第3章 模擬調(diào)制系統(tǒng)-2

上節(jié)要點(diǎn)回顧一、調(diào)制的定義用信源信號(hào)m(t)去控制載波C(t)的某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)，使該參數(shù)按照m(t)的規(guī)律變化。二、調(diào)制的功能（基本功能為頻譜搬移）三、調(diào)制的分類（線性調(diào)制和非線性調(diào)制）調(diào)制信號(hào)載波已調(diào)信號(hào)信源信號(hào)s(t)調(diào)制信號(hào)m(t)Acos0tH(f)已調(diào)信號(hào)s(t)3.2線性調(diào)制載波為：相乘器的輸出為：0已調(diào)信號(hào)為：線性調(diào)制器的原理濾波器時(shí)域分析：與濾波器的特性有關(guān)。結(jié)論：輸出已調(diào)信號(hào)的振幅不再為常數(shù)A，而是Am(t)即載波的振幅受到了m(t)的調(diào)制。3.2線性調(diào)制相乘器輸出頻域分析：調(diào)制信號(hào)M(f)f0S(f)f0f-f00

輸入信號(hào)頻譜密度

輸出信號(hào)頻譜密度結(jié)論：輸出已調(diào)信號(hào)的頻譜是調(diào)制信號(hào)頻譜沿著頻率軸搬移到f0頻率位置上，幅度存在一定衰減，但頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制信號(hào)結(jié)構(gòu)相同，因此為線性調(diào)制。

|m(t)|1，m(t)|max=m3.2.1振幅調(diào)制（AM）s(t)調(diào)制信號(hào)m(t)Acos0tH(f)已調(diào)信號(hào)s(t)設(shè):m(t)=[1+m(t)]s(t)=[1+m(t)]Acos0t，m(t)101+m(t)101+m(t)則：+1= =時(shí)域分析：調(diào)幅度交流分量調(diào)制原理：3.2.1振幅調(diào)制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0t頻域分析：m(t)m(t)=[1+m(t)]Acos0t-00時(shí)域頻域3.2.1振幅調(diào)制（AM）頻域分析：-00已調(diào)信號(hào)的頻譜特征：（1）包含兩部分：邊帶分量和載波分量。（2）已調(diào)信號(hào)帶寬為調(diào)制信號(hào)帶寬的2倍。（3）載波頻率應(yīng)大于調(diào)制信號(hào)的最高頻率。M(f)S(f)3.2.1振幅調(diào)制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0tAM信號(hào)的解調(diào)：包絡(luò)檢波發(fā)送端接收端m(t)=[1+m(t)]調(diào)制s(t)=[1+m(t)]Acos0tm(t)=[1+m(t)]解調(diào)3.2.1振幅調(diào)制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0tAM信號(hào)的解調(diào)：包絡(luò)檢波發(fā)送端m(t)=[1+m(t)]調(diào)制101+m(t)3.2.1振幅調(diào)制（AM）AM信號(hào)的解調(diào)：包絡(luò)檢波接收端s(t)=[1+m(t)]Acos0tm(t)=[1+m(t)]解調(diào)101+m(t)包絡(luò)檢波器原理參考王秉鈞主編《通信原理》3.2.1振幅調(diào)制（AM）包絡(luò)檢波器的抗噪聲性能（信噪比）輸入電壓：輸入噪聲（窄帶）輸入已調(diào)信號(hào)包絡(luò)：在大信噪比下：輸出電壓：隔直流3.2.1振幅調(diào)制（AM）包絡(luò)檢波器的抗噪聲性能（信噪比）輸入電壓：輸出電壓：輸入信噪比：輸出信噪比：3.2.1振幅調(diào)制（AM）包絡(luò)檢波器的抗噪聲性能（信噪比）輸入信噪比：輸出信噪比：可見：由于m(t)1，顯然比值r0/ri小于1。即檢波后信噪比下降了。3.2.1振幅調(diào)制（AM）優(yōu)點(diǎn)：接收電路可采用包絡(luò)檢波，電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：（1）占用帶寬較寬。（2）包含不攜帶信息的載波分量，效率較低。-003.2.1振幅調(diào)制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0t=Acos0t+m(t)Acos0t]載波分量邊帶分量當(dāng)m(t)=1時(shí)，邊帶分量功率最大，與載波分量功率相等，而通常m(t)<1，因此調(diào)幅信號(hào)中的大部分功率被載波占用，而載波并不攜帶有用信息，因此可以不傳輸此載波。效率最高為50%！3.2.2雙邊帶調(diào)制（DSB）s(t)=[1+m(t)]Acos0t=Acos0t+m(t)Acos0t]調(diào)制信號(hào)m(t)中無(wú)直流分量，則s(t)=m(t)Acos0tDSB信號(hào)調(diào)制原理（線性調(diào)制）3.2.2雙邊帶調(diào)制（DSB）圖3.2.5雙邊帶調(diào)制信號(hào)的頻譜(a)調(diào)制信號(hào)頻譜密度M‘(f)f0(b)已調(diào)信號(hào)頻譜密度f(wàn)00-f0fS’(f)上邊帶上邊帶下邊帶頻譜：s(t)=m(t)Acos0t時(shí)域：可見：上邊帶和下邊帶包含相同的信息。3.2.2雙邊帶調(diào)制（DSB）解調(diào)原理s(t)=m(t)Acos0t

m(t)圖3.2.6

雙邊帶信號(hào)解調(diào)器原理方框圖基帶信號(hào)m’(t)接收信號(hào)S’(t)本地載波r(t)低通濾波器本地載波:乘法器輸出:3.2.2雙邊帶調(diào)制（DSB）乘法器輸出:低通濾波輸出:可見：僅當(dāng)本地載波沒(méi)有頻率和相位誤差時(shí)，輸出信號(hào)才等于m(t)/2，和調(diào)制信號(hào)僅差一個(gè)常數(shù)因子。解調(diào)原理3.2.2雙邊帶調(diào)制（DSB）優(yōu)點(diǎn)：DSB調(diào)制抑制載波，節(jié)省發(fā)送功率。缺點(diǎn)：（1）接收解調(diào)電路中的本地載波需與發(fā)送端調(diào)制時(shí)載波同頻同相，即需同步電路，較為復(fù)雜。（2）占用帶寬較寬。3.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）DSB信號(hào)中兩個(gè)邊帶包含相同的信息，不必完全傳送兩個(gè)邊帶，傳輸其中一個(gè)即可。因此，可以利用濾波器將其中一個(gè)邊帶濾除掉，只傳輸一個(gè)邊帶，即為單邊帶調(diào)制。3.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）高通濾波調(diào)制原理3.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）低通濾波調(diào)制原理3.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）單雙邊帶信號(hào)解調(diào)器原理方框圖基帶信號(hào)m’(t)接收信號(hào)S’(t)本地載波r(t)低通濾波器解調(diào)原理傅里葉變換的性質(zhì)：z(t)=x(t)y(t)Z()=X()

Y()單邊帶信號(hào)解調(diào)時(shí)，用本地載波和接收信號(hào)相乘，則在頻域中本地載波頻譜和信號(hào)頻譜相卷積。

3.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）圖3.2.8單邊帶信號(hào)的解調(diào)S(f)(b)上邊帶信號(hào)頻譜上邊帶上邊帶f00-f0f2f0-2f0(a)載波頻譜f00-f0fC(f)(c)載波和上邊帶信號(hào)頻譜的卷積結(jié)果f00-f0f2f0-2f0M(f)HL(f)以上邊帶為例解調(diào)原理3.2.3單邊帶調(diào)制(SSB)優(yōu)點(diǎn)：

（1）SSB調(diào)制抑制載波，節(jié)省發(fā)送功率。（2）僅傳送單邊帶，節(jié)約系統(tǒng)帶寬。缺點(diǎn)：（1）接收解調(diào)電路中的本地載波需與發(fā)送端調(diào)制時(shí)載波同頻同相，即需同步電路，較為復(fù)雜。（2）濾波器性能要求較高。（3）調(diào)制信號(hào)中不可含直流或低頻分量。s(t)調(diào)制信號(hào)m(t)Acos0tH(f)已調(diào)信號(hào)s(t)3.2.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）介于雙邊帶和單邊帶調(diào)制之間的一種線性調(diào)制方式。調(diào)制信號(hào)和載波相乘后的頻譜為設(shè)濾波器的傳輸函數(shù)為H(f)，則濾波輸出的已調(diào)信號(hào)頻譜為H(f)應(yīng)滿足的條件？調(diào)制原理3.2.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）解調(diào)原理接收信號(hào)和載波相乘后的頻譜為基帶信號(hào)m(t)接收信號(hào)s(t)cos0tr(t)低通濾波器已調(diào)信號(hào)的頻譜r(t)的頻譜低通濾波：3.2.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）為了無(wú)失真地傳輸，要求上式中傳輸函數(shù)滿足：調(diào)制信號(hào)為限帶信號(hào)，最高頻率為fm,即：則傳輸函數(shù)只需滿足即濾波器的截止特性對(duì)于f0具有互補(bǔ)的對(duì)稱性。解調(diào)原理3.2.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）即濾波器的截止特性對(duì)于f0具有互補(bǔ)的對(duì)稱性。H(f+f0)-(f0+fm)0000ffff0-f0f0+fm-2f02f0-2f02f0fm-fmfmfH(f)H(f-f0)H(f+f0)+H(f–f0)3.2.4殘留邊帶調(diào)制(VSB)特點(diǎn)：（1）頻譜中除了保留單邊帶的全部頻譜外，還保留了另一邊帶的部分頻譜和載波分量。（2）避免了接收端本地載波的同步問(wèn)題。（3）調(diào)制器的濾波器較易制作。（4）占用的頻帶介于單邊帶和雙邊帶之間。3.3非線性調(diào)制模擬調(diào)制線性調(diào)制非線性調(diào)制已調(diào)信號(hào)的頻譜是調(diào)制信號(hào)的頻譜的沿著頻率軸的搬移。如AM，DSB，SSB，VSB不僅存在頻譜搬移，而且頻譜結(jié)構(gòu)改變。如角度調(diào)制角度調(diào)制頻率調(diào)制FM：調(diào)制信號(hào)控制載波的頻率相位調(diào)制PM：調(diào)制信號(hào)控制載波相位3.3非線性調(diào)制頻率的概念：嚴(yán)格地說(shuō)，只有無(wú)限長(zhǎng)的恒定振幅和恒定相位的正弦波形才具有單一頻率。相位的概念：相位初始相位瞬時(shí)頻率：瞬時(shí)相位：3.3非線性調(diào)制相位調(diào)制的定義：相位(t)隨m(t)線性變化：已調(diào)信號(hào)為：已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)頻率：可見：已調(diào)信號(hào)相位隨調(diào)制信號(hào)線性地變化。已調(diào)信號(hào)頻率隨調(diào)制信號(hào)的導(dǎo)數(shù)線性地變化。3.3非線性調(diào)制頻率調(diào)制的定義：瞬時(shí)頻率隨m(t)線性變化：已調(diào)信號(hào)為：瞬時(shí)相位可見：已調(diào)信號(hào)頻率隨調(diào)制信號(hào)線性地變化。已調(diào)信號(hào)隨調(diào)制信號(hào)的積分線性地變化。3.3非線性調(diào)制（3）若將m(t)先積分，再對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制，得到頻率調(diào)制信號(hào)。若將m(t)先微分，再對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制，得到相位調(diào)制信號(hào)。（4）已調(diào)信號(hào)波形上看無(wú)法區(qū)分二者。相位調(diào)制和頻率調(diào)制的對(duì)比相位調(diào)制：頻率調(diào)制：(t)（2）相位調(diào)制中載波相位(t)隨調(diào)制信號(hào)m(t)線性變化。頻率調(diào)制中載波相位(t)隨調(diào)制信號(hào)m(t)的積分線性變化。（1）相位調(diào)制和頻率調(diào)制的已調(diào)波幅值都是恒定的。3.3非線性調(diào)制若m(t)作直線變化，則已調(diào)信號(hào)就是頻率調(diào)制信號(hào)。若m(t)是隨t2變化，則已調(diào)信號(hào)就是相位調(diào)制信號(hào)角度調(diào)制波形i例頻率調(diào)制？相位調(diào)制？因此，調(diào)頻和調(diào)相從波形上無(wú)本質(zhì)區(qū)別，可統(tǒng)一進(jìn)行研究。3.3非線性調(diào)制已調(diào)信號(hào)的頻譜和帶寬線性調(diào)制：已調(diào)信號(hào)的頻譜是調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移，帶寬為調(diào)制信號(hào)帶寬的1~2倍。非線性調(diào)制：頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，帶寬明顯增大。圖3.2.5雙邊帶調(diào)制信號(hào)的頻譜(a)調(diào)制信號(hào)頻譜密度M‘(f)f0(b)已調(diào)信號(hào)頻譜密度f(wàn)00-f0fS’(f)上邊帶上邊帶下邊帶已調(diào)信號(hào)的頻譜設(shè)調(diào)制信號(hào)為：頻率調(diào)制時(shí)，載波的角頻率為最大頻率頻移為：=kf已調(diào)信號(hào)表示式：其中，

m＝f/fm為最大頻率偏移和基帶信號(hào)頻率之比，稱為調(diào)制指數(shù)mf

，即有：已調(diào)信號(hào)的頻譜已調(diào)信號(hào)表示式：是一個(gè)含有正弦函數(shù)的余弦函數(shù)。它的展開式為：式中，Jn(mf)為第一類n階貝塞爾函數(shù)，其值可以查表。當(dāng)n=0時(shí)，為載波，當(dāng)n≠0時(shí)，稱為邊頻。即已調(diào)波有載頻和邊頻組成，頻譜為離散譜，且邊頻在載頻兩側(cè)成對(duì)出現(xiàn)，相鄰邊頻間隔為m，邊頻幅值大小有系數(shù)Jn(mf)確定。已調(diào)信號(hào)的帶寬已調(diào)信號(hào)表示式：可見，已調(diào)波包含無(wú)窮多對(duì)邊頻，即已調(diào)波的帶寬為無(wú)窮大。但邊頻的振幅大小有貝塞爾函數(shù)Jn(mf)確定，貝塞爾函數(shù)曲線為：由圖可見：（1）貝塞爾函數(shù)中有兩個(gè)參數(shù)，分別為n和x(或mf)。（2）隨著n增加，Jn(mf)趨于減小（3）隨著mf增加，Jn(mf