通信原理-第五章-模擬調(diào)制系統(tǒng)

第三章模擬調(diào)制系統(tǒng)引言1幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能2非線性調(diào)制的原理及抗噪聲性能3各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較4本章內(nèi)容:頻分復(fù)用(FDM)5復(fù)合調(diào)制及多級調(diào)制的概念62021.82copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院本章重點(diǎn) 模擬通信系統(tǒng)的原理，各種模擬調(diào)制方式及抗噪聲性能比較！模擬調(diào)制:線性調(diào)制:AM,DSB,SSB,VSB非線性調(diào)制:FM,PM2021.83copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.1引言調(diào)制：用調(diào)制信號去控制載波某個參數(shù)(幅度、頻率、相位)。調(diào)制信號m(t)〔信息信號〕調(diào)制器已調(diào)信號s(t)〔傳輸信號〕載波信號c(t)

(單音正弦波)連續(xù)變化的模擬量模擬調(diào)制離散的數(shù)字量(二進(jìn)制數(shù)字脈沖)數(shù)字調(diào)制(單頻正弦波)連續(xù)波形連續(xù)波調(diào)制脈沖波形脈沖調(diào)制(矩形周期脈沖)2021.84copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院調(diào)制的分類載波信號不同：調(diào)制信號不同：模擬調(diào)制：調(diào)制信號是連續(xù)變化的模擬信號√數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號是離散的數(shù)字信號連續(xù)波調(diào)制：載波信號是連續(xù)波形√脈沖調(diào)制：載波信號是脈沖波形2021.85copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院調(diào)制的分類被調(diào)制載波參數(shù)不同：幅度調(diào)制：載波幅度隨調(diào)制信號變化√頻率調(diào)制：載波頻率隨調(diào)制信號變化√相位調(diào)制：載波相位隨調(diào)制信號變化√頻譜的變化：已調(diào)信號與輸入信號頻譜之√間呈線性搬移已調(diào)信號與輸入信號頻譜之間呈非線性搬移線性調(diào)制：非線性調(diào)制：sm

(f)線性調(diào)制非線性調(diào)制m(f)sm

(f)頻譜之間呈線性搬移關(guān)系：AM、ASK頻譜之間沒有線性對應(yīng)關(guān)系：FM、PM、FSK

2021.86copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.2.1幅度調(diào)制的原理設(shè)正弦型載波為:式中，A—載波幅度；

c—載波角頻率；

0—載波初始相位。幅度調(diào)制信號(已調(diào)信號)可表示成:式中，m(t)—基帶調(diào)制信號。2021.87copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院假設(shè)m(t)<->M()，那么已調(diào)信號的頻譜為:結(jié)論:已調(diào)信號的幅度隨基帶信號正比變化,頻譜是基帶信號頻譜的簡單搬移。由于這種搬移是線性的，因此幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。注意:“線性〞并不意味著已調(diào)信號與調(diào)制信號之間符合線性變換關(guān)系。2021.88copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Otm’(t)調(diào)制信號疊加直流m0Ot0m0+m’(t)OtAmaxOtsAM(t)Amin時域表示〔1〕標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅AM2021.89copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院時域波形當(dāng)m0≥|m’(t)|max時已調(diào)信號包絡(luò)與調(diào)制信號波形相同，用包絡(luò)檢波法可以恢復(fù)出原始調(diào)制信號。 否那么,出現(xiàn)“過調(diào)幅〞現(xiàn)象，包絡(luò)檢波失效。AminAmax2021.810copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

m’

(t)max>m0將會出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡(luò)失真,不能用包絡(luò)檢波器進(jìn)行解調(diào)，為保證無失真解調(diào)，可以采用相干解調(diào)

當(dāng)滿足條件

m’

(t)max

m0時，AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成正比，可以用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始的調(diào)制信號重要參數(shù)：調(diào)幅指數(shù)AM調(diào)制波形分析Otm’(t)AmaxOtsAM(t)Amin滿調(diào)幅,

=1，此時m’=m0

欠調(diào)幅，一般

小于1過調(diào)幅，大于1

，Amin為負(fù)值2021.811copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院頻譜AM信號的頻譜包含:載頻分量上邊帶下邊帶上邊帶與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。載頻分量下邊帶上邊帶單音調(diào)制2021.812copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院帶寬與功率分配調(diào)制信號功率：調(diào)制信號帶寬是基帶信號帶寬fH的兩倍：所以載波功率邊帶功率2021.813copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院調(diào)制效率 有用功率〔用于傳輸有用信息的邊帶功率〕占信號總功率的比例稱為調(diào)制效率。AM調(diào)制方式調(diào)制效率低！“滿調(diào)幅〞時，如果m’(t)為矩形波形，那么最大可得到AM=50%，而m’(t)為正弦波時可得到AM=33.3%。一般情況下，調(diào)幅指數(shù)都小于1，調(diào)制效率很低，即載波分量占據(jù)大局部信號功率，有信息的兩個邊帶占有的功率較小。2021.814copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院優(yōu)點(diǎn)：可以采用包絡(luò)檢波法解調(diào)，不需本地同步載波信號，接收機(jī)本錢很低。缺點(diǎn)：AM信號的調(diào)制效率比較低AM調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)問題：能否去掉不帶信息的載波，提高調(diào)制效率？抑制載波雙邊帶調(diào)制2021.815copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院〔2〕雙邊帶調(diào)制〔DSB〕時域表示式：無直流分量A0頻域表達(dá)式：無載頻分量2021.816copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院時域表示抑制載波OtOtm(t)DSB信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致需采用相干解調(diào)〔同步檢波〕調(diào)制信號m(t)的過零點(diǎn)處高頻載波相位有180o突變〔2〕雙邊帶調(diào)制〔DSB〕2021.817copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DSB信號頻譜分析DSB信號節(jié)省了載波功率，調(diào)制效率為100％頻帶寬度仍是調(diào)制信號帶寬的兩倍上、下兩個邊帶是完全對稱的問題：能否只傳輸其中一個邊帶，節(jié)省帶寬？單邊帶調(diào)制2021.818copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院〔3〕單邊帶調(diào)制〔SSB〕雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調(diào)制信號頻譜M(

)的所有頻譜信息，因此可以只傳輸其中一個邊帶。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。 2021.819copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院F+(w)/2F-(w)/2F+(w-wc)/4F-(w+wc)/4F+(w+wc)/4F-(w-wc)/4低通濾波器高通濾波器2021.820copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院SSB信號的頻域表示式濾除下邊帶:濾除上邊帶:2021.821copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院以下邊帶為例：其中，2021.822copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院SSB信號的時域表示SSB的時域表示式：所以:上邊帶下邊帶2021.823copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院SSB時域波形一般情況：單音調(diào)制：2021.824copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院SSB調(diào)制小結(jié) SSB信號DSB一樣，不能采用簡單的包絡(luò)檢波，因?yàn)樗陌j(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以需采用相干解調(diào)。工程實(shí)現(xiàn)困難？2021.825copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院〔4〕殘留邊帶調(diào)制〔VSB〕 殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，它克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號實(shí)現(xiàn)中的困難。損失局部殘留局部2021.826copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制 濾波器的特性應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要求進(jìn)行設(shè)計，不需要十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易設(shè)計。殘留邊帶信號的頻譜:

2021.827copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院殘留邊帶濾波器設(shè)計從接收端分析濾波器的設(shè)計條件!乘法器輸出:對應(yīng)頻譜:搬移到2

c的高頻分量,低通濾波后去除!2021.828copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院殘留邊帶濾波器設(shè)計:低通濾波器的輸出:假設(shè)輸出無失真地恢復(fù)調(diào)制信號m(t)，那么傳遞函數(shù)必須滿足：其中，

H

調(diào)制信號的截止角頻率。2021.829copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院殘留邊帶濾波器的特性H()在c處必須具有互補(bǔ)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(fù)所需的調(diào)制信號。2021.830copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院殘留邊帶濾波器特性的兩種形式殘留“局部上邊帶〞殘留“局部下邊帶〞2021.831copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院VSB時域波形一般情況：單音調(diào)制：2021.832copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院AMDSBSSBVSB2fH時域表達(dá)式帶寬2fHfHfH~2fH調(diào)制方式各種線性調(diào)制方式2021.833copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院例5-1調(diào)幅信號的表達(dá)式為SAM(t)=1.25cos2π(104)t+4cos2π(1.1×104)t+1.25cos2π(1.2×104)t試求：1)載頻為多少？2)調(diào)幅指數(shù)為多少？3)調(diào)制頻率為多少？1)載頻為：2)調(diào)幅指數(shù)為:3)調(diào)制頻率為：解：2021.834copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院幅度調(diào)制都屬于線性調(diào)制，它的解調(diào)方式有兩種：非相干解調(diào)：利用信號的幅度信息。僅適用于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的解調(diào)。相干解調(diào)：有本地載波參與解調(diào)，利用信號的幅度信息和相位信息，可適用于各種幅度調(diào)制方式信號的解調(diào)。(6)線性調(diào)制的解調(diào)2021.835copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院原理：為了無失真地恢復(fù)基帶信號，接收端必須提供與發(fā)送端載波嚴(yán)格同步〔同頻同相〕的本地載波〔稱為相干載波〕，它與接收信號相乘低通濾波后，可得到原始的調(diào)制信號。相干解調(diào)器的一般模型I、相干解調(diào)2021.836copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院相干解調(diào)器時域分析已調(diào)信號的表達(dá)式:與相干載波相乘:低通濾波: 各種線性調(diào)制方式sI(t)都包含了m(t)信息!2021.837copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院經(jīng)乘法器后：低通濾波：

相干解調(diào)利用了已調(diào)信號中的幅度和相位信息。提取同相分量而抑制正交分量，能夠無失真的恢復(fù)出原調(diào)制信號，可用于各種調(diào)制方式。相干解調(diào)器頻域分析輸入信號：2021.838copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院不同調(diào)制方式的相干解調(diào)低通濾波和隔直后，2〕雙邊帶信號與本地載波c(t)相乘,低通濾波后，1〕標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號2021.839copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3、單邊帶信號本地載波c(t)相乘經(jīng)低通濾波后，4、殘留邊帶信號與本地載波c(t)相乘經(jīng)低通濾波后，2021.840copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的包絡(luò)檢波輸入信號是AM信號且滿足條件那么經(jīng)包絡(luò)檢波和低通后取出的幅度為再經(jīng)隔直流電路，得到包絡(luò)檢波——非相干解調(diào)的最常用電路。具有電路簡單、檢波效率高等優(yōu)點(diǎn)。但只能用于AM波的解調(diào)。DCRsd(t)sAM(t)II、非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波)2021.841copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.2.2線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能AWGN平穩(wěn)窄帶高斯噪聲同相分量正交分量平均功率為Ni假設(shè)白噪聲的單邊功率譜密度為n0帶寬應(yīng)等于已調(diào)信號的頻帶寬度，當(dāng)然也是窄帶噪聲ni(t)的帶寬，假設(shè)〔AM/DSB〕帶通濾波器的帶寬是2fH2021.842copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院噪聲分析ni(t)為平穩(wěn)窄帶高斯噪聲:解調(diào)器輸入噪聲功率:帶通濾波器帶寬單邊功率譜密度2021.843copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信噪比增益(制度增益) 用G便于比較同類調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時的性能,也反映了調(diào)制制度的優(yōu)劣。信噪比增益定義:其中,2021.844copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院〔1〕DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能由于相干解調(diào)器是線性系統(tǒng)，可以分別計算解調(diào)器輸出的信號功率和噪聲功率。2021.845copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院解調(diào)器輸出端的信號功率解調(diào)器輸入信號:相干載波相乘:低通濾波:解調(diào)器輸出信號功率:2021.846copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院解調(diào)器輸出端的噪聲功率解調(diào)器輸入噪聲:相干載波相乘:低通濾波:輸出噪聲功率:帶通濾波器帶寬2fH2021.847copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信噪比計算解調(diào)器輸入信號平均功率為輸入信噪比:輸出信噪比:2021.848copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DSB系統(tǒng)信噪比增益 DSB調(diào)制系統(tǒng)的信噪比增益為2,即解調(diào)器使信噪比改善一倍。

原因是采用相干解調(diào)，使輸入噪聲中的正交分量被抑制。2021.849copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院〔2〕SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能輸出噪聲功率:帶通濾波器帶寬fH解調(diào)器輸出信號:

平均功率:

輸出信噪比:2021.850copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院])(?21)(21[41]sin)(?cos)([41)(2222tmtmttmttmtsSccmi+===wwm輸入信號平均功率:輸入信噪比:2021.851copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院SSB系統(tǒng)信噪比增益 SSB系統(tǒng)中，信號和噪聲有相同表示形式，相干解調(diào)過程中，信號和噪聲中的正交分量均被抑制，故信噪比沒有改善。2021.852copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DSB和SSB兩者的輸出信噪比是在不同的輸入信號功率情況下得到的。如果我們在相同的輸入信號功率Si，相同輸入噪聲功率譜密度n0，相同基帶信號帶寬條件下，對這兩種調(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。結(jié)論：DSB和SSB信號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2倍

2021.853copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院m0為載波幅度，m’(t)為調(diào)制信號。這里仍假設(shè)m’(t)的均值為0，解調(diào)器的輸入信號解調(diào)器的輸入噪聲解調(diào)器的輸入信噪比解調(diào)器的輸出信號解調(diào)器的輸出噪聲解調(diào)器的輸出信噪比(3)AM相干解調(diào)的抗噪聲性能2021.854copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院〔4〕AM包絡(luò)檢波的性能檢波輸出電壓正比于輸入信號的包絡(luò)變化2021.855copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院解調(diào)器輸入信噪比計算輸入信號功率:輸入噪聲功率:輸入信噪比:帶通濾波器帶寬2fH2021.856copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院解調(diào)器輸入是信號加噪聲的混合波形:

當(dāng)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為1時，那么檢波器的輸出就E(t)。輸出信號包絡(luò)的計算其中,2021.857copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院輸出信噪比計算大信噪比情況有用信號與噪聲獨(dú)立分成兩項(xiàng)2021.858copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院輸出信號功率:輸出噪聲功率:輸出信噪比:信噪比增益:2021.859copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院小信噪比情況小信噪比情況其中R(t)和

(t)代表噪聲的包絡(luò)及相位：2021.860copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 輸出信噪比不隨著輸入信噪比按比例下降，而是急劇惡化，這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的門限效應(yīng),出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值。因?yàn)檩敵鰶]有單獨(dú)的信號項(xiàng)，有用信號被噪聲擾亂2021.861copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在小信噪比情況下，包絡(luò)檢波無法提取有用信號的現(xiàn)象稱為解調(diào)器的“門限效應(yīng)〞。開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值。門限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用所引起的。相干解調(diào)的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號時不存在門限效應(yīng)。原因是信號與噪聲可分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器輸出端總是單獨(dú)存在有用信號項(xiàng)。門限效應(yīng)2021.862copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院門限效應(yīng)小結(jié) 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。相干解調(diào)不存在門限效應(yīng),因?yàn)樾盘柵c噪聲分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器輸出端總是存在單獨(dú)的信號項(xiàng)。 2.大信噪比情況下，AM信號包絡(luò)檢波器的性能與相干解調(diào)根本相同。當(dāng)輸入信噪比低于門限值時，包絡(luò)檢波將會出現(xiàn)門限效應(yīng)，輸出信噪比急劇惡化，系統(tǒng)無法正常工作。2021.863copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院討論1.AM信號的調(diào)制制度增益GAM隨m0的減小而增加。2.GAM總是小于1，這說明對輸入信噪比沒有改善，反而惡化了。3.AM調(diào)制系統(tǒng)，在大信噪比時，采用包絡(luò)檢波器解調(diào)時的性能與同步檢測器時幾乎一樣。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)；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。例如：對于100%的調(diào)制，且m’(t)是單頻正弦信號，這時AM的最大信噪比增益為2/3。2021.864copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院調(diào)制的作用、調(diào)制的分類AM、DSB、SSB和VSB調(diào)制〔時域、頻域、功率分析〕線性調(diào)制的一般模型〔濾波法和相移法〕相干/非相干解調(diào)調(diào)幅指數(shù)、調(diào)制效率VSB濾波器需滿足的特性濾波法和相移法產(chǎn)生抗噪聲性能分析AM信號相干/非相干解調(diào)制度增益小信噪比門限效應(yīng)頻率相位誤差的影響2021.865copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.3非線性調(diào)制的原理及抗噪聲性能角度調(diào)制時間域上的特點(diǎn)：幅度始終不變；角度〔頻率、相位〕在變化。

載波的相位角受調(diào)制信號的控制而變化，產(chǎn)生具有恒定振幅和瞬時相角θ(t)的正弦波，稱之為角度調(diào)制。

相位調(diào)制PM頻率調(diào)制FM非線性調(diào)制m(f)sm

(f)頻譜之間沒有線性對應(yīng)關(guān)系角度調(diào)制方式調(diào)制前后頻率分量不是線性對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)調(diào)制后將原來的頻譜擴(kuò)展到非常寬的頻率范圍之內(nèi)傳輸，所以屬于非線性調(diào)制。2021.866copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.3.1非線性調(diào)制的原理1、未調(diào)制載波2、角調(diào)制后瞬時相位瞬時相位偏移瞬時頻率瞬時頻率偏移m(t)

A(t)幅度調(diào)制

m(t)

角度調(diào)制固有相位固有頻率2021.867copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院相位調(diào)制(PM)定義:瞬時相位偏移隨調(diào)制信號作線性變化，即

式中KPM--調(diào)相靈敏度，單位是rad/V。

時域表達(dá)式:2021.868copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院瞬時相位：調(diào)相波的表達(dá)式：KPM稱為調(diào)相靈敏度，單位為弧度/伏瞬時相位偏移:瞬時相位偏移隨調(diào)制信號m(t)而線性變化；最大相移：2021.869copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院調(diào)相波的表達(dá)式：瞬時頻率：瞬時頻率偏移：最大頻偏：2021.870copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院瞬時頻率：最大頻偏：最大相偏：調(diào)相指數(shù)瞬時相位：單音調(diào)相2021.871copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院定義:瞬時頻率偏移隨調(diào)制信號成比例變化，頻率調(diào)制(FM)相位偏移:時域表達(dá)式:式中KFM--調(diào)頻靈敏度，單位是rad/s

V。2021.872copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院瞬時頻率：KFM稱為調(diào)頻靈敏度，單位為弧度/秒/伏瞬時頻率偏移:瞬時頻率偏移隨調(diào)制信號m(t)而線性變化；最大頻偏：調(diào)頻波的表達(dá)式：2021.873copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院調(diào)頻波的表達(dá)式：瞬時相位：瞬時相位偏移：最大相移：2021.874copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院調(diào)頻指數(shù)教材為mf

最大相偏：瞬時頻率：最大頻偏：瞬時相位：單音調(diào)頻2021.875copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院PM與FM的關(guān)系1.PM的相位偏移隨調(diào)制信號m(t)線性變化，F(xiàn)M的相位偏移隨m(t)的積分呈線性變化。2.如果不知道調(diào)制信號m(t)，那么無法從已調(diào)信號判斷是調(diào)相信號還是調(diào)頻信號。2021.876copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院FM與PM之間的聯(lián)系

〔a〕直接調(diào)頻〔b〕間接調(diào)頻(c)直接調(diào)相(d)間接調(diào)相適用于寬帶調(diào)制

適用于寬帶調(diào)制

適用于窄帶調(diào)制

實(shí)際相位調(diào)制器的調(diào)制范圍有限

2021.877copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2.調(diào)頻信號的帶寬卡森〔Carson〕公式理論上調(diào)頻信號的頻帶寬度為無限寬!邊頻幅度隨n增大而減小，所以認(rèn)為頻譜有限。通常信號頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波10%以上的邊頻分量。當(dāng)βFM1時,n>βFM+1以上的邊頻幅度均小于0.1。有效帶寬:2021.878copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院調(diào)頻信號所有頻率分量的平均功率之和為常數(shù)且等于原來未調(diào)制的載波功率。調(diào)制前后總的功率不變，只是將原來載波功率中的一局部分配給每個邊頻分量。調(diào)制的過程使功率進(jìn)行了再分配。不同時將有不同的分配。3、調(diào)頻信號的功率分配信號功率：第n對邊頻功率：載波功率：2021.879copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院100MHz的載波，受振幅為1v的10KHz的單頻正弦調(diào)頻，最大頻偏為1MHz，求:1)FM信號的帶寬；2)調(diào)制信號幅度加倍時，F(xiàn)M信號的帶寬；3)調(diào)制信號頻率加倍時，F(xiàn)M信號的帶寬；1)調(diào)制信號幅度增大，使最大頻偏增加，帶寬也增加；2)調(diào)制信號頻率增大，由于不改變最大頻偏，因此帶寬增加很少。討論：1)2)3)例5-52021.880copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院直接法就是用調(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

優(yōu)點(diǎn):在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得較大的頻偏。缺點(diǎn):頻率穩(wěn)定度不高。鎖相環(huán)〔PLL〕調(diào)制器，可以獲得高質(zhì)量的FM或PM信號。其載頻穩(wěn)定度很高，可以到達(dá)晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度1、直接法壓控振蕩器自身就是一個FM調(diào)制器，因?yàn)樗恼袷庮l率正比于輸入控制電壓，即：

i(t)=

c+Kfm(t)

5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)2021.881copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院間接法調(diào)頻[阿姆斯特朗Armstrong法]原理:先將調(diào)制信號積分，然后對載波進(jìn)行調(diào)相，即可產(chǎn)生一個窄帶調(diào)頻(NBFM)信號，再經(jīng)n次倍頻得到寬帶調(diào)頻(WBFM)信。倍頻器的作用是提高調(diào)頻指數(shù)，從而獲得寬帶調(diào)頻

2021.882copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院相干解調(diào)：只適用于NBFM、NBPM信號非相干解調(diào)：適用于所有FM和PM信號窄帶調(diào)頻信號可以分解成為正交分量和同相分量，而相干解調(diào)那么是抑制一種分量提取一種分量。帶通濾波器低通濾波器微分器SNBFM(t)si(t)sp(t)sd(t)so(t)c(t)=-sin

ct一、相干解調(diào)5.3.5角度調(diào)制信號的解調(diào)2021.883copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院帶通濾波器低通濾波器微分器SNBFM(t)si(t)sp(t)sd(t)so(t)c(t)=-sin

ct

1、相干解調(diào)(只適用于NBFM、NBPM信號)相乘后，低通后，微分后，

m(t)調(diào)制信號存在于正交分量中2021.884copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院注意：相干解調(diào)僅適用于窄帶角度調(diào)制信號的解調(diào)帶通濾波器低通濾波器SNBPM(t)si(t)sp(t)so(t)c(t)=-sin

ct窄帶調(diào)相信號相干解調(diào)原理框圖窄帶調(diào)相與窄帶調(diào)頻類似，只是不需要微分器。2021.885copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院二、非相干解調(diào)(適用于所有調(diào)角信號)三種方法：鑒頻器解調(diào)、環(huán)路解調(diào)器、頻率反響解調(diào)器BPF限幅器d/dt包絡(luò)檢波LPFsFM(t)si(t)sd(t)so(t)原理：將頻率變化轉(zhuǎn)化為幅度變化之后檢出幅度變化；組成：由微分器和包絡(luò)檢波器組成。鑒頻器KD1、FM信號非相干解調(diào)2021.886copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院削去調(diào)頻波在傳輸過程中引起的幅度變化局部，變成固定幅度將幅度恒定的調(diào)頻波變成調(diào)幅調(diào)頻波

從幅度變化中檢出調(diào)制信號

缺點(diǎn)：對于由信道噪聲和其他原因引起的幅度起伏也有反響a)FM信號限幅帶通濾波器低通濾波器微分器si(t)sd(t)sp(t)so(t)包絡(luò)檢波器sFM(t)鑒頻器1、鑒頻器二、非相干解調(diào)(適用于所有調(diào)角信號)三種方法：鑒頻器解調(diào)、環(huán)路解調(diào)器、頻率反響解調(diào)器2021.887copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院SPM(t)=A0cos[

ct+KPMm(t)]sp(t)=dsPM(t)/dt=-A0[

c+KPMdm(t)/dt]·sin[

ct+KPMm(t)]sd(t)=KDKPMA0dm(t)/dtso(t)=

sd(t)dt=

KDKPMA0m(t)m(t)帶通濾波器限幅器鑒頻器LPFsPM(t)si(t)sd(t)so(t)積分器sP(t)增加一個積分器各點(diǎn)信號表示：b)PM信號非相干解調(diào)

調(diào)頻信號的解調(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，且需同步信號；非相干解調(diào)適用于窄帶和寬帶調(diào)頻信號，而且不需同步信號，因而是FM系統(tǒng)的主要解調(diào)方式。2021.888copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院相干解調(diào)的抗噪聲性能小結(jié)窄帶調(diào)頻信號相干解調(diào)的抗噪聲性能窄帶調(diào)相信號相干解調(diào)的抗噪聲性能信噪比增益為：輸出信噪比為：對于單音調(diào)制:輸出信噪比為：信噪比增益為：對于單音調(diào)制:2021.889copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院單音調(diào)制時在不同調(diào)制指數(shù)下，調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比與輸入信噪比的關(guān)系曲線。1、門限值與調(diào)制指數(shù)有關(guān)，調(diào)制指數(shù)越大，門限值越高。一般認(rèn)為門限值為10dB左右。2、在門限值以上時，(So/No)FM與(Si/Ni)FM呈線性關(guān)系，且調(diào)制指數(shù)越大，輸出信噪比的改善越明顯。2021.890copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院門限效應(yīng)是FM系統(tǒng)存在的一個實(shí)際問題,尤其在遠(yuǎn)距離通信和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域中。實(shí)際中降低門限值〔門限擴(kuò)展〕有兩類方法：1、采用鎖相環(huán)解調(diào)器和負(fù)反響解調(diào)器，門限比一般鑒頻器的門限電平低6～10dB。2、采用“預(yù)加重〞和“去加重〞技術(shù)改善調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比，相當(dāng)于改善了門限。2021.891copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院預(yù)加重和去加重鑒頻器輸出噪聲功率譜隨頻率呈拋物線形狀增大，但在調(diào)頻播送中所傳送的語音信號能量卻主要分布在低頻端，所以高頻端輸出信噪比明顯較小。去加重：在解調(diào)器輸出端接一個傳輸特性隨頻率增加而滾降的線性網(wǎng)絡(luò)Hd(f)，將調(diào)制頻率高頻端的噪聲衰減，使總的噪聲功率減小。預(yù)加重：在調(diào)制器前參加一個預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)Hp(f)，人為地提升調(diào)制信號的高頻分量，以抵消去加重網(wǎng)絡(luò)的影響。2021.892copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)現(xiàn)框圖由于信號功率沒有發(fā)生變化，調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比的改善程度用加重前后輸出噪聲功率的比值確定。在保持信號傳輸帶寬不變的條件下，可使輸出信噪比提高6dB左右。2021.893copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.4各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較WBFM抗噪聲性能最好，DSB、SSB、VSB抗噪聲性能次之，AM抗噪聲性能最差。2021.894copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)比較設(shè)調(diào)頻與調(diào)幅信號均為單音調(diào)制，調(diào)制信號頻率為fm，調(diào)幅信號為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，比較調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)的抗噪聲性能。調(diào)頻系統(tǒng)以帶寬換取抗噪聲性能！2021.895copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院頻帶利用率1〕SSB系統(tǒng)和基帶系統(tǒng)頻帶利用率最高；2〕FM系統(tǒng)頻帶利用率最低。2021.896copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院AM：優(yōu)點(diǎn)：接收設(shè)備簡單；缺點(diǎn)：頻帶利用率低，功率利用率低，抗干擾能力差；應(yīng)用：通信質(zhì)量要求不高的場合，目前主要用在中波和短波的調(diào)幅播送中。DSB：優(yōu)點(diǎn)：功率利用率高；缺點(diǎn)：接收要求同步解調(diào)，設(shè)備較復(fù)雜；應(yīng)用：只用于點(diǎn)對點(diǎn)的專用通信，運(yùn)用不太廣泛。

各種調(diào)制方式小結(jié)2021.897copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院SSB：優(yōu)點(diǎn)：功率利用率和頻帶利用率都較高；缺點(diǎn)：發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜；應(yīng)用：頻帶比較擁擠的場合，如短波波段的的無線電播送和頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中。VSB：在VSB系統(tǒng)中，附加一個足夠大的載波，用包絡(luò)檢波法解調(diào)合成信號〔VSB+C〕。優(yōu)點(diǎn)：綜合了AM、SSB和DSB三者的優(yōu)點(diǎn)；應(yīng)用：商用電視播送系統(tǒng)。2021.898copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院WBFM：優(yōu)點(diǎn)：幅度恒定不變，對非線性器件不甚敏感，抗干擾能力強(qiáng)；缺點(diǎn)：頻帶利用率低，存在門限效應(yīng)；應(yīng)用：長距離高質(zhì)量的通信系統(tǒng)中，如空間和衛(wèi)星通信、調(diào)頻立體聲播送、超短波電臺等。NBFM：優(yōu)點(diǎn)：相干解調(diào)時不存在門限效應(yīng)；應(yīng)用：小型通信機(jī)。2021.899copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院角度調(diào)制的概念〔PM，F(xiàn)M〕〔瞬時相位/偏移、瞬時頻率/偏移、兩者關(guān)系〕窄帶角度調(diào)制〔時域、頻譜、復(fù)包絡(luò)、實(shí)現(xiàn)框圖〕角度調(diào)制信號的產(chǎn)生和解調(diào)相干/非相干解調(diào)〔相干解調(diào)只適用于窄帶，鑒頻法〕抗噪聲性能分析相干解調(diào)、非相干解調(diào)〔大信噪比、小信噪比/門限效應(yīng)〕寬帶角度調(diào)制〔時域、頻譜、功率、帶寬〕直接法/間接法2021.8100copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.5頻分復(fù)用(FDM)

頻分多路傳輸是指利用不同頻率的副載波作為分路信號，以便在同一個信道上同時傳輸多個信息的技術(shù)。1、假設(shè)相鄰信號之間產(chǎn)生相互干擾，將會使輸出信號產(chǎn)生失真，所以應(yīng)合理選擇載波頻率。2、可用于傳輸模擬信號，也可用于傳輸數(shù)字信號。充分利用信道的頻帶資源，提高信道利用率！2021.8101copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

H

H

H

HFN()F1()F2()F3()f1(t)tf2(t)tf3(t)tfN(t)t1、FDM根本原理2021.8102copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院各路基帶信號首先通過低通濾波器(LPF)限制基帶信號的帶寬，防止它們的頻譜出現(xiàn)相互混疊。2021.8103copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院各路都有一個副載波振蕩器，以產(chǎn)生頻率為

01，

02……，0N的正弦波，將信號f1(t)，f2(t)，……，fN(t)分別為它們進(jìn)行調(diào)制而實(shí)現(xiàn)頻譜搬移。這種調(diào)制稱為第一次調(diào)制或副載波調(diào)制。將各路已調(diào)制副載波相加，形成多路信號或綜合信號2021.8104copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院多路信號仍屬于基帶信號，可以直接通過電纜或?qū)Ｓ脤?dǎo)線傳輸?shù)浇邮斩?。為了?shí)現(xiàn)無線傳輸，還需將多路信號對射頻載波再作一次調(diào)制，我們稱為這種調(diào)制為第二次調(diào)制或主載波調(diào)制。2021.8105copyright南航信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為防止各路信號間的相互串?dāng)_，在相鄰兩路之間留有一定的保護(hù)間隔Wg。W01W02W03W0N

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