完成相位差-電壓的變換作用，常用的鑒相電路有乘積型鑒相和門電路鑒相。頻率檢波器也稱鑒頻器。是從輸入調(diào)頻波中檢

31、出反映在頻率變化上的調(diào)制信號，即完成頻率-電壓的變換作用，鑒頻電路大致有四種：2.3.4角度調(diào)制信號的解調(diào) 1幅度鑒頻幅度鑒頻 先將等幅調(diào)頻波的瞬時頻率變化規(guī)率不失真地變換為調(diào)頻波的包絡(luò)變化，即變換成調(diào)幅調(diào)頻波，然后用包絡(luò)檢波器檢出所需的調(diào)制信號。2相位鑒頻相位鑒頻 3脈沖計數(shù)式鑒頻脈沖計數(shù)式鑒頻 4利用門電路或鎖相環(huán)路進(jìn)行鑒頻。利用門電路或鎖相環(huán)路進(jìn)行鑒頻。2.3.5調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能2.3.5調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻信號的抗噪聲模型主要是從接收端解調(diào)器的角度來思考。調(diào)頻系統(tǒng)解調(diào)分析模型2.3.5調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能在大信噪比情況下，調(diào)頻系統(tǒng)的信噪比增益： 如果當(dāng)mf

32、1時有近似式，有： 23(1)FMffGmm33FMfGm輸出信噪比由于解調(diào)不滿足疊加性，無法分別計算信號與噪聲的功率，因此，考慮兩種情況，即大信噪比和小信噪比情況。2.3.5調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 上面表明大信噪比下時候，寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的增益是很高的，它與調(diào)制指數(shù)的立方成正比。這就意味著，對于調(diào)頻系統(tǒng)來說，增加傳輸帶寬可以改善抗噪聲的性能，實(shí)現(xiàn)帶寬與信噪比之間的互換。2.3.5調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能在小信噪比情況下： 當(dāng)?shù)陀谝欢〝?shù)值時，解調(diào)器的輸出信噪比( )急劇惡化，這種現(xiàn)象稱為調(diào)頻信號解調(diào)的門限效應(yīng)。門限值 出現(xiàn)門限效應(yīng)時所對應(yīng)的輸入信噪比值稱為門限值，記為（ ）b。 iiSNSo NoiiS

33、N2.3.5調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能門限效應(yīng)門限效應(yīng)是FM系統(tǒng)存在的一個實(shí)際問題。尤其在采用調(diào)頻制的遠(yuǎn)距離通信和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域中，對調(diào)頻接收機(jī)的門限效應(yīng)十分關(guān)注，希望門限點(diǎn)向低輸入信噪比方向擴(kuò)展。2.3.5調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能降低門限值（也稱門限擴(kuò)展）的方法有很多，例如，可以采用鎖相環(huán)解調(diào)器和負(fù)反饋解調(diào)器，它們的門限比一般鑒頻器的門限電平低6-10dB。還可以采用“預(yù)加重”和“去加重”技術(shù)來進(jìn)一步改善調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比，這也相當(dāng)于改善了門限。 所謂“去加重”就是在解調(diào)器輸出端接一個傳輸特性隨頻率增加而滾降的線性網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)制頻率高頻端的噪聲衰減，使總的噪聲功率減小。但是，由于去加重網(wǎng)絡(luò)的加入，在

34、有效地減弱輸出噪聲的同時，必將使傳輸信號產(chǎn)生頻率失真。因此，必須在調(diào)制器前加入一個“預(yù)加重”網(wǎng)絡(luò)，人為地提升調(diào)制信號的高頻分量，以抵消去加重網(wǎng)絡(luò)的影響。2.4各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較各種模擬調(diào)制方式的性能比較表中是輸出信噪比是在相同的解調(diào)器輸入信號功率、相同的噪聲功率譜密度、相同基帶信號帶寬的條件下得出的。 F2.5無線電發(fā)射機(jī)為衡量發(fā)射機(jī)的優(yōu)劣，對發(fā)射機(jī)質(zhì)量提出了如下技術(shù)指標(biāo)：1.輸出功率輸出功率 輸出功率是指發(fā)射機(jī)的載波輸出功率。根據(jù)輸出功率的大小，發(fā)射機(jī)可以分為大功率發(fā)射機(jī)（1KW以上）、中功率發(fā)射機(jī)（50W到幾百W）和小功率發(fā)射機(jī)（50W以下）。發(fā)射機(jī)的功率越大，信號可傳播的距離就越

35、遠(yuǎn)。但盲目地增加輸出功率不僅會造成浪費(fèi)，更主要的會增加對其它通信系統(tǒng)的干擾。2.頻率范圍與頻率間隔頻率范圍與頻率間隔2.5無線電發(fā)射機(jī)3.頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度 頻率準(zhǔn)確度的定義為：頻率穩(wěn)定度反映發(fā)射機(jī)載波頻率作隨機(jī)變化的波動情況。根據(jù)對發(fā)射機(jī)觀察時間的長短，頻率穩(wěn)定度可分為長期穩(wěn)定度，短期穩(wěn)定度和瞬時頻率穩(wěn)定度。4.鄰道頻率鄰道頻率5.寄生輻射寄生輻射6.調(diào)制特性調(diào)制特性00fffAxf2.5無線電發(fā)射機(jī)2.5.1調(diào)幅發(fā)射機(jī)調(diào)幅發(fā)射機(jī)調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成方框圖2.5無線電發(fā)射機(jī)50KW廣播系統(tǒng)調(diào)幅發(fā)射機(jī)2.5無線電發(fā)射機(jī)2.5.2調(diào)頻發(fā)射機(jī)調(diào)頻發(fā)射機(jī) 利用音頻信號來調(diào)制高頻載波的振蕩頻率，使其瞬時頻率隨調(diào)制電壓而變化，這樣獲得的調(diào)頻信號，其幅度保持不變，而其瞬時頻率正比于所需傳送的音頻信號的幅度。使用這種調(diào)制的發(fā)射機(jī)稱為調(diào)頻發(fā)射機(jī) 。2.5無線電發(fā)射機(jī)調(diào)頻發(fā)射機(jī)組成方框圖2.5無線電發(fā)射機(jī)車載調(diào)頻發(fā)射機(jī)校園系統(tǒng)調(diào)頻發(fā)射機(jī)2.6無線電接收機(jī)2.6無線電接收機(jī)無線電接收機(jī)為了衡量接收機(jī)性能優(yōu)劣，人們對其提出了電性能的質(zhì)量要求。1靈敏度靈敏度 靈敏度是接收機(jī)主要質(zhì)量指標(biāo)之一，表示接收微弱信號的能力。 接收天線上