模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)課件

4.1概述4.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

4.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

4.4模擬調(diào)制方式的性能比較

第4章模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)4.1概述第4章模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

3.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AM）

AM調(diào)制器模型下圖所示。

AM調(diào)制器模型

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制3.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AMAM信號(hào)的波形和頻譜(a)調(diào)制信號(hào)；

(b)疊加直流的調(diào)制信號(hào)；

(c)載波信號(hào)；

(d)已調(diào)波信號(hào)

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

AM信號(hào)的波形和頻譜3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制AM信號(hào)的波形和頻譜(a)調(diào)制信號(hào)；

(b)疊加直流的調(diào)制信號(hào)；

(c)載波信號(hào)；

(d)已調(diào)波信號(hào)

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

AM信號(hào)的波形和頻譜3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

結(jié)論：

（1）調(diào)幅過(guò)程使原始頻譜X(ω)搬移了±ωc，且頻譜中包含載頻分量πA0［δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)］和邊帶分量（1/2）［X(ω+ωc)+X(ω－ωc)］兩部分。（2）AM波的幅度譜|X(ω)|是對(duì)稱(chēng)的。3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

（3）AM波占用的帶寬BAM（Hz）應(yīng)是基帶消息信號(hào)帶寬fm（fm=ωm/2π）的兩倍，即BAM=2fm。（4）要使已調(diào)波不失真，必須在時(shí)域和頻域滿(mǎn)足以下條件：在時(shí)域范圍內(nèi)，對(duì)于所有t，必須否則，將會(huì)出現(xiàn)過(guò)調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡(luò)失真。結(jié)論：3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制（3）

這就保證了A(t)=A0+x(t)總是正的。這時(shí)，調(diào)制后的載波相位不會(huì)改變，信息只包含在信號(hào)之中，已調(diào)波的包絡(luò)和x(t)的形狀完全相同，用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)。

在頻域范圍內(nèi)，載波頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于x(t)的最高頻譜分量，即

若不滿(mǎn)足此條件，則會(huì)出現(xiàn)頻譜交疊，此時(shí)的包絡(luò)形狀一定會(huì)產(chǎn)生失真。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

這就保證了A(t)=A0+x(t)總是正的。這時(shí)，調(diào)制后AM信號(hào)的平均功率是由載波功率和邊帶功率組成的，而只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)。載波功率在AM信號(hào)中占有大部分能量，即使在滿(mǎn)調(diào)制(ma=1)條件下，兩個(gè)邊帶上的有用信號(hào)仍然只占很小能量。因此，從功率上講，AM信號(hào)功率利用率比較低。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

已調(diào)波的調(diào)制效率定義為邊帶功率與總平均功率之比，即

對(duì)于調(diào)制信號(hào)為單頻余弦信號(hào)的情況，x(t)=Amcos(ωmt+θm)，x2(t)=A2m/2,此時(shí)“滿(mǎn)調(diào)制”ma=1時(shí)，調(diào)制效率達(dá)到最大值,ηAM=1/3。

AM信號(hào)的平均功率是由載波功率和邊帶功率組成的，而只3.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB-SC)

DSB信號(hào)的時(shí)域表示為當(dāng)調(diào)制信號(hào)x(t)為確知信號(hào)時(shí)，DSB信號(hào)的頻譜為3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

3.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB-SC)當(dāng)調(diào)制信號(hào)x(DSB信號(hào)的波形和頻譜(a)調(diào)制信號(hào)；

(b)載波信號(hào)；

(c)已調(diào)波信號(hào)

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

DSB信號(hào)的波形和頻譜3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制由于DSB頻譜中沒(méi)有載波分量，Pc=0。因此，信號(hào)的全部功率都包含在邊帶上，即

這就使得調(diào)制效率達(dá)到１００％，即ηDSB=1。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

由于DSB頻譜中沒(méi)有載波分量，Pc=0。因此，信號(hào)的全部3.2.3單邊帶調(diào)幅(SSB)

1.濾波法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

產(chǎn)生SSB信號(hào)的濾波和頻譜特性（a）

邊帶濾波特性；

(b)頻譜特性

3.2.3單邊帶調(diào)幅(SSB)1.濾波法產(chǎn)生單

用濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)的原理框圖如下圖所示。3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)

通常解決高頻段濾波器的辦法是采用多級(jí)調(diào)制濾波，實(shí)現(xiàn)多級(jí)頻率搬移。用濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)的原理框圖如下圖所示。3.2模擬2.移相法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

單邊帶信號(hào)就可寫(xiě)成

式中，“－”號(hào)表示上邊帶，“＋”號(hào)表示下邊帶。

單邊帶調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省載波發(fā)射功率，同時(shí)頻帶利用率也高，它所占用的頻帶寬度僅是雙邊帶的一半，和基帶信號(hào)的頻帶寬度相同。單邊帶信號(hào)的解調(diào)和雙邊帶一樣，不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，因?yàn)樗陌j(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以仍然需要采用相干解調(diào)。

2.移相法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制單邊帶3.2.4殘留邊帶調(diào)幅(VSB)當(dāng)調(diào)制信號(hào)x(t)的頻譜具有豐富的低頻分量時(shí)，如電視和電報(bào)信號(hào)，已調(diào)信號(hào)頻譜中的上、下邊帶就很難分離，這時(shí)用單邊帶就不能很好地解決問(wèn)題。那么，殘留邊帶就是解決這種問(wèn)題一個(gè)折衷的辦法，它是介于SSB和DSB之間的一種調(diào)制方法，既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB實(shí)現(xiàn)上的難題。在VSB中，不是對(duì)一個(gè)邊帶完全抑制，而是使它逐漸截止，使其殘留一小部分。圖2-8示出了調(diào)制信號(hào)、DSB、SSB及VSB信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)比較特性。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

3.2.4殘留邊帶調(diào)幅(VSB)3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制調(diào)制信號(hào)、DSB、SSB和VSB信號(hào)的頻譜

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

調(diào)制信號(hào)、DSB、SSB和VSB信號(hào)的頻譜3.2模擬信號(hào)VSB調(diào)制原理框圖及濾波器特性(a)殘留邊帶調(diào)制器；(b)殘留邊帶濾波器(c)殘留邊帶濾波器的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)性

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的殘留邊帶濾波器的傳輸特性是HVSB(ω)，它的特點(diǎn)是±ωc附近具有滾降特性，而且要求這段特性對(duì)于|ωc|上半幅度點(diǎn)呈現(xiàn)奇對(duì)稱(chēng)，即互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)特性。在邊帶范圍內(nèi)其他各處的傳輸特性應(yīng)當(dāng)是平坦的。

VSB調(diào)制原理框圖及濾波器特性3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制由于邊帶信號(hào)頻譜具有偶對(duì)稱(chēng)性，因此，VSB中的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)性就意味著將HVSB(ω)分別移動(dòng)－ωc和ωc就可以到如圖３-９(c)所示的HVSB(ω+ωc)和HVSB(ω－ωc)，將兩者疊加，即

|ω|≤ωm

式中，ωm是調(diào)制信號(hào)的最高頻率。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

由于邊帶信號(hào)頻譜具有偶對(duì)稱(chēng)性，因此，VSB中的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)性3.2.5模擬線(xiàn)性調(diào)制的一般模型

1.模擬線(xiàn)性調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的一般模型

模擬線(xiàn)性調(diào)制的一般模型

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

3.2.5模擬線(xiàn)性調(diào)制的一般模型模擬線(xiàn)性調(diào)制的一般模型3

設(shè)調(diào)制信號(hào)x(t)的頻譜為X(ω)，沖激響應(yīng)h(t)的濾波器特性為H(ω)，則其輸出已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域表示式為

式中,ωc為載波角頻率，

。

可得到另一種形式的時(shí)域表示式，即

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

設(shè)調(diào)制信號(hào)x(t)的頻譜為X(ω)，沖激響應(yīng)h(t)的濾式中，

式中第一項(xiàng)是載波為cosωct的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，與參考載波同相，稱(chēng)為同相分量，第二項(xiàng)是以sinωct為載波的雙邊帶調(diào)制，與參考載波cosωct正交，稱(chēng)為正交分量。sI(t)和sQ(t)分別稱(chēng)為同相分量幅度和正交分量幅度。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

式中，式中第一項(xiàng)是載波為cosωct的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，與參相應(yīng)的頻域表示式為

于是，模擬線(xiàn)性調(diào)制的模型可換成另一種形式，即模擬線(xiàn)性調(diào)制相移法的一般模型。這個(gè)模型適用于所有線(xiàn)性調(diào)制。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

模擬線(xiàn)性調(diào)制相移法的一般模型相應(yīng)的頻域表示式為于是，模擬線(xiàn)性調(diào)制的模型可換成另

2.模擬線(xiàn)性調(diào)制相干解調(diào)的一般模型 解調(diào)的原理與調(diào)制的原理是類(lèi)似的，均可用乘法器予以實(shí)現(xiàn)。 為了不失真地恢復(fù)出原始信號(hào)，要求相干解調(diào)的本地載波和發(fā)送載波必須相干或者同步，即要求本地載波和接收信號(hào)的載波同頻和同相。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

模擬線(xiàn)性調(diào)制相干解調(diào)的一般模型

2.模擬線(xiàn)性調(diào)制相干解調(diào)的一般模型3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)

相干解調(diào)的輸入信號(hào)應(yīng)是調(diào)制器的輸出信號(hào)，這時(shí)相干解調(diào)的輸入信號(hào)為與同頻同相的本地載波相乘后，得

經(jīng)低通濾波器（LPF）后，

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

相干解調(diào)的輸入信號(hào)應(yīng)是調(diào)制器的輸出信號(hào)，這時(shí)相干解調(diào)3.2.6線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

1.分析模型在實(shí)際系統(tǒng)中，噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響是在所難免的。最常見(jiàn)的噪聲有加性噪聲，加性噪聲通常指接收到的已調(diào)信號(hào)疊加上一個(gè)干擾，而加性噪聲中的起伏噪聲對(duì)已調(diào)信號(hào)造成連續(xù)的影響，因此，通信系統(tǒng)把信道加性噪聲的這種起伏噪聲作為研究對(duì)象。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

圖

2-13解調(diào)器抗噪聲性能的分析模型

3.2.6線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)

xc(t)為已調(diào)信號(hào)，n(t)為信道疊加的高斯白噪聲，經(jīng)過(guò)帶通濾波器后到達(dá)解調(diào)器輸入端的有用信號(hào)為si(t)，噪聲為ni(t)，解調(diào)器輸出的有用信號(hào)為so(t)，噪聲為no(t)。帶通濾波器帶寬遠(yuǎn)小于中心頻率ωc時(shí)，可視帶通濾波器為窄帶濾波器，平穩(wěn)高斯白噪聲通過(guò)窄帶濾波器后，可得到平穩(wěn)高斯窄帶噪聲。于是ni(t)即為窄帶高斯噪聲，其表示式為

或者

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

xc(t)為已調(diào)信號(hào)，n(t)為信道疊加的高斯白噪聲，經(jīng)其中

V(t)的一維概率密度為瑞利分布，θ(t)的一維概率密度函數(shù)是平均分布。ni(t)、nI(t)和nQ(t)的均值均為零，但平均功率不為零且具有相同值，即3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

其中V(t)的一維概率密度為瑞利分布，θ(t)的一維概率密式中，Ni為輸入噪聲功率。若白噪聲的雙邊功率譜密度為n0/2,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這里的帶寬B通常取已調(diào)信號(hào)的頻帶寬度，目的是使已調(diào)信號(hào)能無(wú)失真地進(jìn)入解調(diào)器，同時(shí)又最大限度地抑制噪聲。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

式中，Ni為輸入噪聲功率。若白噪聲的雙邊功率譜密度為n0/2模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)就是系統(tǒng)的輸出信噪比，其定義為

當(dāng)然，也有對(duì)應(yīng)的輸入信噪比，其定義為

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)就是系統(tǒng)的輸出信噪比，其定義為當(dāng)然

為了便于衡量同類(lèi)調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時(shí)輸入信噪比的影響，還可用輸出信噪比和輸入信噪比的比值G來(lái)度量解調(diào)器的抗噪聲信能，比值G稱(chēng)為調(diào)制制度增益，定義為顯然，調(diào)制制度增益越大，表明解調(diào)器的抗噪聲性能越好。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

為了便于衡量同類(lèi)調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時(shí)輸入信噪比的影響

2.DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能

DSB調(diào)制系統(tǒng)中的解調(diào)器是相干解調(diào)器，由乘法器和低通濾波器組成。3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

于是調(diào)制制度增益為

上式說(shuō)明，DSB調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制制度增益為2，DSB調(diào)制使系統(tǒng)信噪比改善了一倍。2.DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制于

3.SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能在SSB相干解調(diào)中，與DSB相比較，所不同的是SSB解調(diào)器之前的帶通濾波器的帶寬是DSB帶寬的一半，即B=fm。3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

SSB的調(diào)制制度增益為

這里GSSB=1并不說(shuō)明DSB抗噪聲性能好于SSB，因?yàn)閮烧叩妮敵鲂旁氡仁窃诓煌妮斎胄盘?hào)功率情況下得到的。如果我們?cè)谙嗤妮斎胄盘?hào)功率、相同輸入噪聲功率譜密度、相同基帶信號(hào)寬帶fm條件下，可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。由此我們可以說(shuō)，DSB和SSB兩者的抗噪聲性能是相同的，但雙邊帶信號(hào)所需的傳輸帶寬是單邊帶的兩倍。

3.SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制4.AM調(diào)制系統(tǒng)的性能

AM信號(hào)可采用相干解調(diào)和包絡(luò)檢波兩種方式。相干解調(diào)時(shí)AM調(diào)制系統(tǒng)的性能分析與前面幾個(gè)的分析方法相同。這里，僅就常用的簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波解調(diào)性能作一分析。設(shè)包絡(luò)檢波器的輸入信號(hào)為

且假設(shè)x(t)均值為零，A0≥|x(t)|max。3.1模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

圖2-14AM包絡(luò)檢波抗噪聲性能分析模型4.AM調(diào)制系統(tǒng)的性能且假設(shè)x(t)均值為零，A0≥

包絡(luò)檢波的作用就是輸出A(t)中的有用信號(hào)。實(shí)際上，檢波器輸出的有用信號(hào)與噪聲混合在一起，無(wú)法完全分開(kāi)，因此，計(jì)算輸出信噪比十分困難。這里，考慮兩種特殊情況。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

1)大信噪比情況大信噪比指的是輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度。調(diào)制制度增益為

上式表明，AM信號(hào)的調(diào)制制度增益GAM隨A0的減小而增大。由于A0≥|x(t)|max，所以GAM總是小于１，可見(jiàn)包絡(luò)檢波器對(duì)輸入信噪比沒(méi)有改善，而是惡化了。對(duì)于100%調(diào)制，x(t)為單頻正弦信號(hào)，GAM最大值為２／３。包絡(luò)檢波的作用就是輸出A(t)中的有用信號(hào)。實(shí)際上，2)小信噪比情況小信噪比指的是輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)小于噪聲幅度。3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

在小信噪比情況下，信號(hào)不能通過(guò)包絡(luò)檢波器恢復(fù)出來(lái)。

小信噪比輸入情況下，包絡(luò)檢波器的輸出信噪比基本上與輸入信噪比的平方成正比，即

因此,小信噪比輸入情況下，包絡(luò)檢波器不能正常解調(diào)。存在一個(gè)臨界值，當(dāng)輸入信噪比大于此臨界值時(shí)包絡(luò)檢波器能正常地工作，而小于此臨界值時(shí)，不能正常工作，這個(gè)臨界狀態(tài)的輸入信噪比叫做門(mén)限值。2)小信噪比情況3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

門(mén)限值的意義表示，當(dāng)Si/Ni降到此值以下時(shí)，So/No惡化的速度比Si/Ni迅速得多。包絡(luò)檢波器存在門(mén)限值這一現(xiàn)象叫做門(mén)限效應(yīng)。門(mén)限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線(xiàn)性解調(diào)作用引起的，因此，所有非相干解調(diào)都存在著門(mén)限效應(yīng)。門(mén)限效應(yīng)在輸入噪聲功率接近載波功率時(shí)開(kāi)始明顯。在小信噪比輸入情況下，包絡(luò)檢波器的性能較相干解調(diào)器差，所以在噪聲條件惡劣下常采用相干解調(diào)。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

門(mén)限值的意義表示，當(dāng)Si/Ni降到此值以下時(shí)，So/No角度調(diào)制——頻譜的非線(xiàn)性搬移，非線(xiàn)性調(diào)制

3.2.1基本概念角度調(diào)制信號(hào)的一般表示式為

式中，A是載波的恒定幅度，［ωct+φ(t)］是信號(hào)的瞬時(shí)相位θ(t),而φ(t)稱(chēng)為相對(duì)于載波相位ωct的瞬時(shí)相位偏移。而瞬時(shí)相位的導(dǎo)數(shù)d［ωct+φ(t)］/dt就是瞬時(shí)頻率，瞬時(shí)相位偏移的導(dǎo)數(shù)dφ(t)/dt就稱(chēng)為相對(duì)于載頻ωc的瞬時(shí)頻偏。3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制角度調(diào)制——頻譜的非線(xiàn)性搬移，非線(xiàn)性調(diào)制3.2.1基本概

所謂相位調(diào)制，就是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)作線(xiàn)性變化，相應(yīng)的已調(diào)信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)，當(dāng)起始相位為零時(shí)，其時(shí)域表示式為

式中，Kp為常數(shù)，稱(chēng)為相移常數(shù)。

所謂頻率調(diào)制，就是指瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)x(t)作線(xiàn)性變化，相應(yīng)的已調(diào)信號(hào)稱(chēng)為調(diào)頻信號(hào)，調(diào)頻信號(hào)的域表示式為所謂相位調(diào)制，就是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)作線(xiàn)性式中，Kf為常數(shù)，稱(chēng)為頻偏常數(shù)，因?yàn)?/p>

所以

可知，如果將調(diào)制信號(hào)先微分，然后進(jìn)行調(diào)頻，則可得到調(diào)相信號(hào)，這種方法稱(chēng)為間接調(diào)相法，如圖所示，同樣，也可用相位調(diào)制器來(lái)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)，這時(shí)調(diào)制信號(hào)必須先積分然后送入相位調(diào)制器，這種方法稱(chēng)為間接調(diào)頻法，如圖所示。式中，Kf為常數(shù)，稱(chēng)為頻偏常數(shù)，因?yàn)樗钥芍绻{(diào)相法

調(diào)相法調(diào)頻法

調(diào)頻法3.3.2窄帶調(diào)頻(NBFM)通常認(rèn)為調(diào)頻所引起的最大瞬時(shí)相位偏移遠(yuǎn)小于30°，即

稱(chēng)為窄帶調(diào)頻。3.3.2窄帶調(diào)頻(NBFM)稱(chēng)為窄帶調(diào)頻。3.3.3寬帶調(diào)頻(WBFM)單頻調(diào)制時(shí)：

調(diào)頻波的頻譜包含無(wú)窮多個(gè)分量，從理論上講，它的頻帶寬度為無(wú)限寬。實(shí)際上，邊頻幅度Jn（mf)隨著n的增大而逐漸減小，因此只要適當(dāng)選取n值，使得邊頻分量減小到可以忽略的程度，調(diào)頻信號(hào)的帶寬可近似認(rèn)為是有限頻譜。

3.3.3寬帶調(diào)頻(WBFM)調(diào)頻波的頻譜包含無(wú)窮多當(dāng)mf≥１時(shí)，取邊頻數(shù)n=mf＋１，這時(shí)n＞mf＋１以上的邊頻幅度Jn（mf)均小于0.1，相應(yīng)產(chǎn)生的功率均在總功率２％以下，可以忽略不計(jì)。這時(shí)調(diào)頻波的帶寬為

上式說(shuō)明，調(diào)頻信號(hào)的帶寬取決于最大頻偏Δf和調(diào)制信號(hào)的頻率fm。當(dāng)mf<<１時(shí)，BFM≈2fm，這就是前面所討論的窄帶調(diào)頻的帶寬。當(dāng)mf>>１時(shí),BFM≈2Δf，這就是大指數(shù)寬帶調(diào)頻的情況，帶寬由最大頻偏所決定。

當(dāng)mf≥１時(shí)，取邊頻數(shù)n=mf＋１，這時(shí)n＞mf＋１以

在FM中，當(dāng)Δf恒定時(shí)，BFM基本不變，系統(tǒng)可充分利用給定的傳輸信道帶寬；在PM中，當(dāng)Δθ恒定時(shí)，調(diào)制信號(hào)頻率增加，BPM也增加，不能充分利用信道帶寬。因此，當(dāng)調(diào)制信號(hào)m(t)包含許多頻率分量時(shí)，采用FM比較有利，所以，F(xiàn)M比PM應(yīng)用更廣泛。在FM中，當(dāng)Δf恒定時(shí)，BFM基本不變，系統(tǒng)可充分利用給定3.3.4調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)1.調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生

產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的方法通常有兩種：直接法和間接法。

直接法就是用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律線(xiàn)性變化。直接法產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的原理請(qǐng)讀者參閱有關(guān)《高頻電子線(xiàn)路》書(shū)籍。直接法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以得到較大的頻偏，主要缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度不高，因而需要附加穩(wěn)頻措施。

間接法是先對(duì)調(diào)制信號(hào)積分后再對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制，從而產(chǎn)生窄帶調(diào)頻(NBFM)信號(hào)，然后，利用倍頻器把窄帶調(diào)頻(NBFM)信號(hào)變換成寬帶調(diào)頻(WBFM)信號(hào)。3.3.4調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)間接調(diào)頻框圖

間接調(diào)頻框圖

由NBFM向WBFM的變換只需用N倍頻器即可實(shí)現(xiàn)。其目的是提高調(diào)頻指數(shù)mf，經(jīng)N次倍頻后可以使調(diào)頻信號(hào)的載頻和調(diào)頻指數(shù)增為N倍。間接法的優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度好，缺點(diǎn)是需要多次倍頻和混頻，因而電路較為復(fù)雜。由NBFM向WBFM的變換只需用N倍頻器即可實(shí)現(xiàn)。其目NBFM信號(hào)的產(chǎn)生

NBFM信號(hào)的產(chǎn)生2.調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)

1）非相干解調(diào)由于調(diào)頻信號(hào)的特點(diǎn)是瞬時(shí)頻率正比于調(diào)制信號(hào)的幅度，因此，調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)就是要產(chǎn)生一個(gè)與輸入調(diào)頻波的頻率成線(xiàn)性關(guān)系的輸出電壓，完成這個(gè)頻率——電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系的器件就是頻率解調(diào)器，它可以是斜率鑒頻器、鎖相環(huán)鑒頻器、頻率負(fù)反饋解調(diào)器等。圖3-28給出了理想鑒頻特性和鑒頻器的方框圖。理想鑒頻器可看成是帶微分器的包絡(luò)檢波器，微分器輸出為

2.調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)1）非相干解調(diào)

理想鑒頻器特性及其組成框圖(a)理想鑒頻特性；

(b)鑒頻器的方框圖

理想鑒頻器特性及其組成框圖

這是一個(gè)幅度、頻率均被調(diào)制的調(diào)幅調(diào)頻信號(hào)，用包絡(luò)檢波取出其幅度信號(hào)，并濾去直流成分，鑒頻器的輸出so(t)與調(diào)制信號(hào)m(t)成正比例關(guān)系。式中，Kd為鑒頻器靈敏度。鑒頻器中的微分器實(shí)際是一個(gè)調(diào)頻到調(diào)幅的轉(zhuǎn)換器，調(diào)制信號(hào)是用包絡(luò)檢測(cè)法得到的，它的缺點(diǎn)是對(duì)于信道中噪聲和其他原因引起的幅度起伏有反應(yīng)，因而在使用中常在微分器之前加一個(gè)限幅器和帶通濾波器。

這是一個(gè)幅度、頻率均被調(diào)制的調(diào)幅調(diào)頻信號(hào)，用包絡(luò)檢波取出

２）相干解調(diào)在NBFM中，NBFM信號(hào)可分解成同相分量與正交分量之和，因而可以采用線(xiàn)性調(diào)制中相干解調(diào)法進(jìn)行解調(diào)。如果是NBFM信號(hào)解調(diào)，取掉圖中微分器即可。圖

2-30NBFM信號(hào)的相干解調(diào)

２）相干解調(diào)圖2-30NBFM信號(hào)的相干解調(diào)因?yàn)镹BFM信號(hào)為

相乘器的相干載波

相乘器的輸出為

因?yàn)镹BFM信號(hào)為相乘器的相干載波相乘器的輸出為經(jīng)低通濾波器后，得

經(jīng)微分器后，輸出信號(hào)為

可見(jiàn)相干解調(diào)器的輸出正比于調(diào)制信號(hào)x(t)。

經(jīng)低通濾波器后，得經(jīng)微分器后，輸出信號(hào)為可見(jiàn)相干解調(diào)器3.3.5

調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能

1.非相干解調(diào)的抗噪聲性能不論是窄帶調(diào)制還是寬帶調(diào)制都可采用非相干解調(diào)，非相干解調(diào)在實(shí)際應(yīng)用中也非常廣泛。

3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

調(diào)頻非相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型

3.3.5調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制解調(diào)器輸入信噪比的方法：設(shè)輸入調(diào)頻信號(hào)為輸入信號(hào)功率為

輸入噪聲功率為

理想帶通濾波器的帶寬與調(diào)頻信號(hào)的帶寬BFM相同。

3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

解調(diào)器輸入信噪比的方法：輸入信號(hào)功率為輸入噪聲功率為理輸入信噪比為

輸出信噪比的計(jì)算可分兩種情況，即大信噪比情況和小信噪比情況，因?yàn)榉窍喔山庹{(diào)不滿(mǎn)足疊加性，無(wú)法分別計(jì)算出輸出信號(hào)功率和噪聲功率。

3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

輸入信噪比為輸出信噪比的計(jì)算可分兩種情況，即大信噪比情１）大信噪比情況

3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

當(dāng)輸入信號(hào)x(t)為單一頻率余弦波，且振幅Am=1時(shí)(x(t)=cosωmt)，可以得到輸出信噪比

１）大信噪比情況3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制當(dāng)輸

而上式可以用Si/Ni來(lái)表示，且考慮mf=Δf/fm,BFM=2(mf+1)fm=2(Δf+fm)可得解調(diào)器制度增益

當(dāng)FM是mf>>1的寬帶調(diào)頻時(shí)

可見(jiàn)，大信噪比時(shí)寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的制度增益是很高的，它與調(diào)制指數(shù)的立方成正比。由帶寬公式BFM可知，mf越大，GFM越大，但系統(tǒng)所需的帶寬也越寬。這表明調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能的改善是以增加傳輸帶寬而換來(lái)的。

3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

而上式可以用Si/Ni來(lái)表示，且考慮mf=Δf/fm,B

２）小信噪比情況調(diào)頻信號(hào)的非相干解調(diào)和AM信號(hào)的非相干解調(diào)一樣，存在著門(mén)限效應(yīng)。3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

圖2-23調(diào)頻信號(hào)的門(mén)限值門(mén)限值附近的輸出信噪比與輸入信噪比的關(guān)系曲線(xiàn)圖；門(mén)限值與mf的關(guān)系曲線(xiàn)圖

２）小信噪比情況3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制圖3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

(1)曲線(xiàn)中存在著明顯的門(mén)限值。當(dāng)輸入信噪比在門(mén)限值以上時(shí)，輸出信噪比與輸入信噪比成線(xiàn)性關(guān)系，在門(mén)限值以下時(shí)，輸出信噪比急劇惡化。

(2)門(mén)限值與調(diào)頻指數(shù)mf有關(guān)。不同的調(diào)頻指數(shù)，門(mén)限值不同，mf大的門(mén)限值高，mf小的門(mén)限值低。但門(mén)限值的變化范圍不大，一般在8～11dB范圍內(nèi)。門(mén)限值與mf的關(guān)系曲線(xiàn)如圖3-23(b）所示。3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制(1)曲線(xiàn)中存在著明顯的

2.相干解調(diào)的抗噪聲性能

相干解調(diào)僅用于窄帶調(diào)頻信號(hào)之中。圖

3-24窄帶調(diào)頻相干解調(diào)模型

3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

窄帶調(diào)頻的制度增益為

單頻調(diào)制時(shí)

2.相干解調(diào)的抗噪聲性能圖3-24窄帶調(diào)頻相干

結(jié)論：與高調(diào)制指數(shù)的寬帶調(diào)頻相比較，GNBFM很低，但與有相同帶寬的調(diào)幅相比較，GNBFM很高。最重要的是，窄帶調(diào)頻信號(hào)可采用相干解調(diào)來(lái)恢復(fù)信號(hào)，性能較好，不存在門(mén)限效應(yīng)。

3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

結(jié)論：3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制表3-1模擬調(diào)制方式的性能比較

3.4模擬調(diào)制方式的性能比較

表3-1模擬調(diào)制方式的性能比較3.4模擬調(diào)制方式的性表2-1模擬調(diào)制方式的性能比較

3.4模擬調(diào)制方式的性能比較

表2-1模擬調(diào)制方式的性能比較3.4模擬調(diào)制方式的性

總的來(lái)講，WBFM的抗噪聲性能最好，SSB、DSB、VSB的抗噪聲性能次之，AM抗噪聲性能最差。NBFM和AM的抗噪聲性能接近。FM信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)mf越大，抗噪聲性能越好，但所占用的頻帶就越寬，門(mén)限電平也就越高。

SSB信號(hào)的帶寬最窄，抗噪聲性能也較好，頻帶利用率最高，在短波無(wú)線(xiàn)電通信及頻分多路復(fù)用中應(yīng)用較廣。

3.4模擬調(diào)制方式的性能比較

總的來(lái)講，WBFM的抗噪聲性能最好，SSB、DSB、

AM信號(hào)呈現(xiàn)抗噪聲性能最差，但它的電路實(shí)現(xiàn)是最簡(jiǎn)單的，因而用于通信質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，主要用在中波和短波的調(diào)幅廣播中。

DSB信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是功率利用率高，但帶寬與AM相同，接收要求同頻解調(diào)，設(shè)備較復(fù)雜，可用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專(zhuān)用通信中。

VSB調(diào)制部分抑制了發(fā)送邊帶，頻帶利用率較高，對(duì)包含有低頻和直流分量的基帶信號(hào)特別適合，因此，在商用電視廣播、數(shù)傳、傳真等系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

3.4模擬調(diào)制方式的性能比較

AM信號(hào)呈現(xiàn)抗噪聲性能最差，但它的電路實(shí)現(xiàn)是最簡(jiǎn)單的WBFM的抗干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)帶寬與信噪比的互換，因而WBFM廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離高質(zhì)量的通信系統(tǒng)中，如空間衛(wèi)星通信、調(diào)頻立體聲廣播、超短波電臺(tái)等。WBFM的缺點(diǎn)是頻帶利用率低，存在門(mén)限效應(yīng)。

NBFM對(duì)微波中繼具有吸引力，因?yàn)镕M波的幅度恒定不變，對(duì)非線(xiàn)性器件不甚敏感，給FM帶來(lái)了抗快衰落能力，同時(shí)，利用自動(dòng)增益控制和帶通限幅還可以消除快衰落造成的幅度變化效應(yīng)。在接收信號(hào)比較弱，干擾較大的情況下，可采用NBFM,通常小型通信機(jī)常采用窄帶調(diào)頻技術(shù)。3.4模擬調(diào)制方式的性能比較

WBFM的抗干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)帶寬與信噪比的互換，因而4.1概述4.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

4.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制

4.4模擬調(diào)制方式的性能比較

第4章模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)4.1概述第4章模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

3.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AM）

AM調(diào)制器模型下圖所示。

AM調(diào)制器模型

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制3.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AMAM信號(hào)的波形和頻譜(a)調(diào)制信號(hào)；

(b)疊加直流的調(diào)制信號(hào)；

(c)載波信號(hào)；

(d)已調(diào)波信號(hào)

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

AM信號(hào)的波形和頻譜3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制AM信號(hào)的波形和頻譜(a)調(diào)制信號(hào)；

(b)疊加直流的調(diào)制信號(hào)；

(c)載波信號(hào)；

(d)已調(diào)波信號(hào)

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

AM信號(hào)的波形和頻譜3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

結(jié)論：

（1）調(diào)幅過(guò)程使原始頻譜X(ω)搬移了±ωc，且頻譜中包含載頻分量πA0［δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)］和邊帶分量（1/2）［X(ω+ωc)+X(ω－ωc)］兩部分。（2）AM波的幅度譜|X(ω)|是對(duì)稱(chēng)的。3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

（3）AM波占用的帶寬BAM（Hz）應(yīng)是基帶消息信號(hào)帶寬fm（fm=ωm/2π）的兩倍，即BAM=2fm。（4）要使已調(diào)波不失真，必須在時(shí)域和頻域滿(mǎn)足以下條件：在時(shí)域范圍內(nèi)，對(duì)于所有t，必須否則，將會(huì)出現(xiàn)過(guò)調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡(luò)失真。結(jié)論：3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制（3）

這就保證了A(t)=A0+x(t)總是正的。這時(shí)，調(diào)制后的載波相位不會(huì)改變，信息只包含在信號(hào)之中，已調(diào)波的包絡(luò)和x(t)的形狀完全相同，用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)。

在頻域范圍內(nèi)，載波頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于x(t)的最高頻譜分量，即

若不滿(mǎn)足此條件，則會(huì)出現(xiàn)頻譜交疊，此時(shí)的包絡(luò)形狀一定會(huì)產(chǎn)生失真。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

這就保證了A(t)=A0+x(t)總是正的。這時(shí)，調(diào)制后AM信號(hào)的平均功率是由載波功率和邊帶功率組成的，而只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)。載波功率在AM信號(hào)中占有大部分能量，即使在滿(mǎn)調(diào)制(ma=1)條件下，兩個(gè)邊帶上的有用信號(hào)仍然只占很小能量。因此，從功率上講，AM信號(hào)功率利用率比較低。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

已調(diào)波的調(diào)制效率定義為邊帶功率與總平均功率之比，即

對(duì)于調(diào)制信號(hào)為單頻余弦信號(hào)的情況，x(t)=Amcos(ωmt+θm)，x2(t)=A2m/2,此時(shí)“滿(mǎn)調(diào)制”ma=1時(shí)，調(diào)制效率達(dá)到最大值,ηAM=1/3。

AM信號(hào)的平均功率是由載波功率和邊帶功率組成的，而只3.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB-SC)

DSB信號(hào)的時(shí)域表示為當(dāng)調(diào)制信號(hào)x(t)為確知信號(hào)時(shí)，DSB信號(hào)的頻譜為3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

3.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB-SC)當(dāng)調(diào)制信號(hào)x(DSB信號(hào)的波形和頻譜(a)調(diào)制信號(hào)；

(b)載波信號(hào)；

(c)已調(diào)波信號(hào)

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

DSB信號(hào)的波形和頻譜3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制由于DSB頻譜中沒(méi)有載波分量，Pc=0。因此，信號(hào)的全部功率都包含在邊帶上，即

這就使得調(diào)制效率達(dá)到１００％，即ηDSB=1。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

由于DSB頻譜中沒(méi)有載波分量，Pc=0。因此，信號(hào)的全部3.2.3單邊帶調(diào)幅(SSB)

1.濾波法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

產(chǎn)生SSB信號(hào)的濾波和頻譜特性（a）

邊帶濾波特性；

(b)頻譜特性

3.2.3單邊帶調(diào)幅(SSB)1.濾波法產(chǎn)生單

用濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)的原理框圖如下圖所示。3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)

通常解決高頻段濾波器的辦法是采用多級(jí)調(diào)制濾波，實(shí)現(xiàn)多級(jí)頻率搬移。用濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)的原理框圖如下圖所示。3.2模擬2.移相法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

單邊帶信號(hào)就可寫(xiě)成

式中，“－”號(hào)表示上邊帶，“＋”號(hào)表示下邊帶。

單邊帶調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省載波發(fā)射功率，同時(shí)頻帶利用率也高，它所占用的頻帶寬度僅是雙邊帶的一半，和基帶信號(hào)的頻帶寬度相同。單邊帶信號(hào)的解調(diào)和雙邊帶一樣，不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，因?yàn)樗陌j(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以仍然需要采用相干解調(diào)。

2.移相法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制單邊帶3.2.4殘留邊帶調(diào)幅(VSB)當(dāng)調(diào)制信號(hào)x(t)的頻譜具有豐富的低頻分量時(shí)，如電視和電報(bào)信號(hào)，已調(diào)信號(hào)頻譜中的上、下邊帶就很難分離，這時(shí)用單邊帶就不能很好地解決問(wèn)題。那么，殘留邊帶就是解決這種問(wèn)題一個(gè)折衷的辦法，它是介于SSB和DSB之間的一種調(diào)制方法，既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB實(shí)現(xiàn)上的難題。在VSB中，不是對(duì)一個(gè)邊帶完全抑制，而是使它逐漸截止，使其殘留一小部分。圖2-8示出了調(diào)制信號(hào)、DSB、SSB及VSB信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)比較特性。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

3.2.4殘留邊帶調(diào)幅(VSB)3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制調(diào)制信號(hào)、DSB、SSB和VSB信號(hào)的頻譜

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

調(diào)制信號(hào)、DSB、SSB和VSB信號(hào)的頻譜3.2模擬信號(hào)VSB調(diào)制原理框圖及濾波器特性(a)殘留邊帶調(diào)制器；(b)殘留邊帶濾波器(c)殘留邊帶濾波器的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)性

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的殘留邊帶濾波器的傳輸特性是HVSB(ω)，它的特點(diǎn)是±ωc附近具有滾降特性，而且要求這段特性對(duì)于|ωc|上半幅度點(diǎn)呈現(xiàn)奇對(duì)稱(chēng)，即互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)特性。在邊帶范圍內(nèi)其他各處的傳輸特性應(yīng)當(dāng)是平坦的。

VSB調(diào)制原理框圖及濾波器特性3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制由于邊帶信號(hào)頻譜具有偶對(duì)稱(chēng)性，因此，VSB中的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)性就意味著將HVSB(ω)分別移動(dòng)－ωc和ωc就可以到如圖３-９(c)所示的HVSB(ω+ωc)和HVSB(ω－ωc)，將兩者疊加，即

|ω|≤ωm

式中，ωm是調(diào)制信號(hào)的最高頻率。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

由于邊帶信號(hào)頻譜具有偶對(duì)稱(chēng)性，因此，VSB中的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)性3.2.5模擬線(xiàn)性調(diào)制的一般模型

1.模擬線(xiàn)性調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的一般模型

模擬線(xiàn)性調(diào)制的一般模型

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

3.2.5模擬線(xiàn)性調(diào)制的一般模型模擬線(xiàn)性調(diào)制的一般模型3

設(shè)調(diào)制信號(hào)x(t)的頻譜為X(ω)，沖激響應(yīng)h(t)的濾波器特性為H(ω)，則其輸出已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域表示式為

式中,ωc為載波角頻率，

。

可得到另一種形式的時(shí)域表示式，即

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

設(shè)調(diào)制信號(hào)x(t)的頻譜為X(ω)，沖激響應(yīng)h(t)的濾式中，

式中第一項(xiàng)是載波為cosωct的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，與參考載波同相，稱(chēng)為同相分量，第二項(xiàng)是以sinωct為載波的雙邊帶調(diào)制，與參考載波cosωct正交，稱(chēng)為正交分量。sI(t)和sQ(t)分別稱(chēng)為同相分量幅度和正交分量幅度。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

式中，式中第一項(xiàng)是載波為cosωct的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，與參相應(yīng)的頻域表示式為

于是，模擬線(xiàn)性調(diào)制的模型可換成另一種形式，即模擬線(xiàn)性調(diào)制相移法的一般模型。這個(gè)模型適用于所有線(xiàn)性調(diào)制。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

模擬線(xiàn)性調(diào)制相移法的一般模型相應(yīng)的頻域表示式為于是，模擬線(xiàn)性調(diào)制的模型可換成另

2.模擬線(xiàn)性調(diào)制相干解調(diào)的一般模型 解調(diào)的原理與調(diào)制的原理是類(lèi)似的，均可用乘法器予以實(shí)現(xiàn)。 為了不失真地恢復(fù)出原始信號(hào)，要求相干解調(diào)的本地載波和發(fā)送載波必須相干或者同步，即要求本地載波和接收信號(hào)的載波同頻和同相。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

模擬線(xiàn)性調(diào)制相干解調(diào)的一般模型

2.模擬線(xiàn)性調(diào)制相干解調(diào)的一般模型3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)

相干解調(diào)的輸入信號(hào)應(yīng)是調(diào)制器的輸出信號(hào)，這時(shí)相干解調(diào)的輸入信號(hào)為與同頻同相的本地載波相乘后，得

經(jīng)低通濾波器（LPF）后，

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

相干解調(diào)的輸入信號(hào)應(yīng)是調(diào)制器的輸出信號(hào)，這時(shí)相干解調(diào)3.2.6線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

1.分析模型在實(shí)際系統(tǒng)中，噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響是在所難免的。最常見(jiàn)的噪聲有加性噪聲，加性噪聲通常指接收到的已調(diào)信號(hào)疊加上一個(gè)干擾，而加性噪聲中的起伏噪聲對(duì)已調(diào)信號(hào)造成連續(xù)的影響，因此，通信系統(tǒng)把信道加性噪聲的這種起伏噪聲作為研究對(duì)象。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

圖

2-13解調(diào)器抗噪聲性能的分析模型

3.2.6線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)

xc(t)為已調(diào)信號(hào)，n(t)為信道疊加的高斯白噪聲，經(jīng)過(guò)帶通濾波器后到達(dá)解調(diào)器輸入端的有用信號(hào)為si(t)，噪聲為ni(t)，解調(diào)器輸出的有用信號(hào)為so(t)，噪聲為no(t)。帶通濾波器帶寬遠(yuǎn)小于中心頻率ωc時(shí)，可視帶通濾波器為窄帶濾波器，平穩(wěn)高斯白噪聲通過(guò)窄帶濾波器后，可得到平穩(wěn)高斯窄帶噪聲。于是ni(t)即為窄帶高斯噪聲，其表示式為

或者

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

xc(t)為已調(diào)信號(hào)，n(t)為信道疊加的高斯白噪聲，經(jīng)其中

V(t)的一維概率密度為瑞利分布，θ(t)的一維概率密度函數(shù)是平均分布。ni(t)、nI(t)和nQ(t)的均值均為零，但平均功率不為零且具有相同值，即3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

其中V(t)的一維概率密度為瑞利分布，θ(t)的一維概率密式中，Ni為輸入噪聲功率。若白噪聲的雙邊功率譜密度為n0/2,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這里的帶寬B通常取已調(diào)信號(hào)的頻帶寬度，目的是使已調(diào)信號(hào)能無(wú)失真地進(jìn)入解調(diào)器，同時(shí)又最大限度地抑制噪聲。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

式中，Ni為輸入噪聲功率。若白噪聲的雙邊功率譜密度為n0/2模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)就是系統(tǒng)的輸出信噪比，其定義為

當(dāng)然，也有對(duì)應(yīng)的輸入信噪比，其定義為

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)就是系統(tǒng)的輸出信噪比，其定義為當(dāng)然

為了便于衡量同類(lèi)調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時(shí)輸入信噪比的影響，還可用輸出信噪比和輸入信噪比的比值G來(lái)度量解調(diào)器的抗噪聲信能，比值G稱(chēng)為調(diào)制制度增益，定義為顯然，調(diào)制制度增益越大，表明解調(diào)器的抗噪聲性能越好。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

為了便于衡量同類(lèi)調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時(shí)輸入信噪比的影響

2.DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能

DSB調(diào)制系統(tǒng)中的解調(diào)器是相干解調(diào)器，由乘法器和低通濾波器組成。3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

于是調(diào)制制度增益為

上式說(shuō)明，DSB調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制制度增益為2，DSB調(diào)制使系統(tǒng)信噪比改善了一倍。2.DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制于

3.SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能在SSB相干解調(diào)中，與DSB相比較，所不同的是SSB解調(diào)器之前的帶通濾波器的帶寬是DSB帶寬的一半，即B=fm。3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

SSB的調(diào)制制度增益為

這里GSSB=1并不說(shuō)明DSB抗噪聲性能好于SSB，因?yàn)閮烧叩妮敵鲂旁氡仁窃诓煌妮斎胄盘?hào)功率情況下得到的。如果我們?cè)谙嗤妮斎胄盘?hào)功率、相同輸入噪聲功率譜密度、相同基帶信號(hào)寬帶fm條件下，可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。由此我們可以說(shuō)，DSB和SSB兩者的抗噪聲性能是相同的，但雙邊帶信號(hào)所需的傳輸帶寬是單邊帶的兩倍。

3.SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制4.AM調(diào)制系統(tǒng)的性能

AM信號(hào)可采用相干解調(diào)和包絡(luò)檢波兩種方式。相干解調(diào)時(shí)AM調(diào)制系統(tǒng)的性能分析與前面幾個(gè)的分析方法相同。這里，僅就常用的簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波解調(diào)性能作一分析。設(shè)包絡(luò)檢波器的輸入信號(hào)為

且假設(shè)x(t)均值為零，A0≥|x(t)|max。3.1模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

圖2-14AM包絡(luò)檢波抗噪聲性能分析模型4.AM調(diào)制系統(tǒng)的性能且假設(shè)x(t)均值為零，A0≥

包絡(luò)檢波的作用就是輸出A(t)中的有用信號(hào)。實(shí)際上，檢波器輸出的有用信號(hào)與噪聲混合在一起，無(wú)法完全分開(kāi)，因此，計(jì)算輸出信噪比十分困難。這里，考慮兩種特殊情況。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

1)大信噪比情況大信噪比指的是輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度。調(diào)制制度增益為

上式表明，AM信號(hào)的調(diào)制制度增益GAM隨A0的減小而增大。由于A0≥|x(t)|max，所以GAM總是小于１，可見(jiàn)包絡(luò)檢波器對(duì)輸入信噪比沒(méi)有改善，而是惡化了。對(duì)于100%調(diào)制，x(t)為單頻正弦信號(hào)，GAM最大值為２／３。包絡(luò)檢波的作用就是輸出A(t)中的有用信號(hào)。實(shí)際上，2)小信噪比情況小信噪比指的是輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)小于噪聲幅度。3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

在小信噪比情況下，信號(hào)不能通過(guò)包絡(luò)檢波器恢復(fù)出來(lái)。

小信噪比輸入情況下，包絡(luò)檢波器的輸出信噪比基本上與輸入信噪比的平方成正比，即

因此,小信噪比輸入情況下，包絡(luò)檢波器不能正常解調(diào)。存在一個(gè)臨界值，當(dāng)輸入信噪比大于此臨界值時(shí)包絡(luò)檢波器能正常地工作，而小于此臨界值時(shí)，不能正常工作，這個(gè)臨界狀態(tài)的輸入信噪比叫做門(mén)限值。2)小信噪比情況3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

門(mén)限值的意義表示，當(dāng)Si/Ni降到此值以下時(shí)，So/No惡化的速度比Si/Ni迅速得多。包絡(luò)檢波器存在門(mén)限值這一現(xiàn)象叫做門(mén)限效應(yīng)。門(mén)限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線(xiàn)性解調(diào)作用引起的，因此，所有非相干解調(diào)都存在著門(mén)限效應(yīng)。門(mén)限效應(yīng)在輸入噪聲功率接近載波功率時(shí)開(kāi)始明顯。在小信噪比輸入情況下，包絡(luò)檢波器的性能較相干解調(diào)器差，所以在噪聲條件惡劣下常采用相干解調(diào)。

3.2模擬信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)制

門(mén)限值的意義表示，當(dāng)Si/Ni降到此值以下時(shí)，So/No角度調(diào)制——頻譜的非線(xiàn)性搬移，非線(xiàn)性調(diào)制

3.2.1基本概念角度調(diào)制信號(hào)的一般表示式為

式中，A是載波的恒定幅度，［ωct+φ(t)］是信號(hào)的瞬時(shí)相位θ(t),而φ(t)稱(chēng)為相對(duì)于載波相位ωct的瞬時(shí)相位偏移。而瞬時(shí)相位的導(dǎo)數(shù)d［ωct+φ(t)］/dt就是瞬時(shí)頻率，瞬時(shí)相位偏移的導(dǎo)數(shù)dφ(t)/dt就稱(chēng)為相對(duì)于載頻ωc的瞬時(shí)頻偏。3.3模擬信號(hào)的非線(xiàn)性調(diào)制角度調(diào)制——頻譜的非線(xiàn)性搬移，非線(xiàn)性調(diào)制3.2.1基本概

所謂相位調(diào)制，就是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)作線(xiàn)性變化，相應(yīng)的已調(diào)信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)，當(dāng)起始相位為零時(shí)，其時(shí)域表示式為

式中，Kp為常數(shù)，稱(chēng)為相移常數(shù)。

所謂頻率調(diào)制，就是指瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)x(t)作線(xiàn)性變化，相應(yīng)的已調(diào)信號(hào)稱(chēng)為調(diào)頻信號(hào)，調(diào)頻信號(hào)的域表示式為所謂相位調(diào)制，就是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)作線(xiàn)性式中，Kf為常數(shù)，稱(chēng)為頻偏常數(shù)，因?yàn)?/p>

所以

可知，如果將調(diào)制信號(hào)先微分，然后進(jìn)行調(diào)頻，則可得到調(diào)相信號(hào)，這種方法稱(chēng)為間接調(diào)相法，如圖所示，同樣，也可用相位調(diào)制器來(lái)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)，這時(shí)調(diào)制信號(hào)必須先積分然后送入相位調(diào)制器，這種方法稱(chēng)為間接調(diào)頻法，如圖所示。式中，Kf為常數(shù)，稱(chēng)為頻偏常數(shù)，因?yàn)樗钥芍?，如果調(diào)相法

調(diào)相法調(diào)頻法

調(diào)頻法3.3.2窄帶調(diào)頻(NBFM)通常認(rèn)為調(diào)頻所引起的最大瞬時(shí)相位偏移遠(yuǎn)小于30°，即

稱(chēng)為窄帶調(diào)頻。3.3.2窄帶調(diào)頻(NBFM)稱(chēng)為窄帶調(diào)頻。3.3.3寬帶調(diào)頻(WBFM)單頻調(diào)制時(shí)：

調(diào)頻波的頻譜包含無(wú)窮多個(gè)分量，從理論上講，它的頻帶寬度為無(wú)限寬。實(shí)際上，邊頻幅度Jn（mf)隨著n的增大而逐漸減小，因此只要適當(dāng)選取n值，使得邊頻分量減小到可以忽略的程度，調(diào)頻信號(hào)的帶寬可近似認(rèn)為是有限頻譜。

3.3.3寬帶調(diào)頻(WBFM)調(diào)頻波的頻譜包含無(wú)窮多當(dāng)mf≥１時(shí)，取邊頻數(shù)n=mf＋１，這時(shí)n＞mf＋１以上的邊頻幅度Jn（mf)均小于0.1，相應(yīng)產(chǎn)生的功率均在總功率２％以下，可以忽略不計(jì)。這時(shí)調(diào)頻波的帶寬為

上式說(shuō)明，調(diào)頻信號(hào)的帶寬取決于最大頻偏Δf和調(diào)制信號(hào)的頻率fm。當(dāng)mf<<１時(shí)，BFM≈2fm，這就是前面所討論的窄帶調(diào)頻的帶寬。當(dāng)mf>>１時(shí),BFM≈2Δf，這就是大指數(shù)寬帶調(diào)頻的情況，帶寬由最大頻偏所決定。

當(dāng)mf≥１時(shí)，取邊頻數(shù)n=mf＋１，這時(shí)n＞mf＋１以

在FM中，當(dāng)Δf恒定時(shí)，BFM基本不變，系統(tǒng)可充分利用給定的傳輸信道帶寬；在PM中，當(dāng)Δθ恒定時(shí)，調(diào)制信號(hào)頻率增加，BPM也增加，不能充分利用信道帶寬。因此，當(dāng)調(diào)制信號(hào)m(t)包含許多頻率分量時(shí)，采用FM比較有利，所以，F(xiàn)M比PM應(yīng)用更廣泛。在FM中，當(dāng)Δf恒定時(shí)，BFM基本不變，系統(tǒng)可充分利用給定3.3.4調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)1.調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生

產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的方法通常有兩種：直接法和間接法。

直接法就是用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律線(xiàn)性變化。直接法產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的原理請(qǐng)讀者參閱有關(guān)《高頻電子線(xiàn)路》書(shū)籍。直接法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以得到較大的頻偏，主要缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度不高，因而需要附加穩(wěn)頻措施。

間接法是先對(duì)調(diào)制信號(hào)積分后再對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制，從而產(chǎn)生窄帶調(diào)頻(NBFM)信號(hào)，然后，利用倍頻器把窄帶調(diào)頻(NBFM)信號(hào)變換成寬帶調(diào)頻(WBFM)信號(hào)。3.3.4調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)間接調(diào)頻框圖

間接調(diào)頻框圖

由NBFM向WBFM的變換只需用N倍頻器即可實(shí)現(xiàn)。其目的是提高調(diào)頻指數(shù)mf，經(jīng)N次倍頻后可以使調(diào)頻信號(hào)的載頻和調(diào)頻指數(shù)增為N倍。間接法的優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度好，缺點(diǎn)是需要多次倍頻和混頻，因而電路較為復(fù)雜。由NBFM向WBFM的變換只需用N倍頻器即可實(shí)現(xiàn)。其目NBFM信號(hào)的產(chǎn)生

NBFM信號(hào)的產(chǎn)生2.調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)

1）非相干解調(diào)由于調(diào)頻信號(hào)的特點(diǎn)是瞬時(shí)頻率正比于調(diào)制信號(hào)的幅度，因此，調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)就是要產(chǎn)生一個(gè)與輸入調(diào)頻波的頻率成線(xiàn)性關(guān)系的輸出電壓，完成這個(gè)頻率——電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系的器件就是頻率解調(diào)器，它可以是斜率鑒頻器、鎖相環(huán)鑒頻器、頻率負(fù)反饋解調(diào)器等。圖3-28給出了理想鑒頻特性和鑒頻器的方框圖。理想鑒頻器可看成是帶微分器的包絡(luò)檢波器，微分器輸出為

2.調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)1）非相干解調(diào)

理想鑒頻器特性及其組成框圖(a)理想鑒頻特性；

(b)鑒頻器的方框圖

理想鑒頻器特性及其組成框圖

這是一個(gè)幅度、頻率均被調(diào)制的調(diào)幅調(diào)頻信號(hào)，用包絡(luò)檢波取出其幅度信號(hào)，并濾去直流成分，鑒頻器的輸出so(t)與調(diào)制信號(hào)m(t)成正比例關(guān)系。式中，Kd為鑒頻器靈敏度。鑒頻器中的微分器實(shí)際是一個(gè)調(diào)頻到調(diào)幅的轉(zhuǎn)換器，調(diào)制信號(hào)是用包絡(luò)檢測(cè)法得到的，它的缺點(diǎn)是對(duì)于信道中噪聲和其他原因引起的幅度起伏有反應(yīng)，因而在使用中常在微分器之前加一個(gè)限幅器和帶通濾波器。

這是一個(gè)幅度、頻率均被調(diào)制的調(diào)幅調(diào)頻信號(hào)，用包絡(luò)檢波取出

２）相干解調(diào)在NBFM中，NBFM信號(hào)可分解成同相分量與正交分量之和，因而可以采用線(xiàn)性調(diào)制中相干解調(diào)法進(jìn)行解調(diào)。如果是NBFM信號(hào)解調(diào)，取掉圖中微分器即可。圖

2-30NBFM信號(hào)的相干解調(diào)

２）相干解調(diào)圖2-30NBFM信號(hào)的相干解調(diào)因?yàn)镹BFM信號(hào)為

相乘器的相干載波

相乘器的輸出為

因?yàn)镹BFM信號(hào)為相乘器的相干載波相乘器的輸出為經(jīng)低通濾波器后，得

經(jīng)微分器后，輸出信號(hào)為

可見(jiàn)相干解調(diào)器的輸出正比于調(diào)制信號(hào)x(t)。

經(jīng)低通濾波器后，得經(jīng)微分器后，輸出信號(hào)為可見(jiàn)相干解調(diào)器3.3.5

調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能

1.非相干解調(diào)的抗噪聲性能不論是窄帶調(diào)制還是寬帶調(diào)制都可采用非相干解調(diào)，非相干解調(diào)在實(shí)際應(yīng)用中也非常廣泛。