第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)

通信原理PrinciplesofCommunications課件整理：王懷興QQ：76944908Email：

76944908@TEL5章模擬調(diào)制系統(tǒng)主要內(nèi)容5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理5.2線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能5.5各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較5.6頻分復用5.7本章小結(jié)把消息信號從載波信號上卸載下來→解調(diào)運送貨物貨物→裝載上飛機→到達目得地→卸載貨物飛機就是運載貨物的工具→載體運送消息消息→裝載上載波信號→傳輸?shù)浇邮斩恕遁d消息高頻載波信號就是傳輸消息的工具→載波把消息信號加載到載波信號上→調(diào)制引言(introduction)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制信號載波已調(diào)信號消息信號基帶信號待發(fā)送信號正弦波脈沖序列運載工具被調(diào)制載波包含有m(t)的全部信息引言(introduction)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制：把信號形式轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸?shù)倪^程廣義調(diào)制：基帶調(diào)制和帶通調(diào)制(載波調(diào)制)

狹義調(diào)制：僅指載波調(diào)制，通常調(diào)制均指載波調(diào)制載波調(diào)制：用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程調(diào)制信號：指來自信源的基帶信號(未被調(diào)制)載波：周期正弦信號或周期脈沖序列已調(diào)信號：載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號解調(diào)(檢波)：將調(diào)制信號從已調(diào)信號中恢復出來調(diào)制方式：模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制引言(introduction)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)※調(diào)制目的(1)提高無線通信時的天線輻射效率，天線尺寸必須與發(fā)射信號的波長相比擬，天線長度>/4；(2)把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現(xiàn)信道的多路復用，提高信道利用率；(3)擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換，即通過調(diào)制改善通信系統(tǒng)的性能。(4)實現(xiàn)頻率資源的分配，通信技術(shù)產(chǎn)生以后，頻率成為與石油、煤炭、水等同等重要的資源…。引言(introduction)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)引言(introduction)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)※調(diào)制的分類按照調(diào)制信號m(t)的類型分模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制按已調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)分線性調(diào)制非線性調(diào)制按正弦載波的被調(diào)參量分幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制按載波信號c(t)的類型分連續(xù)波調(diào)制脈沖調(diào)制(1)幅度調(diào)制(線性調(diào)制)AM：常規(guī)雙邊帶調(diào)幅DSB：雙邊帶調(diào)幅SSB：單邊帶調(diào)幅VSB：殘留邊帶調(diào)幅(2)角度調(diào)制(非線性調(diào)制)FM：頻率調(diào)制PM：相位調(diào)制引言(introduction)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)※本章主要研究的內(nèi)容是以正弦波c(t)=Acos(ct+)作為載波的5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)幅度調(diào)制：用調(diào)制信號去控制高頻載波的幅度，使之隨調(diào)制信號作線性變化的過程。正弦型載波為，一般取0=0。幅度調(diào)制信號(已調(diào)信號)一般可表示成設調(diào)制信號m(t)的頻譜為M()，則已調(diào)信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律變化；頻譜是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單線性搬移(線性調(diào)制)。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.1AM調(diào)幅(amplitudemodulation，也稱常規(guī)雙邊帶調(diào)幅)1AM調(diào)幅的表達式※條件：m(t)均值為0，|m(t)|max≤A0AM調(diào)制器原理模型載波項邊帶項，含有m(t)的信息5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.1AM調(diào)幅(amplitudemodulation，也稱常規(guī)雙邊帶調(diào)幅)2AM波形與頻譜可見，已調(diào)信號sAM(t)的包絡線中包含有調(diào)制信號A0+m(t)的全部信息→包絡檢波可見，已調(diào)信號SAM()頻譜中包含有調(diào)制信號m(t)的全部信息，也包含有載波信息5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.1AM調(diào)幅(amplitudemodulation，也稱常規(guī)雙邊帶調(diào)幅)3AM調(diào)幅的特點分析1)|m(t)|max≤A0時，sAM(t)的包絡線正比于m(t)，可采用最簡單的包絡檢波還原A0+m(t)→m(t)；→優(yōu)點2)接收機簡單，廣泛應用于中短波廣播；→優(yōu)點A0+m(t)3)其頻譜分量由載波分量、上邊帶與下邊帶組成；4)其傳輸帶寬是信號帶寬的兩倍BAM=2fH；→缺點m(t)帶寬fH5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.1AM調(diào)幅(amplitudemodulation，也稱常規(guī)雙邊帶調(diào)幅)3AM信號的特點分析5)調(diào)制效率(功率利用率)低；→缺點※AM信號功率※AM信號的調(diào)制效率(功率利用率)5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.1AM調(diào)幅(amplitudemodulation，也稱常規(guī)雙邊帶調(diào)幅)3AM信號的特點分析5)調(diào)制效率(功率利用率)低；→缺點※調(diào)幅系數(shù)可見，調(diào)幅系數(shù)越大，功率利用率越大，但此例m=1(100%調(diào)制)最大也不能超過30%。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.1AM調(diào)幅(amplitudemodulation，也稱常規(guī)雙邊帶調(diào)幅)3AM信號的特點分析5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.1AM調(diào)幅(amplitudemodulation，也稱常規(guī)雙邊帶調(diào)幅)3AM信號的特點分析Q&A※如何提高調(diào)制效率呢？載波項邊帶項，含有m(t)的信息※如果去掉載波項，則調(diào)制效率即可達到100%！抑制載波5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.2DSB-SC(Doublesidebandamplitudemodulation-suppressedcarrier)1DSB信號的波形與頻譜5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.2DSB-SC(Doublesidebandamplitudemodulation-suppressedcarrier)2DSB信號的特點分析無載頻分量，只有上、下邊帶分量；→優(yōu)點不能再用包絡檢波，必須用相干解調(diào)；→缺點帶寬仍然是信號帶寬的2倍，BDSB=2fH;→缺點調(diào)制效率100%，功率利用率高；→優(yōu)點主要用作SSB、VSB的技術(shù)基礎，調(diào)頻立體聲中差信號調(diào)制等；Q&A※可否只用一個邊帶傳輸呢？SSB！5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)1SSB信號的產(chǎn)生※濾波法需要濾波器HSSB()具有陡峭特性！5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)1SSB信號的產(chǎn)生※移相法設單頻調(diào)制信號，載波為下邊帶LSB上邊帶USB5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)1SSB信號的產(chǎn)生※移相法※要求：Hh()對所有頻率分量精確相移π/2。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)2SSB信號的特點SSB信號帶寬只有AM、DSB信號帶寬的一半，即BSSB=BAM/2=BDSB/2=fH，頻帶利用率高；→優(yōu)點在頻率擁擠的場合獲得了廣泛應用，尤其是在短波通信與多路載波電話中占有重要地位；→優(yōu)點因為不需要傳送載波及另一個邊帶而節(jié)省傳送功率，功耗低；→優(yōu)點在濾波法中陡峭特性濾波器與相移法中寬帶相移網(wǎng)絡都難以實現(xiàn)，均需要相干解調(diào)?！秉c5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)1VSB信號的產(chǎn)生圖中濾波器不要求十分陡峭的截止特性，而是逐漸切割，使其殘留一小部分，如圖所示。濾波法實現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理框圖與濾波法SBB調(diào)制器相同。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)2殘留邊帶濾波器傳輸特性先分析接收端如何從該信號中恢復原基帶信號的經(jīng)過低通濾波后5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)2殘留邊帶濾波器傳輸特性經(jīng)過低通濾波后為保證相干解調(diào)無失真地恢復m(t)，H()須滿足：式中，H

－調(diào)制信號的截止角頻率?！鶜埩暨厧V波器的特性：H()在c處必須具有互補對稱(奇對稱)特性，相干解調(diào)時才能無失真地從殘留邊帶信號中恢復所需的調(diào)制信號。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)2殘留邊帶濾波器傳輸特性※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)5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)3殘留邊帶濾波器的幾何解釋4殘留邊帶信號的特點帶寬介于SSB與DSB之間，即fH<BVSB<2fH;→優(yōu)點實現(xiàn)電路簡單，方便實現(xiàn)；→優(yōu)點應用于商業(yè)電視廣播電視信號傳輸?shù)龋?.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.5線性調(diào)制的一般模型(Thegeneralmodeloflinearmodulation)1濾波法模型※適當選擇H()，便可以得到各種幅度調(diào)制信號2移相法模型5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.6相干解調(diào)與包絡檢波(Coherentdemodulationandenvelopedetection)1相干解調(diào)特點：無門限效應缺點：需要載波同步適用：AM、DSB、SSB、VSB2包絡檢波特點：簡單、無需載波同步；適用：AM信號要求：必須滿足|m(t)|max≤A05.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.1.6相干解調(diào)與包絡檢波(Coherentdemodulationandenvelopedetection)3插入載波的包絡檢波適用：DSB、SSB以及VSB等抑制載波的已調(diào)信號原理：在信號中插入恢復載波，使之稱為或近似成為AM信號，然后采用包絡檢波恢復m(t)。要求：Ad要遠大于信號振幅，同時需要載波同步方法：發(fā)端或收端插入載波，在收端包絡檢波5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.1分析模型與性能指標(Analyticalmodelandperformanceindex)已調(diào)信號高斯白噪聲B和f0取決于已調(diào)信號的頻譜DSB信號：B=2fH，f0=fcSSB信號：B=fH，f0=fc±fH/2窄帶高斯白噪聲輸出信號輸出噪聲相干解調(diào)與包絡檢波5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.1分析模型與性能指標(Analyticalmodelandperformanceindex)SiNiSoNo※輸入信噪比※輸出信噪比※調(diào)制制度增益5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.2DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能(TheperformanceoftheDSBmodulationsystem)DSB相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型可抑制正交分量5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.2DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能(TheperformanceoftheDSBmodulationsystem)DSB相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型調(diào)制制度增益為2，說明解調(diào)器使信噪比改善1倍。5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.3SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能(TheperformanceoftheSSBmodulationsystem)SSB相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型因SSB相干解調(diào)與DSB相同，所以Q&AVSB調(diào)制呢？5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)※DSB與SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能比較※是否說明DSB的抗噪聲性能比SSB好呢？若輸入信號功率、輸入噪聲功率譜密度、基帶信號帶寬均相同，兩者輸出信噪比是相等的。兩者抗噪聲性能相同。SSB傳輸帶寬是DSB的一半，SSB得到普遍應用。5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.4AM包絡檢波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)AM包絡檢波的抗噪聲性能分析模型包絡檢波※檢波輸出電壓正比于輸入信號的包絡變化。AM信號可用相干解調(diào)與包絡檢波兩種方式解調(diào)相干解調(diào)的性能與DSB分析方法相同AM調(diào)制一般采用包絡檢波，不用相干解調(diào)5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.4AM包絡檢波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)E(t)是合成包絡，包絡檢波器的輸出是E(t)的倍數(shù)。5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.4AM包絡檢波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)1大信噪比時

5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.4AM包絡檢波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)1大信噪比時

AM信號的調(diào)制制度增益GAM隨A0的減小而增加；GAM總小于1，包絡檢波對輸出信噪比沒有改善；對于100%的調(diào)制，且m(t)是單頻正弦信號時AM的最大信噪比增益為GAM=2/3；可以證明，采用同步檢測法解調(diào)AM信號時，得到的調(diào)制制度增益與上式給出的結(jié)果相同?？梢?，AM調(diào)制系統(tǒng)在大信噪比時，包絡檢波器解調(diào)的性能與同步檢測的性能幾乎一樣。5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.4AM包絡檢波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)2小信噪比時

※E(t)中沒有單獨的m(t)信號，無法實現(xiàn)解調(diào)。5.2線性系統(tǒng)的抗噪聲性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.2.4AM包絡檢波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)2小信噪比時

E(t)中無信號項m(t)，m(t)被噪聲擾亂成為噪聲輸出信噪比不是按比例地隨輸入信噪比下降，而是急劇惡化的現(xiàn)象稱為解調(diào)器的門限效應開始出現(xiàn)門限效應的輸入信噪比稱為門限值門限效應是由包絡檢波器的非線性解調(diào)引起的相干解調(diào)不存在門限效應，大信噪比時，AM信號包絡檢波器性能幾乎與相干解調(diào)法相同。5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.1角度調(diào)制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)角度調(diào)制：頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。頻率調(diào)制簡稱調(diào)頻(FM)，相位調(diào)制簡稱調(diào)相(PM)。調(diào)制后，載波幅度恒定，瞬時相位被調(diào)制而變化，已調(diào)信號頻譜不再是調(diào)制信號頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，因此稱為非線性調(diào)制。與幅度調(diào)制相比，角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢是其較高的抗噪聲性能，其代價是占用更大的帶寬。FM用于高保真音樂廣播、電視伴音信號的傳輸，衛(wèi)星通信和蜂窩電話系統(tǒng)等。PM直接用于傳輸外，也用于間接產(chǎn)生FM信號的過渡。5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.1角度調(diào)制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)1FM和PM信號的一般表達式相位調(diào)制(PM)：瞬時相偏隨調(diào)制信號m(t)作線性變化式中Kp為調(diào)相靈敏度，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。5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.1角度調(diào)制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)1FM和PM信號的一般表達式頻率調(diào)制(FM)：瞬時頻偏隨調(diào)制信號m(t)作線性變化式中Kf為調(diào)頻靈敏度，是單位調(diào)制信號幅度引起FM信號的頻率偏移量，單位是rad/(s·V)。調(diào)頻信號為PM調(diào)制中，相位隨m(t)線性變化。FM調(diào)制中，相位隨m(t)的積分線性變化。5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.1角度調(diào)制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)2單音調(diào)制FM和PM設調(diào)制信號為單一頻率的正弦波，即Mf調(diào)頻系數(shù)，△w=KfAm最大角頻偏，△f=mffm為最大頻偏5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.1角度調(diào)制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)3單音調(diào)制PM信號和FM信號波形

(a)PM信號波形(b)FM信號波形5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.1角度調(diào)制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)4PM和FM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。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，這種方式叫間接調(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，這種方式叫間接調(diào)頻。

5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.1角度調(diào)制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)4PM和FM之間的關(guān)系（a）直接調(diào)頻(c)直接調(diào)相（b）間接調(diào)頻(d)間接調(diào)相PM相位隨m(t)線性變化，F(xiàn)M相位隨m(t)的積分線性變化。若m(t)未知，能判斷是FM還是PM嗎？。5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.2窄帶調(diào)頻(

NBFM：Narrow-bandfrequencymodulation)1定義：如果FM信號的最大瞬時相偏滿足則為窄帶調(diào)頻(NBFM)；反之為寬帶調(diào)頻(WBFM)。當滿足窄帶調(diào)頻條件時5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.2窄帶調(diào)頻(

NBFM：Narrow-bandfrequencymodulation)2頻域表示式5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.2窄帶調(diào)頻(

NBFM：Narrow-bandfrequencymodulation)3單音調(diào)制的窄帶調(diào)頻設單音調(diào)制信號5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.2窄帶調(diào)頻(

NBFM：Narrow-bandfrequencymodulation)3單音調(diào)制的窄帶調(diào)頻單音調(diào)制的AM與NBFM頻譜圖5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.2窄帶調(diào)頻(

NBFM：Narrow-bandfrequencymodulation)3單音調(diào)制的窄帶調(diào)頻AM矢量圖(b)NBFM矢量圖單音調(diào)制的AM與NBFM矢量圖由于NBFM信號最大頻率偏移較小，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用。5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.3寬帶調(diào)頻(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)1寬帶調(diào)頻表達式設單音調(diào)制信號為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).5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.3寬帶調(diào)頻(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)1寬帶調(diào)頻表達式Jn(mf)曲線5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.3寬帶調(diào)頻(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)1寬帶調(diào)頻表達式5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.3寬帶調(diào)頻(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)1寬帶調(diào)頻表達式5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.3寬帶調(diào)頻(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)2調(diào)頻信號的頻譜與帶寬窄帶調(diào)頻的頻譜mf=0.2寬帶調(diào)頻的頻譜mf=5.0頻譜由載波分量c和無數(shù)邊頻(cnm)組成，間隔m；n=0時幅度AJ0(mf)，n0時幅度AJn(mf)，隨n增大而變小n為奇數(shù)上下邊頻極性相反；n為偶數(shù)極性相同。工程上，保留上、下邊頻分量共2n=2(mf+1)個；邊頻相鄰間隔fm，F(xiàn)M帶寬近似為：5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.3寬帶調(diào)頻(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)2調(diào)頻信號的頻譜與帶寬對于多音或任意帶限調(diào)制信號時fm是調(diào)制信號最高頻率，△f是最大頻偏，mf=△f/fm例5-1FM廣播最大頻偏f=75kHz，最高調(diào)制頻率fm=15kHz，計算mf以及FM信號頻帶寬度？→卡森(Carson)公式5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.3寬帶調(diào)頻(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)3調(diào)頻信號的功率分配根據(jù)貝塞爾函數(shù)具有※調(diào)制后總的功率不變(未調(diào)載波平均功率)，只是重新分配，而功率分配的比例與調(diào)頻指數(shù)mf有關(guān)。5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.3寬帶調(diào)頻(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)4調(diào)頻信號的特點與應用應用：要求高質(zhì)量或信道噪聲大的場合，例如：調(diào)頻廣播，電視伴音、衛(wèi)星通信、移動通信、微波通信和蜂窩電話等系統(tǒng)中。包絡恒定；頻偏隨調(diào)制信號m(t)作線性變化；相偏隨消息信號m(t)的積分作線性變化；帶寬與m(t)的帶寬和mf

有關(guān)，比AM帶寬大(mf+1)倍。優(yōu)勢：抗噪聲能力強；

代價：占用較大的信道帶寬，因而頻譜利用率較低。5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1調(diào)頻信號的產(chǎn)生※直接調(diào)頻法：用調(diào)制信號直接控制載波頻率原理：調(diào)制電壓信號m(t)控制振蕩器VCO的頻率優(yōu)點：電路簡單、可獲得較大的頻偏；通常用變?nèi)荻O管實現(xiàn)直接調(diào)頻。缺點：頻率穩(wěn)定度不高，可采用PLL調(diào)頻器改進。5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1調(diào)頻信號的產(chǎn)生※直接調(diào)頻法：用調(diào)制信號直接控制載波頻率如圖鎖相環(huán)(PLL)調(diào)制器可獲得高質(zhì)量FM或PM優(yōu)點：載頻穩(wěn)定度可達到晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度缺點：低頻調(diào)制特性較差改進：用鎖相環(huán)構(gòu)成兩點調(diào)制的寬帶FM調(diào)制器5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1調(diào)頻信號的產(chǎn)生※間接調(diào)頻法：調(diào)制信號積分后對載波調(diào)相原理：積分?調(diào)相(NBFM)?n次倍頻?WBFM優(yōu)點：頻率穩(wěn)定度好；缺點：需要多次倍頻和混頻，因此電路較復雜。由窄帶調(diào)頻公式5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1調(diào)頻信號的產(chǎn)生※間接調(diào)頻法窄帶信號的產(chǎn)生可知，窄帶調(diào)頻信號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)頻信號：5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1調(diào)頻信號的產(chǎn)生※倍頻的問題與解決辦法問題：倍頻器在提高頻偏為時nf1，也使載頻提高為(nf1)=600MHz，不符合fc=88-108MHz的要求？例如：調(diào)頻廣播發(fā)射機倍頻前載頻為f1=200kHz，調(diào)制信號最高頻率fm=15kHz，最大頻偏f1=25Hz。但調(diào)頻廣播最終要求頻偏f

=75kHz，發(fā)射載頻在88-108MHz頻段范圍內(nèi)。因此需要倍頻次數(shù)5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1調(diào)頻信號的產(chǎn)生※倍頻的問題與解決辦法解決倍頻帶來的問題，可采用如圖所示方案例5-2

設調(diào)制信號fm=15kHz，NBFM信號載頻f1=200kHz，最大頻偏f1=25Hz；混頻器參考頻率f2=10.9MHz，選擇倍頻次數(shù)n1=64，n2=48。(1)求NBFM信號的調(diào)頻指數(shù)m1；(2)求調(diào)頻發(fā)射信號(WBFM信號)的fc、f、mf。5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1調(diào)頻信號的產(chǎn)生解：5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)2調(diào)頻信號的解調(diào)※非相干解調(diào)—鑒頻器適用：NBFM和WBFM思路：完成頻率~電壓的轉(zhuǎn)換，即：對調(diào)頻信號微分包絡檢波后濾去直流分量鑒頻器種類很多，除振幅鑒頻器外，還有相位鑒頻器、比例鑒頻器、正交鑒頻器、斜率鑒頻器、頻率負反饋鑒頻器、鎖相環(huán)鑒頻器等等。Kd

為鑒頻器靈敏度，單位為V/rad/s5.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)2調(diào)頻信號的解調(diào)※相干解調(diào)—只適用于NBFMsp(t)經(jīng)過低通濾波后sd(t)經(jīng)過微分電路后5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.1輸入信噪比(Inputsignal-to-noiseratio)n(t)－均值為零，單邊功率譜密度為n0的高斯白噪聲輸入信號輸入信號功率輸入噪聲功率輸入端信噪比5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.2大信噪比時的解調(diào)增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)輸入噪聲為0時，解調(diào)器輸出為輸出信號平均功率為調(diào)制信號m(t)=0時，解調(diào)器輸入端為包絡相位5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.2大信噪比時的解調(diào)增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)大信噪比時，A>>nc(t)和A>>ns(t)時，相位偏移鑒頻器輸出正比于輸入頻率偏移，輸出噪聲為式中ns(t)是窄帶高斯噪聲ni(t)的正交分量。5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.2大信噪比時的解調(diào)增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)因dns(t)/dt實際上是ns(t)通過理想微分電路的輸出，若ns(t)的功率譜密度Pi(f)=n0，理想微分電路功率傳輸函數(shù)為則鑒頻器輸出噪聲nd(t)的功率譜密度為5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.2大信噪比時的解調(diào)增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)鑒頻器前、后的噪聲功率譜密度如下圖鑒頻器輸出經(jīng)過LPF濾除帶寬fm以外的頻率分量，最終輸出噪聲功率(圖中陰影部分)為5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.2大信噪比時的解調(diào)增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)考慮m(t)為單一頻率余弦波當mf>>1時，5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.2大信噪比時的解調(diào)增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)※在大信噪比時，寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的制度增益很高。寬帶調(diào)頻信號帶寬為5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.2大信噪比時的解調(diào)增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)※調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)比較設AM信號(100%調(diào)制)，m(t)為單音頻信號，寬帶FM信號輸出信噪比將兩者相比，輸出信噪比關(guān)系將兩者相比，帶寬關(guān)系調(diào)頻是以帶寬換取信噪比的改善。5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.3小信噪比時的門限效應(Thresholdeffectofsmallsignal-to-noiseratio)當(Si/Ni)低于一定值時，解調(diào)器輸出(So/No)急劇惡化，稱為調(diào)頻信號解調(diào)的門限效應。此時對應的輸入信噪比稱為門限值，記為(Si/Ni)b。FM系統(tǒng)以帶寬換取輸出信噪比改善并不是無止境的。隨著傳輸帶寬的增加，輸入噪聲功率增大，導致輸入信噪比下降，在輸入信號功率不變的條件下，輸入信噪比下降，當輸入信噪比降到一定程度時就會出現(xiàn)門限效應，輸出信噪比將急劇惡化。5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.3小信噪比時的門限效應(Thresholdeffectofsmallsignal-to-noiseratio)圖為單音調(diào)制時，不同mf下So/No與Si/Ni的關(guān)系曲線。(1)

mf越大門限值越高，但門限值一般10dB左右。(2)在門限值以上，So/No與Si/Ni呈線性關(guān)系，mf越大，輸出信噪比改善越明顯。(3)在門限值以下，So/No隨Si/Ni下降而急劇下降，且mf越大下降越快。5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.4.4預加重與去加重(Pre-emphasisandde-emphasis)在采用調(diào)頻制的遠距離通信和衛(wèi)星通信等領域中，希望門限點向低輸入信噪比方向擴展。