第3章模擬信號的調(diào)制與解調(diào)

1、第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 13.1 3.1 模擬信號的線性調(diào)制原理及抗噪聲性能模擬信號的線性調(diào)制原理及抗噪聲性能3.2 3.2 模擬信號的非線性調(diào)制原理及抗噪聲性能模擬信號的非線性調(diào)制原理及抗噪聲性能3.3 3.3 模擬調(diào)制方式的性能比較模擬調(diào)制方式的性能比較第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào)第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 2引引 言言 在通信系統(tǒng)中，對模擬基帶信號進(jìn)行調(diào)制在通信系統(tǒng)中，對模擬基帶信號進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)傳輸?shù)哪拷庹{(diào)傳輸?shù)哪康氖菫榱俗尪鄠€(gè)基帶信號經(jīng)過調(diào)制后在信道上一定的頻帶內(nèi)同的是為了讓多個(gè)基

2、帶信號經(jīng)過調(diào)制后在信道上一定的頻帶內(nèi)同時(shí)傳輸；并且采用調(diào)制方式傳輸還能增強(qiáng)信號的抗噪聲能力。時(shí)傳輸；并且采用調(diào)制方式傳輸還能增強(qiáng)信號的抗噪聲能力。除此之外，采用調(diào)制解調(diào)傳輸還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間除此之外，采用調(diào)制解調(diào)傳輸還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。的互換。調(diào)制解調(diào)的功能從頻域去看就是對基帶信號的頻譜搬調(diào)制解調(diào)的功能從頻域去看就是對基帶信號的頻譜搬移或者變換。移或者變換。信源信源調(diào)制調(diào)制發(fā)濾波器發(fā)濾波器信道信道收濾波器收濾波器 解解調(diào)制調(diào)制信宿信宿n(t)n(t)(Cw w本章研究各種調(diào)制、解調(diào)方式的實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)可靠性和有效性。本章研究各種調(diào)制、解調(diào)方式的實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)可靠性和有

3、效性。點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)的單向頻帶模擬傳輸通信系統(tǒng)：點(diǎn)的單向頻帶模擬傳輸通信系統(tǒng)：第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 3PM:PM:FM:FM:AM:AM:正弦調(diào)制信號正弦調(diào)制信號正弦模擬調(diào)制的幾種波形圖正弦模擬調(diào)制的幾種波形圖1 1）正弦調(diào)制）正弦調(diào)制：載波為載波為C(t)=cosC(t)=cosc ct t的連續(xù)波形。的連續(xù)波形。 （1 1）模擬調(diào)制）模擬調(diào)制: m(t): m(t)為模擬信號，為模擬信號，AMAM、DSB-SCDSB-SC、SSBSSB、VSBVSB、FMFM、PMPM（2 2）數(shù)字調(diào)制）數(shù)字調(diào)制: m(t): m(t)為數(shù)字信號，為數(shù)字信號，ASKASK、

4、FSKFSK、PSKPSK等。等。調(diào)制信號調(diào)制信號m(t)m(t)調(diào)制器調(diào)制器Sm(t)Sm(t)C(t)C(t)載波載波 調(diào)制從載波形式考慮可分為兩調(diào)制從載波形式考慮可分為兩種基本類型（正弦波和脈沖），但種基本類型（正弦波和脈沖），但兩種基本類型又都有幾種不同的調(diào)兩種基本類型又都有幾種不同的調(diào)制方式。制方式。第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 42 2）脈沖調(diào)制）脈沖調(diào)制：載波：載波C(t)C(t)為脈沖周期信號。為脈沖周期信號。（1 1）脈沖無編碼調(diào)制：用模擬信號）脈沖無編碼調(diào)制：用模擬信號m(t)m(t)改變脈沖的幅度改變脈沖的幅度(PAM)(PAM)、寬度、寬

5、度 (PDM)(PDM)、相位、相位(PPM)(PPM)后所產(chǎn)生的已調(diào)信號。后所產(chǎn)生的已調(diào)信號。（2 2）脈沖編碼調(diào)制）脈沖編碼調(diào)制(PCM)(PCM)：用模擬信號：用模擬信號m(t)m(t)對脈沖串進(jìn)行幅度調(diào)制后得對脈沖串進(jìn)行幅度調(diào)制后得 到到PAMPAM，再對，再對PAMPAM的每個(gè)脈沖幅度進(jìn)行量化編碼，所得到的編碼數(shù)的每個(gè)脈沖幅度進(jìn)行量化編碼，所得到的編碼數(shù) 據(jù)稱為據(jù)稱為m(t)m(t)的的PCMPCM信號。信號。（3 3）增量調(diào)制）增量調(diào)制(M)(M)：根據(jù)對模擬信號：根據(jù)對模擬信號m(t)m(t)的采樣信號與預(yù)測信號之差的采樣信號與預(yù)測信號之差 進(jìn)行一位編碼的調(diào)制，即在進(jìn)行一位編碼的

6、調(diào)制，即在MM中每一采樣點(diǎn)輸出一比特編碼。中每一采樣點(diǎn)輸出一比特編碼。（4 4）脈沖數(shù)字調(diào)制：）脈沖數(shù)字調(diào)制：m(t)m(t)為數(shù)字信號為數(shù)字信號，常為多進(jìn)制脈位調(diào)相，常為多進(jìn)制脈位調(diào)相PPMPPM。3 3）復(fù)合調(diào)制）復(fù)合調(diào)制：對同一載頻進(jìn)行兩種或更多種的調(diào)制稱為復(fù)合調(diào)制。：對同一載頻進(jìn)行兩種或更多種的調(diào)制稱為復(fù)合調(diào)制。 例如：對同一個(gè)載波進(jìn)行一次調(diào)頻后再進(jìn)行一次振幅調(diào)制，所得結(jié)例如：對同一個(gè)載波進(jìn)行一次調(diào)頻后再進(jìn)行一次振幅調(diào)制，所得結(jié)果為調(diào)頻調(diào)幅波；在這里兩次調(diào)制的調(diào)制信號可以不相同。果為調(diào)頻調(diào)幅波；在這里兩次調(diào)制的調(diào)制信號可以不相同。4 4）多級調(diào)制）多級調(diào)制：用同一調(diào)制信號實(shí)施兩次或更多

7、次的調(diào)制過程，如：用同一調(diào)制信號實(shí)施兩次或更多次的調(diào)制過程，如AM/FMAM/FM是先用是先用m(t)m(t)進(jìn)行進(jìn)行AMAM調(diào)制，再用此調(diào)制，再用此AMAM信號對另一載波進(jìn)行信號對另一載波進(jìn)行FMFM調(diào)制。調(diào)制。第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 5 我們把我們把輸出已調(diào)信號輸出已調(diào)信號Sc(t)Sc(t)的頻譜和調(diào)制信號的頻譜和調(diào)制信號X(t)X(t)的頻譜之間呈線的頻譜之間呈線性搬移關(guān)系的調(diào)制方式稱為線性調(diào)制。性搬移關(guān)系的調(diào)制方式稱為線性調(diào)制。如常規(guī)的雙邊帶調(diào)制如常規(guī)的雙邊帶調(diào)制(AM)(AM)、抑、抑制載波的雙邊帶調(diào)制制載波的雙邊帶調(diào)制(DSB-SC)(DSB

8、-SC)、單邊帶調(diào)制、單邊帶調(diào)制(SSB)(SSB)及殘留邊帶調(diào)制及殘留邊帶調(diào)制(VSB)(VSB)均屬于線性調(diào)制。均屬于線性調(diào)制。線性調(diào)制方法：線性調(diào)制方法： 用濾波法產(chǎn)生用濾波法產(chǎn)生AMAM、DSBDSB、SSBSSB、VSBVSB信號的原理如下：信號的原理如下：AM: AM: A+m(t)A+m(t)0C(t):C(t):tcoscw wH(f)H(f)h(t)h(t)S Sm m(t)(t)DSB,VSB,SSB: m(t)DSB,VSB,SSB: m(t)S(t)0) t (m= =HLffS(t)3.1 3.1 模擬信號的模擬信號的線性調(diào)制原理線性調(diào)制原理及抗噪聲性能及抗噪聲性能第

9、第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 6)()(fMtmF)()(2)(fMfAtmAF ccFcfffffCt= w w)(cos調(diào) 制 器調(diào) 制 器輸 入 端輸 入 端信 號 的信 號 的頻譜：頻譜：ccccFffffAffMffMfStS= 21)( )( ccFffMffMfStS= 21)()(乘法器輸出信號的頻譜：乘法器輸出信號的頻譜：)()()(21)()(fSfSfHfStSmFm或或= 調(diào)制器輸出信號的頻譜：調(diào)制器輸出信號的頻譜：傅里葉變換公式：傅里葉變換公式：第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 7采用不同的采用不同的H(f)H

10、(f)可得到可得到AMAM、DSBDSB、SSBSSB、VSBVSB信號的頻譜。信號的頻譜。M(f)M(f) -f -fH H - -f fL L 0 f0 fL L f fH H)()(2fMfA f ff f -f -fH H - -f fL L 0 f0 fL L f fH HC(f)C(f)S(f)S(f)S(f)S(f)-f-fc c0 f0 fc c-f-fH H f fc c f fc c+f+fH Hf ff f0 0-f-fc cf fc cS(f)S(f)-f-fc c0 f0 fc c-f-fH H f fc c f fc c+f+fH Hf f線性幅度調(diào)制器工作原理頻域

11、說明圖線性幅度調(diào)制器工作原理頻域說明圖A+m(t):m(t):cos(w wt):第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 83.1.1.1 3.1.1.1 常規(guī)雙邊帶調(diào)制（常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AMAM）原理：）原理： 常規(guī)雙邊帶調(diào)制就是標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制。常規(guī)雙邊帶調(diào)制就是標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制。它用調(diào)制信號去控制高頻載波它用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使已調(diào)波的振幅按照調(diào)制信號的振幅規(guī)律的振幅，使已調(diào)波的振幅按照調(diào)制信號的振幅規(guī)律線性變化線性變化。 H(f)H(f)為為理想帶通濾波器，濾波器帶寬為理想帶通濾波器，濾波器帶寬為2fH。SAM(t)=A+m(t)cosct AM AM信號信號

12、波形如下圖所示，其頻譜波形如下圖所示，其頻譜同上圖的同上圖的S S(f)(f)，信號帶寬，信號帶寬B=2fH3.1.1 3.1.1 模擬信號的線性調(diào)制方式模擬信號的線性調(diào)制方式AMAM調(diào)制信號波形圖調(diào)制信號波形圖A+MA+M（t t）0A+MA+M（t t）0 在這種調(diào)制方式中，在這種調(diào)制方式中，描述調(diào)制信號對已調(diào)信號描述調(diào)制信號對已調(diào)信號影響的指標(biāo)為調(diào)幅度影響的指標(biāo)為調(diào)幅度，它，它被定義為調(diào)制信號幅度與被定義為調(diào)制信號幅度與直流分量直流分量A之比。用之比。用m表表示，為了便于解調(diào)處理，示，為了便于解調(diào)處理，一般取一般取m1。第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 9DS

13、BSCDSBSC調(diào)制信號波形圖調(diào)制信號波形圖3.1.1.2 3.1.1.2 抑制載波的雙邊帶調(diào)制（抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB-SCDSB-SC）原理：）原理： 在此，除調(diào)制信號本身無直流分量外，在此，除調(diào)制信號本身無直流分量外，H(f)H(f)還為理想帶通濾波器，還為理想帶通濾波器，濾波器帶寬為濾波器帶寬為2f2fH H。即調(diào)制信號中即調(diào)制信號中A=0A=0。S SDSBDSB(t)=m(t)cos(t)=m(t)cosc ct t，DSB-SCDSB-SC信號信號波形如下圖所示，波形如下圖所示，頻譜同頻譜同S(f)S(f)，B=2fB=2fH H。3.1.1.3 3.1.1.3 單邊帶調(diào)制

14、單邊帶調(diào)制(SSB)(SSB)原理：原理： 這里調(diào)制信號中這里調(diào)制信號中A=0A=0。H(f)H(f)還為理想帶通濾波器，但濾波器帶寬則為還為理想帶通濾波器，但濾波器帶寬則為f fH H-f-fL L。SSSB(t)=m(t)cos0t ，SSBSSB信信號波形的頻譜與號波形的頻譜與S(f)S(f)類似類似，但僅有一個(gè)邊帶譜，已調(diào)波帶寬，但僅有一個(gè)邊帶譜，已調(diào)波帶寬BfH。tsin) t (m21tcos) t (m21ccw ww w= =) )第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 10f fc c+f+fL L f fo o f fc c+f+fH Hf f H(f

15、) H(f)由由得上邊帶得上邊帶USBUSBf fc c-f-fH H f fo o f fc c-f-fL Lf f H(f) H(f)由由得下邊帶得下邊帶LSBLSB3.1.1.4 3.1.1.4 殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制(VSB)(VSB)原理：原理： 當(dāng)當(dāng)f fL L很小時(shí)，無法用濾波法得到很小時(shí)，無法用濾波法得到SSBSSB信號，而只能得到信號，而只能得到VSBVSB信號。信號。調(diào)制信號形式與調(diào)制信號形式與DSBDSB和和SSBSSB相同，相同，H(f)H(f)帶寬在一到二倍信號帶寬之間。帶寬在一到二倍信號帶寬之間。 m(t)m(t)S Sm m(t)(t)G GT T(f)(f)C

16、(f)C(f)n(t)n(t)G GR R(f)(f)tcoscw w載波同步載波同步tcoscw wLPFLPFVSBVSB信號信號U(t)U(t)m m0 0(t)(t)n n0 0(t)(t)非標(biāo)準(zhǔn)的非標(biāo)準(zhǔn)的VSBVSB信號信號VSBVSB系統(tǒng)模型框圖系統(tǒng)模型框圖第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 110fHfLPF收濾波器收濾波器LPFLPF載波同步載波同步m m0 0(t)a ab btcoscw wc cd dAM信號相干解調(diào)器原理框圖信號相干解調(diào)器原理框圖3.1.2 3.1.2 模擬線性調(diào)制已調(diào)波的解調(diào)模擬線性調(diào)制已調(diào)波的解調(diào)) t (m21) t (m

17、t2cos1) t (mA21tcos) t (mAoLPFcc2=ww隔直隔直3.1.2.1 AM3.1.2.1 AM已調(diào)波的解調(diào)原理：已調(diào)波的解調(diào)原理：包絡(luò)檢波：要求包絡(luò)檢波：要求A+m(t)0A+m(t)0，即，即m1,m1,像像調(diào)制波形圖調(diào)制波形圖(c)(c)不滿足此要求。不滿足此要求。相干解調(diào)：也稱為載波同步解調(diào)。要求解調(diào)電路要先恢復(fù)同步載波。相干解調(diào)：也稱為載波同步解調(diào)。要求解調(diào)電路要先恢復(fù)同步載波。包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）載波同步實(shí)現(xiàn)方法：收端用鎖相環(huán)或窄帶帶通濾波器提取相干載波。載波同步實(shí)現(xiàn)方法：收端用鎖相環(huán)或窄帶帶通濾波器提取相干載波。DSB返回返回SSB

18、返回返回第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 12-f-fc cf fc c0 0-f-fc cf fc c0 0-2f-2fc c2f2fc c0 00 0-f-fH Hf fH Hf ff ff ff fa ab bc cd dAMAM信號相干解調(diào)器原理頻域說明圖信號相干解調(diào)器原理頻域說明圖第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 13-f-fc cf fc c0 0-f-fc cf fc c0 0-2f-2fc c2f2fc c0 00 0-f-fH Hf fH Hf ff ff ff fa ab bc cd dDSBSCDSBSC信號相干解調(diào)

19、器原理頻域說明圖信號相干解調(diào)器原理頻域說明圖3.1.2.2 3.1.2.2 抑制載波的雙邊帶抑制載波的雙邊帶(DSB-SC)(DSB-SC)已調(diào)波的解調(diào)原理：已調(diào)波的解調(diào)原理：不能用包絡(luò)檢波法解調(diào)不能用包絡(luò)檢波法解調(diào)DSB信號。因其已調(diào)波包絡(luò)不能代表調(diào)制信號。信號。因其已調(diào)波包絡(luò)不能代表調(diào)制信號。相干解調(diào)：解調(diào)方框圖相干解調(diào)：解調(diào)方框圖同同AMAM相干解調(diào)相干解調(diào)。載波同步實(shí)現(xiàn)方法：載波同步實(shí)現(xiàn)方法： 1 1）發(fā)端插入小功率導(dǎo)頻，收端用鎖相環(huán)或窄帶帶通濾波器提取相發(fā)端插入小功率導(dǎo)頻，收端用鎖相環(huán)或窄帶帶通濾波器提取相干導(dǎo)頻，再由導(dǎo)頻合成相干載波。干導(dǎo)頻，再由導(dǎo)頻合成相干載波。 2 2）不用發(fā)送

20、導(dǎo)頻，在收端將已調(diào)信號進(jìn)行全波整流，從全波整流）不用發(fā)送導(dǎo)頻，在收端將已調(diào)信號進(jìn)行全波整流，從全波整流后的信號中利用鎖相環(huán)或窄帶濾波器提取二倍載頻分量，經(jīng)整形、二分后的信號中利用鎖相環(huán)或窄帶濾波器提取二倍載頻分量，經(jīng)整形、二分頻及相位調(diào)整后就可得到同步載頻信號。頻及相位調(diào)整后就可得到同步載頻信號。第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 14強(qiáng)載波強(qiáng)載波AcosAcosc ct t的獲取方法：的獲取方法：(1)(1)發(fā)端插入小功率導(dǎo)頻，在收端提取后放大、合成、處理得到。發(fā)端插入小功率導(dǎo)頻，在收端提取后放大、合成、處理得到。(2)(2)不發(fā)導(dǎo)頻，用收端的振蕩器輸出不發(fā)導(dǎo)頻，用

21、收端的振蕩器輸出 作為強(qiáng)載波。作為強(qiáng)載波。 tcosAcw3.1.2.3 3.1.2.3 單邊帶單邊帶(SSB)(SSB)已調(diào)波的解調(diào)原理：已調(diào)波的解調(diào)原理：相干解調(diào)：解調(diào)方框圖相干解調(diào)：解調(diào)方框圖同同AMAM相干解調(diào)相干解調(diào)。插入強(qiáng)載波插入強(qiáng)載波包絡(luò)檢波：包絡(luò)檢波： 就是將與發(fā)端載頻同步的正弦信號和就是將與發(fā)端載頻同步的正弦信號和SSBSSB信號混合后再用包信號混合后再用包絡(luò)檢波法完成絡(luò)檢波法完成SSBSSB信號的解調(diào)。信號的解調(diào)。ttmAttmttmAcccw ww ww wcos)(21sin)(21cos)(21)此為此為AM信號信號,故可用包絡(luò)檢波法解調(diào)故可用包絡(luò)檢波法解調(diào)SSB信號

22、。信號。Hz15fffcc = =D D語音單邊帶允許頻率誤差：語音單邊帶允許頻率誤差：第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 15收濾波器收濾波器LPFLPF載波同步載波同步m m0 0(t)a ab btcoscw wc cd d0fHfLPF3.1.2.4 3.1.2.4 殘留邊帶殘留邊帶(VSB)(VSB)已調(diào)波的解調(diào)原理：已調(diào)波的解調(diào)原理：相干解調(diào)：解調(diào)方框圖同相干解調(diào)：解調(diào)方框圖同AMAM相干解調(diào)。相干解調(diào)。插入強(qiáng)載波插入強(qiáng)載波包絡(luò)檢波。包絡(luò)檢波。tsin) t (mtsin) t (m21tcos) t (m21tsin) t (m21tcos) t (m2

23、1tsin) t (m21tcos) t (m21tsin) t (m21tcos) t (m21) t (ScccccccccVSBw ww ww ww ww ww ww ww ww w) ) ) ) ) ) = = = =第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 16ttmAtASccVSBw ww wcos)(21cos AM信號信號 -f -fc c-f-fa a -f -fc c 0 f 0 fc c f fc c-f-fa aH(f)H(f)H(f)=HH(f)=H1 1(f)+H(f)+H2 2(f)+H(f)+H3 3(f)(f)f ff fH H1 1(f

24、)(f)0 00 0f fH H2 2(f)(f)0 0f fH H3 3(f)(f)H H1 1(f)(f)形成下邊帶信號形成下邊帶信號, ,基帶信號基帶信號 m(t)H H2 2(f)(f)形成上邊帶信號形成上邊帶信號, ,基帶信號基帶信號 m(t)H H3 3(f)(f)形成下邊帶信號形成下邊帶信號, ,基帶信號基帶信號 - -m(t)m(t)m(t)H(f)H(f)m(t)m(t) 0 f 0 fa af fH(f)H(f)1 11 11/21/2-1/2-1/21/21/2殘留邊帶信號解調(diào)低通濾波器的幅頻特性殘留邊帶信號解調(diào)低通濾波器的幅頻特性第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)

25、模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 173.1.3 3.1.3 模擬線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能模擬線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 分析分析AMAM，DSBDSB，SSBSSB相干解調(diào)抗噪性能，相干解調(diào)抗噪性能，AMAM包絡(luò)檢波的門限效應(yīng)。包絡(luò)檢波的門限效應(yīng)。1 1）相干解調(diào)：）相干解調(diào)：BPF帶寬帶寬W等于信號帶寬等于信號帶寬B，Bni(t)時(shí)，時(shí)，E(t)A+m(t)+nc(t)，經(jīng)低通隔直后：，經(jīng)低通隔直后： mo(t)=m(t)，no(t)=nc(t)，再在，再在G=(S0/N0)/(Si/Ni)將各量用上將各量用上面實(shí)際值代替，化簡可得面實(shí)際值代替，化簡可得:32GtcosA) t (m) t (mA) t

26、 (m2Gm222=時(shí)，當(dāng)w2 2）AMAM包絡(luò)檢波的門限效應(yīng)。包絡(luò)檢波的門限效應(yīng)。 當(dāng)當(dāng) A+m(t)1時(shí)時(shí),包絡(luò)檢波的可靠性同相干解調(diào)。包絡(luò)檢波的可靠性同相干解調(diào)。fffH H時(shí)，時(shí)，B=2fB=2f，即與基帶信號頻率無關(guān)。，即與基帶信號頻率無關(guān)。 Kf 調(diào)頻靈敏度調(diào)頻靈敏度=d) (mK) t (ft瞬時(shí)相位：瞬時(shí)相位：max2) t (mKff=DDw(t)=Kfm(t)|max，瞬時(shí)及最大頻偏：瞬時(shí)及最大頻偏：第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 25=nmcmcfnFMnnmJASw ww ww w w ww ww w w w)()(頻譜：頻譜：無窮多個(gè)頻率

27、分量，其幅度正比于無窮多個(gè)頻率分量，其幅度正比于Jn(mf) n階貝賽爾函數(shù)。階貝賽爾函數(shù)。 由于當(dāng)由于當(dāng)n mf+1時(shí)時(shí)Jn(mf)比較小，忽略不計(jì)。所以，調(diào)頻信比較小，忽略不計(jì)。所以，調(diào)頻信號有效帶寬：號有效帶寬： B=2(mf+1)fm=2(mf+1)fH FMFM的頻譜：的頻譜：設(shè)設(shè)m(t)=AmcosmtSFM(t)=Acos(ct+mfsinmt)，mmffAKmw w= =第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 26 從頻譜圖可以看出，從頻譜圖可以看出，f fc c兩邊分量不對稱，因此對調(diào)頻信號不兩邊分量不對稱，因此對調(diào)頻信號不能用單邊帶頻譜信號傳輸信息。同

28、時(shí)占用非常大的信道帶寬。能用單邊帶頻譜信號傳輸信息。同時(shí)占用非常大的信道帶寬。窄帶調(diào)頻：窄帶調(diào)頻： 當(dāng)當(dāng)6)( dttmKF 時(shí)為窄帶調(diào)頻。時(shí)為窄帶調(diào)頻。窄帶調(diào)頻時(shí)已調(diào)信號帶寬等于窄帶調(diào)頻時(shí)已調(diào)信號帶寬等于AM信號帶寬，但制度增益比信號帶寬，但制度增益比AM時(shí)大得多。時(shí)大得多。例：例：mf=3時(shí)，調(diào)頻信號的頻譜如下圖：時(shí)，調(diào)頻信號的頻譜如下圖：tsindt) t (mKtcos) t (ScFcNBFMw ww w 依據(jù)上述條件化簡得：依據(jù)上述條件化簡得：第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 27調(diào)頻方法：調(diào)頻方法：實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號有三種方法，即直接、倍頻和鎖相。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信

29、號有三種方法，即直接、倍頻和鎖相。1 1）直接調(diào)頻：）直接調(diào)頻：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可得到較大的頻偏；可得到較大的頻偏；存在問題存在問題: : 載頻載頻f fc c不穩(wěn)定，需有穩(wěn)頻措施。不穩(wěn)定，需有穩(wěn)頻措施。 VCOVCO一般為一般為LCLC、RCRC振蕩器，頻率穩(wěn)定度為振蕩器，頻率穩(wěn)定度為1010-3-3。2 2）窄帶調(diào)頻）窄帶調(diào)頻倍頻：倍頻：m(t)m(t)VCOVCO dt) t (mKtcosAFcw wtcoscw w-90-90積分器積分器m(t)m(t)- -+ +倍頻器倍頻器來自晶振來自晶振tsincw wNBFM第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 283 3

30、）鎖相調(diào)頻：）鎖相調(diào)頻：由穩(wěn)頻晶振及鎖相環(huán)電路兩部分組成基本電路。由穩(wěn)頻晶振及鎖相環(huán)電路兩部分組成基本電路。 )(cos)(=dttmVKtrNAtouw w條件：環(huán)路自然諧振頻率條件：環(huán)路自然諧振頻率f fn nfm時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)，在環(huán)路鎖定后，在環(huán)路鎖定后，VCOVCO的輸出的輸出)(sin)(dttKtAtufci=mw w當(dāng)當(dāng))(cos)(dttuKtUtucvcoo=w w與輸入在相位上差一個(gè)定值。與輸入在相位上差一個(gè)定值。第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 323 3）NBFMNBFM的相干解調(diào)：的相干解調(diào)： tsindt) t (mKtcos) t (Sc

31、FcNBFMw ww w = = 窄帶調(diào)頻信號：窄帶調(diào)頻信號：NBFMNBFM微分微分低通低通tsincw w SNBX0(t)經(jīng)低通濾波后輸出：經(jīng)低通濾波后輸出：K Kf fm(t)(t)= =dttdSNB)(tmKf)( tccos2 2w wkf(t)t-1/2sin2) t (ScNBw w= =tsindt) t (mKcFw w 2第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 33)()(cos)(sin)(cos)()(cos)()(xcos)()(fttttAttnttnttAtndttKtAtntSnccsccciciFM w ww ww w w ww w=

32、 ) t (n A AS SFMFM (t) (t)b bn ni i(t)(t)S SFMFM(t)+n(t)+ni i(t)(t)FMFM抗噪性能：抗噪性能：限幅鑒頻方式：限幅鑒頻方式：1 1）大信噪比）大信噪比 ：1)(iNSS SFMFM(t)(t)n(t)n(t)帶通帶通限限 幅幅放放 大大微分微分包包 絡(luò)絡(luò)檢波器檢波器低通低通h hL L(t)(t)S SFMFM(t)(t)n ni i(t)(t)FDFD) t (xo) t (nox xo o(t)(t)n no o(t)(t)u ui i(t)(t)第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 34經(jīng)限幅放大后

33、的輸出：經(jīng)限幅放大后的輸出：b bn nc c(t)(t)n ns s(t)(t) nc(t)、ns(t)不相關(guān)，兩者同時(shí)達(dá)最大值不相關(guān)，兩者同時(shí)達(dá)最大值概率很小，概率很小，b由由ns(t)和和nc(t)合成。合成。AtnAbarctgtcn)()( 考慮到上述因素，可認(rèn)為：考慮到上述因素，可認(rèn)為： )()(2)()(,2)()(1,)()(cos)(22tntnbdttdtontxKtomHzVKFDtttAtuscnFDnci=鑒頻器輸入噪聲幅度鑒頻器輸入噪聲幅度鑒頻輸出：鑒頻輸出：則則增益增益設(shè)設(shè) w w第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 35dttdnAtnt

34、mKtmcFo)(21)(,2)()(0 =)()( )(,2)()(thtontntmKtmLoFo= 由于由于LPF截至頻率為截至頻率為fH，故：，故：FM功率越大（功率越大（A越大），噪聲功率譜就會越小。越大），噪聲功率譜就會越小。 與與FM信號幅度無關(guān)，信號幅度無關(guān)，與與Kf2成正比，即與成正比，即與B2成正成正比。比。) t (m4KS222Fo = = = = =其它其它,02Bf,nAf)f (PA4)f (P022n222nco w w2B 2B0 0)f (Pcnf f)f (Pon2B 2B0 0f ff f0 0-f-fH Hf fH H)f (Ponn n0 0-f-f

35、H Hf fH Hf f2 2n n0 0/A/A2 2K2H（w w）2P（f）H（w w）為求導(dǎo)運(yùn)算的傅氏）為求導(dǎo)運(yùn)算的傅氏變換，即變換，即jw w FD實(shí)際輸出：實(shí)際輸出：第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 36=其它其它,0,)()()(022HLnnffnAffHfPfPoo常稱常稱FD輸出輸出no(t)為三角噪聲。為三角噪聲?！緉o(t)也為三角噪聲也為三角噪聲】 與與FMFM信號的功率成反比，與信號的功率成反比，與K KF F、B B無關(guān)。無關(guān)。 由于一般由于一般FMFM信號帶寬信號帶寬B B較大，而鑒頻輸出信號功率與較大，而鑒頻輸出信號功率與B B2

36、2成正成正比，但噪聲功率與比，但噪聲功率與B B無關(guān)，故無關(guān)，故FMFM的制度增益高，抗噪能力強(qiáng)。的制度增益高，抗噪能力強(qiáng)。 maxFooHooi2i2) t (mKn2fn2)ff(n2BnN,A21S = =D D D D= = = =2o3HffnoA3nf2df)f (PNHHo= = = 第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 37sincos)(,cos)(tmtAtStAtmmfcmmmw ww ww w=設(shè)調(diào)頻信號為一正弦信號，則：設(shè)調(diào)頻信號為一正弦信號，則： 323)1(3fffmmmG=可得：可得：3H222Fo2i3Ho222F2of4) t (mK

37、B3G,Bn2A)NS(,fn8) t (mKA3)NS( = = = =2fmoimfoi3fi3fomfnS23fmn2Sm3)NS(m3)NS(= = = =第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 38小信噪比小信噪比 門限效應(yīng)：門限效應(yīng)：o)NS(i)NS(i)NS(=10dB=10dB 4 2 4 2 0 0) t (n t tt t) t (no常規(guī)噪聲常規(guī)噪聲脈沖噪聲脈沖噪聲常規(guī)噪聲譜常規(guī)噪聲譜脈沖噪聲譜脈沖噪聲譜2B -f-fH H0 0f fH H2Bf f急劇下降。急劇下降。急劇增大急劇增大沖噪聲急劇增多沖噪聲急劇增多信號跳周使脈信號跳周使脈時(shí)時(shí)OiN

38、SFMNS)(,N,10)(o 使用鎖相鑒頻器可使門限擴(kuò)展使用鎖相鑒頻器可使門限擴(kuò)展至至6dB6dB。第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 39 m(t)m(t)預(yù)加重預(yù)加重FMFM信道信道FDFD去加重去加重n no o(t)(t)H HL1L1(f)(f)f fH Hf ff fH HL2L2(f)(f)f fH Hf fH HL1L1(f)(f)H HL2L2(f)(f)f fH H0 0 H HL1L1、2 2(f)(f)特性對特性對n no o (t)(t)中的高頻噪聲衰減大，從中的高頻噪聲衰減大，從而使而使n no o(t)(t)的高頻噪聲功率譜密度小、的高

39、頻噪聲功率譜密度小、N No o減小。減小。 可改善可改善dB6NSo）（預(yù)加重預(yù)加重 / / 去加重技術(shù)去加重技術(shù) 改善改善oNS）（2B 2B0 0)f (Pcnf f)f (Pon2B 2B0 0f ff f0 0-f-fH Hf fH H)f (Ponn n0 0-f-fH Hf fH Hf f2 2n n0 0/A/A2 2第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 40m m1 1(t)(t)壓縮壓縮m m2 2(t)(t)FMFM信道信道FDFDn n1 10 0(t)(t)m m2 2(t)(t)擴(kuò)張擴(kuò)張m m3 3(t)(t)n n2 20 0(t)(t)信

40、噪比不變信噪比不變壓縮壓縮小信號小信號擴(kuò)張擴(kuò)張大信號大信號擴(kuò)張擴(kuò)張壓縮壓縮大信號大信號擴(kuò)張擴(kuò)張小信號小信號壓縮壓縮,)()()()(;)()()()(23231212 tmtmtmtmtmtmtmtm 無信號時(shí)，無信號時(shí)，n10(t)一般較小，處于壓縮的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，故擴(kuò)一般較小，處于壓縮的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，故擴(kuò)張后使輸出噪聲減小，起到靜噪作用。張后使輸出噪聲減小，起到靜噪作用。 但還是足夠大。但還是足夠大。大信號惡化，大信號惡化，小信號時(shí)值改大。小信號時(shí)值改大。102NS壓擴(kuò)技術(shù)壓擴(kuò)技術(shù)改善小信號改善小信號oNS)( 壓擴(kuò)技術(shù)是模擬信號經(jīng)頻率調(diào)制信道傳輸時(shí)改善小信號信壓擴(kuò)技術(shù)是模擬信號經(jīng)頻率調(diào)制信道

41、傳輸時(shí)改善小信號信噪比的一個(gè)通用技術(shù)。其應(yīng)用于調(diào)頻系統(tǒng)工作原理如下：噪比的一個(gè)通用技術(shù)。其應(yīng)用于調(diào)頻系統(tǒng)工作原理如下：第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 413.2.2 3.2.2 模擬信號的相位調(diào)制模擬信號的相位調(diào)制 所謂相位調(diào)制，就是指高頻載波的瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號所謂相位調(diào)制，就是指高頻載波的瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號m(t)m(t)的幅度作線性變化，該已調(diào)信號稱為調(diào)相信號。對于調(diào)相已調(diào)信號，的幅度作線性變化，該已調(diào)信號稱為調(diào)相信號。對于調(diào)相已調(diào)信號，當(dāng)載波的初始相位為零時(shí)，其時(shí)域表示式為：當(dāng)載波的初始相位為零時(shí)，其時(shí)域表示式為：SPM(t)=Acosw wCt+

42、KPM m(t)K KPM PM 調(diào)相靈敏度，調(diào)相靈敏度，dt) t (d mK) t (PM= =D Dw w,) t (mK) t (PM= = (t)(t)與與m(t)m(t)瞬時(shí)幅度成比例，瞬時(shí)幅度成比例，w w(t)(t)與與m(t)m(t)變化速率成比例。變化速率成比例。瞬時(shí)相位和頻偏：瞬時(shí)相位和頻偏：最大頻偏：最大頻偏：fmaxdt) t (dmKPM= =D D2 即：最大頻偏出現(xiàn)在最快變化處。即：最大頻偏出現(xiàn)在最快變化處。第第 3 3 章章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào) 42 對一個(gè)模擬調(diào)相已調(diào)波，其頻譜分析是與調(diào)頻類似對一個(gè)模擬調(diào)相已調(diào)波，其頻譜分析是與調(diào)頻類似

43、的，它的頻譜同樣可用多階貝塞爾函數(shù)的求和表示。的，它的頻譜同樣可用多階貝塞爾函數(shù)的求和表示。調(diào)調(diào)相已調(diào)波信號頻譜與調(diào)頻已調(diào)波信號頻譜的差別僅在于相已調(diào)波信號頻譜與調(diào)頻已調(diào)波信號頻譜的差別僅在于各邊頻分量的相移不同各邊頻分量的相移不同。因此，調(diào)相信號的頻帶寬度也。因此，調(diào)相信號的頻帶寬度也可近似地用下式表示：可近似地用下式表示： B=2(f+fB=2(f+fH H) ) 與基帶信號有關(guān)，是變化的；由于調(diào)相已調(diào)波占用與基帶信號有關(guān)，是變化的；由于調(diào)相已調(diào)波占用信道帶寬隨調(diào)制信號的瞬時(shí)頻率改變，這樣就導(dǎo)致實(shí)際信道帶寬隨調(diào)制信號的瞬時(shí)頻率改變，這樣就導(dǎo)致實(shí)際使用中信道的利用率很低，故實(shí)際中很少用這種方式。使用中信道的利用率很低，故實(shí)際中很少用這種方式。這里也就不做過多的介紹了。這里也就不做過多的