第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)

1、1第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)2基本概念l調(diào)制調(diào)制 把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。過程。l廣義調(diào)制廣義調(diào)制 分為分為基帶調(diào)制基帶調(diào)制和和帶通調(diào)制帶通調(diào)制（也稱（也稱載波調(diào)載波調(diào)制制）。）。 l狹義調(diào)制狹義調(diào)制 僅指帶通調(diào)制。在無線通信和其他大多數(shù)僅指帶通調(diào)制。在無線通信和其他大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。場(chǎng)合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。l調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào) 指來自信源的基帶信號(hào)指來自信源的基帶信號(hào) 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)的過程。用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過程。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，未受調(diào)制的

2、周期性振蕩信號(hào)，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。也可以是非正弦波。l已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào) 載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)。載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)。l解調(diào)（檢波）解調(diào)（檢波） 調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號(hào)調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來。中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來。 3基本概念l調(diào)制的目的調(diào)制的目的 n提高無線通信時(shí)的天線輻射效率。提高無線通信時(shí)的天線輻射效率。n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。道的多路復(fù)用，提高信道利用率。n擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗

3、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。實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。l調(diào)制方式調(diào)制方式 n模擬調(diào)制模擬調(diào)制n數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制 l常見的模擬調(diào)制常見的模擬調(diào)制n幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶n角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制 45.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理l一般原理一般原理n表示式：表示式：設(shè)：正弦型載波為設(shè)：正弦型載波為式中，式中，A 載波幅度；載波幅度； c 載波角頻率；載波角頻率； 0 載波初始相位（以后假定載波初始相位（以后假定 0 0）。）。 則根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般可表

4、則根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般可表示成示成式中，式中， m(t) 基帶調(diào)制信號(hào)?；鶐д{(diào)制信號(hào)。0( )coscc tAt( )( )cosmcstAm tt5幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理l頻譜頻譜: 設(shè)調(diào)制信號(hào)設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜為的頻譜為M( )，則已調(diào)信號(hào)的頻譜，則已調(diào)信號(hào)的頻譜為為由以上表示式可見，在波形上，已調(diào)信號(hào)的幅度隨基帶信由以上表示式可見，在波形上，已調(diào)信號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)的規(guī)律而正比地變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是號(hào)的規(guī)律而正比地變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移(精確到常數(shù)因子精確到常數(shù)因子)。由

5、。由于這種搬移是線性的，因此，幅度調(diào)制通常又稱為于這種搬移是線性的，因此，幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)線性調(diào)制制。但應(yīng)注意，這里的。但應(yīng)注意，這里的“線性線性”并不意味著已調(diào)信號(hào)與調(diào)并不意味著已調(diào)信號(hào)與調(diào)制信號(hào)之間符合線性變換關(guān)系。事實(shí)上，任何調(diào)制過程都制信號(hào)之間符合線性變換關(guān)系。事實(shí)上，任何調(diào)制過程都是一種非線性的變換過程。是一種非線性的變換過程。 ccmMMAS265.1.1調(diào)幅（調(diào)幅（AM）l時(shí)域表示式時(shí)域表示式式中式中: m(t) 調(diào)制信號(hào)，均值為調(diào)制信號(hào)，均值為0； A0 常數(shù)，表示疊加的直流分量。常數(shù)，表示疊加的直流分量。l頻譜：若頻譜：若m(t)為確知信號(hào)，則為確知信號(hào)，則AM信號(hào)的

6、頻譜為信號(hào)的頻譜為若若m(t)為隨機(jī)信號(hào)，則已調(diào)信號(hào)的頻域表示式必須用功為隨機(jī)信號(hào)，則已調(diào)信號(hào)的頻域表示式必須用功率譜描述。率譜描述。l調(diào)制器模型調(diào)制器模型00( )( )coscos( )cosAMcccstAm ttAtm tt01( ) ()()()()2AMccccSAMM 7波形圖l由波形可以看出，當(dāng)滿足條件：由波形可以看出，當(dāng)滿足條件：|m(t)| A0 時(shí)，其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形相同時(shí)，其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形相同因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)。原始調(diào)制信號(hào)。l否則，出現(xiàn)否則，出現(xiàn)“過調(diào)幅過調(diào)幅”現(xiàn)象。這現(xiàn)象。這時(shí)用包絡(luò)檢波將發(fā)生失真。但是，時(shí)用包

7、絡(luò)檢波將發(fā)生失真。但是，可以采用其他的解調(diào)方法，如同可以采用其他的解調(diào)方法，如同步檢波。步檢波。 8頻譜圖l由頻譜可以看出，由頻譜可以看出，AM信信號(hào)的頻譜由號(hào)的頻譜由:載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶三部分組成。三部分組成。l上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)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，制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。下邊帶是上邊帶的鏡像。 載頻分量載頻分量載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶下邊帶下邊帶9AM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)帶寬號(hào)帶寬 fH 的兩倍：的兩倍：

8、l功率：功率：當(dāng)當(dāng)m(t)為確知信號(hào)時(shí)，為確知信號(hào)時(shí)，若若則則式中式中Pc = A02/2 載波功率，載波功率， 邊帶功率。邊帶功率。HAMfB222202222200( )( ) coscos( )cos2( )cosAMAMccccPstAm ttAtm ttA m tt0)(tmScAMPPtmAP2)(22202/ )(2tmPs10調(diào)制效率l由上述可見，由上述可見，AM信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，載波分量并不兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，載波分量并不攜帶信息。有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占

9、攜帶信息。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：信號(hào)總功率的比例稱為調(diào)制效率：當(dāng)當(dāng)m(t) = Am cos mt時(shí)，時(shí)，代入上式，得到代入上式，得到當(dāng)當(dāng)|m(t)|max = A0時(shí)（時(shí)（100調(diào)制），調(diào)制效率最高，這時(shí)調(diào)制），調(diào)制效率最高，這時(shí) max 1/3 2220SAMAMmtPPAmt22( )/2mmtA 222222002mAMmmtAAAAmt載波分量不攜帶信載波分量不攜帶信息，仍占據(jù)大部分息，仍占據(jù)大部分功率，功率，AMAM信號(hào)的功信號(hào)的功率利用率比較低率利用率比較低115.1.2 雙邊帶調(diào)制（DSB）l時(shí)域表示式：無直流分量時(shí)域表示式：無直

10、流分量A0l頻譜：無載頻分量頻譜：無載頻分量 l曲線：曲線：ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMSl調(diào)制效率：調(diào)制效率：100l優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率l缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較復(fù)雜。干檢波，較復(fù)雜。125.1.3 單邊帶調(diào)制（SSB）l原理：原理：n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)頻譜信號(hào)頻譜M( )的所有頻譜成分，因此僅傳輸其的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個(gè)邊帶即可，即將雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶中一個(gè)邊帶即可，即將雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶濾掉而形成。這樣

11、既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一濾掉而形成。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。半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調(diào)制。n根據(jù)濾除方法的不同，產(chǎn)生根據(jù)濾除方法的不同，產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有兩信號(hào)的方法有兩種：濾波法和相移法。種：濾波法和相移法。 13濾波法及SSB信號(hào)的頻域表示l濾波法的原理方框圖濾波法的原理方框圖 用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶: 圖中，圖中，H( )為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，l若若H( )具有如下理想高通特性：具有如下理想高通特性：則可濾除下邊帶。則可濾除下邊帶。l若具有如下理想低通特性：若具有如下理想

12、低通特性：則可濾除上邊帶。則可濾除上邊帶。lSSB信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜:1,( )( )0,cUSBcHH1,( )( )0,cLSBcHH ( )( )SSBDSBSSH14上邊帶頻譜圖:15SSB濾波法的技術(shù)難點(diǎn)l濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性例如，若經(jīng)過濾波后的話音信號(hào)的最低頻率為例如，若經(jīng)過濾波后的話音信號(hào)的最低頻率為300Hz，則，則上下邊帶之間的頻率間隔為上下邊帶之間的頻率間隔為600Hz，即允許過渡帶為，即允許過渡帶為600Hz。在。在600Hz過渡帶和不太高的載頻情況下，濾波器過渡帶和不太高的載頻情況下，濾波器不難實(shí)現(xiàn)；但當(dāng)載頻較高時(shí)，采用

13、一級(jí)調(diào)制直接濾波的方不難實(shí)現(xiàn)；但當(dāng)載頻較高時(shí)，采用一級(jí)調(diào)制直接濾波的方法已不可能實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制。法已不可能實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制。 l可以采用多級(jí)（一般采用兩級(jí)）可以采用多級(jí)（一般采用兩級(jí)）DSB調(diào)制及邊帶濾波的方調(diào)制及邊帶濾波的方法，即先在較低的載頻上進(jìn)行法，即先在較低的載頻上進(jìn)行DSB調(diào)制，目的是增大過渡調(diào)制，目的是增大過渡帶的歸一化值，以利于濾波器的制作。再在要求的載頻上帶的歸一化值，以利于濾波器的制作。再在要求的載頻上進(jìn)行第二次調(diào)制。進(jìn)行第二次調(diào)制。l當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含有直流及低頻分量時(shí)濾波法就不適用了。當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含有直流及低頻分量時(shí)濾波法就不適用了。相移法相移法16SSB信號(hào)的時(shí)域表示lSSB

14、信號(hào)的時(shí)域表示式信號(hào)的時(shí)域表示式設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為 載波為載波為則則DSB信號(hào)的時(shí)域表示式為信號(hào)的時(shí)域表示式為若保留上邊帶，則有若保留上邊帶，則有若保留下邊帶，則有若保留下邊帶，則有tAtmmmcos)(ttcccos)(tAtAttAtsmcmmcmcmmDSB)cos(21)cos(21coscos)(1( )cos()2LSBmCmstAt11coscossinsin22mmcmmcAttAtt兩式僅正負(fù)號(hào)不同兩式僅正負(fù)號(hào)不同17SSB信號(hào)的時(shí)域表示l將上兩式合并：將上兩式合并：式中，式中，“”表示上邊帶信號(hào)，表示上邊帶信號(hào)，“+”表示下邊帶信號(hào)。表示下邊帶信號(hào)。l希爾伯特

15、變換希爾伯特變換：上式中：上式中Am sin mt可以看作是可以看作是Am cos mt 相移相移 /2的結(jié)果。把這一相移過程稱為希爾伯特變換，記的結(jié)果。把這一相移過程稱為希爾伯特變換，記為為“ ”，則有，則有這樣，上式可以改寫為這樣，上式可以改寫為ttAttAtscmmcmmSSBsinsin21coscos21)(tAtAmmmmsinso c11( )coscoscossin22SSBmmcmmcstAttAtt18SSB信號(hào)的時(shí)域表示把上式推廣到一般情況，則得到把上式推廣到一般情況，則得到 式中，式中，頻域圖形解釋頻域圖形解釋:11( )coscoscossin22SSBmmcmmcs

16、tAttAttttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(的希爾伯特變換是)()(tmtm上上上邊帶上邊帶下下下邊帶下邊帶c上上上邊帶上邊帶下下下邊帶下邊帶ccc下邊帶下邊帶cc+19Hilbert變換及性質(zhì)00)sgn(1jjjt)sgn()(1)()(jMttmtm稱 為m(t)的希爾伯特變換 )( tmdtmttmtmtmH)(11)()()(令：回憶：回憶：sgn(t)2/j )sgn()()sgn()(21)()()sgn()(21sin)(cccccccMMjjjMttm上上上邊帶上邊帶下下下邊帶下邊帶c上上上邊帶上邊帶下下下邊帶下邊帶cccf(t) F()F(t)

17、2f(- )20移相法SSBl移相法移相法SSB調(diào)制器方框圖調(diào)制器方框圖l優(yōu)點(diǎn)：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。優(yōu)點(diǎn)：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。l缺點(diǎn)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實(shí)現(xiàn)。(對(duì)調(diào)制信號(hào)所有對(duì)調(diào)制信號(hào)所有頻率分量均精確相移頻率分量均精確相移/2)21SSBlSSB信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào) SSB信號(hào)的解調(diào)和信號(hào)的解調(diào)和DSB一樣，不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，一樣，不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，因?yàn)橐驗(yàn)镾SB信號(hào)也是抑制載波的已調(diào)信號(hào)，它的包絡(luò)不能信號(hào)也是抑制載波的已調(diào)信號(hào)，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以仍需采用

18、相干解調(diào)。lSSB信號(hào)的性能信號(hào)的性能SSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在調(diào)制方式在傳輸信息時(shí)，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻傳輸信息時(shí)，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比帶寬度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。信中一種重要的調(diào)制方式。225.1.4 殘留邊帶（VSB）調(diào)制l原理：殘留邊帶調(diào)制是介于原理：殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與與DSB之間的一種折之間的一種折中方式，它既克服了中方式，它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了解決了SSB信號(hào)實(shí)

19、現(xiàn)中的困難。在這種調(diào)制方式中，信號(hào)實(shí)現(xiàn)中的困難。在這種調(diào)制方式中，不像不像SSB那樣完全抑制那樣完全抑制DSB信號(hào)的一個(gè)邊帶，而是逐信號(hào)的一個(gè)邊帶，而是逐漸切割，使其殘留漸切割，使其殘留小部分，如下圖所示：小部分，如下圖所示：23殘留邊帶調(diào)制l調(diào)制方法：用濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理框圖與濾調(diào)制方法：用濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理框圖與濾波法波法SSB調(diào)制器相同。調(diào)制器相同。 不過，這時(shí)圖中濾波器的特性應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要不過，這時(shí)圖中濾波器的特性應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易制作。它比單

20、邊帶濾波器容易制作。24對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求l由濾波法可知，殘留邊帶信號(hào)的頻譜為由濾波法可知，殘留邊帶信號(hào)的頻譜為為了確定上式中殘留邊帶濾波器傳輸特性為了確定上式中殘留邊帶濾波器傳輸特性H( )應(yīng)滿足的應(yīng)滿足的條件，我們來分析一下接收端是如何從該信號(hào)中恢復(fù)原條件，我們來分析一下接收端是如何從該信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)的?；鶐盘?hào)的。 25殘留邊帶濾波器特性nVSB信號(hào)解調(diào)器方框圖信號(hào)解調(diào)器方框圖圖中圖中因?yàn)橐驗(yàn)楦鶕?jù)頻域卷積定理可知，乘積根據(jù)頻域卷積定理可知，乘積sp(t)對(duì)應(yīng)的頻譜為對(duì)應(yīng)的頻譜為 VSB2( )cospcststt ( )VSBVSBstScccosct ()()pVSBcV

21、SBcSSS26殘留邊帶濾波器特性將將代入代入得到得到 式中式中M( + 2 c)及及M( - 2 c)是搬移到是搬移到+ 2 c和和 -2 c處的頻譜，它們可以由解調(diào)器中的低通濾波器濾除。處的頻譜，它們可以由解調(diào)器中的低通濾波器濾除。于是，低通濾波器的輸出頻譜為于是，低通濾波器的輸出頻譜為 ()()pVSBcVSBcSSS ( )VSBDSBSSH1()()( )2ccMMH 1(2)( )()2pccSMMH1( )( )()()2dccSMHH27殘留邊帶濾波器特性 顯然，為了保證相干解調(diào)的輸出無失真地恢復(fù)調(diào)制信號(hào)顯然，為了保證相干解調(diào)的輸出無失真地恢復(fù)調(diào)制信號(hào)m(t)，上式中的傳遞函數(shù)

22、必須滿足：，上式中的傳遞函數(shù)必須滿足： 式中，式中， H 調(diào)制信號(hào)的截止角頻率。調(diào)制信號(hào)的截止角頻率。n上述條件的含義是：殘留邊帶濾波器的特性上述條件的含義是：殘留邊帶濾波器的特性H( )在在 c處處必須具有必須具有互補(bǔ)對(duì)稱互補(bǔ)對(duì)稱（奇對(duì)稱）特性（奇對(duì)稱）特性, 相干解調(diào)時(shí)才能無相干解調(diào)時(shí)才能無失真地從殘留邊帶信號(hào)中恢復(fù)所需的調(diào)制信號(hào)。失真地從殘留邊帶信號(hào)中恢復(fù)所需的調(diào)制信號(hào)。 1( )( )()()2dccSMHH()()ccHHH常數(shù)，28殘留邊帶濾波器特性的兩種形式l殘留殘留“部分上邊帶部分上邊帶”的濾波器特性：下圖的濾波器特性：下圖(a)l殘留殘留“部分下邊帶部分下邊帶”的濾波器特性的

23、濾波器特性 ：下圖：下圖(b)295.1.5 線性調(diào)制的一般模型l濾波法模型濾波法模型在前幾節(jié)的討論基礎(chǔ)上，可以歸納出濾波法線性調(diào)制的在前幾節(jié)的討論基礎(chǔ)上，可以歸納出濾波法線性調(diào)制的一般模型如下：一般模型如下： 按照此模型得到的輸出信號(hào)時(shí)域表示式為：按照此模型得到的輸出信號(hào)時(shí)域表示式為：按照此模型得到的輸出信號(hào)頻域表示式為：按照此模型得到的輸出信號(hào)頻域表示式為：式中式中:只要適當(dāng)選擇只要適當(dāng)選擇H( )，便可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。，便可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。)(cos)()(thttmtscm)()(21)(HMMSccm)()(thH30移相法模型將上式展開，則可得到另一種形式的時(shí)域表示

24、式，即將上式展開，則可得到另一種形式的時(shí)域表示式，即式中式中上式表明，上式表明，sm(t)可等效為兩個(gè)互為正交調(diào)制分量的合成?？傻刃閮蓚€(gè)互為正交調(diào)制分量的合成。由此可以得到移相法線性調(diào)制的一般模型如下：由此可以得到移相法線性調(diào)制的一般模型如下： )(cos)()(thttmtscm( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst st( )( )( )IIs th tm t( )( )cosIch th tt( )( )( )QQsthtm t( )( )sinQchth tt315.1.6 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波l相干解調(diào)相干解調(diào)n相干解調(diào)器的一般模型相干解調(diào)器的一般模型 n相干解調(diào)器

25、原理：為了無失真地恢復(fù)原基帶信號(hào)，相干解調(diào)器原理：為了無失真地恢復(fù)原基帶信號(hào)，接收端必須提供一個(gè)與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步接收端必須提供一個(gè)與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波），它與（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波），它與接收的已調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分接收的已調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。32相干解調(diào)器性能分析n已調(diào)信號(hào)的一般表達(dá)式為已調(diào)信號(hào)的一般表達(dá)式為 與同頻同相的相干載波與同頻同相的相干載波c(t)相乘后，得相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，得到經(jīng)低通濾波器后，得到因?yàn)橐驗(yàn)閟I(t)是

26、是m(t)通過一個(gè)全通濾波器通過一個(gè)全通濾波器HI ( ) 后的結(jié)果，后的結(jié)果，故上式中的故上式中的sd(t)就是解調(diào)輸出，即就是解調(diào)輸出，即 ( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst st ( )cos111( )( )cos2( ) in2222pmcIIcQcsts tts ts tts t st 1( )2dIsts t 1( )2dIststm t33包絡(luò)檢波n適用條件：適用條件：AM信號(hào)，且要求信號(hào)，且要求|m(t)|max A0 ，n包絡(luò)檢波器結(jié)構(gòu)：包絡(luò)檢波器結(jié)構(gòu)：通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。例如，通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。例如，n性能分

27、析性能分析設(shè)輸入信號(hào)是設(shè)輸入信號(hào)是 選擇選擇RC滿足如下關(guān)系滿足如下關(guān)系式中式中fH 調(diào)制信號(hào)的最高頻率調(diào)制信號(hào)的最高頻率在大信號(hào)檢波時(shí)（一般大于在大信號(hào)檢波時(shí)（一般大于0.5 V），二極管處于受控的開關(guān)），二極管處于受控的開關(guān)狀態(tài)，檢波器的輸出為狀態(tài)，檢波器的輸出為隔去直流后即可得到原信號(hào)隔去直流后即可得到原信號(hào)m(t)。 ttmAtscAMcos)()(0cHfRCf /1 0( )dstAm t345.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能l5.2.1 分析模型分析模型圖中圖中 sm (t) 已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào) n(t) 信道加性高斯白噪聲信道加性高斯白噪聲 ni (t) 帶通濾波后的噪聲帶通濾波后

28、的噪聲 mo(t) 輸出有用信號(hào)輸出有用信號(hào) no(t) 輸出噪聲輸出噪聲35噪聲分析nni(t)為平穩(wěn)窄帶高斯噪聲，它的表示式為為平穩(wěn)窄帶高斯噪聲，它的表示式為或或其中其中:式中式中 Ni 解調(diào)器輸入噪聲的平均功率解調(diào)器輸入噪聲的平均功率 設(shè)白噪聲的單邊功率譜密度為設(shè)白噪聲的單邊功率譜密度為n0，帶通濾波器是高度為，帶通濾波器是高度為1、帶寬為帶寬為B的理想矩形函數(shù)，則解調(diào)器的輸入噪聲功率為的理想矩形函數(shù)，則解調(diào)器的輸入噪聲功率為ttnttntnsci00sin)(cos)()()(cos)()(0tttVtniisciNtntntn)()()(222BnNi036噪聲分析n解調(diào)器輸出信噪比

29、定義解調(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。比越大越好。n制度增益定義：制度增益定義：用用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。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。G 也反映了這種調(diào)制制度的優(yōu)劣。也反映了這種調(diào)制制度的優(yōu)劣。式中輸入信噪比式中輸入信噪比Si /Ni 的定義是：的定義是：2oo2oo( )( )SmtNn 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(hào)的375.

30、2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能nDSB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 由于是線性系統(tǒng)，所以可以分別計(jì)算解調(diào)器輸出的信號(hào)功由于是線性系統(tǒng)，所以可以分別計(jì)算解調(diào)器輸出的信號(hào)功率和噪聲功率。率和噪聲功率。 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 38DSB的輸出信號(hào)功率設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為與相干載波與相干載波cos ct相乘后，得相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，輸出信號(hào)為經(jīng)低通濾波器后，輸出信號(hào)為因此，解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)功率為因此，解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)功率為ttmtscmcos)()(ttmtm

31、ttmcc2cos)(21)(21cos)(2o1( )( )2m tm t22oo1( )( )4Sm tm t39DSB的輸出噪聲功率解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲可表示為解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲可表示為它與相干載波相乘后，得它與相干載波相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終的輸出噪聲為經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終的輸出噪聲為故輸出噪聲功率為故輸出噪聲功率為或?qū)懗苫驅(qū)懗蓆tnttntncsccisin)(cos)( )(tttnttnttnccscccicossin)(cos)(cos)(2sin)(2cos)(21)(21ttnttntncsccco1( )( )2cn tn t22oo1( )( )

32、4cNn tn t2o0111( )444iiNn tNn B40DSB的信噪比u信號(hào)功率計(jì)算信號(hào)功率計(jì)算解調(diào)器輸入信號(hào)平均功率為解調(diào)器輸入信號(hào)平均功率為u信噪比計(jì)算信噪比計(jì)算p輸入信噪比輸入信噪比p輸出信噪比輸出信噪比)(21cos)()(222tmttmtsScmiBntmNSii02)(2122oo01( )( )414im tSm tNn BN41DSB的制度增益u制度增益制度增益由此可見，由此可見，DSB調(diào)制系統(tǒng)的制度增益為調(diào)制系統(tǒng)的制度增益為2。也就是說，。也就是說，DSB信號(hào)的解調(diào)器使信噪比改善一倍。這是因?yàn)椴捎孟嘈盘?hào)的解調(diào)器使信噪比改善一倍。這是因?yàn)椴捎孟喔山庹{(diào)，使輸入噪聲中的

33、正交分量被消除的緣故。干解調(diào)，使輸入噪聲中的正交分量被消除的緣故。oo/2/DSBiiSNGSN42SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能n噪聲功率噪聲功率這里，這里，B = fH 為為SSB 信號(hào)的帶通濾波器的帶寬。信號(hào)的帶通濾波器的帶寬。n信號(hào)功率信號(hào)功率SSB信號(hào)信號(hào)與相干載波相乘后，再經(jīng)低通濾波可得解調(diào)器輸出與相干載波相乘后，再經(jīng)低通濾波可得解調(diào)器輸出信號(hào)信號(hào)因此，輸出信號(hào)平均功率因此，輸出信號(hào)平均功率o01144iNNn Bttmttmtsccmsin)(21cos)(21)(o1( )( )4mtm t22oo1( )( )16Sm tm t43SSB的輸入信噪比輸入信號(hào)平均功率為輸入信號(hào)平均功率為

34、u信噪比信噪比p單邊帶解調(diào)器的輸入信噪比為單邊帶解調(diào)器的輸入信噪比為 )(21)(2141sin)(cos)(41)(2222tmtmttmttmtsSccmi( )( )m tm t因與的幅度相同，所以具有相同的平均功率，故上式)(412tmSiBntmBntmNSii02024)()(4144SSB的制度增益n單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為n制度增益制度增益n討論：討論：u因?yàn)樵谝驗(yàn)樵赟SB系統(tǒng)中，信號(hào)和噪聲有相同表示形系統(tǒng)中，信號(hào)和噪聲有相同表示形式，所以相干解調(diào)過程中，信號(hào)和噪聲中的式，所以相干解調(diào)過程中，信號(hào)和噪聲中的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒有改善。正交分

35、量均被抑制掉，故信噪比沒有改善。22oo001( )( )16144m tSm tNn Bn Boo/1/SSBiiSNGSN45關(guān)于關(guān)于DSB與與SSB制度增益的討論制度增益的討論n上述表明，上述表明，GDSB = 2GSSB，這能否說明，這能否說明DSB系統(tǒng)的抗噪聲系統(tǒng)的抗噪聲性能比性能比SSB系統(tǒng)好呢？系統(tǒng)好呢？n回答是否定的。因?yàn)?，兩者的輸入信?hào)功率不同、帶寬回答是否定的。因?yàn)椋瑑烧叩妮斎胄盘?hào)功率不同、帶寬不同，在相同的噪聲功率譜密度條件下，輸入噪聲功率不同，在相同的噪聲功率譜密度條件下，輸入噪聲功率也不同，所以兩者的輸出信噪比是在不同條件下得到的。也不同，所以兩者的輸出信噪比是在不同

36、條件下得到的。n如果我們?cè)谙嗤妮斎胄盘?hào)功率，相同的輸入噪聲功率如果我們?cè)谙嗤妮斎胄盘?hào)功率，相同的輸入噪聲功率譜密度，相同的基帶信號(hào)帶寬條件下，對(duì)這兩種調(diào)制方譜密度，相同的基帶信號(hào)帶寬條件下，對(duì)這兩種調(diào)制方式進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。這式進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。這就是說，就是說，兩者的抗噪聲性能是相同的兩者的抗噪聲性能是相同的。但。但SSB所需的傳所需的傳輸帶寬僅是輸帶寬僅是DSB的一半，因此的一半，因此SSB得到普遍應(yīng)用。得到普遍應(yīng)用。46關(guān)于關(guān)于DSB與與SSB制度增益的討論制度增益的討論lDSB)(412tmSiSiBnN0)(16120tmS S

37、BnN0041lSSB)(212tmSiDiBnN0)(4120tmS DBnN0041DBntmNS0200)( 如果 又)(212tmSi)(8120tmS DSBB21DBnN0081DBntmNS0200)(475.2.4 AM包絡(luò)檢波的性能n包絡(luò)檢波器分析模型包絡(luò)檢波器分析模型檢波輸出電壓正比于輸入信號(hào)的包絡(luò)變化。檢波輸出電壓正比于輸入信號(hào)的包絡(luò)變化。 ( )mst BPF )(tn ( )mst )(tni )(tno o( )m t 包絡(luò)檢波 48AM的輸入信噪比u輸入信噪比計(jì)算輸入信噪比計(jì)算設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為 解調(diào)器輸入噪聲為解調(diào)器輸入噪聲為則解調(diào)器輸入的信號(hào)

38、功率和噪聲功率分別為則解調(diào)器輸入的信號(hào)功率和噪聲功率分別為輸入信噪比為輸入信噪比為ttmAtscmcos)()(0ttnttntncsccisin)(cos)()(2)(2)(2202tmAtsSmiBntnNii02)(BntmANSii02202)(49AM的包絡(luò)計(jì)算n由于解調(diào)器輸入是信號(hào)加噪聲的混合波形，即由于解調(diào)器輸入是信號(hào)加噪聲的混合波形，即式中式中上式中上式中E(t)便是所求的合成包絡(luò)。當(dāng)包絡(luò)檢波器的傳輸便是所求的合成包絡(luò)。當(dāng)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為系數(shù)為1時(shí)，則檢波器的輸出就是時(shí)，則檢波器的輸出就是E(t)。 0( )( )( )( )cos( )sin( )cos( )miccs

39、ccstn tAm tn ttn ttE ttt220( )( )( )( )csE tAm tn tn t)()()()(0tntmAtnarctgtcs有用信號(hào)與噪聲無法完全分開，因此，計(jì)算輸出信有用信號(hào)與噪聲無法完全分開，因此，計(jì)算輸出信噪比是件困難的事。我們來考慮兩種特殊情況。噪比是件困難的事。我們來考慮兩種特殊情況。50AM的輸出信噪比u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)p輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度，即輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度，即因而式因而式可以簡(jiǎn)化為可以簡(jiǎn)化為)()()(220tntntmAsc220( )( )( )( )csE tAm tn tn t)(

40、)()()( 2)()(22020tntntntmAtmAtEscc200120000( )2( )( )2( )( ) 1( )( )( ) 1( )cccAm tAm t n tn tAm tAm tn tAm tAm t0( )( )cAm tn t12(1)1,12xxx 當(dāng)時(shí)51AM的制度增益E(t)=A0+m(t)+nc(t) 表明表明:有用信號(hào)與噪聲獨(dú)立地分成兩有用信號(hào)與噪聲獨(dú)立地分成兩項(xiàng)，因而可分別計(jì)算它們的功率。輸出信號(hào)功率為項(xiàng)，因而可分別計(jì)算它們的功率。輸出信號(hào)功率為輸出噪聲功率為輸出噪聲功率為n故輸出信噪比為故輸出信噪比為n制度增益為制度增益為2o( )Sm t22o0(

41、 )( )ciNn tn tn B2oo0( )Sm tNn B2oo220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm t52大信噪比時(shí)的AMn討論討論1. AM信號(hào)的調(diào)制制度增益信號(hào)的調(diào)制制度增益GAM隨隨A0的減小而增加。的減小而增加。2. GAM總是小于總是小于1，這說明包絡(luò)檢波器對(duì)輸入信噪比沒有改，這說明包絡(luò)檢波器對(duì)輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。善，而是惡化了。3. 例如：對(duì)于例如：對(duì)于100%的調(diào)制，且的調(diào)制，且m(t)是單頻正弦信號(hào)，這時(shí)是單頻正弦信號(hào)，這時(shí)AM 的最大信噪比增益為的最大信噪比增益為4. 可以證明，采用同步檢測(cè)法解調(diào)可以證明，采用同步檢測(cè)法解調(diào)AM信號(hào)時(shí)，得到

42、的調(diào)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。制制度增益與上式給出的結(jié)果相同。 5. 由此可見，對(duì)于由此可見，對(duì)于AM調(diào)制系統(tǒng)，在大信噪比時(shí)，采用包調(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)的性能幾乎一樣。絡(luò)檢波器解調(diào)時(shí)的性能與同步檢測(cè)器時(shí)的性能幾乎一樣。2oo220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm t32AMG53小信噪比情況下的AMn此時(shí)，輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)小于噪聲幅度，即此時(shí)，輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)小于噪聲幅度，即包絡(luò)包絡(luò)變成變成其中其中R(t) 和和 (t) 代表噪聲的包絡(luò)及相位：代表噪聲的包絡(luò)及相位：220( )( )( )csAm tn tn t220

43、( )( )( )( )csE tAm tn tn t)()(2)()()()(02220tmAtntntntmAtEcsc)()(2)()(022tmAtntntncsc)()()()(21)()(22022tntntmAtntntnsccsc)(cos)()( 21)(0ttRtmAtR)()()(22tntntRsc)()()(tntnarctgtcs54小信噪比情況下的AM因?yàn)橐驗(yàn)樗?，可以把所以，可以把E(t)進(jìn)一步近似：進(jìn)一步近似：)()(0tmAtR)(cos)()(1)(0ttRtmAtR)(cos)()( 21)()(0ttRtmAtRtE）時(shí)1(21)1 (21xxx)(c

44、os)()(0ttmAtR此時(shí)，此時(shí)，E(t)中沒有單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)，有用信號(hào)中沒有單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)，有用信號(hào)m(t)被噪聲擾被噪聲擾亂，只能看作是噪聲。亂，只能看作是噪聲。這時(shí)，輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降，而這時(shí)，輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降，而是急劇惡化，通常把這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的是急劇惡化，通常把這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的門限效應(yīng)門限效應(yīng)。開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值門限值。 55小信噪比情況下的AMn討論討論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。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。 2. 用相干解調(diào)的方法解調(diào)

45、各種線性調(diào)制信號(hào)時(shí)不存在門限用相干解調(diào)的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號(hào)時(shí)不存在門限效應(yīng)。原因是信號(hào)與噪聲可分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器輸出端效應(yīng)。原因是信號(hào)與噪聲可分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器輸出端總是單獨(dú)存在有用信號(hào)項(xiàng)?？偸菃为?dú)存在有用信號(hào)項(xiàng)。3. 在大信噪比情況下，在大信噪比情況下，AM信號(hào)包絡(luò)檢波器的性能幾乎與信號(hào)包絡(luò)檢波器的性能幾乎與相干解調(diào)法相同。但當(dāng)輸入信噪比低于門限值時(shí)，將會(huì)出相干解調(diào)法相同。但當(dāng)輸入信噪比低于門限值時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)門限效應(yīng)，這時(shí)解調(diào)器的輸出信噪比將急劇惡化，系統(tǒng)現(xiàn)門限效應(yīng)，這時(shí)解調(diào)器的輸出信噪比將急劇惡化，系統(tǒng)無法正常工作。無法正常工作。565.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理非線性調(diào)制

46、（角度調(diào)制）的原理l前言前言n頻率調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)頻頻率調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)頻(FM)，相位調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)相，相位調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)相(PM)。n這兩種調(diào)制中，載波的幅度都保持恒定，而頻率和相這兩種調(diào)制中，載波的幅度都保持恒定，而頻率和相位的變化都表現(xiàn)為載波瞬時(shí)相位的變化。位的變化都表現(xiàn)為載波瞬時(shí)相位的變化。n角度調(diào)制：頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。角度調(diào)制：頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。n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，而已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的是頻譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制非線性調(diào)制。

47、n與幅度調(diào)制技術(shù)相比，角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢(shì)是其較與幅度調(diào)制技術(shù)相比，角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢(shì)是其較高的抗噪聲性能。高的抗噪聲性能。 575.3.1角度調(diào)制的基本概念lFM和和PM信號(hào)的一般表達(dá)式信號(hào)的一般表達(dá)式角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為式中，式中，A 載波的恒定振幅；載波的恒定振幅； ct + (t) (t) 信號(hào)的瞬時(shí)相位；信號(hào)的瞬時(shí)相位； (t) 瞬時(shí)相位偏移。瞬時(shí)相位偏移。nd ct + (t)/dt = (t) 稱為稱為瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)角頻率nd (t)/dt 稱為瞬時(shí)頻偏。稱為瞬時(shí)頻偏。)(cos)(ttAtscm58相位調(diào)制(PM)n相位調(diào)制相位調(diào)制(PM)：瞬

48、時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)作線性變化，即：瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)作線性變化，即式中式中Kp 調(diào)相靈敏度，含義是單位調(diào)制信號(hào)幅度引起調(diào)相靈敏度，含義是單位調(diào)制信號(hào)幅度引起PM信號(hào)的相位偏移量，單位是信號(hào)的相位偏移量，單位是rad/V。將上式代入一般表達(dá)式將上式代入一般表達(dá)式得到得到PM信號(hào)表達(dá)式信號(hào)表達(dá)式)()(tmKtp)(cos)(tmKtAtspcPM)(cos)(ttAtscm59頻率調(diào)制(FM)n瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)成比例變化，即瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)成比例變化，即式中式中 Kf 調(diào)頻靈敏度，單位是調(diào)頻靈敏度，單位是rad/s V。 這時(shí)相位偏移為這時(shí)相位偏移為將其代入一般表達(dá)式將其代入一

49、般表達(dá)式得到得到FM信號(hào)表達(dá)式信號(hào)表達(dá)式)()(tmKdttdf( )( )ftKmd( )cos( )FMcfstAtKmd)(cos)(ttAtscm60PM與 FM的區(qū)別nPM與與 FM的區(qū)別的區(qū)別u比較上兩式可見，比較上兩式可見， PM是相位偏移隨調(diào)制信號(hào)是相位偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)線線性變化，性變化，F(xiàn)M是相位偏移隨是相位偏移隨m(t)的積分呈線性變化。的積分呈線性變化。u如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)m(t)的具體形式，則無法判的具體形式，則無法判斷已調(diào)信號(hào)是調(diào)相信號(hào)還是調(diào)頻信號(hào)。斷已調(diào)信號(hào)是調(diào)相信號(hào)還是調(diào)頻信號(hào)。)(cos)(tmKtAtspcPM( )cos( )

50、FMcfstAtKmd61單音調(diào)制PMn單音調(diào)制單音調(diào)制FM與與PM設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的正弦波，即設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的正弦波，即 u用它對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制時(shí)，將上式代入用它對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制時(shí)，將上式代入 得到得到式中，式中，mp = Kp Am 調(diào)相指數(shù)，表示最大的相位偏移。調(diào)相指數(shù)，表示最大的相位偏移。( )coscos2mmmmm tAtAf t)(cos)(tmKtAtspcPMPM( )coscoscpmmstAtK AtcosscpmAtm cot62單音調(diào)制FMu用它對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，將用它對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，將代入代入得到得到FM信號(hào)的表達(dá)式信號(hào)的表達(dá)式 式中式中 調(diào)

51、頻指數(shù)，表示最大的相位偏移調(diào)頻指數(shù)，表示最大的相位偏移 最大角頻偏最大角頻偏 最大頻偏。最大頻偏。 ( )coscos2mmmmm tAtAf tFM( )coscoscfmmstAtK Ad ( )cos( )FMcfstAtKmdcosncfmAtm sitfmfmmmK AfmffmK Afmfmf 63PM 信號(hào)和FM 信號(hào)波形 (a) PM 信號(hào)波形信號(hào)波形 (b) FM 信號(hào)波形信號(hào)波形 瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)角頻率64FM與PM之間的關(guān)系n由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，所以由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，所以FM與與PM之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。 n比

52、較下面兩式可見比較下面兩式可見n如果將調(diào)制信號(hào)先微分，而后進(jìn)行調(diào)頻，則得到的是調(diào)如果將調(diào)制信號(hào)先微分，而后進(jìn)行調(diào)頻，則得到的是調(diào)相波，這種方式叫間接調(diào)相；同樣，如果將調(diào)制信號(hào)先相波，這種方式叫間接調(diào)相；同樣，如果將調(diào)制信號(hào)先積分，而后進(jìn)行調(diào)相，則得到的是調(diào)頻波，這種方式叫積分，而后進(jìn)行調(diào)相，則得到的是調(diào)頻波，這種方式叫間接調(diào)頻。間接調(diào)頻。 )(cos)(tmKtAtspcPM( )cos( )FMcfstAtKmd65方框圖 （a a）直接調(diào)頻）直接調(diào)頻 （b b）間接調(diào)頻）間接調(diào)頻(c) (c) 直接調(diào)相直接調(diào)相 (d) (d) 間接調(diào)相間接調(diào)相665.3.2 窄帶調(diào)頻（NBFM）n定義：如

53、果定義：如果FM信號(hào)的最大瞬時(shí)相位偏移滿足下式條件信號(hào)的最大瞬時(shí)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。則稱為窄帶調(diào)頻；反之，稱為寬帶調(diào)頻。）（或 5 . 06)(tfdmKn時(shí)域表示式時(shí)域表示式將將FM信號(hào)一般表示式展開得到信號(hào)一般表示式展開得到( )cos( )tFMcfstAtKmdcoscos( )sinsin( )ttcfcfAtKmdAtKmdcos( )1sin( )( )tfttffKmdKmdKmd( )cos( )sintNBFMcfcstAtAKmdt當(dāng)滿足窄帶調(diào)頻條件時(shí)：當(dāng)滿足窄帶調(diào)頻條件時(shí)：故上式可簡(jiǎn)化為故上式可簡(jiǎn)化為67NBFM頻域表示式利用以下傅

54、里葉變換對(duì)利用以下傅里葉變換對(duì)可得可得NBFM信號(hào)的頻域表達(dá)式信號(hào)的頻域表達(dá)式)()(sin)()(cos)()(ccccccjttMtmjMdttm)()(（設(shè)（設(shè)m(t)的均值為的均值為0） ()()1( )sin2cccccMMm t dttNBFM( ) ()()ccsA ()()2fccccAKMM( )cos( )sintNBFMcfcstAtAKmdt68NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較n兩者都含有一個(gè)載波和位于兩者都含有一個(gè)載波和位于c c處的兩個(gè)邊帶，所以它處的兩個(gè)邊帶，所以它們的帶寬相同們的帶寬相同n不同的是，不同的是，NBFM的兩個(gè)邊頻分別乘了因式的兩個(gè)邊頻分別乘了因式1/(

55、 - c)和和1/( + c) ，由于因式是頻率的函數(shù)，所以這種加權(quán)，由于因式是頻率的函數(shù)，所以這種加權(quán)是頻率加權(quán)，加權(quán)的結(jié)果引起調(diào)制信號(hào)頻譜的失真。是頻率加權(quán)，加權(quán)的結(jié)果引起調(diào)制信號(hào)頻譜的失真。n另外，另外，NBFM的一個(gè)邊帶和的一個(gè)邊帶和AM反相。反相。1( ) ()()()()2AMccccSAMM NBFM( ) ()()ccsA ()()2fccccAKMM69NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較舉例u以單音調(diào)制為例。設(shè)調(diào)制信號(hào)以單音調(diào)制為例。設(shè)調(diào)制信號(hào) 則則NBFM信號(hào)為信號(hào)為AM信號(hào)為信號(hào)為按照上兩式畫出的頻譜圖和矢量圖如下：按照上兩式畫出的頻譜圖和矢量圖如下：tAtmmmcos)( )

56、cos( )sintNBFMcfcstAtAKmdt1cossinsincmfmcmAtAA Kttcoscos()cos()2mFccmcmmAA KAttt(cos)cosAMmmcsAAttscoscoscmmcAcotAtcoscos()cos()2mccmcmAAttt70頻譜圖p單音調(diào)制頻譜圖單音調(diào)制頻譜圖71矢量圖n單音調(diào)制矢量圖單音調(diào)制矢量圖 (a) AM (b) NBFM在在AM中，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波同相，所以只有幅中，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波同相，所以只有幅度的變化，無相位的變化；而在度的變化，無相位的變化；而在NBFM中，由于下邊頻為中，由于下邊頻為負(fù)，兩個(gè)邊頻的合

57、成矢量與載波則是正交相加，所以負(fù)，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波則是正交相加，所以NBFM不僅有相位的變化，幅度也有很小的變化。不僅有相位的變化，幅度也有很小的變化。這正是兩者的本質(zhì)區(qū)別這正是兩者的本質(zhì)區(qū)別 。由于由于NBFM信號(hào)最大頻率偏移較小，占據(jù)的帶寬較窄，但信號(hào)最大頻率偏移較小，占據(jù)的帶寬較窄，但是其抗干擾性能比是其抗干擾性能比AM系統(tǒng)要好得多，因此得到較廣泛的系統(tǒng)要好得多，因此得到較廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用。 725.3.3 寬帶調(diào)頻n信號(hào)表達(dá)式信號(hào)表達(dá)式 設(shè)：?jiǎn)我粽{(diào)制信號(hào)為設(shè)：?jiǎn)我粽{(diào)制信號(hào)為則單音調(diào)制則單音調(diào)制FM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為將上式利用三角公式展開，有將上式利用三角公式展

58、開，有將上式中的兩個(gè)因子分別展成傅里葉級(jí)數(shù)，將上式中的兩個(gè)因子分別展成傅里葉級(jí)數(shù)，式中式中 Jn (mf) 第一類第一類n階貝塞爾函數(shù)階貝塞爾函數(shù)tfAtAtmmmmm2coscos)(sincos)(tmtAtsmfcFM( )coscos(sin)sinsin(sin)FMcfmcfmstAtmtAtmttnmJmJtmmfnnfmf2cos)(2)()sincos(120tnmJtmmfnnmf) 12sin()(2)sinsin(11273Jn (mf)曲線74FM信號(hào)的級(jí)數(shù)展開式u調(diào)頻信號(hào)的頻域表達(dá)式調(diào)頻信號(hào)的頻域表達(dá)式對(duì)上式進(jìn)行傅里葉變換，即得對(duì)上式進(jìn)行傅里葉變換，即得FM信號(hào)的頻

59、域表達(dá)式信號(hào)的頻域表達(dá)式01( )()cos()cos()cos() FMfcfcmcmstAJ mtAJ mtt2()cos(2)cos(2) fcmcmAJmtt+()cos()nfcmnAJ mnt=( )()()()FMnfcmcmSAJ mnn n某單音寬帶調(diào)頻波的頻譜：某單音寬帶調(diào)頻波的頻譜：n圖中只畫出了單邊振幅譜。圖中只畫出了單邊振幅譜。 75討論n由上式可見由上式可見u調(diào)頻信號(hào)的頻譜由載波分量調(diào)頻信號(hào)的頻譜由載波分量 c和無數(shù)邊頻和無數(shù)邊頻( c n m)組成。組成。u當(dāng)當(dāng)n = 0時(shí)是載波分量時(shí)是載波分量 c ，其幅度為，其幅度為AJ0 (mf)u當(dāng)當(dāng)n 0時(shí)是對(duì)稱分布在載

60、頻兩側(cè)的邊頻分量時(shí)是對(duì)稱分布在載頻兩側(cè)的邊頻分量( c n m) ，其，其幅度為幅度為AJn (mf)，相鄰邊頻之間的間隔為，相鄰邊頻之間的間隔為 m；且當(dāng)；且當(dāng)n為奇數(shù)為奇數(shù)時(shí)，上下邊頻極性相反；時(shí)，上下邊頻極性相反； 當(dāng)當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)極性相同。為偶數(shù)時(shí)極性相同。 u由此可見，由此可見，F(xiàn)M信號(hào)的頻譜不再是調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，信號(hào)的頻譜不再是調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，而是一種非線性過程。而是一種非線性過程。 ( )()()()FMnfcmcmSAJ mnn 76調(diào)頻信號(hào)的帶寬n理論上調(diào)頻信號(hào)的頻帶寬度為無限寬。實(shí)際上邊頻幅理論上調(diào)頻信號(hào)的頻帶寬度為無限寬。實(shí)際上邊頻幅度隨著度隨著n的增大而逐