通信原理第三章

通信原理第三章第一頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三內(nèi)容簡(jiǎn)介1.調(diào)制的概念、分類、作用。2.模擬線性調(diào)制：AM、DSB、SSB、VSB的基本原理，時(shí)域、頻域表示，調(diào)制與解調(diào)方法，抗噪性能。3.模擬非線性調(diào)制（角度調(diào)制）：寬帶調(diào)頻（WBFM）和窄帶調(diào)頻（NBFM）的基本原理，信號(hào)頻譜，調(diào)制與解調(diào)方法，抗噪性能。4.門限效應(yīng)，加重技術(shù)。5.頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)。第二頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3、1 引言重點(diǎn)掌握：1.基本概念：調(diào)制、解調(diào)、載波調(diào)制、載波、調(diào)制信號(hào)、已調(diào)波信號(hào)等。2.調(diào)制的分類：模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制、線性調(diào)制（AM、DSB、SSB、VSB）與非線性調(diào)制（FM、PM）、連續(xù)波調(diào)制與脈沖調(diào)制。3.調(diào)制的作用。第三頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3、1 引言1、基本信號(hào)：1）載波：頻率在給定信道通帶內(nèi)的基帶信號(hào)的載體，可分為正弦波載波和脈沖載波。連續(xù)載波：確知的周期性波形－余弦波： 式中，A為振幅；

0為載波角頻率；

0為初始相位。2）調(diào)制信號(hào)m(t)－自信源來的攜帶信息的基帶信號(hào)。3）已調(diào)波信號(hào)已調(diào)信號(hào)s(t)－調(diào)制后的載波稱為已調(diào)信號(hào)調(diào)制器－進(jìn)行調(diào)制的部件

圖3.1.1調(diào)制器調(diào)制器已調(diào)信號(hào)s(t)調(diào)制信號(hào)m(t)第四頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三2、調(diào)制的相關(guān)知識(shí)1）、調(diào)制的定義：在發(fā)送端，按調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程，實(shí)現(xiàn)頻譜搬移。2）、解調(diào)的定義：在接收端把已搬移到給定信道通帶內(nèi)的頻譜還原為基帶信號(hào)頻譜的過程。3）正弦波載波調(diào)制：用正弦波作為載波。4）脈沖編碼調(diào)制：用脈沖串作為載波的數(shù)字調(diào)制。5）模擬調(diào)制：用來自信源的基帶模擬信號(hào)去調(diào)制某載波的過程。第五頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3、調(diào)制的作用★（1）將基帶信號(hào)變成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)★（2）實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用（3）改善系統(tǒng)的抗噪聲性能（4）改變信號(hào)占用的帶寬第六頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三4、調(diào)制的分類

連續(xù)波調(diào)制

（載波為正弦波）

振幅調(diào)制（AM,DSB,SSB,VSB)模擬調(diào)制頻率調(diào)制（FM) 相位調(diào)制（PM) 數(shù)字調(diào)制 振幅鍵控（ASK) 頻移鍵控（FSK) 相移鍵控（PSK)第七頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三脈沖波調(diào)制（載波為脈沖波）

模擬調(diào)制 脈沖振幅調(diào)制(PAM) 脈沖帶寬調(diào)制(PWM) 脈沖頻率調(diào)制(PFM) 數(shù)字調(diào)制 脈沖編碼調(diào)制(PCM) 增量調(diào)制(ΔM) 脈沖間隔調(diào)制(PIM) 脈沖位置調(diào)制(PPM)第八頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三5、調(diào)制系統(tǒng)種討論的主要問題和主要參數(shù)（1）工作原理（2）已調(diào)信號(hào)的帶寬（3）功率關(guān)系——功率利用率（4）抗噪聲性能——噪聲對(duì)調(diào)制系統(tǒng)性能的影響第九頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三調(diào)制系統(tǒng)的主要參數(shù)1、發(fā)送功率2、傳輸帶寬3、抗噪聲性能4、設(shè)備的復(fù)雜度第十頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3、2幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能重點(diǎn)掌握：1.基本原理：幅度調(diào)制（AM、DSB、SSB、VSB）調(diào)制與解調(diào)的基本原理；2.時(shí)域及頻域表示式；3.波形圖與頻譜圖；4.抗噪性能：信號(hào)功率、噪聲功率、信噪比、調(diào)制度增益的計(jì)算。第十一頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3、2幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能幅度調(diào)制：高頻正弦波的幅度隨調(diào)制信號(hào)作線性變化 的過程一、線性調(diào)制器的一般模型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)制。適當(dāng)選擇濾波器的特性H(ω)，便可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。例如，調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶及殘留邊帶信號(hào)等。h(t）,H(ω)載波信號(hào)c（t）m(t)濾波器Sm(t)第十二頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三線性調(diào)制器的一般模型輸出信號(hào)的一般表達(dá)式：時(shí)域：

且頻域：

第十三頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三二、調(diào)幅AM信號(hào)假設(shè)h(t)=δ(t)，即濾波器（H(ω)=1）為全通網(wǎng)絡(luò)，調(diào)制信號(hào)m(t)疊加直流A0后與載波相乘AM的時(shí)域表達(dá)式:(t)=[+m(t)]costA0為外加的直流分量，m(t)為調(diào)制信號(hào)。ωC

為載波的角頻率AM的調(diào)制模型:(t)cos(t)m(t)第十四頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三設(shè):m(t)=[1+m(t)]，|m(t)|1，m(t)|max=ma

－調(diào)幅度， 則有調(diào)幅信號(hào)：s(t)=[1+m(t)]Acos0t， 式中，[1+m(t)]0，即s(t)的包絡(luò)是非負(fù)的。

+1=

=m(t)101+m(t)101+m(t)第十五頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三-fmm(t)s(t)M(f)C(f)c(t)A-Atfmf0-f02fmS(f)2fm-f0f0ffftt101+m(t)AM的頻域表達(dá)式:SAM(w)=πA0[δ(w-wc)+δ(w+wc)]+0.5[M(w-wc)+M(w+wc)]調(diào)制波形圖與頻譜圖如下：第十六頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三下一個(gè)例子找錯(cuò)第十七頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三調(diào)幅AM信號(hào)由圖可見：（1）波形包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)m(t)成正比（2）頻譜具有上、下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶（3）頻譜中心含離散載頻分量，它并不攜帶信息（4）要使調(diào)幅波的包絡(luò)波形與基帶信號(hào)波形相同，則一定要滿足兩個(gè)條件：a、對(duì)所有的t的值|m(t)|max≤A0，否則會(huì)過調(diào)制b、載波頻率必須高于基帶信號(hào)的最高頻率第十八頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（5）AM的調(diào)幅度AM一個(gè)重要的參數(shù)是調(diào)幅度ma

，又稱為調(diào)制系數(shù)。其定義為：一般ma≤1，只有SAm(t)min為負(fù)數(shù)時(shí)，ma

才大于1，此時(shí)出現(xiàn)過調(diào)幅，接收端解調(diào)出的信號(hào)將出現(xiàn)波形失真。思考題：過調(diào)幅時(shí)，AM已調(diào)波的波形如何？第十九頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（6）已調(diào)AM波只是把基帶信號(hào)的頻譜簡(jiǎn)單地搬移，而沒有產(chǎn)生新的頻譜分量，AM是線性調(diào)制。（7）功率分配AM信號(hào)在1Ω電阻上的平均功率應(yīng)等于sAM(t)的均方值。當(dāng)m(t)為確知信號(hào)時(shí)，sAM(t)的均方值即為其平方的時(shí)間平均，通常假設(shè)調(diào)制信號(hào)沒有直流分量，第二十頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三AM信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)。載波分量不攜帶信息。即使在“滿調(diào)幅”（|m(t)|max=時(shí)，也稱100％調(diào)制）條件下，載波分量仍占據(jù)大部分功率，而含有用信息的兩個(gè)邊帶占有的功率較小。因此，從功率上講，AM信號(hào)的功率利用率比較低。第二十一頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（8）、調(diào)制效率

調(diào)制效率：第二十二頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三 當(dāng)調(diào)制信號(hào)m(t)為單頻余弦信號(hào)，在剛發(fā)生過調(diào)制的臨界狀態(tài)下，ma=1,此時(shí)調(diào)制效率最大： η

AM＝1/3即：兩邊帶功率之和＝載波功率之半。在各種調(diào)制信號(hào)中，調(diào)制效率最高的是幅度為Ao的方波，此時(shí)： η

AM＝1/2第二十三頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三AM系統(tǒng)的特點(diǎn)及其應(yīng)用

AM系統(tǒng)的特點(diǎn)及其應(yīng)用

優(yōu)點(diǎn)：解調(diào)方便（包絡(luò)檢波）

缺點(diǎn)：占用頻帶寬（消息信號(hào)的兩倍）調(diào)制效率低（發(fā)射功率大）。

應(yīng)用：廣播。第二十四頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三三、抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）在AM信號(hào)中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。如果將載波抑制，即可得到抑制載波雙邊帶信號(hào)，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào)（DSB）。第二十五頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三第二十六頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)時(shí)域表達(dá)式：

頻域表達(dá)式：

第二十七頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三第二十八頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)由圖可知：（1）由時(shí)間波形可知，DSB信號(hào)的包絡(luò)不與m(t)成正比（2）在調(diào)制信號(hào)m(t)的過零點(diǎn)處，高頻載波相位有180°的突變（3）DSB信號(hào)節(jié)省了載波發(fā)射功率，但具有上、下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶，故頻帶寬度與AM信號(hào)相同（4）功率分配：PDSB=PS（5）調(diào)制效率：η

DSB＝1第二十九頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三DSB的特點(diǎn)與應(yīng)用

優(yōu)點(diǎn)：調(diào)制效率高，抗噪性能較強(qiáng)。

缺點(diǎn)：占用頻帶寬，為消息基帶信號(hào)的2倍。

應(yīng)用：無線通信，低帶寬信號(hào)多路復(fù)用，常用于傳輸數(shù)字信號(hào)，如ASK。第三十頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三四、單邊帶SSB信號(hào)單邊帶調(diào)制只是傳輸雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶。因此產(chǎn)生SSB信號(hào)（1）最直接的方法——濾波法：將不含直流分量的基帶信號(hào)m(t)和載波信號(hào)經(jīng)乘法器后得到雙邊帶信號(hào)DSB，再通過一個(gè)單邊帶濾波器就得到需要的單邊帶SSB信號(hào)。第三十一頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三單邊帶調(diào)制（SSB）的一般模型

從圖中看，SSB與DSB好象沒什么不同，但兩者的h(t)不同。DSB的h(t)要求保留兩個(gè)邊帶信號(hào)；而SSB的h(t)只要求保留一個(gè)而且只能保留一個(gè)邊帶信號(hào)。第三十二頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三如果H()是上邊帶濾波器H()，則得到相應(yīng)的上邊帶信號(hào)（USB）；如果HUSB()是下邊帶濾波器HLSB()，則得到相應(yīng)的下邊帶信號(hào)（LSB）。因此，SSB信號(hào)的頻譜可表示為：SSSB(ω)=SDSB(ω)?H(ω)第三十三頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三第三十四頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三用濾波法形成SSB信號(hào)的技術(shù)難點(diǎn)是，由于一般調(diào)制信號(hào)都具有豐富的低頻成分，經(jīng)調(diào)制后得到的DSB信號(hào)的上、下邊帶之間的間隔很窄，這就要求單邊帶濾波器在fc附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制無用的一個(gè)邊帶。這就使濾波器的設(shè)計(jì)和制作很困難，有時(shí)甚至難以實(shí)現(xiàn)。為此，在工程中往往采用多級(jí)調(diào)制濾波的方法。第三十五頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（2）單邊帶調(diào)制相移法：?jiǎn)我纛l調(diào)制時(shí)的SSB信號(hào)的波形圖第三十六頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三單音頻調(diào)制時(shí)的SSB頻譜圖第三十七頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（2）單邊帶調(diào)制相移法：時(shí)域：下邊帶SSB信號(hào) 上邊帶SSB信號(hào)其中是m(t)的希爾伯特變換第三十八頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三希爾波特（Hilbert）變換定義：將一個(gè)信號(hào)波形中的全部頻率分量相移-90°后所得的時(shí)間信號(hào)就叫做原信號(hào)的希爾波特變換。（1）變化公式：希爾波特變換在時(shí)間域的數(shù)學(xué)描述如下：希爾波特變換在頻率域中的數(shù)學(xué)描述為：

第三十九頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（2）常用希爾波特變換對(duì)第四十頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三

（3）Hilbert變換的性質(zhì)信號(hào)和它的希爾波特變換具有相同的能量譜密度或相同的功率譜密度。信號(hào)和它的希爾波特變換的能量(或功率)相同。信號(hào)和它的希爾波特變換具有相同的自相關(guān)函數(shù)。信號(hào)和它的希爾波特變換互為正交。的希爾波特變換為–f(t)。第四十一頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（4）Hilterb變換的用途在SSB中，用來實(shí)現(xiàn)相位選擇，以產(chǎn)生單邊帶信號(hào)；給出最小相移網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性之間的關(guān)系；為帶通信號(hào)的表示提供了基礎(chǔ)。第四十二頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（2）單邊帶調(diào)制相移法的原理框圖第四十三頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三相移法形成SSB信號(hào)的困難在于寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作，該網(wǎng)絡(luò)要對(duì)調(diào)制信號(hào)m(t)的所有頻率分量嚴(yán)格相移π/2，這一點(diǎn)即使近似達(dá)到也是困難的。為解決這個(gè)難題，可以采用混合法（也叫維弗法）第四十四頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三調(diào)制信號(hào)為任意信號(hào)的SSB信號(hào)的頻譜圖第四十五頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三單邊帶SSB信號(hào)由SSB信號(hào)的頻譜圖可見：（1）SSB信號(hào)的解調(diào)不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波法，也需要采用相干解調(diào)法（2）SSB信號(hào)可節(jié)省載波發(fā)射功率，是雙邊帶發(fā)射功率的一半（3）SSB信號(hào)的頻率帶寬只有雙邊帶DSB信號(hào)的一半第四十六頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三SSB的特點(diǎn)及應(yīng)用

優(yōu)點(diǎn)：具有最窄的傳輸帶寬，信道利用率最高；

缺點(diǎn)：（1）電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，技術(shù)要求高；（2）解調(diào)時(shí)要求同步誤差小.

應(yīng)用：（1）話音通信；（2）話音頻分多路通信.第四十七頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三五、殘留邊帶調(diào)制（VSB）1．殘留邊帶調(diào)制（VSB）的工作原理為了克服SSB設(shè)備制作困難的缺點(diǎn)，可以采用VSB。VSB介于SSB和DSB之間，它讓一個(gè)邊帶完全通過，而讓另一個(gè)邊帶只殘留一部分，這樣，既克服了DSB占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB實(shí)現(xiàn)上的困難。VSB的調(diào)制過程的一般模型與DSB和SSB沒有區(qū)別，不同的是濾波器的沖擊響應(yīng)h(t)是按VSB的要求設(shè)計(jì)的。第四十八頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三殘留邊帶VSB信號(hào)為了保證接收端相干解調(diào)時(shí)無失真的恢復(fù)基帶信號(hào),必須要求殘留邊帶濾波器的傳輸函數(shù)在載頻處具有互補(bǔ)對(duì)稱特性,又叫滾降形狀：2．VSB信號(hào)的頻譜

第四十九頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三第五十頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3．發(fā)送功率和傳輸帶寬

VSB的發(fā)送功率和帶寬介于SSB和DSB之間。一般典型值為：第五十一頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三線性調(diào)制信號(hào)的解調(diào)解調(diào)：從接收的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)。解調(diào)的實(shí)質(zhì)：頻譜搬移1、相干解調(diào)LPFcoswct——相干載波So(t)Sm(t)第五十二頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三線性調(diào)制信號(hào)的解調(diào)2、包絡(luò)檢波LPFMo(t)包絡(luò)檢波Sm(t)第五十三頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三線性系統(tǒng)的抗噪聲性能1、分析模型解調(diào)器N(t)高斯白噪聲mo(t)nO(t)BPFSm(t)Sm(t)Ni(t)第五十四頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三線性系統(tǒng)的抗噪聲性能2、評(píng)價(jià)模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能的指標(biāo)（1）輸出信噪比（2）信噪比增益第五十五頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3、各種調(diào)制系統(tǒng)相干解調(diào)的抗噪聲性能（1）DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能DSB解調(diào)器的輸入信號(hào)為（設(shè)載波信號(hào)幅度為:其平均功率為：第五十六頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三經(jīng)過同步解調(diào)相乘器的輸出信號(hào)為：經(jīng)過LPF后，輸出有用信號(hào)為：于是，解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)的平均功率為：第五十七頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三采用同步解調(diào)，則經(jīng)過相乘器后的輸出噪聲為：其中，nc(t)及ns(t)為高斯窄帶噪聲ni(t)的同相分量及正交分量.經(jīng)過LPF后，輸出噪聲為：于是，解調(diào)器輸出端的噪聲的平均功率為：第五十八頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三將上述結(jié)果代入：輸入信噪比：輸出信噪比：調(diào)制制度增益：第五十九頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（2）SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能SSB解調(diào)器的輸入信號(hào)為只有DSB信號(hào)的一半，其平均功率為：解調(diào)器采用同步解調(diào)，則經(jīng)過相乘器后的輸出信號(hào)為：第六十頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三經(jīng)過LPF后，輸出有用信號(hào)為：于是，解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)的平均功率為：采用同步解調(diào)，則經(jīng)過相乘器后的輸出噪聲為：第六十一頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三經(jīng)過LPF后，輸出噪聲為：于是，解調(diào)器輸出端的噪聲的平均功率為：第六十二頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三線性系統(tǒng)的抗噪聲性能將上述結(jié)果代入：輸入信噪比：輸出信噪比：

調(diào)制度增益：第六十三頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三結(jié)論由此可見，SSB調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制度增益為1。所以DSB的調(diào)制度增益是SSB的兩倍。這是因?yàn)镾SB采用同步解調(diào)，使輸入噪聲中的一個(gè)正交分量被消除的同時(shí)，也消除了有用信號(hào)的正交分量。但這并不說明DSB的抗噪聲性能優(yōu)于SSB，因?yàn)镈SB的帶寬是SSB的兩倍，則在輸入噪聲功率譜密度相同的情況下，DSB解調(diào)器的輸入噪聲和輸出噪聲都是SSB的兩倍，在輸入信號(hào)的平均功率相等的情況下，DSB和SSB的輸出信噪比是相同的，所以，從抗噪聲的觀點(diǎn)看，DSB和SSB是相同的。第六十四頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（3）AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能1）同步解調(diào)時(shí)

AM采用同步解調(diào)時(shí)的抗噪聲性能分析與DSB相同，這里只給出結(jié)果，詳細(xì)過程自己推導(dǎo)。輸入信噪比：輸出信噪比：調(diào)制度增益：第六十五頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三線性系統(tǒng)的抗噪聲性能若為單音頻正弦波調(diào)制，且m=1，則m0=M，它表明AM調(diào)制系統(tǒng)在單音頻調(diào)制且采用同步解調(diào)時(shí)的調(diào)制度增益最多為2/3。若為雙極性矩形脈沖信號(hào)，且m=1，則m0=M，G=1第六十六頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三4、非相干解調(diào)的抗噪聲性能實(shí)際中AM信號(hào)的解調(diào)通常采用包絡(luò)檢波器或平方律檢波。設(shè)AM信號(hào)為：式中。輸入噪聲為：第六十七頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三則解調(diào)器輸入端的信號(hào)功率和噪聲功率分別為：解調(diào)器輸入端有用信號(hào)和噪聲的合成信號(hào)為：其中E(t)即為合成包絡(luò)，(t)

為相位：第六十八頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三通常分析檢波器的輸出信號(hào)和噪聲有一定困難為簡(jiǎn)化起見，我們考慮兩種特殊情況：（1）大信噪比情況所謂大信噪比是指：，則及。于是：此包絡(luò)信號(hào)中的有用信號(hào)為m(t)，噪聲為nc(t)，所以輸出信號(hào)功率和噪聲功率分別為：第六十九頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三于是AM的調(diào)制度增益為：顯然，A越小，G越大。但為了不出現(xiàn)過調(diào)幅，要求：因此，對(duì)單音頻的正弦波100%調(diào)制：則這就是包絡(luò)檢波器能夠得到的最大信噪比改善值。第七十頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三（2）小信噪比情況所謂小信噪比是指：，則及。于是：其中可以看出，小信噪比情況下，在檢波器輸出端無單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)，只有受到cos(t)調(diào)制的項(xiàng)m(t)cos(t)。由于cos(t)是一個(gè)依賴與噪聲變化的隨機(jī)函數(shù)，故實(shí)際上它就是一個(gè)隨機(jī)噪聲。因而，有用信號(hào)m(t)被包絡(luò)檢波器擾亂，致使m(t)cos(t)

也只能看作是噪聲。第七十一頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三門限效應(yīng)非同步解調(diào)時(shí)，當(dāng)輸入信噪比下降到某一值時(shí)，它的輸出信噪比急劇下降，這個(gè)值就是門限值。這種現(xiàn)象稱之為“門限效應(yīng)”，它是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)引起的。因?yàn)樵谛⌒旁氡惹闆r下，無法由包絡(luò)檢波器解調(diào)出有用信號(hào)，所以只有采用相干解調(diào)，才能恢復(fù)有用信號(hào)。第七十二頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3、3角度調(diào)制原理一、非線性調(diào)制的原理調(diào)制過程都要實(shí)現(xiàn)基帶調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移，對(duì)于:線性調(diào)制:調(diào)制后信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)和基帶調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)保持一致。非線性調(diào)制：調(diào)制后信號(hào)卻不再保持基帶調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)。非線性調(diào)制通常是通過改變載波的頻率或相位來實(shí)現(xiàn)的，而載波振幅保持不變。因?yàn)轭l率或相位的變化可以看成是載波角度的變化，所以這種調(diào)制方式又稱為角度調(diào)制，它是調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）的統(tǒng)稱。第七十三頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三頻率的概念：嚴(yán)格地說，只有無限長的恒定振幅和恒定相位的正弦波形才具有單一頻率。載波被調(diào)制后，不再僅有單一頻率?！八矔r(shí)頻率”的概念：設(shè)一個(gè)載波可以表示為 式中，0為載波的初始相位；

(t)=0t+0為載波的瞬時(shí)相位

;

0=d(t)/dt為載波的角頻率?，F(xiàn)定義瞬時(shí)頻率： 由頻率與相位的關(guān)系，上式可以改寫為：第七十四頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三1、角度調(diào)制的定義及表達(dá)式：

由下式可見，

(t)是載波的相位。若使它隨調(diào)制信號(hào)m(t)以某種方式變化，則稱其為角度調(diào)制。相位調(diào)制的定義：若使相位(t)隨m(t)線性變化，即令 則稱為相位調(diào)制。式中：叫瞬時(shí)相位偏移這時(shí)，已調(diào)信號(hào)的表示式為 此已調(diào)載波的瞬時(shí)頻率為：

式中：叫瞬時(shí)頻率偏移。上式表示，在相位調(diào)制中瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)的對(duì)時(shí)間求導(dǎo)的函數(shù)線性地變化。第七十五頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三頻率調(diào)制的定義：若使瞬時(shí)頻率直接隨調(diào)制信號(hào)線性地變化，則稱為頻率調(diào)制。這時(shí)：瞬時(shí)角頻率為：瞬時(shí)角頻率偏移為： 及瞬時(shí)相位為：瞬時(shí)相位偏移為： 這時(shí)，已調(diào)信號(hào)的表示式為： 上式表明，載波瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)的積分線性地變化。第七十六頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三相位調(diào)制和頻率調(diào)制的比較：在相位調(diào)制中載波相位(t)隨調(diào)制信號(hào)m(t)線性地變化，而在頻率調(diào)制中載波相位(t)隨調(diào)制信號(hào)m(t)的積分線性地變化。若將m(t)先積分，再對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制，即得到頻率調(diào)制信號(hào)。類似地，若將m(t)先微分，再對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制，就得到相位調(diào)制信號(hào)。僅從已調(diào)信號(hào)波形上看無法區(qū)分二者。直接和間接調(diào)相直接和間接調(diào)頻第七十七頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)調(diào)制信號(hào)為單音頻正弦波信號(hào)時(shí)，即，則：

式中，稱之為調(diào)相指數(shù)，表示最大相位偏移。

瞬時(shí)角頻率：

最大角頻率偏移：

2、單音調(diào)制的PM與FM表示式第七十八頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)調(diào)制信號(hào)為單音頻正弦波信號(hào)時(shí)，即則：

式中，稱之為調(diào)頻指數(shù)，表示最大相位偏移。

m＝f/fm為最大頻率偏移和基帶信號(hào)頻率之比。瞬時(shí)角頻率：最大角頻率偏移：第七十九頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3.調(diào)相波與調(diào)頻波的比較調(diào)相波與調(diào)頻波的比較共同點(diǎn)：振幅不變，是等幅波不同點(diǎn)：調(diào)相PM調(diào)頻FM定義Δφ(t)=Kpm(t)dΔφ(t)/dt=Kfm(t)比例常數(shù)Kp：rad/V調(diào)相器靈敏度KF：rad/V/s調(diào)頻器靈敏度第八十頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三調(diào)相波與調(diào)頻波的比較調(diào)相PM調(diào)頻FM瞬時(shí)相位Ф(t)=wct+Kpm(t)瞬時(shí)頻率W(t)=wc+KFm(t)已調(diào)信號(hào)表達(dá)式SPM(t)=Acos[wct+Kpm(t)]SFM(t)=Acos[wct+∫KFm(t)dt]第八十一頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三4．角度調(diào)制的波形和頻譜

（1）角度調(diào)制的波形

單音頻調(diào)制時(shí)的調(diào)相和調(diào)頻信號(hào)波形如圖4-12所示。

第八十二頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三

（2）角度調(diào)制的頻譜因?yàn)檎{(diào)相和調(diào)頻都是角度調(diào)制，兩者可以相互轉(zhuǎn)換，且實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)M用得較多，所以我們著重討論FM的頻譜。由于角度調(diào)制是非線性過程，所以，要得到任意調(diào)制信號(hào)FM信號(hào)的頻譜表示式是相當(dāng)困難的。但在某些特定情況下還是可以求得的。為方便起見，設(shè)載波幅度為1，則調(diào)頻波的一般表示式為：

(a)

窄帶調(diào)頻（NBFM）

若,則稱之為窄帶調(diào)頻，此時(shí)：第八十三頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三則

其頻譜與AM很相似，如圖4-13所示。從圖中可以看出，NBFM的帶寬：第八十四頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三

(a)

寬帶調(diào)頻（WBFM）若，則稱之為寬帶調(diào)頻，若為單音頻調(diào)制，且Am=1則：

式中，稱為第一類n階貝塞爾（Bessel）函數(shù)，且：。具體數(shù)據(jù)可以參看貝塞爾函數(shù)表。第八十五頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三Jn(m)—m關(guān)系曲線上式的展開式為：x第八十六頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三圖4-14給出了mf=5，A=1，fc>>fm時(shí)，單音頻調(diào)制的WBFM的頻譜圖。由此可見，即使在單音頻調(diào)制情況下，WBFM的頻譜也可展開成無數(shù)個(gè)頻率分量。第八十七頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三但實(shí)際上無限多個(gè)頻率分量是不必要的，因?yàn)樨惾麪柡瘮?shù)的最大值隨著階數(shù)的增加而下降，只要取適當(dāng)?shù)膎值，使Jn(mf)下降到可以忽略的程度，則比它更高的邊頻分量就可以忽略不計(jì)，使WBFM的頻譜約束在有限的頻譜范圍內(nèi)。

如果我們把幅度小于0.1倍的載波幅度的邊頻忽略不計(jì)，則可以得到WBFM的帶寬：

稱之為最大頻偏。若，則若調(diào)制信號(hào)為多音頻信號(hào)，其頻譜分析是很復(fù)雜的。一般有經(jīng)驗(yàn)公式：

式中，，fh為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。第八十八頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三頻譜特點(diǎn)：邊頻成對(duì)大部分功率集中 在有限帶寬內(nèi)當(dāng)調(diào)制指數(shù)mf<<1時(shí)帶寬B基本等于2m

－稱為窄帶調(diào)頻：

B2m

當(dāng)mf>1時(shí)， 帶寬B：

式中，

f

－最大調(diào)制頻移，

fm

－調(diào)制信號(hào)頻率。mkHzkHzkHzkHz作kHzkHzkHzkHz第八十九頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3.4非線性調(diào)制的抗噪聲性能非線性調(diào)制的抗噪聲性能分析較復(fù)雜，這里我們只給出頻率調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能分析的結(jié)果：解調(diào)器輸入端的信噪比：大信噪比下，解調(diào)器輸出的有用信號(hào)：大信噪比下，解調(diào)器輸出信號(hào)功率：假設(shè)解調(diào)器的LPF的截止頻率為fm，且fm<0.5B，則解調(diào)器輸出噪聲功率為：解調(diào)器輸出信噪比：第九十頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三單音頻調(diào)制時(shí)，即，此時(shí)：解調(diào)器輸出信噪比：FM調(diào)制度增益： 越大，則調(diào)制度增益越大。但因?yàn)椋运璧膸捯泊?。換句話說，F(xiàn)M系統(tǒng)抗噪聲性能的改善是以增加傳輸帶寬得到的。在小信噪比下，F(xiàn)M系統(tǒng)的解調(diào)器同樣存在門限效應(yīng)。在實(shí)際中改善門限效應(yīng)的方法較多，目前常用的有鎖相環(huán)路鑒頻法和調(diào)頻負(fù)反饋鑒頻法。另一方面，鑒頻器輸出端的噪聲功率譜密度隨頻率的增高而增加，如果采用“去加重”技術(shù)——在解調(diào)器輸出端接一個(gè)傳輸特性隨頻率增加而滾降的線性網(wǎng)絡(luò)，將高端的噪聲衰減，則總的噪聲功率可以減小。由于在解調(diào)器加了去加重網(wǎng)絡(luò)，則必須在調(diào)制端加“預(yù)加重”網(wǎng)絡(luò)，以保證輸出信號(hào)不變。第九十一頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三3.5各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較（見教材P122——123一、性能比較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。NBFM和AM的性能接近。FM的調(diào)頻指數(shù)

m越大，抗噪聲性能越好，但占據(jù)的帶寬越寬，頻帶利用率低。SSB的帶寬最窄，其頻帶利用率高。第九十二頁，共一百頁，編輯于2023年，星期三二、特點(diǎn)與應(yīng)用AM調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是接收設(shè)備簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是功率利用率低，抗干擾能力差，在傳輸中如果載波受到信道的選擇性衰落，則在包檢時(shí)會(huì)出現(xiàn)過調(diào)失真，信號(hào)頻帶較寬，頻帶利用率不高。因此AM制式用于通信質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，目前主要用在中波和短波的調(diào)幅廣播中。DSB調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是功率利用率高，但帶寬與AM相同，接收要求同步解調(diào),設(shè)備較復(fù)雜。只用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專用通信，運(yùn)用不太廣泛。SSB調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力和抗選擇性衰落能力均優(yōu)于AM,而帶寬只有AM的一半；缺點(diǎn)是