模擬調(diào)制技術(shù)分解PPT課件

1、通信原理概述12第1頁/共137頁通信原理 調(diào)制：將基帶信號的頻帶搬移至適合信道傳輸?shù)念l譜位置的過程。 解調(diào)：是調(diào)制的反變換，是將調(diào)制的信號還原成基帶信號的過程。 通常未調(diào)制的信號（基帶信號）稱為調(diào)制信號，而調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號，完成頻帶搬移的則為載波信號。 調(diào)制是通過調(diào)制信號(基帶信號)控制載波的某個(或某些)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。 第2頁/共137頁通信原理4.1 概述12第3頁/共137頁通信原理調(diào)制的分類調(diào)制正弦波調(diào)制脈沖調(diào)制t模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制t第4頁/共137頁通信原理調(diào)制的分類 按基帶信號對載波的控制參量(幅度、頻率或相位)分類： 分為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。 按已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)分類： 線

2、性調(diào)制：已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同。 非線性調(diào)制：已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)不同。 第5頁/共137頁通信原理主要內(nèi)容 4.1 4.1 幅度調(diào)制的原理幅度調(diào)制的原理4.2 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 4.3 非線性調(diào)制的原理非線性調(diào)制的原理4.4 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能4.5 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較第6頁/共137頁通信原理4.1 幅度調(diào)制 幅度調(diào)制:正弦載波幅度隨調(diào)制信號變化的調(diào)制方式。 調(diào)制信號調(diào)制信號 m t已調(diào)信號已調(diào)信號載波信號載波信號頻譜特性頻譜特性 0coscc tAt 0cosmc

3、e tAm tt00 cos2ccjtjtmceeetm ttm t m tM 12mccEMM 是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移 1A 第7頁/共137頁通信原理幅度調(diào)制的一般模型 幅度調(diào)制的一般模型由一個相乘器和一個沖激響應(yīng)為h(t)的帶通濾波器組成，選擇不同的h(t)，可以得到各種線性調(diào)制信號 ( )cosmcstm tth t 12mccSMMH m tcosct mst h t met第8頁/共137頁通信原理4.1 幅度調(diào)制2341第9頁/共137頁通信原理常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AMAM)調(diào)制 調(diào)制模型( ):m t不含直流成分的交流信號設(shè)調(diào)制信號設(shè)調(diào)制信

4、號tccos)(tm)(tsAM圖3-2 AM調(diào)制器模型0A0:A外加的直流信號 00( ) coscos( )cosAMcccstAm ttAtm tt 012AMccccSAMM 第10頁/共137頁通信原理常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AMAM)調(diào)制各點(diǎn)波形tccos)(tm)(tsAM圖3-2 AM調(diào)制器模型0At)(tm原始信號)()(屬于基帶信號原始信號的付立葉變換Mt)()(0tmAtm)()(Mtm的付立葉變換)( 0AH第11頁/共137頁通信原理常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AMAM)調(diào)制各點(diǎn)波形t)()(0tmAtm)()(Mtm的付立葉變換)( 0At)cos()(0tAtccc載波cc)(St)

5、()(0tmAtc已調(diào)信號的付立葉變換cc屬于頻帶信號屬于頻帶信號HB2第12頁/共137頁通信原理 調(diào)制的逆過程叫做解調(diào)。調(diào)制的逆過程叫做解調(diào)。AMAM信號的解調(diào)信號的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和非相干解調(diào)。方法有兩種：相干解調(diào)和非相干解調(diào)。 （1 1）相干解調(diào)）相干解調(diào) 用一個低通濾波器，就無失真的恢復(fù)出原用一個低通濾波器，就無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號：始的調(diào)制信號： LPF圖3-4 相干解調(diào)原理框圖xtccos)(tsAM)(tmottmAtmAttmAttscccAM2)(21)(21)()(0020coscoscos)(21)(0tmAtmo常規(guī)雙邊帶調(diào)幅常規(guī)雙邊帶調(diào)幅解調(diào)解調(diào)第13

6、頁/共137頁通信原理（2 2）非相干解調(diào)）非相干解調(diào)-包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法 第14頁/共137頁通信原理0max( )Am t第15頁/共137頁通信原理常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM特點(diǎn)： 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅信號中的載波不攜帶任何信息，而且占據(jù)了信號一半以上的功率，非常浪費(fèi)，其調(diào)制效率也很低。 帶寬為 為了提高效率，將功率充分地應(yīng)用到有用的邊帶去，可把載波抑制掉，即可得到抑制載波的雙邊帶調(diào)幅HmAMfBB22第16頁/共137頁通信原理4.1 幅度調(diào)制2341第17頁/共137頁通信原理 調(diào)制原理tccos)(tm)(tsDSB圖3-7 DSB調(diào)制器模型抑制載波的雙邊帶調(diào)幅抑制載波的雙邊帶調(diào)幅調(diào)制調(diào)制 c

7、osDSBcstm tt 12DSBccSMM第18頁/共137頁通信原理乘法器輸出為： 經(jīng)低通濾波器濾除高次項(xiàng)，得: 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅抑制載波的雙邊帶調(diào)幅解調(diào)解調(diào) 211( ) cos( )cos( )( )cos222dDSBcccst sttm ttm tm tt)(21)(tmtmo解調(diào)原理解調(diào)原理: :相干解調(diào)相干解調(diào)第19頁/共137頁通信原理第20頁/共137頁通信原理抑制載波的雙邊帶調(diào)制 特點(diǎn)：（1）抑制載波的雙邊帶調(diào)幅節(jié)省了載波功率。（2）頻帶寬度仍為調(diào)制信號的兩倍，與常規(guī)雙邊帶調(diào)幅時(shí)相同。（3）上、下兩個邊帶是完全對稱的，用一個邊帶就可以傳輸全部信息 22DSBmHBB

8、f第21頁/共137頁通信原理4.1 幅度調(diào)制2341第22頁/共137頁通信原理 為了取出雙邊帶調(diào)制信號的一個邊帶。最直接的方法是用濾波器取出一個邊帶 ( )m ttccos( )( )cosDSBcStm tt)(DSBSccHSSB()(下SSBH)(DSBScc)(上SSBH)(DSBScc第23頁/共137頁通信原理希爾波特（Hilbert）變換)()(.tftfTH dtftfHtfdtftfHtf)(1)()()(1)()(11( )( )*1( )( )*()f tf ttf tf tt第24頁/共137頁通信原理希爾波特濾波器)(tf)(tf)(F)(F)(tf)(tf)(F

9、)(Ftthh 1)( t 1t 1 ( )( )hFFH1( )( )*f tf tt希爾波特（希爾波特（Hilbert）變換）變換希爾波特（希爾波特（Hilbert）反變換）反變換第25頁/共137頁通信原理希爾波特濾波器沖激響應(yīng)及傳遞函數(shù)tthh 1)( )sgn()( jHh F.T.)sgn()()( jFF 希爾伯特濾波器實(shí)際上是一個寬帶移相網(wǎng)絡(luò)，表示把輸入信號的所有頻率分量移相90度，幅度不變。90ejj)sgn(其中0 10 1)sgn(1( )( )*f tf tt第26頁/共137頁通信原理上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶 11cossin22USBccstm ttm tt 11c

10、ossin22LSBccstm ttm tt第27頁/共137頁通信原理 單邊帶信號包絡(luò)不能反映調(diào)制信號的波形，解調(diào)不能采用簡單的包絡(luò)檢波 單邊帶信號采用相干解調(diào) 11cossin22SSBccstm ttm ttm coscc tt同相載波同相載波 cos111cos2sin2222pSSBcccststm tm ttm ttm解調(diào)后的基帶信號解調(diào)后的基帶信號LPF圖3-13 SSB信號的相干解調(diào)xtccos)(tsSSB)(tmo)(tsp第28頁/共137頁通信原理4.1 幅度調(diào)制2341第29頁/共137頁通信原理 殘留邊帶調(diào)制是介于單邊帶調(diào)制與抑制載波雙邊帶調(diào)制之間的一種調(diào)制方式 克

11、服了雙邊帶調(diào)制信號占用頻帶寬的缺點(diǎn) 解決了單邊帶信號實(shí)現(xiàn)上的難題。 產(chǎn)生殘留邊帶信號的關(guān)鍵是形成濾波器，可將理想高通濾波器或理想低通濾波器特性按照殘余對稱原理進(jìn)行修改，即進(jìn)行滾降 上邊帶傳遞函數(shù)上邊帶傳遞函數(shù)下邊帶傳遞函數(shù)下邊帶傳遞函數(shù)第30頁/共137頁通信原理 結(jié)論： 只要?dú)埩暨厧V波器的截止待性在載頻處有互補(bǔ)對稱特性，采用同步解調(diào)法解調(diào)殘留邊帶信號就能夠準(zhǔn)確地恢復(fù)所需的基帶信號 上邊帶傳遞函數(shù)上邊帶傳遞函數(shù)下邊帶傳遞函數(shù)下邊帶傳遞函數(shù)第31頁/共137頁通信原理殘留邊帶調(diào)制 適用于低頻成分豐富的原始信息信號c二者疊加，恢復(fù)原頻譜二者疊加，恢復(fù)原頻譜第32頁/共137頁通信原理殘留邊帶調(diào)制

12、殘留邊帶調(diào)制第33頁/共137頁通信原理小結(jié)：各種線性調(diào)制方法的比較第34頁/共137頁通信原理第35頁/共137頁通信原理主要內(nèi)容 4.1 4.1 幅度調(diào)制的原理幅度調(diào)制的原理4.2 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 4.3 非線性調(diào)制的原理非線性調(diào)制的原理4.4 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能4.5 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較第36頁/共137頁通信原理 通信系統(tǒng)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 常規(guī)調(diào)幅包絡(luò)檢波的抗噪聲性能 第37頁/共137頁通信原理通信系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型信道信道)(tsm已調(diào)信號)(tn噪聲)()

13、(tntsm帶通濾波器帶通濾波器(BPF)()(tntsim解調(diào)器解調(diào)器)()(tntmo恢復(fù)的原始基帶信號iiOONSNSG輸入信噪比輸出信噪比定義信噪比增益第38頁/共137頁通信原理 通信系統(tǒng)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 常規(guī)調(diào)幅包絡(luò)檢波的抗噪聲性能 第39頁/共137頁通信原理線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 VSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 第40頁/共137頁通信原理DSB相干解調(diào)的信噪比增益+)(tsDSB)(tn噪聲帶通濾波器帶通濾波器(BPF)()(tntsiDSBtccos載波低通濾波器低通濾波器(LPF)()(tntmoo從

14、圖中可以看出)(2tmSoo輸出信號功率)(2tnNoo輸出噪聲功率)(2tsSDSBi輸入信號功率)(2tnNii輸入噪聲功率解調(diào)器解調(diào)器信道信道第41頁/共137頁通信原理1.解調(diào)器輸入信號平均功率解調(diào)器輸入信號平均功率 22cosiDSBcSstm tt 2cos1 21)(2ttmcttmtmc2cos)(21)(2122是獨(dú)立的與載波因?yàn)樾畔tmccos)(00)(2cos)(2cos)(222tmttmttmcc)(212tmSi輸入信號功率DSB相干解調(diào)的抗噪聲性能相干解調(diào)的抗噪聲性能第42頁/共137頁通信原理2.解調(diào)器輸入噪聲平均功率解調(diào)器輸入噪聲平均功率 DSB相干解調(diào)的

15、抗噪聲性能相干解調(diào)的抗噪聲性能0,n因?yàn)樾诺乐械脑肼暱煽醋靼自肼?設(shè)其單邊功率譜密度為是帶通濾波器的帶寬其中輸入噪聲功率BBnNi,0解調(diào)器輸入端信噪比解調(diào)器輸入端信噪比 202iimtSNn B第43頁/共137頁通信原理3.3. 輸出信號的功輸出信號的功率率解調(diào)器輸入信號解調(diào)器輸入信號 cosDSBcstm tt相干載波相干載波tccos相乘相乘 211coscos222DSBccetm ttm tm tt經(jīng)過低通濾波輸出經(jīng)過低通濾波輸出 012mtm t解調(diào)器輸出端有用信號功率解調(diào)器輸出端有用信號功率 220014Smtmt2( )ooSm tDSB相干解調(diào)的抗噪聲性能相干解調(diào)的抗噪聲性

16、能第44頁/共137頁通信原理)()4(2tnNoo輸出噪聲功率2.5根據(jù)節(jié)，白噪聲通過濾波器后為窄帶噪聲，可表示為ttnttntncsccisin)(cos)()(即的結(jié)果乘以載波后再經(jīng)過低通是而)()(tntniotttnttnttnccscccicossin)(cos)(cos)(ttnttntncsccc2sin)(212cos)(21)(21均屬于低頻噪聲和)()(tntnsc在低頻區(qū)在高頻區(qū))(21)(tntnco)(41)(22tntncoDSB相干解調(diào)的抗噪聲性能相干解調(diào)的抗噪聲性能第45頁/共137頁通信原理2.52.5-17再根據(jù)節(jié)的公式結(jié)論222sc的功率是相等的、其物理

17、意義是)()()(:tntntnsciBntntntnico022241)(41)(41)(2)(2141)(41)4() 1 (0202BntmBntmNSNSGiiooDSB得綜合DSB相干解調(diào)的抗噪聲性能相干解調(diào)的抗噪聲性能第46頁/共137頁通信原理線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 VSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 第47頁/共137頁通信原理線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能第48頁/共137頁通信原理SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能相干載波相干載波tccos相乘相乘解調(diào)器輸入信號解調(diào)器輸入信號 11cossin22SSBccstm ttm tt經(jīng)過低通濾波輸出經(jīng)過低通濾波

18、輸出 014mtm t解調(diào)器輸出信號功率解調(diào)器輸出信號功率 2200116Smtmt 200111444iiHNntNn BBf注 意 ： 214iSmt輸入信噪比輸入信噪比 2200144iimtmtSNn Bn B調(diào)制制度增益調(diào)制制度增益00/1/DSBiiSNGSN第49頁/共137頁通信原理SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 DSB解調(diào)器的調(diào)制制度增益是SSB的二倍。 但不能因此就說，雙邊帶系統(tǒng)的抗噪性能優(yōu)于單邊帶系統(tǒng)。 信號所需帶寬為SSB的二倍，因而在輸入噪聲功率譜密度相同的情況下，DSB解調(diào)器的輸入噪聲功率將是SSB的二倍 HiDSBiiDSBiDSBiiDSBDSBoofnSBnSNSNSG

19、NS0022HiSSBiiSSBiSSBiiSSBSSBoofnSBnSNSNSGNS001第50頁/共137頁通信原理線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 VSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 第51頁/共137頁通信原理VSB調(diào)制系統(tǒng)的性能 VSB調(diào)制系統(tǒng)所采用的殘留邊帶濾波器的頻率特性形狀可能不同，難以確定抗噪性能的一般計(jì)算公式。 在殘留邊帶濾波器滾降范圍不大的情況下，可將VSB信號近似看成SSB信號 在這種情況下，VSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能與SSB系統(tǒng)相同 VSBSSBstst第52頁/共137頁通信原理 通信系統(tǒng)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 常規(guī)

20、調(diào)幅包絡(luò)檢波的抗噪聲性能 2222( )()( )AMm tAMGm tA標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅解調(diào)增益第53頁/共137頁通信原理常規(guī)調(diào)幅包絡(luò)檢波的抗噪聲性能解調(diào)器輸入信號解調(diào)器輸入信號 0cosAMcstAm tt解調(diào)器輸入噪聲解調(diào)器輸入噪聲 cossiniccscn tnttntt解調(diào)器輸入信號功率解調(diào)器輸入信號功率 2222001cos22iAMcASstAm ttmt解調(diào)器輸入噪聲功率解調(diào)器輸入噪聲功率 200iNntn B輸入信噪比輸入信噪比 22002iiAmtSNn B第54頁/共137頁通信原理常規(guī)調(diào)幅包絡(luò)檢波的抗噪聲性能 分析 大信噪比情況 小信噪比情況信號加噪聲的合成波形信號加噪聲的合

21、成波形 0cossincosAMiccsccstn tAm tn ttn ttE ttt 220csE tAm tntnt合成包絡(luò)合成包絡(luò)合成相位合成相位 0scnttarctgAs tnt第55頁/共137頁通信原理大信噪比情況 輸入信號幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度 220csAm tntnt 22200200002221ccsccE tAm tAm tntntntAm tAm tntntAm tAm t時(shí)1x1211/2xx 00000211cccntE tAm tAm tntAm tAm tntAm t信號功率信號功率 20Smt噪聲功率噪聲功率 2200ciNntntn B輸出信噪比輸出信噪比

22、2000mtSNn B 220csE tAm tntnt合成包絡(luò)合成包絡(luò)第56頁/共137頁通信原理大信噪比情況 輸入信號幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度 輸出信噪比輸出信噪比 2000mtSNn B調(diào)制制度增益調(diào)制制度增益 2002202/AMiimtSNGSNAmt 220csE tAm tntnt合成包絡(luò)合成包絡(luò)輸入信噪比輸入信噪比 22002iiAmtSNn B0max( )1AMAm tG第57頁/共137頁通信原理常規(guī)調(diào)幅包絡(luò)檢波的抗噪聲性能 分析 大信噪比情況 小信噪比情況第58頁/共137頁通信原理小信噪比情況 噪聲幅度遠(yuǎn)大于輸入信號幅度 220csntntAm t 222002200222

23、2022212cos1ccsccsccscsE tAm tAm tntntntAm tntntntAm tntntntntntAm ttR tR t 22( )( )csR tn tn t scnttarctgnt 0cosE tR tAm tt 220csE tAm tntnt合成包絡(luò)合成包絡(luò)第59頁/共137頁通信原理分析結(jié)論 小信噪比時(shí)調(diào)制信號無法與噪聲分開，包絡(luò)中不存在單獨(dú)的信號項(xiàng)m(t)，只有m(t)cos(t)。cos(t)是一個隨機(jī)噪聲，m(t)cos(t)也只能看作是噪聲。輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降，而是急劇惡化。這種現(xiàn)象稱為門限效應(yīng)。 開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪

24、比稱為門限值。 同步解調(diào)器不存在門限效應(yīng)。 結(jié)論： 大信噪比情況下，AM信號包絡(luò)檢波器的性能幾乎與同步檢測器相同； 隨著信噪比的減小，包絡(luò)檢波器將在一個特定輸入信噪比值上出現(xiàn)門限效應(yīng)。一旦出現(xiàn)了門限效應(yīng)，解調(diào)器的輸出信噪比將急劇變壞。 第60頁/共137頁通信原理主要內(nèi)容 4.1 4.1 幅度調(diào)制的原理幅度調(diào)制的原理4.2 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 4.3 非線性調(diào)制的原理非線性調(diào)制的原理4.4 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能4.5 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較第61頁/共137頁通信原理4.3 非線性調(diào)制技術(shù) 非線性調(diào)制信號的頻譜與基

25、帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)不呈線性關(guān)系，它們之間是非線性變換過程，變換要產(chǎn)生一些新的頻率成分。 非線性調(diào)制是通過基帶信號控制載波的頻率或相位來完成的，所以載波的振幅保持不變。而載波的頻率或相位則隨基帶信號變化。因頻率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，所以這種調(diào)制又稱角度調(diào)制。 角度調(diào)制可分為相位調(diào)制和頻率調(diào)制第62頁/共137頁通信原理4.3 非線性調(diào)制技術(shù)123第63頁/共137頁通信原理 角度調(diào)制的一般表達(dá)式 相位調(diào)制 頻率調(diào)制第64頁/共137頁通信原理角度調(diào)制的一般表達(dá)式 0coscoscc tAtAt ( )/tdtdt ( ) td 信號瞬時(shí)頻率信號瞬時(shí)頻率信號瞬時(shí)相位信號瞬時(shí)相位第6

26、5頁/共137頁通信原理角度調(diào)制的一般表達(dá)式 coscosmcStAttAt角調(diào)制：設(shè)角調(diào)制：設(shè)00 /cdttdt /dtdt ctt t瞬時(shí)頻率偏移瞬時(shí)頻率偏移瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位瞬時(shí)頻率瞬時(shí)頻率第66頁/共137頁通信原理 角度調(diào)制的一般表達(dá)式 相位調(diào)制 頻率調(diào)制第67頁/共137頁通信原理相位調(diào)制 相位調(diào)制是瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號m(t)線性變化的調(diào)制方式( )( )Ptk m t瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位0( )( )cPttk m t初相初相相移常數(shù)相移常數(shù)00 cosPMcPstAtk m t第68頁/共137頁通信原理 角度調(diào)制的一般表達(dá)式 相

27、位調(diào)制 頻率調(diào)制第69頁/共137頁通信原理頻率調(diào)制 頻率調(diào)制是瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號m(t)線性變化的調(diào)制方式 瞬時(shí)角頻率偏移瞬時(shí)角頻率偏移 fk m t瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)角頻率 cfk m t頻偏常數(shù)頻偏常數(shù)( )cfdk m tdt ttcfcftk mdtkmd costFMcfstAtkmd第70頁/共137頁通信原理頻率調(diào)制實(shí)現(xiàn)框圖 costFMcfstAtkmd直接調(diào)相直接調(diào)相間接調(diào)相間接調(diào)相直接調(diào)頻直接調(diào)頻間接調(diào)頻間接調(diào)頻 cosPMcPstAtk m t調(diào)相波：調(diào)相波：調(diào)頻波調(diào)頻波第71頁/共137頁通信原理頻率調(diào)制實(shí)現(xiàn)框圖 實(shí)際相位調(diào)制器的調(diào)節(jié)范圍不可能超出(-,) 直接調(diào)相和

28、間接調(diào)頻適用于相位偏移和頻率偏移不大的窄帶調(diào)制情形 直接調(diào)頻和間接調(diào)相適用于寬帶調(diào)制情形 調(diào)頻與調(diào)相并無本質(zhì)區(qū)別，兩者之間可以互換。 第72頁/共137頁通信原理調(diào)頻與調(diào)相的比較（1）頻率與相位的變化方式第73頁/共137頁通信原理第74頁/共137頁通信原理4.3 非線性調(diào)制技術(shù)123第75頁/共137頁通信原理 根據(jù)調(diào)制后載波瞬時(shí)相位偏移的大小，可將頻率調(diào)制分為寬帶調(diào)頻（WBFM）與窄帶調(diào)頻（NBFM）。 調(diào)頻所引起的最大瞬時(shí)相位偏移遠(yuǎn)小于30時(shí)，稱為窄帶調(diào)頻，否則，稱為寬帶調(diào)頻。 窄帶調(diào)頻（NBFM） 寬帶調(diào)頻（WBFM） max6tfkmd第76頁/共137頁通信原理窄帶調(diào)頻（NBFM

29、）1A coscoscossinsintFMcfttcfcfsttkmdtkmdtkmd調(diào)頻信號表達(dá)式調(diào)頻信號表達(dá)式 max6tfkmd窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻 cos1tfkmd sinttffkmdkmd cossintFMcfcsttkmdt 2fccNBFMcccckMMS 頻域表達(dá)式頻域表達(dá)式第77頁/共137頁通信原理窄帶調(diào)頻（NBFM） 12AMccccSMM 2fccNBFMcccckMMS 與與AMAM信號頻譜比較信號頻譜比較帶寬相同帶寬相同mSAMNBFMfBBB22分析差別分析差別第78頁/共137頁通信原理單頻調(diào)制時(shí)NBFM與AM的差別 單頻調(diào)制信號單頻調(diào)制信號 cosmmm

30、tAt載波信號載波信號 coscc ttNBFMNBFM信號信號 cossin1cossinsincoscoscos2tNBFMcfccmfmcmfmccmcmmsttkmdttA kttk AtttAMAM信號信號 1coscoscoscoscos2AMmmcmccmcmstAttAttt第79頁/共137頁通信原理單頻調(diào)制時(shí)NBFM與AM的差別 NBFM與AM的時(shí)間表示式和頻譜式非常相似 都是線性調(diào)制 差別 單頻調(diào)幅頻譜中各分量的幅度都是正值，頻譜中的邊帶分量幅度為Am/2，當(dāng)Am為l時(shí)，邊帶的最大幅度為1/2，是載波幅度的一半。 窄帶調(diào)頻時(shí)，頻譜中的下邊帶分量幅度為負(fù)值，其邊帶分量的幅度

31、比載波分量幅度小很多。 頻譜圖 coscoscos2fmNBFMccmcmmk Astttt coscoscos2mAMccmcmAstttt第80頁/共137頁通信原理頻譜圖頻頻譜譜圖圖第81頁/共137頁通信原理 窄帶調(diào)頻（NBFM） 寬帶調(diào)頻（WBFM） 第82頁/共137頁通信原理寬帶調(diào)頻（WBFM） 單頻調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號的頻域表達(dá) 單頻調(diào)制時(shí)的頻帶寬度 任意限帶信號調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號的帶寬 max( )6tfkmd寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻第83頁/共137頁通信原理單頻調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號的頻域表達(dá)單頻調(diào)制信號單頻調(diào)制信號 cosmmm tAt單音調(diào)頻信號單音調(diào)頻信號 coscoscosco

32、ssincossintFMcftfmcfmmcmmcfmstAtkmdk AAtk AdAttAtmt 調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù) maxmaxfmfmmmk Afmf cossincoscossinsinsinsinFMcfmcfmcfmstAtmttmtAtmt展開展開第84頁/共137頁通信原理單頻調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號的頻域表達(dá)sinsinfmmtcossinfmmt展開為以貝塞爾函數(shù)為系數(shù)的三角級數(shù)展開為以貝塞爾函數(shù)為系數(shù)的三角級數(shù) 022111cos2cos2sin2sin 21FMcfnfmcnfmnnstt J mJmnttJmnt以貝塞爾函數(shù)特性化簡以貝塞爾函數(shù)特性化簡 cosFMnfcm

33、nstJmnt FMnfcmcmnstJ mnn 頻譜特性頻譜特性含有無窮多個頻譜分量含有無窮多個頻譜分量 coscossinsinsinsinFMcfmcfmsttmtAtmt第85頁/共137頁通信原理調(diào)頻波的頻譜調(diào)頻波的頻譜 ( )FMSA第86頁/共137頁通信原理寬帶調(diào)頻（WBFM） 單頻調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號的頻域表達(dá) 單頻調(diào)制時(shí)的頻帶寬度 任意限帶信號調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號的帶寬 第87頁/共137頁通信原理單頻調(diào)制時(shí)的頻帶寬度 調(diào)頻信號的頻譜包含無窮多個頻率分量，理論帶寬為無限寬。 實(shí)際上各次邊頻幅度隨著n的增大而減小，因此只要取適當(dāng)?shù)膎值，使邊頻分量小到可以忽略的程度，調(diào)頻信號可以近

34、似認(rèn)為具有有限頻譜 帶寬公式帶寬公式max212FMfmmBmfff調(diào)制信號頻率調(diào)制信號頻率2mmf最大頻偏最大頻偏2maxmaxf第88頁/共137頁通信原理卡森公式 邊頻分量只取到(mf+1)次，計(jì)算表明大于(mf+1)次的邊頻分量，其幅度小于未調(diào)載波幅度的15。 卡森公式是忽略了邊頻幅度小于未調(diào)載波幅度15的邊頻后得到的。 大于(mf+2)次的邊頻分量其幅度小于未調(diào)載波幅度10。 1fm mFMfB2NBFMNBFM的帶寬的帶寬1fm max2 fBFM大指數(shù)大指數(shù)WBFMWBFM的帶寬的帶寬第89頁/共137頁通信原理寬帶調(diào)頻（WBFM） 單頻調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號的頻域表達(dá) 單頻調(diào)制時(shí)的

35、頻帶寬度 任意限帶信號調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號的帶寬 第90頁/共137頁通信原理任意限帶信號調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻信號的帶寬 對于多音或其它任意信號調(diào)制的調(diào)頻波的頻譜分析極其復(fù)雜。 經(jīng)驗(yàn)表明，對卡森公式做適當(dāng)修改，即可得到任意限帶信號調(diào)制時(shí)調(diào)頻信號帶寬的估算公式21FMmBDf頻偏比頻偏比2D 22FMmBDfmaxmfDf第91頁/共137頁通信原理 調(diào)頻和調(diào)相是相對于調(diào)制信號而言的，從波形上看，調(diào)頻波和調(diào)相波非常相似，都是等幅的疏密相間的正弦波，如果預(yù)先不知道調(diào)制信號m(t) 的具體形式，則難以判斷已調(diào)信號是調(diào)相信號還是調(diào)頻信號。)(cos)(tmKtAtsPcPM)(cos)(dmKtAtstFcF

36、M調(diào)頻與調(diào)相的比較第92頁/共137頁通信原理4.3 非線性調(diào)制技術(shù)123第93頁/共137頁通信原理 調(diào)頻信號的產(chǎn)生 調(diào)頻信號的解調(diào) 第94頁/共137頁通信原理調(diào)頻信號的產(chǎn)生 產(chǎn)生調(diào)頻信號的方法通常有兩種：直接法和間接法 直接法 間接法第95頁/共137頁通信原理直接法 直接法利用調(diào)制信號直接控制振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號的規(guī)律線性變化。 振蕩頻率由外部電壓控制的振蕩器叫做壓控振蕩器（VCO），它產(chǎn)生的輸出頻率正比于所加的控制電壓 0cfk m t 壓控振蕩器中心頻率壓控振蕩器中心頻率第96頁/共137頁通信原理調(diào)頻信號的產(chǎn)生 直接法 間接法第97頁/共137頁通信原理間接法 間接調(diào)頻法

37、是先對調(diào)制信號積分，再對載波進(jìn)行相位調(diào)制，從而產(chǎn)生調(diào)頻信號只能獲得窄帶調(diào)頻信號。 為了獲得寬帶調(diào)頻信號，可利用倍頻器再把NBFM信號變換成WBFM信號。 間接調(diào)頻間接調(diào)頻第98頁/共137頁通信原理間接法NBFMNBFM信號信號 cossintNBFMcfcsttkmdt輸入信號輸入信號 cosics tAtt倍頻后輸出信號倍頻后輸出信號 222211cos1cos 2222oiccstkstaAttaAtt濾出上式的直流分量后，可得到新的調(diào)頻信號濾出上式的直流分量后，可得到新的調(diào)頻信號積分器積分器/2移相移相m(t)tAccos()NBFMst窄帶調(diào)頻信號的產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號的產(chǎn)生第99頁/共

38、137頁通信原理 調(diào)頻信號的產(chǎn)生 調(diào)頻信號的解調(diào) 第100頁/共137頁通信原理調(diào)頻信號的解調(diào) 非相干解調(diào) 相干解調(diào)第101頁/共137頁通信原理非相干解調(diào) sintdcfcfstAk m ttkmd 輸入調(diào)頻信號輸入調(diào)頻信號 costFMcfstAtkmd解調(diào)器輸出解調(diào)器輸出 ofmtk m t理想鑒頻特性理想鑒頻特性鑒頻器鑒頻器 odfmtk k m t第102頁/共137頁通信原理非相干解調(diào)微分器輸出微分器輸出包絡(luò)檢波器輸出包絡(luò)檢波器輸出 sintdcfcfsttk m ttkmd odfmtk k m t鑒頻器靈敏度鑒頻器靈敏度 上述方法又稱為包絡(luò)檢測（非相干解調(diào)）。 缺點(diǎn) 包絡(luò)檢波器

39、對于由信道噪聲和其它原因引起的幅度起伏也有反應(yīng)。因此，使用中常在微分器之前加一個限幅器和帶通濾波器。 第103頁/共137頁通信原理調(diào)頻信號的解調(diào) 非相干解調(diào) 相干解調(diào)第104頁/共137頁通信原理相干解調(diào)窄帶調(diào)頻信號窄帶調(diào)頻信號相干載波相干載波 cossintNBFMcfcstAtA kmdt sincc tt 低通濾波器濾除高頻分量低通濾波器濾除高頻分量乘法器輸出乘法器輸出 sin21 cos222tpcfcAAsttkmdt 2tfAkmd微分后輸出微分后輸出 02fAkmtm t第105頁/共137頁通信原理主要內(nèi)容 4.1 4.1 幅度調(diào)制的原理幅度調(diào)制的原理4.2 線性調(diào)制系統(tǒng)的抗

40、噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 4.3 非線性調(diào)制的原理非線性調(diào)制的原理4.4 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能4.5 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較第106頁/共137頁通信原理 輸入信噪比 輸出信噪比及調(diào)制制度增益 第107頁/共137頁通信原理輸入信噪比輸入調(diào)頻信號輸入調(diào)頻信號 costFMcfstAtkmd信號功率信號功率22iAS 噪聲功率噪聲功率FMiBnN0輸入信噪比輸入信噪比2200/22iiFMFMSAANn Bn B第108頁/共137頁通信原理 輸入信噪比 輸出信噪比及調(diào)制制度增益 分析分析大信噪比情況大信噪比情況小信噪比情況小信噪比情況第

41、109頁/共137頁通信原理大信噪比情況解調(diào)器輸出信噪比解調(diào)器輸出信噪比 2220230038fmA k mtSNn f第110頁/共137頁通信原理單頻調(diào)制情況分析 大信噪比寬帶調(diào)頻解調(diào)器的制度增益很高 2220230038fmA k mtSNn f調(diào)制信號調(diào)制信號 cosmm tt 212mt 調(diào)頻信號調(diào)頻信號 cossinFMcfmstAtmtffmmmkfmf解調(diào)器輸出信噪比解調(diào)器輸出信噪比220003/22fmSAmNn f制度增益制度增益200/3/2FMFMfiimSNBGmSNf寬帶調(diào)頻信號帶寬寬帶調(diào)頻信號帶寬212FMfmmBmfff 23313FMfffGmmm2200/2

42、2iiFMFMSAANn Bn B第111頁/共137頁通信原理第112頁/共137頁通信原理輸出信噪比及調(diào)制制度增益 分析 大信噪比情況 小信噪比情況第113頁/共137頁通信原理小信噪比情況與門限效應(yīng) 在相同輸入信噪比情況下，F(xiàn)M輸出信噪比優(yōu)于AM輸出信噪比； 當(dāng)輸入信噪比降到某一門限時(shí)，F(xiàn)M開始出現(xiàn)門限效應(yīng)；若繼續(xù)降低輸入信噪比，則FM解調(diào)器的輸出信噪比將急劇變壞，甚至比DSB的性能還要差 解調(diào)器性能曲線解調(diào)器性能曲線第114頁/共137頁通信原理主要內(nèi)容4.2 幅度調(diào)制幅度調(diào)制 4.3 非線性調(diào)制技術(shù)非線性調(diào)制技術(shù) 4.4 模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能4.5 各種模

43、擬調(diào)制系統(tǒng)的比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較 4.1 4.1 概概 述述第115頁/共137頁通信原理4.5 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較12第116頁/共137頁通信原理類別類別AMAMDSBDSBSSBSSBVSBVSBFMFM信號帶寬信號帶寬制度增益制度增益設(shè)備復(fù)設(shè)備復(fù)雜度雜度00/SNmf2mf2mf 2mmff2(1)fmmf)(2mff 2/32/32 21 1近似近似SSBSSB33fm近似近似SSBSSB03imSn f0imSn f0imSn f2032ifmSmn f簡單簡單中等中等復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜中等中等主要應(yīng)用主要應(yīng)用中短波無線電廣播中短波無線電廣播 較少應(yīng)用較少應(yīng)用 短波無線電廣

44、播，語音短波無線電廣播，語音頻分多路頻分多路 商用電視廣播商用電視廣播 超短波小功率電臺超短波小功率電臺微波中微波中繼、調(diào)頻立體聲廣播繼、調(diào)頻立體聲廣播第117頁/共137頁通信原理 門限電平以下，曲線將迅速跌落； 在門限值以上，DSB、SSB的信噪比比AM優(yōu)越4.7dB以上，而FM的信噪比比AM優(yōu)越22dB。 當(dāng)輸入信噪比較高時(shí)，采用FM方式可以得到更大好處。 7060504030201001020304050AMDSBSSBFM mf3FM mf6 / dBSin0 fm/ dBSoNo第118頁/共137頁通信原理4.5 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較12第119頁/共137頁通信原理 AM調(diào)制

45、的優(yōu)點(diǎn)是接收設(shè)備簡單；缺點(diǎn)是是功率利用率低，抗干擾能力差，通信質(zhì)量要求不高的場合，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)對點(diǎn)的專用通信 SSB調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是功率利用率和頻帶利同率都比較高，抗干擾能力和抗選擇性衰落能力均優(yōu)于AM，但帶寬只有AM的一半；缺點(diǎn)是發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜。鑒于這些特點(diǎn)，SSB制式普遍用在頻帶比較擁擠的場合，如短波波段的無線電廣播和頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中。 第120頁/共137頁通信原理 VSB的性能與SSB相當(dāng)。 (VSB+C)方式綜合了AM、SSB和DSB三者的優(yōu)點(diǎn)。VSB對商用電視廣播系統(tǒng)特別具有吸引力。 FM波的幅度恒定不變，這使它對非線性器件不甚敏感，給FM帶來了抗快衰落能力。寬帶FM的缺點(diǎn)是頻帶利用率低，存在門限效應(yīng)，窄帶FM采用相干解調(diào)時(shí)不存在門限效應(yīng)。 第121頁/共137頁通信原理第122頁/共137頁通信原理第12