通信原理(第5章).

1、1第第5章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)頻分復(fù)用原理頻分復(fù)用原理 模擬調(diào)制系統(tǒng)性能比較模擬調(diào)制系統(tǒng)性能比較 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 角度調(diào)制原理角度調(diào)制原理 幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 幅度調(diào)制原理幅度調(diào)制原理 2第第5章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)基本概念基本概念 調(diào)制調(diào)制 把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)囊环N過程。把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)囊环N過程。l 廣義調(diào)制廣義調(diào)制 分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。l 狹義調(diào)制狹義調(diào)制 僅指帶通調(diào)制。在無線通信和其他大多數(shù)場合，僅指帶通調(diào)制。在無線通信和其他大多數(shù)場

2、合， 調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào) 指來自信源的基帶信號(hào)。指來自信源的基帶信號(hào)。 載波調(diào)制載波調(diào)制 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過程。用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過程。 載波載波 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。以是非正弦波。 已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào) 載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)。載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)。 解調(diào)（檢波）解調(diào)（檢波） 調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來。制信號(hào)恢復(fù)出來。3第第5章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的目的調(diào)制的目的

3、 提高無線通信時(shí)的天線輻射效率。提高無線通信時(shí)的天線輻射效率。 實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。 把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，然后將把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，然后將它們一起送入信道傳輸。它們一起送入信道傳輸。 改善系統(tǒng)抗噪聲性能。改善系統(tǒng)抗噪聲性能。 擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還擴(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?？蓪?shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。4第第5章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的分類調(diào)制的分類調(diào)制器m(t)c(t)sm(t)圖圖5-1 調(diào)制器模型調(diào)制器模型 m(t

4、)模擬調(diào)制模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制c(t)連續(xù)波調(diào)制連續(xù)波調(diào)制脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制 本章重點(diǎn)討論用取值連續(xù)的調(diào)制信號(hào)去控制正弦載波參數(shù)本章重點(diǎn)討論用取值連續(xù)的調(diào)制信號(hào)去控制正弦載波參數(shù)的模擬調(diào)制。主要內(nèi)容有：各種已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜結(jié)的模擬調(diào)制。主要內(nèi)容有：各種已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜結(jié)構(gòu)，調(diào)制和解調(diào)的原理及系統(tǒng)的抗噪聲性能。構(gòu)，調(diào)制和解調(diào)的原理及系統(tǒng)的抗噪聲性能。 55.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 圖圖 5-2 幅度調(diào)制器的一般模型幅度調(diào)制器的一般模型m( t ) M()h( t ) H()則已調(diào)信號(hào)則已調(diào)信號(hào)Sm(t) 的時(shí)域表達(dá)式：的時(shí)域表達(dá)式： sm(t)

5、 = m( t ) cosct h( t ) 頻域表達(dá)式：頻域表達(dá)式： Sm() = M(+c )+ M(c ) H( ) 12由以上表示式可見，在波形上，已調(diào)信號(hào)的幅度隨基帶信由以上表示式可見，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)的簡單搬移基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移(精確到常數(shù)因子精確到常數(shù)因子)。由。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)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，這里的制。但應(yīng)注意，這里的“線性線性”并不意味著已調(diào)信號(hào)與

6、調(diào)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)制過程都制信號(hào)之間符合線性變換關(guān)系。事實(shí)上，任何調(diào)制過程都是一種非線性的變換過程。是一種非線性的變換過程。適當(dāng)選擇濾波器的特性，便可以得到各適當(dāng)選擇濾波器的特性，便可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。如：雙邊帶信號(hào)種幅度調(diào)制信號(hào)。如：雙邊帶信號(hào)（DSB）、單邊帶信號(hào)（）、單邊帶信號(hào)（SSB）、殘留）、殘留邊帶信號(hào)（邊帶信號(hào)（VSB）等。）等。65.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 5.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）m(t)A0cosctSAm(t)圖圖 5-3 AM 調(diào)制器模型調(diào)制器模型 時(shí)域表達(dá)式時(shí)

7、域表達(dá)式SAM(t) = A0 + m( t ) cosct = A0 cosct + m( t ) cosct 載波信號(hào)載波信號(hào) 頻域表達(dá)式頻域表達(dá)式 SAM() = A0( c) +( +c ) + M(c ) + M( +c )12DSB信號(hào)信號(hào)75.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 時(shí)域波形圖時(shí)域波形圖m(t)ttttA0 + m( t ) cosct 圖 5-4(a) AM 信號(hào)的波形 SAm(t) u 當(dāng)滿足條件：當(dāng)滿足條件：|m(t)|max A0時(shí)，其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的時(shí)，其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的波形相同，因此用包絡(luò)檢波形相同，因此用包絡(luò)檢波法可以容易地恢復(fù)原始

8、波法可以容易地恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)。u 否則，出現(xiàn)否則，出現(xiàn)“過調(diào)幅過調(diào)幅”現(xiàn)象。這時(shí)用包絡(luò)檢波法現(xiàn)象。這時(shí)用包絡(luò)檢波法將發(fā)生失真。但是，可以將發(fā)生失真。但是，可以采用其它的解調(diào)方法，如：采用其它的解調(diào)方法，如：同步檢波法。同步檢波法。85.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 頻譜圖頻譜圖載頻分量載頻分量載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶下邊帶下邊帶基帶信號(hào)的基帶信號(hào)的截止角頻率截止角頻率M()H-H0圖圖 5-4(b) AM 信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜 調(diào)幅過程，使基帶信號(hào)的調(diào)幅過程，使基帶信號(hào)的頻譜搬移了，且頻譜中包含頻譜搬移了，且頻譜中包含邊帶分量

9、和載頻分量；邊帶分量和載頻分量； AM波的幅度譜波的幅度譜 |SAm()| 對(duì)原點(diǎn)是偶對(duì)稱。對(duì)原點(diǎn)是偶對(duì)稱。 AM波占用的帶寬是基帶波占用的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即信號(hào)帶寬的兩倍，即BAM = 2fH 載波頻率應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的最載波頻率應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的最高頻率分量，即，高頻率分量，即，fc fH；否則會(huì)出現(xiàn)頻譜交疊，此時(shí)否則會(huì)出現(xiàn)頻譜交疊，此時(shí)包絡(luò)的形狀一定會(huì)產(chǎn)生失真。包絡(luò)的形狀一定會(huì)產(chǎn)生失真。 SAm()c-c095.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 AM信號(hào)的特性信號(hào)的特性 帶寬：帶寬：AM波占用的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即波占用的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即BAM

10、= 2 fH 功率：功率：( )coscos( )cos( )cos2AMAM220c222220cc0cP=S(t)Am ttAtm tt2A m tt若若 m(t) 不含有直流分量，則不含有直流分量，則 m(t) = 0則則220( )22AMcsAmtPPP載波功率載波功率邊帶功率邊帶功率105.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 AM信號(hào)的特性信號(hào)的特性 調(diào)制效率：有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信調(diào)制效率：有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號(hào)總功率的比例稱為調(diào)制效率。即號(hào)總功率的比例稱為調(diào)制效率。即 2SAM22AM0mtPPAmt當(dāng)當(dāng) m(t)

11、 = Am cos mt 時(shí)，時(shí)，2222( )cos2mmmAm tAt則調(diào)制效率為則調(diào)制效率為 222222222000( )2( )22msmAMmscmAPAmtAPPmtAAAA當(dāng)當(dāng)|m(t)|max = A0（100調(diào)制）時(shí)，調(diào)制效率最高，這時(shí)調(diào)制）時(shí)，調(diào)制效率最高，這時(shí) max 1/3115.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 5.1.2 抑制載波雙邊帶調(diào)制（抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC，簡稱雙邊帶調(diào)制，簡稱雙邊帶調(diào)制 DSB） m(t)cosctSDSB(t)圖圖 5-3 DSB調(diào)制器模型調(diào)制器模型 時(shí)域表達(dá)式時(shí)域表達(dá)式 SDSB(t) = m( t

12、) cosct 頻域表達(dá)式頻域表達(dá)式 SDSB() = M(c ) + M( +c )12無直流分量無直流分量 A0無載頻分量無載頻分量125.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 DSB信號(hào)的波形和頻譜信號(hào)的波形和頻譜m(t)M()00H-Hcosct00c-c圖圖 5-5 DSB信號(hào)的波形和頻譜信號(hào)的波形和頻譜 2HSDSB(t)SDSB()00-cc135.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 DSB信號(hào)的特性信號(hào)的特性 帶寬：帶寬：DSB波占用的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即波占用的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即 BDSB = 2 fH 功率：功率：

13、1( )22DSBsPPm t 調(diào)制效率：調(diào)制效率： DSB 100% 優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率優(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。缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較復(fù)雜。145.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 5.1.3 單邊帶調(diào)制（單邊帶調(diào)制（SSB） （1）濾波法形成單邊帶信號(hào)）濾波法形成單邊帶信號(hào) m(t)cosctSDSB(t)圖5-8 濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制的數(shù)學(xué)模型 HSSB()SSSB(t)當(dāng)當(dāng)cSSBUSBc1H( )H( )00c-cHUSB()高通濾波器高通濾波器產(chǎn)生上邊帶產(chǎn)生上邊帶 當(dāng)當(dāng)cSSBLSBc1H( )H(

14、 )0低通濾波器低通濾波器產(chǎn)生下邊帶產(chǎn)生下邊帶 0c-cHLSB()圖5-9 濾波器的特性 155.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 單邊帶信號(hào)的頻域表達(dá)式：單邊帶信號(hào)的頻域表達(dá)式： SSSB() = SDSB()H() M()H-HSDSB()c-ccc-c-cSUSB()SLSB()圖圖 5-10 單邊帶信號(hào)的頻譜單邊帶信號(hào)的頻譜165.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 濾波法的技術(shù)難點(diǎn)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濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含有直流和低頻分量時(shí)當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含有直流和低頻分量時(shí),濾波法就

15、不適用了濾波法就不適用了ffffHUSB()HLSB()圖圖5-11 實(shí)際濾波器特性實(shí)際濾波器特性ffB圖圖5-12 f 與與 B的關(guān)系的關(guān)系 舉例：舉例：電話通信中通常取語音信號(hào)頻帶電話通信中通常取語音信號(hào)頻帶為為300-3400Hz，由于最低頻率為，由于最低頻率為 fL = 300Hz，因此允許過渡帶為，因此允許過渡帶為: f B = 2fL = 2300 = 600Hz。 175.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 （2）相移法形成單邊帶信號(hào)）相移法形成單邊帶信號(hào) 單頻調(diào)制單頻調(diào)制 設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為m(t) = Amcosm t 載波為載波為 c(t

16、) = cosc t 12上邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式上邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式 SUSB(t) = Amcosm t cosc t - Amsinm t sinc t 12則，雙邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為則，雙邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 SDSB(t) = Amcosm t cosc t = Am cos(c+ m)t + Am cos(c -m)t 1212下邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式下邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式 SUSB(t) = Amcosm t cosc t + Amsinm t sinc t 12125.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 希爾伯特變換希爾伯特變換一物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)其傳遞函數(shù)

17、為一解析函數(shù)，而其沖激響應(yīng)必為一物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)其傳遞函數(shù)為一解析函數(shù)，而其沖激響應(yīng)必為因果函數(shù)因果函數(shù)(即即 時(shí)，沖擊響應(yīng)為時(shí)，沖擊響應(yīng)為0)。也就是說時(shí)域的因果性與頻域。也就是說時(shí)域的因果性與頻域得解析性是等效的。其沖激響應(yīng)為得解析性是等效的。其沖激響應(yīng)為:其中其中: U(t)為單位階躍函數(shù)為單位階躍函數(shù),其沖激響應(yīng)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)為其沖激響應(yīng)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:( )( ) ( )h th t U t( ) ( )( )( )H wF h tR wjX w由頻域卷積定理可知由頻域卷積定理可知:11( )( )*( )( )( ) ( )( )*( )22H wH wU wR wjX w

18、R wjX wU w得得:1( )1( )( )( )XmR wdm tdwt1( )1( )( )( )RmX wdm tdwt 希爾伯特變換希爾伯特變換希爾伯特反變換希爾伯特反變換希希爾爾伯伯特特變變換換對(duì)對(duì)5.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 希爾伯特變換性質(zhì)希爾伯特變換性質(zhì)cos()sin()sin()cos()ccccHw tw tHw tw t cww2、若、若m(t)的頻帶限于的頻帶限于希爾伯特濾波器的傳遞函數(shù)為希爾伯特濾波器的傳遞函數(shù)為: ( )( )( )( )1,0sgn( )1,0m tM wm tM wwww( )( )( )sgn( )M wF

19、 m tjM ww 則則:( )cos()( )sin()( )sin()( )cos()ccccH m tw tm tw tH m tw tm tw t 1、3、( )( )sgn( )( )hM wHwjwM w 205.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 兩式合并，得單頻調(diào)制信號(hào)的單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為兩式合并，得單頻調(diào)制信號(hào)的單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為在上式中，在上式中， Amsinm t 是是Amcosm t 的希爾伯特，記為的希爾伯特，記為 cossinmmAtAt則則 SSBmmcmmc11( )coscoscossin22StAttAttSSBmmcmmc

20、11( )coscossinsin22StAttAtt式中，式中，“” 表示上邊帶信號(hào)，表示上邊帶信號(hào)，“+” 表示下邊帶信表示下邊帶信號(hào)。號(hào)。215.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 一般情況下一般情況下SSB信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式 調(diào)制信號(hào)為任意信號(hào)時(shí)調(diào)制信號(hào)為任意信號(hào)時(shí)SSB信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 11( )( )cos( )sin22SSBccStm ttm tt式中，式中，( )( )( )1mm tdt1mm tdt希伯特正變換( )=-希伯特反變換( )m t若若 m(t) M()，則，則 的傅氏變換的傅氏變換 為為( )M( )(

21、 )sgn( )MMj上式中的上式中的-jsgn 可以看作是希爾伯特濾波器傳遞函數(shù)?？梢钥醋魇窍柌貫V波器傳遞函數(shù)。225.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 移相法移相法SSB調(diào)制器方框圖調(diào)制器方框圖圖圖 5-13 相移法形成單邊帶信號(hào)相移法形成單邊帶信號(hào)優(yōu)點(diǎn)：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。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)。缺點(diǎn)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實(shí)現(xiàn)。235.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 SSB信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào) SSB信號(hào)的解調(diào)和信號(hào)的解調(diào)和DSB一樣，不能采用簡單的包絡(luò)檢波，一樣，不能采用簡單

22、的包絡(luò)檢波，因?yàn)橐驗(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)。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)的性能信號(hào)的性能 SSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在調(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度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通信中一種減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。重要的調(diào)制方式。245.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性

23、調(diào)制）的原理 5.1.4 殘留邊帶調(diào)制（殘留邊帶調(diào)制（VSB） M()SDSB()SSSB()SVSB()0000圖圖 5-17 DSB、SSB 和和VSB 信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜 255.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 VSB調(diào)制調(diào)制HVSB()m(t)c(t) = cosctSVSB(t)圖圖 5-18 (a) VSB調(diào)制器模型調(diào)制器模型 VSB信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式 ( )( )cos( )VSBcVSBStm tthtVSB信號(hào)的頻域表達(dá)式信號(hào)的頻域表達(dá)式( )()()( )VSBccVSB1SMMH2265.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線

24、性調(diào)制）的原理 VSB信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào) Sp(t) = 2SVSB(t)cosctpVSBcVSBccVSBccVSBc1( )( )()()41(2)()(2)()4SMHHMHMHLPFmo(t)2cosctSVSB(t)圖圖 5-18 (b) 解調(diào)器模型解調(diào)器模型 Sp(t) Sp() = SVSB(+c) + SVSB(-c) 12經(jīng)低通濾波器，得輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波器，得輸出信號(hào)oVSBcVSBc1( )( )()()4MMHH275.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理 oVSBcVSBc1( )( )()()4MMHH顯然，為了保證相干解調(diào)的輸出無失真地恢復(fù)

25、調(diào)制信號(hào)顯然，為了保證相干解調(diào)的輸出無失真地恢復(fù)調(diào)制信號(hào)m(t)，上，上式中的傳遞函數(shù)必須滿足：式中的傳遞函數(shù)必須滿足：HVSB(+c) + HVSB(-c) = 常數(shù)，| H 這是確定殘留邊帶濾波器傳輸特性所必須遵循的條件。這是確定殘留邊帶濾波器傳輸特性所必須遵循的條件。 含義是：殘留邊帶濾波器的特性含義是：殘留邊帶濾波器的特性H( )在在 c 處必須具有互補(bǔ)對(duì)處必須具有互補(bǔ)對(duì)稱（奇對(duì)稱）特性，相干解調(diào)時(shí)才能無失真地從殘留邊帶信號(hào)稱（奇對(duì)稱）特性，相干解調(diào)時(shí)才能無失真地從殘留邊帶信號(hào)中恢復(fù)所需的調(diào)制信號(hào)。中恢復(fù)所需的調(diào)制信號(hào)。285.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理

26、殘留邊帶濾波器特性的兩種形式殘留邊帶濾波器特性的兩種形式(a) 殘留殘留“部分上邊帶部分上邊帶”的濾波器特性的濾波器特性(b) 殘留殘留“部分下邊帶部分下邊帶”的濾波器特性的濾波器特性圖圖5-19110.50.5HVSB()HVSB()c-cc-c00295.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 5.2.1 分析模型分析模型 模型模型 BPF解調(diào)器n(t)Sm(t)Sm(t)ni(t)mo(t)no(t)圖圖 5-21 解調(diào)器抗噪聲性能分析模型解調(diào)器抗噪聲性能分析模型 當(dāng)當(dāng)BPF帶寬遠(yuǎn)小于其中心頻率帶寬遠(yuǎn)小于其中心頻率c時(shí)，時(shí)，ni(t) 為平穩(wěn)窄帶高斯噪聲。為平穩(wěn)窄帶高斯噪聲

27、。 ni(t) = nc(t)cosct ns(t)sinct在實(shí)際分析系統(tǒng)過程中，常常設(shè)在實(shí)際分析系統(tǒng)過程中，常常設(shè) ni(t) 為零均值，即為零均值，即 （均值）數(shù)學(xué)期望（均值）數(shù)學(xué)期望 icsE( )E( )E( )0n tn tn t且有，且有，（平均功率）（平均功率） ( )( )( )222icsE n tE n tE n t305.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 或?qū)懗苫驅(qū)懗蒳cs( )( )( )0n tn tn t( )( )( )222icsntntnt 若解調(diào)器輸入噪聲若解調(diào)器輸入噪聲 ni(t) 具有帶寬具有帶寬B，則輸入噪聲的平均功，則輸入噪聲的

28、平均功率為率為 2ii0( )Nn tn B式中，式中，n0 是噪聲單邊功率譜密度；是噪聲單邊功率譜密度； B 即為帶通濾波器的帶寬。即為帶通濾波器的帶寬。 315.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 衡量模擬通信系統(tǒng)質(zhì)量的指標(biāo)衡量模擬通信系統(tǒng)質(zhì)量的指標(biāo) 解調(diào)器的輸出信噪比解調(diào)器的輸出信噪比 200200( )( )SmtNnt解 調(diào) 器 輸 出 信 號(hào) 的 平 均 功 率解 調(diào) 器 輸 出 噪 聲 的 平 均 功 率 調(diào)制制度增益調(diào)制制度增益 00iiSNGSN解 調(diào) 器 輸 出 信 噪 比解 調(diào) 器 輸 入 信 噪 比325.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪

29、聲性能 5.2.2 各種調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能各種調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 圖圖 5-22 線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能分析模型線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能分析模型 BPFLPFn(t)Sm(t)Sm(t)ni(t)mo(t)no(t)cosct335.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能調(diào)制系統(tǒng)的性能 解調(diào)器輸入信號(hào)解調(diào)器輸入信號(hào) Sm(t) = m(t)cosct其平均功率其平均功率 ( )( )22im12SStmt 解調(diào)器輸入噪聲解調(diào)器輸入噪聲 ni(t) = nc(t)cosct ns(t)sinct2ii0( )Nn tn B 解調(diào)器輸入信噪比解調(diào)器

30、輸入信噪比 ( )( )22ii00122mtSmtNn Bn B345.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 解調(diào)器輸出信號(hào)解調(diào)器輸出信號(hào) 其平均功率其平均功率 ( )( )22i014Smtmt 解調(diào)器輸出信噪比解調(diào)器輸出信噪比 0( )( )220001414mtSmtNn Bn Bm(t)cos2ct與相干載波相乘后與相干載波相乘后 經(jīng)經(jīng)LPF后，輸出為后，輸出為 m0(t) = m(t)( )200014Nntn B 解調(diào)器輸入噪聲解調(diào)器輸入噪聲 ni(t)cosct經(jīng)經(jīng)LPF后后n0(t) = nc(t)355.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

31、DSB系統(tǒng)的調(diào)制制度增益系統(tǒng)的調(diào)制制度增益 ( )( )2000DSB2ii022SmtNn BGSmtNn B結(jié)論：結(jié)論：DSB信號(hào)解調(diào)器的信噪比改善了一倍。原因：信號(hào)解調(diào)器的信噪比改善了一倍。原因：相干解調(diào)抑制了噪聲中的正交分量相干解調(diào)抑制了噪聲中的正交分量 ns(t) ，從而使噪，從而使噪聲功率減半的緣故。聲功率減半的緣故。 365.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能調(diào)制系統(tǒng)的性能 解調(diào)器輸入信號(hào)解調(diào)器輸入信號(hào) sm(t) = m(t)cosct m(t)sinct其平均功率（上邊帶為例）其平均功率（上邊帶為例） ( )( )22im14SStmt

32、 解調(diào)器輸入噪聲解調(diào)器輸入噪聲 ni(t) = nc(t)cosct ns(t)sinct2ii0( )Nn tn B 解調(diào)器輸入信噪比解調(diào)器輸入信噪比 ( )( )22ii00144mtSmtNn Bn B375.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 解調(diào)器輸出信號(hào)解調(diào)器輸出信號(hào) 其平均功率其平均功率 ( )( )22i0116Smtmt 解調(diào)器輸出信噪比解調(diào)器輸出信噪比 0( )( )22000116144mtSmtNn Bn BSm(t)cosct與相干載波相乘后與相干載波相乘后 經(jīng)經(jīng)LPF后，輸出為后，輸出為 m0(t) = m(t)( )200014Nntn B 解調(diào)

33、器輸出噪聲解調(diào)器輸出噪聲 ni(t)cosct經(jīng)經(jīng)LPF后后n0(t) = nc(t)385.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 SSB系統(tǒng)的調(diào)制制度增益系統(tǒng)的調(diào)制制度增益 ( )( )2000SSB2ii0414SmtNn BGSmtNn B結(jié)論：結(jié)論：雙邊帶、單邊帶相干解調(diào)，抗噪聲性能相同。雙邊帶、單邊帶相干解調(diào)，抗噪聲性能相同。相比之下，單邊帶頻帶利用率高。相比之下，單邊帶頻帶利用率高。 討論：雙邊帶調(diào)制相干解調(diào)的調(diào)制制度增益討論：雙邊帶調(diào)制相干解調(diào)的調(diào)制制度增益 GDSB = 2，而單邊帶的，而單邊帶的 GSSB = 1；那么，是否；那么，是否可以認(rèn)為雙邊帶抗噪聲性能

34、優(yōu)于單邊帶呢？可以認(rèn)為雙邊帶抗噪聲性能優(yōu)于單邊帶呢？ 395.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 VSB調(diào)制系統(tǒng)的性能調(diào)制系統(tǒng)的性能 VSB 調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能的分析方法與上面的調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能的分析方法與上面的相似。但是，由于采用的殘留邊帶濾波器的頻率特性相似。但是，由于采用的殘留邊帶濾波器的頻率特性形狀不同，所以，抗噪聲性能的計(jì)算比較復(fù)雜。但是形狀不同，所以，抗噪聲性能的計(jì)算比較復(fù)雜。但是殘留邊帶不是太大時(shí)，可以近似認(rèn)為與殘留邊帶不是太大時(shí)，可以近似認(rèn)為與 SSB 調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能相同。的抗噪聲性能相同。 405.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)

35、的抗噪聲性能 AM調(diào)制系統(tǒng)的性能調(diào)制系統(tǒng)的性能 BPF包絡(luò)包絡(luò)檢波器檢波器n(t)Sm(t)Sm(t)ni(t)mo(t)no(t)圖圖5-23 包絡(luò)檢波的抗噪聲性能分析模型包絡(luò)檢波的抗噪聲性能分析模型設(shè)解調(diào)器的輸入信號(hào)設(shè)解調(diào)器的輸入信號(hào) Sm(t) = A + m(t)cosct式中，式中，|m(t)|max A其平均功率其平均功率 ( )cos( )22ic22A11A22Sm ttmt輸入噪聲輸入噪聲 ni(t) = nc(t)cosct ns(t)sinct2ii0( )Nn tn B415.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 解調(diào)器輸入信噪比解調(diào)器輸入信噪比 ( )

36、22ii0ASmtNn B( )( )( ) cos( )cos( )sin( )( ) cos( )sincosmicccscccsccStn tAm ttntt-ntt= Am tntt-ntt=E(t)t+ (t)( )( )( )( )2csE tAm tn tn t( )( )( )( )scn ttarctgAm tn t 解調(diào)器輸入是信號(hào)加噪聲的混合波形，即解調(diào)器輸入是信號(hào)加噪聲的混合波形，即 ( )( )( ) cos( )cos-( )sin( )( ) cos-( )sin( )cos( )micccscccsccStn tAm ttnttnttAm tnttnttE tt

37、t其中，合成包絡(luò)其中，合成包絡(luò) ( )( )( )( )22csE tAm tn tn t合成相位合成相位 ( )( )( )( )arctgscn ttAm tn t425.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 大信噪比情況大信噪比情況 000000000( )( )( )( )( )( )( )( )()( )( )( )( )()(222222211ccsccccE tAm tAm tntntntAm tAm tntntAm tAm tntnAmttAm tAm t輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度，即輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度，即 220( )( )( )csAm tntnt1

38、2(1)1,12xxx 當(dāng)時(shí)有用信號(hào)有用信號(hào)噪聲信號(hào)噪聲信號(hào)435.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 輸出信號(hào)功率輸出信號(hào)功率( )20Smt輸出噪聲功率輸出噪聲功率( )( )2200ciNn tn tn B輸出信噪比輸出信噪比 ( )2000SmtNn B調(diào)制制度增益調(diào)制制度增益 2020022220( )2( )( )( )2AMiimtSNn BmtGSAmtAmtNn B對(duì)于對(duì)于100% 調(diào)制，即調(diào)制，即 A0 = |m(t)|max，且，且m(t)為正弦信號(hào)。為正弦信號(hào)。此時(shí)，此時(shí)，GAM = 2/3 445.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

39、 小信噪比情況小信噪比情況 22200220220222202222022( )( )( )( )2( )( )( )( )2( )( )2( )( )( )1( )( )( )2( )( )( )1( )( )( )( )( )( )( )( )csccscccscsccscsccscsE tAm tntntAm tntntntAm tntntntntAm tntntntntntAm tntntntntntAmntnt0( )( )( ) cos( )tR tAm tt輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)小于噪聲幅度，即輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)小于噪聲幅度，即 220( )( )( )csAm tntnt12(1)1,12

40、xxx 當(dāng)時(shí)455.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 0( )( )( ) co s( )EtRtAmtt其中，其中， ( )( )( )22csR tntnt( )cos ( )( )( )22ccsn ttntnt是依賴噪聲變是依賴噪聲變化的隨機(jī)函數(shù)化的隨機(jī)函數(shù) 門限效應(yīng)：當(dāng)包絡(luò)檢波器的輸入信噪比門限效應(yīng)：當(dāng)包絡(luò)檢波器的輸入信噪比 Si /Ni 下降到一下降到一定值時(shí)，其輸出信噪比定值時(shí)，其輸出信噪比 S0 /N0 惡化，稱此現(xiàn)象為門限效惡化，稱此現(xiàn)象為門限效應(yīng)。應(yīng)。 門限值：開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比門限值：開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比 Si /Ni 。 465.3

41、 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 頻率調(diào)制頻率調(diào)制 ( FM) 使高頻載波的使高頻載波的頻率按調(diào)制信頻率按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化號(hào)的規(guī)律變化而振幅保持恒而振幅保持恒定。定。角調(diào)制角調(diào)制相位調(diào)制相位調(diào)制 ( PM) 使高頻載波的使高頻載波的相位按調(diào)制信相位按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化號(hào)的規(guī)律變化而振幅保持恒而振幅保持恒定。定。 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，故譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為又稱為非線性調(diào)制。非線性調(diào)制。475.3 非線性

42、調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 5.3.1 角調(diào)制的基本概念角調(diào)制的基本概念 角調(diào)制的一般表達(dá)式角調(diào)制的一般表達(dá)式Sm(t) = Acosc t + (t) 式中，式中，A 載波的恒定振幅；載波的恒定振幅； c t + (t) 已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)相位；已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)相位； (t) 已調(diào)信號(hào)相對(duì)于載波相位已調(diào)信號(hào)相對(duì)于載波相位c t的瞬時(shí)相位偏移；的瞬時(shí)相位偏移；d ct + (t)/dt = (t) 已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率；已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率；d (t)/dt 已調(diào)信號(hào)相對(duì)于載頻已調(diào)信號(hào)相對(duì)于載頻c的瞬時(shí)頻偏。的瞬時(shí)頻偏。 485.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理

43、的原理 相位調(diào)制相位調(diào)制式中，式中，Kp 為相移常數(shù)，單位為為相移常數(shù)，單位為 弧度弧度/伏。即單位調(diào)制信號(hào)幅度伏。即單位調(diào)制信號(hào)幅度引起引起PM信號(hào)的相位偏移量。信號(hào)的相位偏移量。 瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)相位偏移 (t) 隨調(diào)制信號(hào)隨調(diào)制信號(hào) m(t) 作線性變化，即作線性變化，即 (t) = Kp m(t) 于是，調(diào)相（于是，調(diào)相（PM）信號(hào)可表示為）信號(hào)可表示為SPM(t) = Acosc t + Kp m(t) 此時(shí)，最大相位偏移此時(shí)，最大相位偏移 (t) = Kp| m(t) |max 瞬時(shí)角頻率為瞬時(shí)角頻率為 PM(t) = c + Kp dm(t)/dt 495.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)

44、制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 頻率調(diào)制頻率調(diào)制式中，式中，Kf 為頻移常數(shù)，單位為為頻移常數(shù)，單位為 弧度弧度/秒秒伏伏。 瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào) m(t) 成比例變化，即成比例變化，即 d (t)/dt = Kf m(t) 于是，調(diào)頻（于是，調(diào)頻（FM）信號(hào)的表達(dá)式為）信號(hào)的表達(dá)式為這時(shí)相位偏移為這時(shí)相位偏移為( )( )tftKmd( )cos( )FMtcfStAtKmd505.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 單頻調(diào)制單頻調(diào)制FM與與PM設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的正弦波，即設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的正弦波，即 m(t) = Amcosmt調(diào)相

45、信號(hào)調(diào)相信號(hào)( )coscoscoscosPMPmmPmccStAtK AtAtmt式中，式中，mP = KPAm稱為調(diào)相指稱為調(diào)相指數(shù)。表示最大的相位偏移。數(shù)。表示最大的相位偏移。 調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)( )coscoscossinFMmmmcfcfStAtK AtdtAtmt式中，式中， mmmmffK Afmf為調(diào)頻指數(shù)，表示最大的相位為調(diào)頻指數(shù)，表示最大的相位偏移。偏移。f = mf fm，為最大頻偏。，為最大頻偏。 表達(dá)式表達(dá)式515.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 PM 信號(hào)和信號(hào)和FM 信號(hào)波形信號(hào)波形tttm(t)(t)SPM(t)圖圖5-24 PM信號(hào)的

46、波形信號(hào)的波形 tttm(t)(t)SFM(t)圖圖5-25 FM信號(hào)的波形信號(hào)的波形 525.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 PM 和和FM之間的關(guān)系之間的關(guān)系比較比較( )cos( )PMPcStAtK m t( )cos( )FMtcfStAtKmd圖圖 5-26 直接和間接調(diào)相直接和間接調(diào)相PM微分器微分器FMm(t)m(t)SPM(t)SPM(t)FM積分器積分器PMm(t)m(t)SFM(t)SFM(t)圖圖 5-27 直接和間接調(diào)頻直接和間接調(diào)頻535.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 5.3.2 窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻與寬帶

47、調(diào)頻 窄帶調(diào)頻（窄帶調(diào)頻（NBFM）( )6tfKmd當(dāng)當(dāng) 為窄帶調(diào)頻為窄帶調(diào)頻當(dāng)以上條件不滿足時(shí)，則稱為寬帶調(diào)頻。當(dāng)以上條件不滿足時(shí)，則稱為寬帶調(diào)頻。 設(shè)基帶信號(hào)為設(shè)基帶信號(hào)為m(t)，則調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為，則調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 ( )cos( )coscos( )sinsin( )tFMcfttcfcfStAtKmdAtKmdAtKmd 1( )tfKmd545.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 則得窄帶調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式則得窄帶調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式 ( )cos( )sintFMcfcStAtAKmdt 若若m(t) M() ，且假設(shè)，且假設(shè)M(0) =

48、 0，即，即m(t)無直流分量。則無直流分量。則得窄帶調(diào)頻信號(hào)的頻域表達(dá)式得窄帶調(diào)頻信號(hào)的頻域表達(dá)式 ()()( )()()2fccNBFMccccAKMMSA 窄帶調(diào)頻頻譜的特點(diǎn)：窄帶調(diào)頻頻譜的特點(diǎn)： 有載頻分量，有上下兩個(gè)邊帶；有載頻分量，有上下兩個(gè)邊帶； 帶寬為調(diào)制信號(hào)帶寬為調(diào)制信號(hào) m(t) 的最高截止頻率的的最高截止頻率的2倍；倍； 兩個(gè)邊頻分別乘了因式兩個(gè)邊頻分別乘了因式1/( - c)和和1/( + c) ，由于因式是，由于因式是頻率的函數(shù)，所以引起調(diào)制信號(hào)頻譜的失真。頻率的函數(shù)，所以引起調(diào)制信號(hào)頻譜的失真。555.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 NBF

49、M和和AM信號(hào)頻譜的比較舉例信號(hào)頻譜的比較舉例 以單音調(diào)制為例。設(shè)調(diào)制信號(hào)以單音調(diào)制為例。設(shè)調(diào)制信號(hào) m(t) = Amcosmt( )cos( )sin1cossinsincoscos()cos()NBFMmmmm2tcfccmfmcmFcccstAtAKmdtAtAA KttAA KAttt則則NBFM信號(hào)為信號(hào)為( )coscos()cos()mAMmm2cccAstAtttAM信號(hào)為信號(hào)為565.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 頻譜圖頻譜圖575.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 矢量圖矢量圖 在在AM中，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波同相，

50、所以只有幅度中，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波同相，所以只有幅度的變化，無相位的變化；而在的變化，無相位的變化；而在NBFM中，由于下邊頻為負(fù)，兩個(gè)中，由于下邊頻為負(fù)，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波則是正交相加，所以邊頻的合成矢量與載波則是正交相加，所以NBFM不僅有相位的不僅有相位的變化，幅度也有很小的變化。這正是兩者的本質(zhì)區(qū)別。變化，幅度也有很小的變化。這正是兩者的本質(zhì)區(qū)別。 由于由于NBFM信號(hào)最大頻率偏移較小，占據(jù)的帶寬較窄，但是信號(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。系統(tǒng)要好得多，因此得到較廣泛的應(yīng)用。585.3 非線性調(diào)制非

51、線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 寬帶調(diào)頻（寬帶調(diào)頻（WBFM） 單頻調(diào)制時(shí)單頻調(diào)制時(shí)WBFM信號(hào)的頻域表示信號(hào)的頻域表示 設(shè)調(diào)制信號(hào)設(shè)調(diào)制信號(hào) m(t) = Amcosmt則調(diào)頻信號(hào)為則調(diào)頻信號(hào)為 ( )cossincoscossin-sinsinsinWBFMmmmcfcfcfStAtmtAtmtAtmt其傅氏變換即為頻譜其傅氏變換即為頻譜( )()()()WBFMmmnfccnSAJmnn 通過推導(dǎo)可得：通過推導(dǎo)可得：( )()cos()WBFMmnfcnStAJmnt其中其中Jn(mf)為第一類為第一類貝塞爾貝塞爾(bessel)函數(shù)函數(shù)595.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)

52、制角調(diào)制) 的原理的原理 單頻調(diào)制單頻調(diào)制 WBFM 波的頻譜中含有：載頻和無窮多個(gè)對(duì)稱波的頻譜中含有：載頻和無窮多個(gè)對(duì)稱分布在載頻兩側(cè)的變頻分量。分布在載頻兩側(cè)的變頻分量。 c單音寬帶調(diào)頻波的頻譜單音寬帶調(diào)頻波的頻譜 ( 圖中只畫出了單邊振幅譜圖中只畫出了單邊振幅譜 )605.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 調(diào)頻信號(hào)的功率分配調(diào)頻信號(hào)的功率分配 調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)SFM(t) 在在1電阻上消耗的平均功率為電阻上消耗的平均功率為 ( )2FMFMPSt利用帕賽瓦爾定理，可得利用帕賽瓦爾定理，可得 22FM2nfnAPJm根據(jù)貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)：對(duì)任意根據(jù)貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)：

53、對(duì)任意 mf 值，值， ，則得，則得 2FM2CAPP-()21nfnJm 說明：說明：調(diào)頻信號(hào)的平均功率等于未調(diào)載波的平均功率，即調(diào)制調(diào)頻信號(hào)的平均功率等于未調(diào)載波的平均功率，即調(diào)制前后的總功率不變。調(diào)制過程只是將載波功率進(jìn)行重新分配，前后的總功率不變。調(diào)制過程只是將載波功率進(jìn)行重新分配，分配原則與分配原則與 mf 有關(guān)。有關(guān)。615.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 寬帶調(diào)頻信號(hào)的帶寬寬帶調(diào)頻信號(hào)的帶寬 由于調(diào)頻波的頻譜包含無窮多個(gè)頻率分量，因此從理論上由于調(diào)頻波的頻譜包含無窮多個(gè)頻率分量，因此從理論上講調(diào)頻波的頻帶寬度為無限寬。然而實(shí)際上邊頻幅度講調(diào)頻波的頻帶寬度

54、為無限寬。然而實(shí)際上邊頻幅度 隨著的增隨著的增大而逐漸減小，因此調(diào)頻信號(hào)可近似認(rèn)為具有有限頻譜。調(diào)頻大而逐漸減小，因此調(diào)頻信號(hào)可近似認(rèn)為具有有限頻譜。調(diào)頻波的帶寬計(jì)算公式為卡森公式，變頻分量取到波的帶寬計(jì)算公式為卡森公式，變頻分量取到 mf +1 次，則次，則 當(dāng)當(dāng) mf 1 時(shí)，時(shí)，BFM 2 fmax 寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻WBFM max(1)()()FM222fmmfmmBmffmfff maxmaxfmfmmmK Afmf其中其中625.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 例例5-4 調(diào)頻廣播允許的最大頻偏調(diào)頻廣播允許的最大頻偏 fmax = 75KHz，最高調(diào)制頻率

55、，最高調(diào)制頻率 fm = 15KHz。求：調(diào)頻信號(hào)的帶寬。求：調(diào)頻信號(hào)的帶寬。解：解： B = 2 ( fm + fmax ) = 2 ( 15 + 75 ) = 180 KHz635.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 5.3.3 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào) 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生 直接調(diào)頻法直接調(diào)頻法和和間接調(diào)頻法間接調(diào)頻法 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，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。使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律線性地變化。壓控振蕩器：壓控振蕩器：每個(gè)壓控振蕩器每個(gè)壓控振蕩器 ( VC

56、O ) 自身就是一個(gè)自身就是一個(gè)FM調(diào)調(diào)制器，因?yàn)樗恼袷庮l率正比于輸入控制電壓，即制器，因?yàn)樗恼袷庮l率正比于輸入控制電壓，即i(t) = 0 + Kf m(t)VCOm(t)SFM(t)圖圖5-28 FM調(diào)制器調(diào)制器 645.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 改進(jìn)途徑：改進(jìn)途徑：采用圖采用圖5-29 鎖相環(huán)（鎖相環(huán)（PLL）調(diào)制器）調(diào)制器晶振PDLFVCOFM信號(hào)調(diào)制信號(hào)圖圖5-29 PLL調(diào)制器調(diào)制器 直接調(diào)頻法的主要優(yōu)缺點(diǎn)：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。優(yōu)點(diǎn)：可以獲得較大的頻偏。 缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度不高。缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度不高。655.3 非線

57、性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 間接調(diào)頻法：先將調(diào)制信號(hào)積分，然后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，間接調(diào)頻法：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)頻即可產(chǎn)生一個(gè)窄帶調(diào)頻(NBFM)信號(hào)，再經(jīng)信號(hào)，再經(jīng)n次倍頻器得到寬次倍頻器得到寬帶調(diào)頻帶調(diào)頻 (WBFM) 信。信。積分器積分器相位調(diào)制相位調(diào)制倍頻器倍頻器m(t)AcosctSNBFM(t)SWBFM(t)圖圖5-30 間接法產(chǎn)生間接法產(chǎn)生WBFM 665.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 間接法產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào)間接法產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào)窄帶調(diào)頻信號(hào)可看成由正交分量與同相分量合成，即窄帶調(diào)頻信號(hào)可看成由

58、正交分量與同相分量合成，即( )cos( )sinNBFMcFcStAtAKmdt( )cos( )sinNBFMcFcStAtAKmdt因此，可采用圖因此，可采用圖5 - 31所示的方框圖來實(shí)現(xiàn)窄帶調(diào)頻。所示的方框圖來實(shí)現(xiàn)窄帶調(diào)頻。 積分器- 90移相m(t)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)Acosct載波+-SNBFM(t)圖圖5-31 NBFM信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生675.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)調(diào)頻信號(hào)的解調(diào) 非相干解調(diào)非相干解調(diào)調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式為調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式為( )cos( )FMcfstAtKmd解調(diào)器的輸出應(yīng)為解調(diào)器的輸出應(yīng)為 ( )(

59、)ofm tK m t 完成這種頻率完成這種頻率-電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系的器件是頻率檢波器，簡稱電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系的器件是頻率檢波器，簡稱鑒頻器。鑒頻器。 鑒頻器的種類很多，例如振幅鑒頻器、相位鑒頻器、鑒頻器的種類很多，例如振幅鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器、正交鑒頻器、斜率鑒頻器、頻率負(fù)反饋解調(diào)比例鑒頻器、正交鑒頻器、斜率鑒頻器、頻率負(fù)反饋解調(diào)器、鎖相環(huán)器、鎖相環(huán)(PLL)鑒頻器等。鑒頻器等。685.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 振幅鑒頻器振幅鑒頻器BPF及及限幅限幅微分微分電路電路包絡(luò)包絡(luò)檢波檢波LPF鑒頻器鑒頻器圖圖5 -32 鑒頻器原理框圖與特性鑒頻器原理框圖與特性 Sd(

60、t)mo(t)SFM(t)輸入頻率輸入頻率輸出電壓輸出電壓0Kdc圖中，微分電路和包絡(luò)檢波器構(gòu)成了具有近似理想鑒頻特性的圖中，微分電路和包絡(luò)檢波器構(gòu)成了具有近似理想鑒頻特性的鑒頻器。鑒頻器。695.3 非線性調(diào)制非線性調(diào)制 (角調(diào)制角調(diào)制) 的原理的原理 限幅器限幅器的作用是消除信道中噪聲等引起的調(diào)頻波的幅度起伏。的作用是消除信道中噪聲等引起的調(diào)頻波的幅度起伏。微分器微分器的作用是把幅度恒定的調(diào)頻波的作用是把幅度恒定的調(diào)頻波 sFM (t) 變成幅度和頻率都變成幅度和頻率都隨調(diào)制信號(hào)隨調(diào)制信號(hào)m(t) 變化的調(diào)幅調(diào)頻波變化的調(diào)幅調(diào)頻波 sd (t)，即，即( )( )sin( )dcfcfst