大三上期末復(fù)習(xí)通信原理seminar課件第6課

1、通信原理第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)2f 與 fm之比。2FM (1mf1B :m)fm卡森公式mf1: B FM 2 mf窄帶調(diào)頻的帶寬mf10:大調(diào)頻指數(shù)情況，帶寬由最大頻偏決定B FM 2 f3非線性調(diào)制調(diào)頻信號(hào)的帶寬：設(shè)fm是調(diào)制信號(hào)的最高頻率， mf是最大頻偏例如，調(diào)頻廣播中規(guī)定的最大頻偏 f為75kHz，最高調(diào)制頻率fm為15kHz，求調(diào)頻指數(shù)mf和FM信號(hào)的頻帶寬度？調(diào)頻指數(shù)mf 5，F(xiàn)M信號(hào)的頻帶寬度為180kHz。4調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)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。i (t) 0 K f m(t)方框圖sFM t m t LC振蕩器

2、：用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。5直接調(diào)頻法的主要優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可以獲得較大的頻偏。缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度不高改進(jìn)途徑：采用如下鎖相環(huán)（PLL）調(diào)制器6間接法調(diào)頻 （Armstrong）法原理：先將調(diào)制信號(hào)積分，然后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，即可產(chǎn)生一個(gè)窄帶調(diào)頻(NBFM)信號(hào)，再經(jīng)n次倍頻器得到寬帶調(diào)頻方框圖m t (WBFM)信。sNBFMtsWBFMtA cosct7間接法產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào)由窄帶調(diào)頻公式sNBFM (t) Ac osct Actfm(t)SNBFM (t)載波 A cosct8 / 2積分器倍頻器可以用非線件實(shí)現(xiàn)，然后用帶通濾波器濾去不需要的頻率分量。s (t) as2 (t)平方律osi

3、(i(t)若1 2 t t2aA 2s( t )1cos()則oc2經(jīng)n次倍頻后可以使調(diào)頻信號(hào)的載頻和調(diào)頻指數(shù)增為n倍。9調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)1)非相干解調(diào)m( )d tKs(FMf由于調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率正比于調(diào)制信號(hào)的幅度，因而調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)器必須能產(chǎn)生正比于輸入頻率的輸出電壓。) K fm(to(m )t10Kt sindt(K)(A )m(m)stm)KtmKfdcfcft()(tod輸出電壓Of輸入頻率c(a)鑒頻器sFM(t)sd(t)mo(t)限幅器及帶通包 絡(luò)檢 波低通微分器濾波器11(b)相干解調(diào)sNBFM (t )Si (t )S p (t)sd (t )mo (t )BPFLPF

4、微分c(t )tsNBFM (t) Acosct AK f )d sin tm(cc(t) sin cts (t) A sin 2 t A Ktm( )d (1 cos 2 t)pcfc22A Ktm( )ds (t) dF2AKFm (t) m(t)0212.調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。相干解調(diào)僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，且需同步信 號(hào)； 而非相干解調(diào)適用于窄帶和寬帶調(diào)頻信號(hào)，而且不需同步信號(hào)，因而是FM系統(tǒng)的主要解調(diào)方式。sFM(t)si(t)mo(t)帶通低通ni(t)no(t)解調(diào)器 n(t) 13鑒頻限幅m( )d tKs(調(diào)頻信號(hào)FMfA2Si輸入功率2

5、 n0NFMBA2輸入噪聲功率iSi Ni輸入SNR2n0 BFM1. 大信噪比情況3A2K 2 m (2t)Sf0 8 2nf3N1400mcos mtm) t (輸入信號(hào)fmsin m f調(diào)頻信號(hào)st K fm式中ffmmmA2S32/ 22o Nomf輸出SNRnmf0 S/N03BFMSNR增益2fG0mFMS / N2fiim寬帶調(diào)頻時(shí)B2FM (m1)fm3SNR增益(23 3Gmm15FM上式結(jié)果表明，大比下，寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的制度增益是很高的，即抗噪聲。例如，調(diào)頻廣播中常取mf = 5，則制度增益GFM =450。也就是說，加大調(diào)制指數(shù)，可使調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能迅速改善。16設(shè)調(diào)頻

6、與調(diào)幅信號(hào)均為單音調(diào)制，調(diào)制信號(hào)頻率為fm調(diào)幅信號(hào)為100%調(diào)制。當(dāng)兩者的接收功率Si相等，信道噪聲功率譜密度n0相同時(shí)，比較調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)的抗噪聲性能。解：FM的輸出信噪比為 S0 SiSiNFM GFMGFMNn BAM的FM0i0FM出信比為 S0 SiSiN AM GAMGAMNn B AM0i0AM17 2m 12已知G),GAM3BFM2 (mf 1 mf),AMB 2 mf(S 0/N0 F)M4. m52(S / N )f00 AM18則兩者輸出信噪比的比值為(S/N )GB00 FM FM AM (S0/ N 0)AMGAMBFM應(yīng)當(dāng)，調(diào)頻系統(tǒng)的這一優(yōu)越性是以增加傳輸帶寬

7、來?yè)Q取的。BFM 2(mf1) fm (mf1)BAM19由此可見，在高調(diào)頻指數(shù)時(shí)，調(diào)頻系統(tǒng)的輸出信噪比遠(yuǎn)大于調(diào)幅系統(tǒng)。例如，mf=5 時(shí)，寬帶調(diào)頻的 So/No是調(diào)幅時(shí)的112.5倍。這也可理解成當(dāng)兩者輸出信噪比相等時(shí)，調(diào)頻信號(hào)的 可減小到調(diào)幅信號(hào)的1/112.5。 mfmf 1:BFMBAM2 B(S / N ) 4.5 FM BAM 00FM (S0 / N0 ) AM在調(diào)幅調(diào)制中，由于信號(hào)帶寬是固定的，無(wú)法進(jìn)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)幅系統(tǒng)的重要原因。20小信噪比情況與門限效應(yīng)，以上分析都是在(Si/Ni)FM足夠大的應(yīng)該條件下進(jìn)行的。當(dāng)(Si/Ni)

8、FM減小到一定程度時(shí)，解調(diào)器的輸出中不存在單獨(dú)的有用信號(hào)項(xiàng)，信號(hào)被噪聲擾亂，因而(So/No)FM急劇下降。這種情況與AM包檢時(shí)相似，稱之為門限效應(yīng)。出現(xiàn)門限效應(yīng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的(Si/Ni)FM值被稱為門限值（點(diǎn)），記為(Si/Ni)b21非相干解調(diào)的門限效應(yīng)6 02 01 075 04 0433 02 01 00051 01 52 0S()/ d Bi22F M NiS0()/ dBFMN0入信噪比下降，當(dāng)輸入信噪比降到一定程度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)門限效應(yīng)，輸出信噪比將急劇。希望在接收到最小信號(hào)功率時(shí)仍能滿意地工作，這就要求門限點(diǎn)向低輸入信噪比方向擴(kuò)展。23FM系統(tǒng)以帶寬換取輸出信噪比改善并不是無(wú)止境的。

9、隨著傳輸帶寬的增加（相當(dāng)mf加大），輸入噪聲功率增大，在輸入信號(hào)功率不變的條件下，輸降低門限值（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610dB。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。24預(yù)加重和去家重BFM BFM-fmfmf2225加重-高通濾波器去加重網(wǎng)絡(luò)-低通濾波器265.5 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較綜合前面的分析，各種模擬調(diào)制方式的性能如表 5 - 1 所示。表中的So/No是在相同的解調(diào)器輸入信號(hào)功率Si、相同噪聲功率譜密度n0、相同基帶信號(hào)帶寬fm的條件下。

10、其中AM為100%調(diào)制，調(diào)制信號(hào)為單音正弦。1. 性能比較WBFM抗噪聲性能最好，DSB、SSB、VSB抗噪聲性能次之，AM抗噪聲性能的性能接近。NBFM和AM27n0 fmVSB近似SSB近似SSB略大于復(fù)雜電視廣播fm中短波無(wú)線電廣播AM2/3簡(jiǎn)單1 Si2 fm3nf0m超短波小功率電臺(tái)(窄帶FM)，微波中繼，調(diào)頻立體聲廣播(寬帶3SiFM中等2(m1) f2fm1)23mf (mffm2n f0mFM)28各種模擬調(diào)制方式的性能So設(shè)備復(fù)調(diào)制方式信號(hào)帶寬制度增益N雜度主要應(yīng)用oSiDSB2 fm2n f中等較少應(yīng)用0mSSBf1Si復(fù)雜短波無(wú)線電廣播，m話音頻分多路各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性

11、能曲線706050FM mf640FM mf33020DSBS SB10AM01020Sin0 fm30/ dB405029So/ dBNoSSB調(diào)制：優(yōu)點(diǎn)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能力均優(yōu)于AM，而帶寬只有AM的一半；缺點(diǎn)是發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜。SSB常用分多路復(fù)用系統(tǒng)中。VSB調(diào)制：抗噪聲性能和頻帶利用率與SSB相當(dāng)。在電視廣播、數(shù)傳等系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。FM： FM的能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離高質(zhì)量的通信系統(tǒng)中。缺點(diǎn)是頻帶利用率低，存在門限效應(yīng)。30特點(diǎn)與應(yīng)用AM：優(yōu)點(diǎn)是接收設(shè)備簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是功率利用率低，抗干擾能力差。主要用在中波和短波調(diào)幅廣播。DSB調(diào)制：優(yōu)點(diǎn)

12、是功率利用率高，且?guī)捙cAM相同，但設(shè)備較復(fù)雜。應(yīng)用較少，一般用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。頻分復(fù)用(FDM)和調(diào)頻(FM)頻分復(fù)用（FDM）聲目的：充分利用信道的頻帶資源，提高信道利用率原理CH1CH1fc1fc1CH2CH2fc 2fc 2MMCHnCHnfcnfcn31典型例子：多路載波系統(tǒng)f (kHz)32LL FDM技術(shù)主要用于模擬信號(hào)，普遍應(yīng)用在多路載波電話系統(tǒng)中。其主要優(yōu)點(diǎn)是信道利用率高，技術(shù)成熟；缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，濾波器難以制作，并且在復(fù)用和傳輸過程中，調(diào)制、解調(diào)等過程會(huì)不同程度地引入非線性失真，而產(chǎn)生各路信號(hào)的相互干擾。335.6.2調(diào)頻聲廣播原理：一個(gè)左聲道信號(hào)L，一個(gè)右聲道信號(hào)R。左聲道與右聲道相加形成和信號(hào)(L+R)，相減形成差信號(hào) (L-R)。在調(diào)頻之前，差信號(hào)(L-R)先對(duì)38kHz的副載波進(jìn)行抑制載波雙