西電《通信原理》課件 第四章

1、西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章第四章第四章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章2內(nèi)容提要內(nèi)容提要4.1 幅度調(diào)制幅度調(diào)制(線性調(diào)制線性調(diào)制)的原理的原理4.2 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4.3 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4.4 各種模擬調(diào)制的性能比較各種模擬調(diào)制的性能比較4.5 頻分復(fù)用（頻分復(fù)用（FDM）作業(yè)：作業(yè)：1、2、5、6、7、8、11、12、13、14、17、10-1、10-2西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章3引言引言調(diào)制的目的和分類調(diào)制的目的和分類n調(diào)制調(diào)制n目的：將原

2、始電信號變換成頻帶適合信道傳輸?shù)男盘柲康模簩⒃茧娦盘栕儞Q成頻帶適合信道傳輸?shù)男盘杗方式：按調(diào)制信號的變化規(guī)律去改變載波的某些參數(shù)方式：按調(diào)制信號的變化規(guī)律去改變載波的某些參數(shù)n作用作用(正弦波調(diào)制正弦波調(diào)制)：n將調(diào)制信號（基帶信號）轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號（頻帶信將調(diào)制信號（基帶信號）轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號（頻帶信號）；號）；n實現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率；實現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率；n減小干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力；減小干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力；n實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。n調(diào)制信號：原始基帶信號調(diào)制信號：原始基帶信號n模擬

3、調(diào)制：調(diào)制信號取值連續(xù)模擬調(diào)制：調(diào)制信號取值連續(xù)n數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號取值離散數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號取值離散n載波：攜帶調(diào)制信號的信號載波：攜帶調(diào)制信號的信號n正弦波調(diào)制：正弦型信號作為載波正弦波調(diào)制：正弦型信號作為載波n脈沖調(diào)制：脈沖串作為載波脈沖調(diào)制：脈沖串作為載波西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章4正弦波模擬調(diào)制正弦波模擬調(diào)制西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章4.1 幅度調(diào)制幅度調(diào)制(線性調(diào)制線性調(diào)制)的原理的原理返回返回西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章6n幅度調(diào)制（線性調(diào)制）是用調(diào)制信號去控幅度調(diào)制（線性調(diào)制）是用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號的

4、規(guī)制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號的規(guī)律而變化的過程律而變化的過程。 n分類：分類：n調(diào)幅（調(diào)幅（AM）n雙邊帶抑制載波調(diào)幅（雙邊帶抑制載波調(diào)幅（DSB-SC）n單邊帶調(diào)制（單邊帶調(diào)制（SSB）n殘留邊帶調(diào)制（殘留邊帶調(diào)制（VSB）西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章7一、幅度調(diào)制器的一般模型一、幅度調(diào)制器的一般模型)(cos)()(thttmtscm)()(21)(HMMSccm適當選擇，可以得到適當選擇，可以得到各種幅度調(diào)制信號各種幅度調(diào)制信號 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章8二、二、AM信號信號n調(diào)制信號疊加直流后調(diào)制信號疊加直流后與載波相乘，就可形與載波相乘，就可

5、形成調(diào)幅（成調(diào)幅（AM）信號）信號 0)(tmttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)()(00)()(21)()()(0ccccAMMMAS西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章9AM信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜上邊帶上邊帶max0( )1m taA調(diào)幅指數(shù)a1 過調(diào)幅過調(diào)幅西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章10AM調(diào)制信號仿真波形調(diào)制信號仿真波形(a=0.5)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章11AM調(diào)制信號仿真波形調(diào)制信號仿真波形(a=1)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章12AM調(diào)制信號仿真波形調(diào)制信號仿真波形(a=1.5)西安電

6、子科技大學西安電子科技大學第四章第四章13結(jié)論結(jié)論n可以看出當滿足條件可以看出當滿足條件 時，時，AM信號的包絡(luò)與調(diào)信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成制信號成正比正比，所以用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)出原始的，所以用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)出原始的調(diào)制信號，否則，將會出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡(luò)失真。調(diào)制信號，否則，將會出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡(luò)失真。nAM信號的頻譜由信號的頻譜由載頻分量載頻分量和上、下兩個邊帶組成，上邊帶和上、下兩個邊帶組成，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。的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同。n 0( )maxm tA2AMHBf22202222200( )( ) coscos(

7、 )cos2( )cosAMAMccccPstAm ttAtm ttA m tt( )0m t =0220( )22SMcAm tAPPP載波功率載波功率 邊帶功率邊帶功率 =ScSPPP功率西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章14舉例舉例n設(shè)設(shè) ，滿量（，滿量（100%）調(diào)幅）調(diào)幅n也即也即n由此可見，由此可見，AM信號的總功率包括載波功率和邊帶信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。載波分量不攜帶信息，仍占據(jù)大部功率兩部分。載波分量不攜帶信息，仍占據(jù)大部分功率，因此，分功率，因此，AM信號的功率利用率比較低。信號的功率利用率比較低。( )cosmmm tAt0max( )mAAm

8、 t2211( )24smPm tA2201122cmPAA1=3scSPPP功率西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章15AM信號的解調(diào)信號的解調(diào)n包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波n條件：條件：n特點：不需要同步載波，輸出幅度大特點：不需要同步載波，輸出幅度大0( )( )om tAm t0( )maxm tA西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章16AM信號的相干解調(diào)信號的相干解調(diào)n實際中提取載波，會不可避免地存在有載波相位偏實際中提取載波，會不可避免地存在有載波相位偏差，此時解調(diào)器的輸出為差，此時解調(diào)器的輸出為0( )( )2oAm tm t0cos( )( )2oAm tm t載波相位偏差

9、載波相位偏差西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章17三、抑制載波雙邊帶調(diào)制（三、抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB）n在在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。全由邊帶傳送。n如果將載波抑制，只需將直流如果將載波抑制，只需將直流A0去掉，去掉， 即可輸即可輸出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號（DSB）( )( )cosDSBcstm tt0)(tm1( )()()2DSBccSMM西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章18DSB信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜DSB信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律

10、一致，因而不能采用簡單的信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號，包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號， 需采用相干解調(diào)（同步檢波）。需采用相干解調(diào)（同步檢波）。西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章19DSB信號的調(diào)制與解調(diào)信號的調(diào)制與解調(diào)( )( )2om tm t 特點：特點：DSB信號不含載波分量，功率利用率高信號不含載波分量，功率利用率高包絡(luò)不再正比于調(diào)制信號包絡(luò)不再正比于調(diào)制信號m(t)變化，只能采用相干解調(diào)變化，只能采用相干解調(diào)帶寬同帶寬同AM信號信號西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章20四、單邊帶調(diào)制四、單邊帶調(diào)制(SSB)nDSB信號

11、包含有兩個邊帶，即信號包含有兩個邊帶，即上、下邊帶上、下邊帶。n由于這兩個邊帶包含的信息相同，因而，從信息傳輸?shù)慕嵌扔捎谶@兩個邊帶包含的信息相同，因而，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，傳輸一個邊帶就夠了。來考慮，傳輸一個邊帶就夠了。n這種只傳輸一個邊帶的通信方式稱為單邊帶通信。這種只傳輸一個邊帶的通信方式稱為單邊帶通信。n單邊帶信號的產(chǎn)生方法通常有單邊帶信號的產(chǎn)生方法通常有濾波法濾波法和和相移法相移法。用用濾波法濾波法形成單邊帶信號形成單邊帶信號方法是讓雙邊帶信號通過一個邊帶濾波器，方法是讓雙邊帶信號通過一個邊帶濾波器，保留所需要的一個邊帶，濾除不要的邊帶。保留所需要的一個邊帶，濾除不要的邊帶。西安電

12、子科技大學西安電子科技大學第四章第四章21形成形成SSB信號的濾波特性信號的濾波特性H()10ccH()0cc1(a)(b)上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章22SSB信號的頻譜信號的頻譜特點：特點：SSB信號不含載波信號不含載波分量，功率利用率分量，功率利用率高高只能采用相干解調(diào)只能采用相干解調(diào)帶寬為帶寬為AM、DSB信號的一半信號的一半西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章23用相移法形成單邊帶信號用相移法形成單邊帶信號n調(diào)制信號為任意信號的調(diào)制信號為任意信號的SSB信號的時域表示式為信號的時域表示式為n 是是 的希爾伯特變換的希爾伯特變換n它實質(zhì)上

13、是一個寬帶相移網(wǎng)絡(luò)它實質(zhì)上是一個寬帶相移網(wǎng)絡(luò)n表示把表示把 幅度不變，幅度不變， 所有的頻率分量均相移所有的頻率分量均相移 ，n即可得到即可得到 。 11( )( )cos( )sin22SSBccstm ttm tt)(tm)(tm)(tm2)(tm“-”： 上邊帶上邊帶“+”：下邊：下邊帶帶西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章24相移法形成相移法形成SSB信號示意圖信號示意圖相移法形成相移法形成SSB信號的困難在于寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作，信號的困難在于寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作， 該網(wǎng)絡(luò)要對調(diào)制信號該網(wǎng)絡(luò)要對調(diào)制信號m(t)的所有頻率分量嚴格相移的所有頻率分量嚴格相移/2，這，這一點即使近似達

14、到也是困難的。一點即使近似達到也是困難的。為解決這個難題，可以采用混合法（也叫維弗法）。為解決這個難題，可以采用混合法（也叫維弗法）。西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章25殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制(VSB)n殘留邊帶調(diào)制是介于殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與與DSB之間的一種調(diào)制方式，之間的一種調(diào)制方式，n它既克服了它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信信號實現(xiàn)上的難題。號實現(xiàn)上的難題。n在在VSB中，不是完全抑制一個邊帶（如同中，不是完全抑制一個邊帶（如同SSB中那樣），中那樣），而是逐漸切割，使其殘留一小部分。而是逐漸切割，使其殘留一小部分

15、。n從實現(xiàn)上考慮，邊帶完全抑制從實現(xiàn)上考慮，邊帶完全抑制 邊帶逐漸截止邊帶逐漸截止西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章26殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制(VSB)信號的頻譜信號的頻譜M()2B2BODSB()ccO(a)(b)SSB()OccccVSB()O(c)(d)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章27殘留邊帶濾波器特性的確定殘留邊帶濾波器特性的確定n假設(shè)假設(shè) 是所需的殘留邊帶濾波器的傳輸特性是所需的殘留邊帶濾波器的傳輸特性n殘留邊帶信號的頻譜為殘留邊帶信號的頻譜為nVSB信號必須采用相干解調(diào)信號必須采用相干解調(diào) n殘留邊帶信號與相干載波的乘積為殘留邊帶信號與相干載波的乘積為

16、n則低通濾波器的輸出為則低通濾波器的輸出為 )(VSBH1( )()()( )2VSBccVSBSMMH( )c2osVSBcstt)()(cVSBcVSBSS1( )( )()()2oVSBcVSBcMMHH常數(shù)常數(shù)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章28殘留邊帶濾波器特性殘留邊帶濾波器特性HVSB()10.50cccc00.51HVSB()(a)(b)(a) 殘留部分上邊帶的濾波器特性; （b） 殘留部分下邊帶的濾波器特性()()VSBcVSBcHHH常數(shù)，在在c處具有處具有互補對稱互補對稱（奇對稱）特性（奇對稱）特性 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章29殘留邊帶濾波器

17、的幾何解釋殘留邊帶濾波器的幾何解釋cOcHVSB()HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc(a)(b)(c)(d)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章4.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能返回返回西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章31n本節(jié)將要研究的問題是信道存在加性高斯白噪聲時，各本節(jié)將要研究的問題是信道存在加性高斯白噪聲時，各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。n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 nn(t)對接收端有影響，對接收端有影響，n(t)為高斯白噪聲，雙邊功率譜為高斯白噪聲，雙

18、邊功率譜密度為密度為n0/2。nni(t)平穩(wěn)窄帶高斯噪聲平穩(wěn)窄帶高斯噪聲已調(diào)信號已調(diào)信號 ttnttntnsci00sin)(cos)()(西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章32帶通濾波器傳輸特性帶通濾波器傳輸特性西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章33一、解調(diào)器性能的評價一、解調(diào)器性能的評價n窄帶噪聲及其同相分量窄帶噪聲及其同相分量 和正交分量和正交分量 的均值都為的均值都為0，且具有相同，且具有相同的方差，即的方差，即n n解調(diào)器輸入端信號功率：解調(diào)器輸入端信號功率：n解調(diào)器輸入端噪聲功率：解調(diào)器輸入端噪聲功率：n解調(diào)器輸出端信號功率：解調(diào)器輸出端信號功率：n解調(diào)器輸出

19、端噪聲功率：解調(diào)器輸出端噪聲功率：n輸出信噪比定義為：輸出信噪比定義為：)(tnc)(tns2220( )( )( )icsin tn tn tNn B2( )imSst2( )iiNn t2( )ooNn t2( )ooSm t)()(202000tntmNS功率解調(diào)器輸出噪聲的平均平均功率解調(diào)器輸出有用信號的西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章34n在已調(diào)信號平均功率相同，而且信道噪聲功率譜密度也相在已調(diào)信號平均功率相同，而且信道噪聲功率譜密度也相同的情況下，輸出信噪比反映了系統(tǒng)的抗噪聲性能。同的情況下，輸出信噪比反映了系統(tǒng)的抗噪聲性能。n為了便于衡量為了便于衡量同類調(diào)制系統(tǒng)不同解

20、調(diào)器同類調(diào)制系統(tǒng)不同解調(diào)器對輸入信噪比的影對輸入信噪比的影響，還可用輸出信噪比和輸入信噪比的比值響，還可用輸出信噪比和輸入信噪比的比值G來表示。來表示。 nG越大，表明解調(diào)器的抗噪聲性能越好。越大，表明解調(diào)器的抗噪聲性能越好。n不是同等條件，不能簡單比較。不是同等條件，不能簡單比較。00/iiSNGSN調(diào)制制度增益調(diào)制制度增益 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章35二、二、DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能調(diào)制系統(tǒng)的性能 ( )( )cosDSBcStm tt( )0m t 01( )( )2m tm t21( )cos( )cos( )cos21( )22DSBcccSttm ttm tmttt

21、tnttntncsccisin)(cos)( )(tttnttnttnccscccicossin)(cos)(cos)( 01( )( )2cn tn t西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章36n可見：可見：)(21cos)()(222tmttmtsScmi)(41)(2200tmtmS2200011( )(14)44ciNNn tn tn BBnNi0抑制正交載波抑制正交載波對所有相干解調(diào)都成立對所有相干解調(diào)都成立BntmNSii02)(21BntmNtmNSi02200)(41)(4100/2/DSBiiSNGSN西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章37三、三、SSB調(diào)制系

22、統(tǒng)的性能調(diào)制系統(tǒng)的性能n單邊帶信號的解調(diào)方法與雙邊帶信號相同，單邊帶信號的解調(diào)方法與雙邊帶信號相同，n其區(qū)別僅在于解調(diào)器之前的帶通濾波器的帶寬和中心頻其區(qū)別僅在于解調(diào)器之前的帶通濾波器的帶寬和中心頻率不同。率不同。nSSB的帶通濾波器的帶寬是的帶通濾波器的帶寬是DSB的一半。的一半。 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章38n與相干載波相乘后，再經(jīng)低通濾波可得解調(diào)器輸出信號為：與相干載波相乘后，再經(jīng)低通濾波可得解調(diào)器輸出信號為：n可見：可見：11( )( )cos( )sin22SSBccStm ttm tt)(41)(0tmtm2222211 111( ) ( )cos( )sin(

23、 )( )( )44 224iSSBccSstm ttm ttm tm tm t)(161)(2200tmtmSBnNNi004141西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章39n在在SSB系統(tǒng)中，信號和噪聲有相同表示形式，所以，相干系統(tǒng)中，信號和噪聲有相同表示形式，所以，相干解調(diào)過程中，信號和噪聲的正交分量均被抑制掉，故信噪解調(diào)過程中，信號和噪聲的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒有改善。比沒有改善。 nGDSB=2GSSBn能否說明雙邊帶系統(tǒng)的抗噪聲性能比單邊帶系統(tǒng)好呢？能否說明雙邊帶系統(tǒng)的抗噪聲性能比單邊帶系統(tǒng)好呢？n回答是否定的回答是否定的BntmBntmNSii02024)()(41

24、BntmBntmNS0202004)(41)(16100/1/SSBiiSNGSN西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章40DSB與與SSB抗噪聲性能的比較抗噪聲性能的比較n在相同的輸入信號功率在相同的輸入信號功率 ，相同輸入噪聲功率譜密，相同輸入噪聲功率譜密度度 ，相同基帶信號帶寬，相同基帶信號帶寬 條件下，對這兩種調(diào)制方條件下，對這兩種調(diào)制方式進行比較式進行比較n它們的輸出信噪比是相等的。因此兩者的抗噪聲性能是相它們的輸出信噪比是相等的。因此兩者的抗噪聲性能是相同的，但雙邊帶信號所需的傳輸帶寬是單邊帶的兩倍。同的，但雙邊帶信號所需的傳輸帶寬是單邊帶的兩倍。iS0nHf00022()2

25、()2oiiiiDSBDSBoiDSBHHSSSSSNNn Bnfn f00()()oiiiSSBSSBoiSSBHSSSSNNn Bn f西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章41四、四、 AM相干解調(diào)的性能相干解調(diào)的性能n解調(diào)器輸入是信號加噪聲的混合波形解調(diào)器輸入是信號加噪聲的混合波形 0( )( )cosAMcstAm tt2220( )( )22iAMAm tSstBntnNii02)(BntmANSii02202)(ttnttntmAtntstrcscciAMsin)(cos)()()()()(0西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章42n若采用相干解調(diào)若采用相干解調(diào)Bn

26、tmANSii02202)(20( )4m tS 01( )( )2m tm t01( )( )2cn tn tBnNNi004141200220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm tBntmNtmNSi02200)(41)(41西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章43舉例舉例n100%調(diào)幅，調(diào)幅，n這是這是AM系統(tǒng)的最大信噪比增益。這說明解系統(tǒng)的最大信噪比增益。這說明解調(diào)器對輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。調(diào)器對輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。( )cosmmm tA0max( )mAm tA2)(202Atm202222200022( )223( )2AMAm tGAA

27、m tA西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章44五、五、AM包絡(luò)檢波的性能包絡(luò)檢波的性能n解調(diào)器輸入是信號加噪聲的混合波形解調(diào)器輸入是信號加噪聲的混合波形 0( )( )cosAMcstAm tt2220( )( )22iAMAm tSstBntnNii02)(BntmANSii02202)(0( )( )( )( )cos( )sin( )cos( )AMiccsccstn tAm tn ttn ttE ttt西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章45n合成包絡(luò)合成包絡(luò)n合成相位合成相位n可見，有用信號與噪聲無法完全分開。計算輸出信噪比是可見，有用信號與噪聲無法完全分開。計算輸

28、出信噪比是件困難的事。件困難的事。 n考慮兩種特殊情況考慮兩種特殊情況n大信噪比情況：輸入信號幅度遠大于噪聲幅度大信噪比情況：輸入信號幅度遠大于噪聲幅度 220( )( )( )( )csE tAm tn tn t0( )( )( )( )scn ttarctgAm tn t)()()(220tntntmAsc西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章46大信噪比條件大信噪比條件n可見可見AM的調(diào)制制度增益隨的調(diào)制制度增益隨A0的減小而增加。的減小而增加。n但對包絡(luò)檢波器來說但對包絡(luò)檢波器來說,為了不發(fā)生過調(diào)制現(xiàn)象為了不發(fā)生過調(diào)制現(xiàn)象,應(yīng)應(yīng)有有 ，所以，所以GAM總是小于總是小于1 2220

29、00( )( )2( )( )( )( )( )( )ccscE tAm tAm t n tn tn tAm tn t)(20tmS BntntnNic0220)()(BntmNS0200)(200220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm tmax0)(tmA 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章47小信噪比條件小信噪比條件nE(t)中沒有單獨的信號項，只有受到中沒有單獨的信號項，只有受到 調(diào)制的調(diào)制的 項。項。n由于由于 是一個隨機噪聲。因而，有用信號是一個隨機噪聲。因而，有用信號 被噪聲被噪聲擾亂，致使擾亂，致使 也只能看作是噪聲。也只能看作是噪聲。n因此，輸出信噪比急

30、劇下降，這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的因此，輸出信噪比急劇下降，這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的門限效門限效應(yīng)應(yīng)。 220( )( )( )csAm tn tn t22200( )( )( )( )2( )( )( )( ) 1cos ( )( )cscE tAm tn tn tn tAm tAm tR ttR t)()()(cos)()()()()()(22tRtnttntnarctgttntntRccssc)(cost)(cos)(ttm)(cost)(cos)(ttm)(tm西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章48結(jié)論結(jié)論n用用相干解調(diào)相干解調(diào)的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號時的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號時不

31、存不存在門限效應(yīng)在門限效應(yīng)。原因是信號與噪聲可分別進行解調(diào)，。原因是信號與噪聲可分別進行解調(diào)，解調(diào)器輸出端總是單獨存在有用信號項。解調(diào)器輸出端總是單獨存在有用信號項。n在大信噪比情況下，在大信噪比情況下，AM信號包絡(luò)檢波器的性能幾信號包絡(luò)檢波器的性能幾乎與相干解調(diào)法相同。乎與相干解調(diào)法相同。n但隨著信噪比的減小，包絡(luò)檢波器將在一個特定但隨著信噪比的減小，包絡(luò)檢波器將在一個特定輸入信噪比值上出現(xiàn)門限效應(yīng)。輸入信噪比值上出現(xiàn)門限效應(yīng)。n一旦出現(xiàn)門限效應(yīng)，解調(diào)器的輸出信噪比將急劇一旦出現(xiàn)門限效應(yīng)，解調(diào)器的輸出信噪比將急劇惡化。惡化。 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章4.3非線性調(diào)制（角度

32、調(diào)制）的非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理原理返回返回西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章50n使高頻載波的頻率或相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化而振幅保使高頻載波的頻率或相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化而振幅保持恒定的調(diào)制方式，稱為持恒定的調(diào)制方式，稱為頻率調(diào)制頻率調(diào)制（FM）和）和相位調(diào)制相位調(diào)制(PM)， 分別簡稱為調(diào)頻和調(diào)相。分別簡稱為調(diào)頻和調(diào)相。n因為頻率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故因為頻率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故調(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為角度調(diào)制調(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為角度調(diào)制。n角度調(diào)制與線性調(diào)制不同，已調(diào)信號頻譜不再是原調(diào)制信角度調(diào)制與線性調(diào)制不同，已調(diào)信號頻譜不再是原調(diào)制

33、信號頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會產(chǎn)生與頻號頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制非線性調(diào)制。n由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之間存在密切的關(guān)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻。相之間存在密切的關(guān)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻。 鑒鑒于于FM用的較多，本節(jié)將主要討論頻率調(diào)制。用的較多，本節(jié)將主要討論頻率調(diào)制。西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章51一、角調(diào)制的基本概念一、角調(diào)制的基本概念 n角度調(diào)制信號的一般表達式為角度調(diào)制信

34、號的一般表達式為 ( )cos( )mcStAtt恒定振幅恒定振幅 ( )( )cttt瞬時相位瞬時相位 )(ttc載波相位載波相位 相對于載波相位相對于載波相位的瞬時相位偏移的瞬時相位偏移 c載波角頻率載波角頻率 ( )cdttdt瞬時角頻率瞬時角頻率 ( )dtdt瞬時角頻偏瞬時角頻偏 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章52相位調(diào)制相位調(diào)制 （PM）n是指瞬時相位偏移隨調(diào)制信號是指瞬時相位偏移隨調(diào)制信號m(t)而線性變化。而線性變化。n調(diào)相信號可表示為調(diào)相信號可表示為 )()(tmKtp)(cos)(tmKtAtspcPM常數(shù)常數(shù)調(diào)相靈敏度調(diào)相靈敏度(rad/V) 最大相偏最大相

35、偏max)(tmKP最大角頻偏最大角頻偏max)(dttdmKP西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章53頻率調(diào)制頻率調(diào)制 （FM）n是指瞬時角頻率偏移隨調(diào)制信號是指瞬時角頻率偏移隨調(diào)制信號m(t)而線性變化。而線性變化。n調(diào)頻信號可表示為調(diào)頻信號可表示為 )()(tmKdttdftfdmKt)()(tfcFMdmKtAts)(cos)(常數(shù)常數(shù)調(diào)頻靈敏度調(diào)頻靈敏度 可見，可見，F(xiàn)M和和PM非常相似。非常相似。如果預(yù)先不知道調(diào)制信號如果預(yù)先不知道調(diào)制信號的具體形式，則無法判斷已調(diào)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。信號是調(diào)相信號還是調(diào)頻信號。 西安電子科技大學西安電子科

36、技大學第四章第四章54調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系n如果將調(diào)制信號先微分，而后進行調(diào)頻，則得到的是調(diào)相波，這種如果將調(diào)制信號先微分，而后進行調(diào)頻，則得到的是調(diào)相波，這種方式叫方式叫間接調(diào)相間接調(diào)相；n同樣，如果將調(diào)制信號先積分，而后進行調(diào)相，同樣，如果將調(diào)制信號先積分，而后進行調(diào)相， 則得到的是調(diào)頻波，則得到的是調(diào)頻波，這種方式叫這種方式叫間接調(diào)頻間接調(diào)頻。d()dtm(t)gFMsPM(t)(b)PMsPM(t)m(t)(a) ()d tm(t)gPMsFM(t)(b)FMsFM(t)m(t)(a)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章55二、寬帶調(diào)頻與窄帶調(diào)頻二、寬帶調(diào)頻與窄帶調(diào)

37、頻n當最大相位偏移及相應(yīng)的最大頻率偏移較小時，即一般認當最大相位偏移及相應(yīng)的最大頻率偏移較小時，即一般認為滿足為滿足 n可求出它的任意調(diào)制信號的頻譜表示式。這時，信號占據(jù)可求出它的任意調(diào)制信號的頻譜表示式。這時，信號占據(jù)帶寬窄，屬于帶寬窄，屬于窄帶調(diào)頻（窄帶調(diào)頻（NBFM）。n反之，是反之，是寬帶調(diào)頻（寬帶調(diào)頻（WBFM）。( )(0.5)6tfKmd或西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章56窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻n單音調(diào)制信號單音調(diào)制信號n調(diào)頻信號的瞬時相偏調(diào)頻信號的瞬時相偏 n單音調(diào)頻的時域表達式單音調(diào)頻的時域表達式 tfAtAtmmmmm2coscos)(tmtKAdKAtmfmmFm

38、tmFmsinsincos)(mFA K最大頻偏最大頻偏 調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù) mFmmfmfA Kmf( )cossinWBFMcfmstAtmt11ffmNBFMmWBFM( )coscos()cos() 2fNBFMccmcmmStttt西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章57窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻n有近似式n可簡化為 tFctFctFcFMdmKtdmKtdmKtts)(sinsin)(coscos)(cos)(tFtFtFdmKdmKdmK)()(sin1)(costdmKttsctFcNBFMsin)(cos)(西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章58窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻

39、信號的頻域表達式 )()(ccNBFMSccccFMMK)()(2西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章59單音調(diào)制的單音調(diào)制的AM與與NBFM頻譜頻譜sAM()OmmF()OcmccmcmccmsNBFM()Ocmccmcmccm2NBFMmBf西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章單音調(diào)頻波形示意圖單音調(diào)頻波形示意圖n單頻頻率單頻頻率0.5Hz，載波頻率，載波頻率50Hz，Kf=5， Kp=560西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章n由于由于NBFM信號最大相位偏移較小，占據(jù)的信號最大相位偏移較小，占據(jù)的帶寬較窄，帶寬較窄， 使得調(diào)制制度的抗干擾性能強使得調(diào)制制度的抗干

40、擾性能強的優(yōu)點不能充分發(fā)揮，因此目前僅用于抗的優(yōu)點不能充分發(fā)揮，因此目前僅用于抗干擾性能要求不高的短距離通信中。干擾性能要求不高的短距離通信中。n在長距離高質(zhì)量的通信系統(tǒng)中，如微波或在長距離高質(zhì)量的通信系統(tǒng)中，如微波或衛(wèi)星通信、調(diào)頻立體聲廣播、超短波電臺衛(wèi)星通信、調(diào)頻立體聲廣播、超短波電臺等多采用寬帶調(diào)頻。等多采用寬帶調(diào)頻。61西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章WBFM信號的頻譜信號的頻譜n調(diào)頻波的頻譜包含無窮多個分量。調(diào)頻波的頻譜包含無窮多個分量。n理論上調(diào)頻波的頻帶寬度為無限寬。理論上調(diào)頻波的頻帶寬度為無限寬。n實際上邊頻幅度實際上邊頻幅度 隨著隨著n的增大而逐漸減小，因此調(diào)頻信

41、號的增大而逐漸減小，因此調(diào)頻信號可近似認為具有有限頻譜?？山普J為具有有限頻譜。62)()()()(mcmcfnFMnnmJS1( )cossin()cos()WBFMcfmAnfcmnstAtmtJmnt西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章調(diào)頻信號的帶寬調(diào)頻信號的帶寬n單音單音調(diào)頻波的帶寬調(diào)頻波的帶寬為為n它說明調(diào)頻信號的帶寬取決于最大頻偏和調(diào)制信號的頻率它說明調(diào)頻信號的帶寬取決于最大頻偏和調(diào)制信號的頻率，該式稱為，該式稱為卡森公式卡森公式。n根據(jù)經(jīng)驗把卡森公式推廣，即可得到任意帶限信號調(diào)制時根據(jù)經(jīng)驗把卡森公式推廣，即可得到任意帶限信號調(diào)制時的調(diào)頻信號帶寬的估算公式的調(diào)頻信號帶寬的估

42、算公式63)(2) 1(2mmfFMfffmBmFMfDB) 1(2mfDf西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章三、調(diào)頻信號的產(chǎn)生三、調(diào)頻信號的產(chǎn)生n直接法：直接法：用調(diào)制信號直接控制振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信用調(diào)制信號直接控制振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號的規(guī)律線性變化。號的規(guī)律線性變化。n振蕩頻率由外部電壓控制的振蕩器叫做振蕩頻率由外部電壓控制的振蕩器叫做壓控振蕩器（壓控振蕩器（VCO）n每個壓控振蕩器自身就是一個每個壓控振蕩器自身就是一個FM調(diào)制器，因為它的振蕩頻調(diào)制器，因為它的振蕩頻率正比于輸入控制電壓，即率正比于輸入控制電壓，即n i(t)=0+Kfm(t)n直接法的主要優(yōu)點直

43、接法的主要優(yōu)點是在實現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得較是在實現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得較大的頻偏。大的頻偏。缺點缺點是頻率穩(wěn)定度不高。因此往往需要采用自動是頻率穩(wěn)定度不高。因此往往需要采用自動頻率控制系統(tǒng)來穩(wěn)定中心頻率。直接調(diào)頻法得到的信號多為頻率控制系統(tǒng)來穩(wěn)定中心頻率。直接調(diào)頻法得到的信號多為窄帶調(diào)頻信號。窄帶調(diào)頻信號。64西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章n間接法：間接法：先對調(diào)制信號積分后對載波進行相位調(diào)制，從而先對調(diào)制信號積分后對載波進行相位調(diào)制，從而產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(NBFM)。然后，利用倍頻器把。然后，利用倍頻器把NBFM變換成寬帶調(diào)頻信號變換成寬帶調(diào)頻信號

44、(WBFM)。n倍頻器的作用是提高調(diào)頻指數(shù)倍頻器的作用是提高調(diào)頻指數(shù) ，從而獲得寬帶調(diào)頻，從而獲得寬帶調(diào)頻n經(jīng)經(jīng)n次倍頻后可以使調(diào)頻信號的載頻和調(diào)頻指數(shù)增為次倍頻后可以使調(diào)頻信號的載頻和調(diào)頻指數(shù)增為n倍。倍。n間接法的優(yōu)點是頻率穩(wěn)定度好。缺點是需要多次間接法的優(yōu)點是頻率穩(wěn)定度好。缺點是需要多次倍頻和混倍頻和混頻頻，因此電路較復(fù)雜。，因此電路較復(fù)雜。65積分器N倍頻器相位調(diào)器m(t)sNBFM(t)sWBFM(t) Acosctfm西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章四、調(diào)頻信號的解調(diào)四、調(diào)頻信號的解調(diào)n非相干解調(diào)：非相干解調(diào)：n由于調(diào)頻信號的瞬時頻率正比于調(diào)制信號的幅度，由于調(diào)頻信號的

45、瞬時頻率正比于調(diào)制信號的幅度， 因而調(diào)因而調(diào)頻信號的解調(diào)器必須能產(chǎn)生正比于輸入頻率的輸出電壓。頻信號的解調(diào)器必須能產(chǎn)生正比于輸入頻率的輸出電壓。n最簡單的解調(diào)器是具有頻率最簡單的解調(diào)器是具有頻率-電壓轉(zhuǎn)換特性的電壓轉(zhuǎn)換特性的鑒頻器鑒頻器n相干解調(diào)：相干解調(diào)：n由于窄帶調(diào)頻信號可分解成同相分量與正交分量之和，因由于窄帶調(diào)頻信號可分解成同相分量與正交分量之和，因而可以采用線性調(diào)制中的相干解調(diào)法來進行解調(diào)而可以采用線性調(diào)制中的相干解調(diào)法來進行解調(diào)66西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章鑒頻器特性與組成鑒頻器特性與組成Kd鑒頻器靈敏度鑒頻器靈敏度67西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章

46、五、調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能五、調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能n大信噪比情況大信噪比情況n對于調(diào)頻系統(tǒng)來說，增加傳輸帶寬就可以改善抗噪聲性能對于調(diào)頻系統(tǒng)來說，增加傳輸帶寬就可以改善抗噪聲性能。調(diào)頻方式的這種以帶寬換取信噪比的特性是十分有益的。調(diào)頻方式的這種以帶寬換取信噪比的特性是十分有益的。n在調(diào)幅制中，由于信號帶寬是固定的，在調(diào)幅制中，由于信號帶寬是固定的， 無法進行帶寬與信無法進行帶寬與信噪比的互換，這也正是在抗噪聲性能方面調(diào)頻系統(tǒng)優(yōu)于調(diào)噪比的互換，這也正是在抗噪聲性能方面調(diào)頻系統(tǒng)優(yōu)于調(diào)幅系統(tǒng)的重要原因。幅系統(tǒng)的重要原因。68)1(32ffFMmmG)(2) 1(2mmfFMfffmB西安電子科技大學西

47、安電子科技大學第四章第四章小信噪比情況與門限效應(yīng)小信噪比情況與門限效應(yīng)n當當 減小到一定程度時，解調(diào)器的輸出減小到一定程度時，解調(diào)器的輸出中不存在單獨的有用信號項，信號被噪聲中不存在單獨的有用信號項，信號被噪聲擾亂，因而擾亂，因而 急劇下降。這種情況與急劇下降。這種情況與AM包檢時相似，我們稱之為門限效應(yīng)。包檢時相似，我們稱之為門限效應(yīng)。n 不同，門限值不同。不同，門限值不同。 門限門限n小于門限時，小于門限時， 急劇下降。急劇下降。n 下降越快下降越快nFM以帶寬換取信噪比的改善不是無止境的以帶寬換取信噪比的改善不是無止境的nB Ni 門限效應(yīng)門限效應(yīng)69iiFMSNooFMSNfmfmoo

48、FMSNfmooFMSNiiFMSN西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章非相干解調(diào)的門限效應(yīng)非相干解調(diào)的門限效應(yīng)70西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章4.4 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較較返回返回西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章n在相同的解調(diào)器輸入信號功率在相同的解調(diào)器輸入信號功率 、相同噪聲功率譜密度、相同噪聲功率譜密度 、相同基帶信號帶寬、相同基帶信號帶寬 的條件下，比較的條件下，比較72iS0nmf西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章結(jié)論結(jié)論nWBFM抗噪聲性能最好，抗噪聲性能最好，DSB、SSB、VSB抗噪聲性能次抗噪聲性能次

49、之，之，AM抗噪聲性能最差?？乖肼曅阅茏畈?。NBFM和和AM的性能接近的性能接近73西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章特點與應(yīng)用特點與應(yīng)用nAM調(diào)制的優(yōu)點是接收設(shè)備簡單；缺點是功率利用率低，調(diào)制的優(yōu)點是接收設(shè)備簡單；缺點是功率利用率低，抗干擾能力差?？垢蓴_能力差。nDSB調(diào)制的優(yōu)點是功率利用率高，但帶寬與調(diào)制的優(yōu)點是功率利用率高，但帶寬與AM相同，相同， 接收要求同步解調(diào)，設(shè)備較復(fù)雜。接收要求同步解調(diào)，設(shè)備較復(fù)雜。nSSB調(diào)制的優(yōu)點是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗調(diào)制的優(yōu)點是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力和抗選擇性衰落能力均優(yōu)于干擾能力和抗選擇性衰落能力均優(yōu)于AM, 而帶

50、寬只有而帶寬只有AM的一半；的一半； 缺點是發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜。缺點是發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜。nVSB調(diào)制的訣竅在于部分抑制了發(fā)送邊帶，調(diào)制的訣竅在于部分抑制了發(fā)送邊帶， 同時又利用同時又利用平緩滾降濾波器補償了被抑制部分。平緩滾降濾波器補償了被抑制部分。 VSB的性能與的性能與SSB相當。相當。nFM波的幅度恒定不變，波的幅度恒定不變， 這使它對非線性器件不甚敏感這使它對非線性器件不甚敏感， 給給FM帶來了抗快衰落能力。寬帶帶來了抗快衰落能力。寬帶FM的缺點是頻帶利的缺點是頻帶利用率低，存在門限效應(yīng)，因此在接收信號弱，干擾大的用率低，存在門限效應(yīng)，因此在接收信號弱，干擾大的情況下宜采用窄帶情況下宜采用窄帶FM，窄帶，窄帶FM采用相干解調(diào)時不存在采用相干