通信原理課件-第6-9節(jié)-第5章-4-通信原理

1、1通信原理第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)1通信原理第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)2第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)基本概念調(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過(guò)程。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）。 狹義調(diào)制 僅指帶通調(diào)制。在無(wú)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。調(diào)制信號(hào) 指來(lái)自信源的基帶信號(hào) 載波調(diào)制 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程。載波 未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已調(diào)信號(hào) 載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)。解調(diào)（檢波） 調(diào)制的逆過(guò)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(lái)。 2第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)基本概念3第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的目的 提高無(wú)線通信時(shí)的天線

2、輻射效率。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。擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。調(diào)制方式 模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制 常見(jiàn)的模擬調(diào)制幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制 3第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的目的 4第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理一般原理設(shè)正弦型載波表示式為：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(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般可表示成式中， m(t) 基帶調(diào)制信號(hào)。4第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)

3、制）的原理5第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)頻譜設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜為M()，則已調(diào)信號(hào)的頻譜為由以上表示式可見(jiàn)，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)。由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)制。但應(yīng)注意，這里的“線性”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(guò)程都是一種非線性的變換過(guò)程。 5第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)頻譜6第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.1調(diào)幅（AM）時(shí)域表示式式中 m(t) 調(diào)制信號(hào)，均值為0； A0 常數(shù)，表示疊加的直流分量。頻譜：若m(t)為確知信號(hào)，則AM

4、信號(hào)的頻譜為若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率譜描述。調(diào)制器模型6第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.1調(diào)幅（AM）7第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)波形圖由波形可以看出，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，因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原 始調(diào)制信號(hào)。否則，出現(xiàn)“過(guò)調(diào)幅”現(xiàn)象。這時(shí)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。 7第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)波形圖8第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)頻譜圖由頻譜可以看出，AM信號(hào)的頻譜由載頻分量上邊帶下邊帶三部分組成。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，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

5、帶8第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)頻譜圖載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶下邊9第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)AM信號(hào)的特性帶寬：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 fH 的兩倍：功率：當(dāng)m(t)為確知信號(hào)時(shí)，若則式中Pc = A02/2 載波功率， 邊帶功率。9第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)AM信號(hào)的特性10第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制效率 由上述可見(jiàn)，AM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：當(dāng)m(t) = Am cos mt時(shí)，代入上式，得到當(dāng)|m(t)|max = A0時(shí)（100調(diào)制），

6、調(diào)制效率最高，這時(shí)max 1/310第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制效率11第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.2 雙邊帶調(diào)制（DSB）時(shí)域表示式：無(wú)直流分量A0頻譜：無(wú)載頻分量 曲線：11第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.2 雙邊帶調(diào)制（DSB）12第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制效率：100優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較復(fù)雜。5.1.3 單邊帶調(diào)制（SSB）原理：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M()的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個(gè)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。產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有兩種：濾波法和相移法。 12第5章 模擬調(diào)制

7、系統(tǒng)調(diào)制效率：10013第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)濾波法及SSB信號(hào)的頻域表示濾波法的原理方框圖 用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶: 圖中，H()為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下理想高通特性：則可濾除下邊帶。若具有如下理想低通特性：則可濾除上邊帶。13第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)濾波法及SSB信號(hào)的頻域表示14第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)SSB信號(hào)的頻譜上邊帶頻譜圖:14第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)SSB信號(hào)的頻譜15第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)濾波法的技術(shù)難點(diǎn)濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性例如，若經(jīng)過(guò)濾波后的話音信號(hào)的最低頻率為300Hz，則上下邊帶之間的頻率間隔為600Hz，即允許過(guò)渡帶為600Hz。在600Hz過(guò)渡帶和

8、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。 可以采用多級(jí)（一般采用兩級(jí)）DSB調(diào)制及邊帶濾波的方法，即先在較低的載頻上進(jìn)行DSB調(diào)制，目的是增大過(guò)渡帶的歸一化值，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。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。15第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)濾波法的技術(shù)難點(diǎn)16第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)相移法和SSB信號(hào)的時(shí)域表示SSB信號(hào)的時(shí)域表示式設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為 載波為則DSB信號(hào)的時(shí)域表示式為若保留上邊帶，則有 若保留下邊帶，則有兩式僅正負(fù)號(hào)不同16第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)相移法和SSB信號(hào)的時(shí)域表示兩式僅

9、正17第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)將上兩式合并：式中，“”表示上邊帶信號(hào)，“+”表示下邊帶信號(hào)。希爾伯特變換：上式中Am sinmt可以看作是Am cosmt 相移/2的結(jié)果。把這一相移過(guò)程稱為希爾伯特變換，記為“ ”，則有這樣，上式可以改寫(xiě)為17第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)將上兩式合并：18第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)把上式推廣到一般情況，則得到 式中，若M()是m(t)的傅里葉變換，則式中上式中的-jsgn可以看作是希爾伯特濾波器傳遞函數(shù)，即18第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)19第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)移相法SSB調(diào)制器方框圖優(yōu)點(diǎn)：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。缺點(diǎn)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實(shí)現(xiàn)。19第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)移相法S

10、SB調(diào)制器方框圖20第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)SSB信號(hào)的解調(diào) SSB信號(hào)的解調(diào)和DSB一樣，不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，因?yàn)镾SB信號(hào)也是抑制載波的已調(diào)信號(hào)，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。SSB信號(hào)的性能SSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但SSB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。20第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)SSB信號(hào)的解調(diào)21第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.4 殘留邊帶（VSB）調(diào)制原理：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(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解

11、決了SSB信號(hào)實(shí)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(hào)的一個(gè)邊帶，而是逐漸切割，使其殘留小部分，如下圖所示：21第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.4 殘留邊帶（VSB）調(diào)制22第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)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SBB調(diào)制器相同。 不過(guò)，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(lái)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。22第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制方法：用濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的23第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求由濾波法可知，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H()應(yīng)滿足的

12、條件，我們來(lái)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。 23第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求24第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)VSB信號(hào)解調(diào)器方框圖圖中因?yàn)楦鶕?jù)頻域卷積定理可知，乘積sp(t)對(duì)應(yīng)的頻譜為24第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)VSB信號(hào)解調(diào)器方框圖25第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)將代入得到式中M( + 2c)及M( - 2c)是搬移到+ 2c和 -2c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25第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)將26第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng) 顯然，為了保證相干解調(diào)的輸出無(wú)失真地恢復(fù)調(diào)制信號(hào)m(t)，上式中的傳遞函數(shù)必須滿足： 式中，H 調(diào)制信號(hào)的截止角頻率

13、。上述條件的含義是：殘留邊帶濾波器的特性H()在c處必須具有互補(bǔ)對(duì)稱（奇對(duì)稱）特性, 相干解調(diào)時(shí)才能無(wú)失真地從殘留邊帶信號(hào)中恢復(fù)所需的調(diào)制信號(hào)。 26第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)27第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)殘留邊帶濾波器特性的兩種形式殘留“部分上邊帶”的濾波器特性：下圖(a)殘留“部分下邊帶”的濾波器特性 ：下圖(b)27第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)殘留邊帶濾波器特性的兩種形式28第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.5 線性調(diào)制的一般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)頻域表示式為：式中，只要適當(dāng)選擇H()，便可以得到

14、各種幅度調(diào)制信號(hào)。28第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.5 線性調(diào)制的一般模型29第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)移相法模型將上式展開(kāi)，則可得到另一種形式的時(shí)域表示式，即式中上式表明，sm(t)可等效為兩個(gè)互為正交調(diào)制分量的合成。由此可以得到移相法線性調(diào)制的一般模型如下： 29第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)移相法模型30第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)它同樣適用于所有線性調(diào)制。30第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)31第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.6 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)相干解調(diào)器的一般模型 相干解調(diào)器原理：為了無(wú)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（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，

15、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)。31第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.6 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波32第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)相干解調(diào)器性能分析已調(diào)信號(hào)的一般表達(dá)式為 與同頻同相的相干載波c(t)相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，得到因?yàn)閟I(t)是m(t)通過(guò)一個(gè)全通濾波器HI () 后的結(jié)果，故上式中的sd(t)就是解調(diào)輸出，即 32第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)相干解調(diào)器性能分析33第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能5.2.1 分析模型圖中 sm (t) 已調(diào)信號(hào) n(t) 信道加性高斯白噪聲 ni (t) 帶通濾波后的噪聲 mo(t) 輸出有用信號(hào) no(t) 輸出噪聲33第5章

16、 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能34第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)噪聲分析ni(t)為平穩(wěn)窄帶高斯噪聲，它的表示式為或由于式中 Ni 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n0，帶通濾波器是高度為1、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34第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)噪聲分析35第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)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。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(shí)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：35第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)解調(diào)器輸出信噪比定義36第5章 模擬調(diào)制系

17、統(tǒng)5.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能DSB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)功率和噪聲功率。36第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能37第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)噪聲功率計(jì)算設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為與相干載波cosct相乘后，得經(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37第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)噪聲功率計(jì)算38第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)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或?qū)懗?8第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲可表示為39第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)信號(hào)功率計(jì)算解調(diào)器

18、輸入信號(hào)平均功率為信噪比計(jì)算輸入信噪比輸出信噪比39第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)信號(hào)功率計(jì)算40第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)制度增益由此可見(jiàn)，DSB調(diào)制系統(tǒng)的制度增益為2。也就是說(shuō)，DSB信號(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)，使輸入噪聲中的正交分量被消除的緣故。40第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)制度增益41第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能噪聲功率這里，B = fH 為SSB 信號(hào)的帶通濾波器的帶寬。信號(hào)功率SSB信號(hào)與相干載波相乘后，再經(jīng)低通濾波可得解調(diào)器輸出信號(hào)因此，輸出信號(hào)平均功率41第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能42第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)輸入信號(hào)平均功率為信噪比單邊帶解調(diào)器的輸入信噪

19、比為42第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)輸入信號(hào)平均功率為43第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為制度增益討論：因?yàn)樵赟SB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(guò)程中，信號(hào)和噪聲中的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒(méi)有改善。43第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為44第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)討論上述表明，GDSB = 2GSSB，這能否說(shuō)明DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能比SSB系統(tǒng)好呢？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，輸入噪聲功率也不同，所以兩者的輸出信噪比是在不同條件下得到的。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

20、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。這就是說(shuō)，兩者的抗噪聲性能是相同的。但SSB所需的傳輸帶寬僅是DSB的一半，因此SSB得到普遍應(yīng)用。44第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)討論45第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.4 AM包絡(luò)檢波的性能包絡(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。 45第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.4 AM包絡(luò)檢波的性能46第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)大信噪比情況討論1. AM信號(hào)的調(diào)制制度增益GAM隨A0的減小而增加。2. GAM總是小于1，這說(shuō)明包絡(luò)檢波器對(duì)輸入信噪比沒(méi)有改善，而是惡化了。3. 例如：對(duì)于100%的調(diào)制，且m(t)是單頻正弦信號(hào)，

21、這時(shí)AM 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)AM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。 5. 由此可見(jiàn)，對(duì)于AM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。46第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)大信噪比情況47第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)小信噪比情況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。 2. 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)器輸出端總是單獨(dú)存在有用信號(hào)項(xiàng)。3. 在大信噪比情況下，AM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)出現(xiàn)門限效應(yīng)，這時(shí)解調(diào)器

22、的輸出信噪比將急劇惡化，系統(tǒng)無(wú)法正常工作。E(t)中沒(méi)有單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)，有用信號(hào)m(t)被噪聲擾亂，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)。開(kāi)始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值。 47第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)小信噪比情況E(t)中沒(méi)有單獨(dú)的信號(hào)48第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理前言頻率調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)頻(FM)，相位調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)相(PM)。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。角度調(diào)制：頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。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

23、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，故又稱為非線性調(diào)制。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。 48第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理49第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.1角度調(diào)制的基本概念 FM和PM信號(hào)的一般表達(dá)式角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為式中，A 載波的恒定振幅； ct +(t) (t) 信號(hào)的瞬時(shí)相位； (t) 瞬時(shí)相位偏移。dct +(t)/dt = (t) 稱為瞬時(shí)角頻率d(t)/dt 稱為瞬時(shí)頻偏。49第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.1角度調(diào)制的基本概念 50第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)相位調(diào)制(PM)：瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)作線性變化

24、，即式中Kp 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rad/V。將上式代入一般表達(dá)式得到PM信號(hào)表達(dá)式50第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)相位調(diào)制(PM)：瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制51第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)頻率調(diào)制(FM)：瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)成比例變化，即式中 Kf 調(diào)頻靈敏度，單位是rad/sV。 這時(shí)相位偏移為將其代入一般表達(dá)式得到FM信號(hào)表達(dá)式51第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)頻率調(diào)制(FM)：瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制52第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)PM與 FM的區(qū)別比較上兩式可見(jiàn)， PM是相位偏移隨調(diào)制信號(hào)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。如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)m(t)的

25、具體形式，則無(wú)法判斷已調(diào)信號(hào)是調(diào)相信號(hào)還是調(diào)頻信號(hào)。52第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)PM與 FM的區(qū)別53第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)單音調(diào)制FM與PM設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的正弦波，即 用它對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制時(shí)，將上式代入 得到式中，mp = Kp Am 調(diào)相指數(shù)，表示最大的相位偏移。53第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)單音調(diào)制FM與PM54第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)用它對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，將代入得到FM信號(hào)的表達(dá)式式中調(diào)頻指數(shù)，表示最大的相位偏移最大角頻偏 最大頻偏。 54第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)用它對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，將55第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)PM 信號(hào)和FM 信號(hào)波形 (a) PM 信號(hào)波形 (b) FM 信號(hào)波形 55

26、第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)PM 信號(hào)和FM 信號(hào)波形56第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)FM與PM之間的關(guān)系由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，所以FM與PM之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。 比較下面兩式可見(jiàn)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。 56第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)FM與PM之間的關(guān)系57第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)方框圖 （a）直接調(diào)頻 （b）間接調(diào)頻(c) 直接調(diào)相 (d) 間接調(diào)相57第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)方框圖 （a）直接調(diào)頻 58第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.2 窄帶調(diào)頻（NBFM）定義：如果FM信

27、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。58第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.2 窄帶調(diào)頻（NBFM）59第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)時(shí)域表示式將FM信號(hào)一般表示式展開(kāi)得到當(dāng)滿足窄帶調(diào)頻條件時(shí)，故上式可簡(jiǎn)化為159第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)時(shí)域表示式160第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)頻域表示式利用以下傅里葉變換對(duì)可得NBFM信號(hào)的頻域表達(dá)式（設(shè)m(t)的均值為0） 60第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)頻域表示式（設(shè)m(t)的均值為0） 61第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較兩者都含有一個(gè)載波和位于處的兩個(gè)邊帶，所以它們的帶寬相同不同的是，NBFM的兩個(gè)邊頻分別乘了因式1/( - c)和1/

28、( + c) ，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。另外，NBFM的一個(gè)邊帶和AM反相。61第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較62第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較舉例以單音調(diào)制為例。設(shè)調(diào)制信號(hào) 則NBFM信號(hào)為AM信號(hào)為按照上兩式畫(huà)出的頻譜圖62第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較舉例63第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)頻譜圖由于NBFM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AM系統(tǒng)要好得多，因此得到較廣泛的應(yīng)用。 63第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)頻譜圖由于NBFM信號(hào)最大頻率偏移較64第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.

29、3.3 寬帶調(diào)頻調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式 設(shè)：?jiǎn)我粽{(diào)制信號(hào)為則單音調(diào)制FM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為將上式利用三角公式展開(kāi)，有將上式中的兩個(gè)因子分別展成傅里葉級(jí)數(shù)，式中 Jn (mf) 第一類n階貝塞爾函數(shù)64第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.3 寬帶調(diào)頻65第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)頻信號(hào)的帶寬調(diào)頻波的有效帶寬為它稱為卡森（Carson）公式。 65第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)頻信號(hào)的帶寬66第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)當(dāng)mf 1時(shí)，上式可以近似為這就是寬帶調(diào)頻的帶寬。當(dāng)任意限帶信號(hào)調(diào)制時(shí)，上式中fm是調(diào)制信號(hào)的最高頻率， mf是最大頻偏 f 與 fm之比。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，

30、故調(diào)頻指數(shù)mf 5，由上式可計(jì)算出此FM信號(hào)的頻帶寬度為180kHz。66第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)67第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生直接調(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。壓控振蕩器：每個(gè)壓控振蕩器(VCO)自身就是一個(gè)FM調(diào)制器，因?yàn)樗恼袷庮l率正比于輸入控制電壓，即 方框圖LC振蕩器：用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。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67第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)68第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)間接法調(diào)頻 阿姆斯特朗（Armstrong）法 原理：先將調(diào)

31、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 (WBFM) 信。方框圖 68第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)間接法調(diào)頻 阿姆斯特朗（Armst埃德溫霍華德阿姆斯特朗69埃德溫霍華德阿姆斯特朗（英語(yǔ)：Edwin Howard Armstrong，1890年12月18日1954年1月31日）是一位美國(guó)無(wú)線電工程師，調(diào)頻廣播技術(shù)的發(fā)明者。1913年畢業(yè)于哥倫比亞大學(xué)，研究過(guò)三級(jí)管并設(shè)計(jì)反饋電路，后任該校教授。曾前往第一次世界大戰(zhàn)的歐洲戰(zhàn)場(chǎng)為美軍效力。1918年在法國(guó)發(fā)明了超外差式接收機(jī)。1933年，獲得了有關(guān)頻率調(diào)制的發(fā)明專利權(quán)，頻率調(diào)制的廣播方式解決了無(wú)線電收音機(jī)的天線和噪音問(wèn)題。后糾纏于調(diào)頻專利權(quán)的糾紛，加之病魔纏身，于1954年1月31日自盡。埃德溫霍華德阿姆斯特朗69埃德溫霍華德阿姆斯特朗（英70第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)間接法產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào)由窄帶調(diào)頻公式可知，窄帶調(diào)頻信號(hào)可看成由正交分量與同相分量合成的。所以可以用下圖產(chǎn)生窄帶調(diào)頻