通信基礎(chǔ) 第二章 模擬調(diào)制系統(tǒng)

1、1 調(diào)制的分類2 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理3 角度調(diào)制(非線性調(diào)制)的原理4 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能5非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能1n調(diào)制 把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。n廣義調(diào)制 分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。 n狹義調(diào)制 僅指帶通調(diào)制。在無線通信和其他大多數(shù)場合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。n調(diào)制信號 指來自信源的基帶信號 n載波調(diào)制 用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程。n載波 未受調(diào)制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。n已調(diào)信號 載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號。n解調(diào)（檢波） 調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復(fù)出來。 2.1 2.1 調(diào)制的分

2、類調(diào)制的分類2n根據(jù)調(diào)制信號分類u模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。n根據(jù)載波分類 u連續(xù)載波調(diào)制u脈沖載波調(diào)制 n根據(jù)調(diào)制器的功能u幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶u角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制 n根據(jù)調(diào)制前后信號的頻譜結(jié)構(gòu)關(guān)系分類u線性調(diào)制u非線性調(diào)制2.1 2.1 調(diào)制的分類調(diào)制的分類3n一般原理u表示式：設(shè)：余弦型載波為式中，A 載波幅度； c 載波角頻率； 0 載波初始相位（以后假定0 0）。 則根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號（已調(diào)信號）一般可表示成式中， m(t) 基帶調(diào)制信號。0( )coscc tAt( )( )cosmcstAm tt2.2 2.2 線性調(diào)制線性調(diào)制4n2.2.1 常規(guī)

3、雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)u時域表示式式中 m(t) 調(diào)制信號，均值為0； A0 常數(shù)，表示疊加的直流分量。u頻譜：若m(t)為確知信號，則AM信號的頻譜為若m(t)為隨機信號，則已調(diào)信號的頻域表示式必須用功率譜描述。u調(diào)制器模型00( )( )coscos( )cosAMcccstAm ttAtm tt01( ) ()()()()2AMccccSAMM 5u波形圖p由波形可以看出，當滿足條件：|m(t)| A0 時，其包絡(luò)與調(diào)制信號波形相同，因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原 始調(diào)制信號。p否則，出現(xiàn)“過調(diào)幅”現(xiàn)象。這時用包絡(luò)檢波將發(fā)生失真。但是，可以采用其他的解調(diào)方法，如同步檢波。 6u

4、頻譜圖p由頻譜可以看出，AM信號的頻譜由載頻分量上邊帶下邊帶三部分組成。p上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。 載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶7uAM的調(diào)制與解調(diào)p包絡(luò)檢測法p相干解調(diào)8n2.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB Double sideband Modulation ）u時域表示式：無直流分量A0u頻譜：無載頻分量 ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMS9u調(diào)制效率：100u優(yōu)點：節(jié)省了載波功率u缺點：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較復(fù)雜。n2.2.3單邊帶調(diào)制(SSB Single sideband Modulat

5、ion ）u原理：p雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調(diào)制信號頻譜M()的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個邊帶即可。這樣既節(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。p產(chǎn)生SSB信號的方法有兩種：濾波法和相移法。 10pSSB信號的頻譜p上邊帶頻譜圖: ( )( )SSBDSBSSH11uSSB信號的解調(diào) SSB信號的解調(diào)和DSB一樣，不能采用簡單的包絡(luò)檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調(diào)信號，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。uSSB信號的性能SSB信號的實現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在傳輸信息時，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻

6、帶寬度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。12n2.2.4 殘留邊帶（VSB）調(diào)制(Vestige sideband Modulation)u原理：殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現(xiàn)中的困難。在這種調(diào)制方式中，不像SSB那樣完全抑制DSB信號的一個邊帶，而是逐漸切割，使其殘留小部分，如下圖所示：13n角度調(diào)制的基本概念 uFM和PM信號的一般表達式角度調(diào)制信號的一般表達式為式中，A 載波的恒定振幅； ct +(t) (t) 信號的瞬時相位； (t) 瞬時相位偏移。pdct +(t)/d

7、t = (t) 稱為瞬時角頻率pd(t)/dt 稱為瞬時頻偏。)(cos)(ttAtscm2.3 2.3 角度調(diào)制（非線性調(diào)制）角度調(diào)制（非線性調(diào)制）14u相位調(diào)制(PM)：瞬時相位偏移隨調(diào)制信號作線性變化，即式中Kp 調(diào)相靈敏度，含義是單位調(diào)制信號幅度引起PM信號的相位偏移量，單位是rad/V。將上式代入一般表達式得到PM信號表達式)()(tmKtp)(cos)(tmKtAtspcPM)(cos)(ttAtscm15u頻率調(diào)制(FM)：瞬時頻率偏移隨調(diào)制信號成比例變化，即式中 Kf 調(diào)頻靈敏度，單位是rad/sV。 這時相位偏移為將其代入一般表達式得到FM信號表達式)()(tmKdttdf(

8、 )( )ftKmd( )cos( )FMcfstAtKmd)(cos)(ttAtscm16uPM與 FM的區(qū)別p比較上兩式可見， PM是相位偏移隨調(diào)制信號m(t)線性變化，F(xiàn)M是相位偏移隨m(t)的積分呈線性變化。p如果預(yù)先不知道調(diào)制信號m(t)的具體形式，則無法判斷已調(diào)信號是調(diào)相信號還是調(diào)頻信號。)(cos)(tmKtAtspcPM( )cos( )FMcfstAtKmd17uPM 信號和FM 信號波形 (a) PM 信號波形 (b) FM 信號波形 18n窄帶調(diào)頻（NBFM）u定義：如果FM信號的最大瞬時相位偏移滿足下式條件 則稱為窄帶調(diào)頻；反之，稱為寬帶調(diào)頻。）（或 5 . 06)(t

9、fdmK19p頻譜圖20n寬帶調(diào)頻u調(diào)頻信號表達式 設(shè)：單音調(diào)制信號為則單音調(diào)制FM信號的時域表達式為將上式利用三角公式展開，有將上式中的兩個因子分別展成傅里葉級數(shù)，式中 Jn (mf) 第一類n階貝塞爾函數(shù)tfAtAtmmmmm2coscos)(sincos)(tmtAtsmfcFM( )coscos(sin)sinsin(sin)FMcfmcfmstAtmtAtmttnmJmJtmmfnnfmf2cos)(2)()sincos(120tnmJtmmfnnmf) 12sin()(2)sinsin(11221u某單音寬帶調(diào)頻波的頻譜：圖中只畫出了單邊振幅譜。 22n分析模型圖中 sm (t)

10、已調(diào)信號 n(t) 信道加性高斯白噪聲 ni (t) 帶通濾波后的噪聲 m(t) 輸出有用信號 no(t) 輸出噪聲2.4 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能23u解調(diào)器輸出信噪比定義輸出信噪比反映了解調(diào)器的抗噪聲性能。顯然，輸出信噪比越大越好。u制度增益定義：用G便于比較同類調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時的性能。G 也反映了這種調(diào)制制度的優(yōu)劣。式中輸入信噪比Si /Ni 的定義是：2oo2oo( )( )Sm tNn 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iiNSNSG/00)()(22tntsNSimii功率解調(diào)器輸入噪聲的平均平均功率解調(diào)器輸入已調(diào)信號的24n重點討論FM非相干解調(diào)時的抗噪聲性能n分析模型圖中 n(t) 均值為零，單邊功率譜密度為n0的高斯白噪聲 FM( )st BPF )(tn )(tSi )(tni LPF )(tno o( )m t 限幅 鑒頻 2.5 非線性系統(tǒng)的抗噪聲性能25n輸入信噪比 設(shè)輸入調(diào)頻信號為故其輸入信號功率為輸入噪聲功率為式中，BFM 調(diào)頻信號的帶寬，即