第二章_模擬調(diào)制系統(tǒng)

1、第二章第二章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)2.1 調(diào)制的功能及分類調(diào)制的功能及分類2.2 幅度調(diào)制的原理幅度調(diào)制的原理2.3 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2.4 角度調(diào)制的原理角度調(diào)制的原理2.5 非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2.6 各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較2.1 調(diào)制的功能及分類調(diào)制的功能及分類 調(diào)制調(diào)制是指按原始電信號(hào)的變化規(guī)律去改變載波某些參量是指按原始電信號(hào)的變化規(guī)律去改變載波某些參量的過程。調(diào)制在通信過程中具有十分重要的作用，不僅能將的過程。調(diào)制在通信過程中具有十分重要的作用，不僅能將調(diào)制信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移頻譜搬移到所

2、希望的位置上，轉(zhuǎn)換為適合信道傳到所希望的位置上，轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)；而且對(duì)于系統(tǒng)傳輸?shù)妮數(shù)囊颜{(diào)信號(hào)；而且對(duì)于系統(tǒng)傳輸?shù)挠行杂行院秃涂煽啃钥煽啃杂兄苡兄艽蟮挠绊?。大的影響?調(diào)制方式往往決定了通信系統(tǒng)的性能，通?？煞譃檎{(diào)制方式往往決定了通信系統(tǒng)的性能，通?？煞譃槟M模擬調(diào)制調(diào)制和和數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制。 ）角度調(diào)制（調(diào)頻、調(diào)相角度調(diào)制（調(diào)頻、調(diào)相幅度調(diào)制幅度調(diào)制）角度調(diào)制（調(diào)頻、調(diào)相角度調(diào)制（調(diào)頻、調(diào)相幅度調(diào)制幅度調(diào)制數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制模擬調(diào)制模擬調(diào)制調(diào)制調(diào)制2.2 幅度調(diào)制的原理幅度調(diào)制的原理 幅度調(diào)制幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，使其按是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅

3、，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化的過程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化的過程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖 2-1所示。所示。圖圖2-1 幅度調(diào)制的一般模型幅度調(diào)制的一般模型 則該模型輸出已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域表示式分別為：則該模型輸出已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域表示式分別為：時(shí)域)(cos)()(thttmtscm頻域)()()(21)(HMMSccmh(t)基帶信號(hào)基帶信號(hào)m(t)sm(t)Cosct 此為高頻載波此為高頻載波 由以上表示式可見，對(duì)于幅度調(diào)制信號(hào)，在波形上，它的由以上表示式可見，對(duì)于幅度調(diào)制信號(hào)，在波形上，它的幅度隨基帶信號(hào)的規(guī)律而變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全幅度隨基帶信號(hào)

4、的規(guī)律而變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的簡單搬移。由于這種搬移是線是基帶信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的簡單搬移。由于這種搬移是線性的，因此幅度調(diào)制通常又稱為性的，因此幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制線性調(diào)制。 圖圖2-1之所以稱為幅度調(diào)制的一般模型，是因?yàn)樵谠撃Ｐ椭苑Q為幅度調(diào)制的一般模型，是因?yàn)樵谠撃Ｐ椭?，適當(dāng)選擇濾波器的頻率特性中，適當(dāng)選擇濾波器的頻率特性H()，便可以得到各種幅度調(diào)，便可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。例如：制信號(hào)。例如：常規(guī)雙邊帶調(diào)制信號(hào)常規(guī)雙邊帶調(diào)制信號(hào)、抑制載波的雙邊帶調(diào)制抑制載波的雙邊帶調(diào)制信號(hào)信號(hào)、單邊帶調(diào)制信號(hào)單邊帶調(diào)制信號(hào)以及以及殘留邊帶調(diào)制信號(hào)殘留

5、邊帶調(diào)制信號(hào)。 )(cos)()(mthttmtsc )()()(21)(m HMMScc 2.2.1 常規(guī)雙邊帶調(diào)制（常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AM） 圖圖2-2 常規(guī)雙邊帶調(diào)制模型常規(guī)雙邊帶調(diào)制模型 如圖如圖2-2所示，調(diào)制信號(hào)所示，調(diào)制信號(hào)m(t)先疊加直流分量先疊加直流分量A0以后，再與以后，再與載波相乘，則輸出信號(hào)就是載波相乘，則輸出信號(hào)就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制信號(hào)常規(guī)雙邊帶調(diào)制信號(hào)，其時(shí)域和頻，其時(shí)域和頻域表示式分別為：域表示式分別為：m(t)sAM(t)A0+cosctttmtAttmAtsccc cos)(coscos)()(00AM )()()(0AMccAS )()(21ccMM 圖圖2-

6、3 AM信號(hào)的波形和頻譜信號(hào)的波形和頻譜m(t)OtA0 m(t)OtOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0HHccA0SAM()0210 由圖由圖2-3的時(shí)間波形可知，當(dāng)滿足條件：的時(shí)間波形可知，當(dāng)滿足條件：|m(t)|max A0 時(shí)，時(shí)，AM信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)成正比，所以用信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)成正比，所以用包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波就可以很就可以很容易的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)；容易的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)；否則否則，將會(huì)出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而，將會(huì)出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡(luò)失真，這時(shí)不能用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，為保證無失真產(chǎn)生包絡(luò)失真，這時(shí)不能用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，為保證無失真解調(diào)，可以采用解調(diào)，可以采用

7、相干解調(diào)相干解調(diào)。 由圖由圖2-3的頻譜圖可知，的頻譜圖可知，AM信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜SAM()由由載頻分量載頻分量和和上、下兩個(gè)邊帶上、下兩個(gè)邊帶組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號(hào)的頻組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。因此，譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。因此，AM信號(hào)是帶有信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬帶寬是基帶信號(hào)帶寬是基帶信號(hào)帶寬fH的兩倍，即的兩倍，即BAM = 2fH。 AM信號(hào)的信號(hào)的平均功率平均功率應(yīng)等于應(yīng)等于sAM(t)的均方值，即：的均方值，即： 通常假設(shè)調(diào)制信號(hào)沒有直流分量，即通常假設(shè)調(diào)制信號(hào)沒有直流分量

8、，即 。此外，。此外， 式中，式中，Pc為為載波功率載波功率，Ps為為邊帶功率邊帶功率。ttmAtsPc 2202AMAMcos)()( ttmAttmtAccc 2022220cos)(2cos)(cos 0)( tm）（ttcc 2cos121cos2 scPPtmAP 2)(2220AM小結(jié)：小結(jié)： AM信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分，只有信號(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)，也就是說，載波分量不攜帶信邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，也就是說，載波分量不攜帶信息。即使在息。即使在“滿調(diào)幅滿調(diào)幅”（|m(t)|max = A0，也稱，也稱100調(diào)制）條

9、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，帶占有的功率較小。因此，從功率上講，AM信號(hào)的功率利用信號(hào)的功率利用率比較低率比較低。)()(2202AMAMtmAtmPPPPPscss 調(diào)調(diào)制制效效率率：2.2.2 抑制載波的雙邊帶調(diào)制（抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB - SC） 圖圖2-4 抑制載波的雙邊帶調(diào)制模型抑制載波的雙邊帶調(diào)制模型 如圖如圖2-4所示，調(diào)制信號(hào)所示，調(diào)制信號(hào)m(t)直接與載波相乘，則輸出信號(hào)直接與載波相乘，則輸出信號(hào)就是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，即就是無載波分量的雙邊

10、帶調(diào)制信號(hào)，即抑制載波的雙邊帶調(diào)制抑制載波的雙邊帶調(diào)制信號(hào)信號(hào)，其時(shí)域和頻域表示式分別為：，其時(shí)域和頻域表示式分別為：m(t)sDSB(t)cosctttmtsc cos)()(DSB )()(21)(DSBccMMS 圖圖2-5 DSB信號(hào)的波形和頻譜信號(hào)的波形和頻譜cos0tOttOm(t)sDSB(t)OtOccM()OHHSDSB()Occ載波反相點(diǎn)2H 由圖由圖2-5的時(shí)間波形可知，的時(shí)間波形可知，DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，而需要采用信號(hào)，而需要采

11、用相干解調(diào)相干解調(diào)。另外，在調(diào)制信號(hào)。另外，在調(diào)制信號(hào)m(t)的過零點(diǎn)的過零點(diǎn)處，高頻載波的相位有處，高頻載波的相位有180 的突變。的突變。 由圖由圖2-5的頻譜圖可知，的頻譜圖可知，DSB信號(hào)雖然節(jié)省了載波功率，信號(hào)雖然節(jié)省了載波功率，功率利用率得到提高功率利用率得到提高，但它的，但它的頻帶寬度頻帶寬度仍是調(diào)制信號(hào)帶寬的兩仍是調(diào)制信號(hào)帶寬的兩倍，即倍，即BAM = 2fH，與，與AM信號(hào)帶寬相同。信號(hào)帶寬相同。scPtmttmtsP 2)(cos)()(2222DSBDSB 1DSBDSB PPs 2.2.3 單邊帶調(diào)制（單邊帶調(diào)制（SSB） 由于由于DSB信號(hào)包含上、下兩個(gè)邊帶，同時(shí)這兩

12、個(gè)邊帶包含信號(hào)包含上、下兩個(gè)邊帶，同時(shí)這兩個(gè)邊帶包含的信息相同，因而，從信息傳輸?shù)慕嵌瓤紤]，只傳輸其中一個(gè)的信息相同，因而，從信息傳輸?shù)慕嵌瓤紤]，只傳輸其中一個(gè)邊帶就夠了。這種只傳輸一個(gè)邊帶的通信方式稱為邊帶就夠了。這種只傳輸一個(gè)邊帶的通信方式稱為單邊帶通信單邊帶通信。相應(yīng)的，只產(chǎn)生一個(gè)邊帶的調(diào)制方式稱為相應(yīng)的，只產(chǎn)生一個(gè)邊帶的調(diào)制方式稱為單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制，SSB信信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有號(hào)的產(chǎn)生方法通常有濾波法濾波法和和相移法相移法。 1. 濾波法濾波法 產(chǎn)生單邊帶信號(hào)最直觀的方法是讓雙邊帶信號(hào)通過一個(gè)單產(chǎn)生單邊帶信號(hào)最直觀的方法是讓雙邊帶信號(hào)通過一個(gè)單邊帶濾波器，保留所需要的一個(gè)邊帶，濾除

13、不要的邊帶，這種邊帶濾波器，保留所需要的一個(gè)邊帶，濾除不要的邊帶，這種方法就稱為方法就稱為濾波法濾波法，它是，它是最簡單最簡單也是也是最常用最常用的方法。的方法。)()()(SSBDSBSSB HSS 圖圖2-6 濾波法產(chǎn)生濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)的模型信號(hào)的模型 如圖如圖2-6所示，圖中所示，圖中HSSB()為單邊帶濾波器，其具有兩種為單邊帶濾波器，其具有兩種形式，即形式，即上邊帶濾波器上邊帶濾波器和和下邊帶濾波器下邊帶濾波器。 單邊帶濾波器從理論上來說應(yīng)具有理想的低通或高通特性，單邊帶濾波器從理論上來說應(yīng)具有理想的低通或高通特性，但是理想的濾波特性是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，通常采用但是理想的濾波特

14、性是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，通常采用多級(jí)濾多級(jí)濾波波來保證濾波器的實(shí)現(xiàn)。來保證濾波器的實(shí)現(xiàn)。 ccccHH 01)(01)(LSBUSBHSSB()m(t)sSSB(t)cosct圖圖2-7 產(chǎn)生產(chǎn)生SSB信號(hào)的單邊帶濾波器信號(hào)的單邊帶濾波器-(a)高高通濾波器通濾波器 （b）低通濾波器）低通濾波器圖圖2-8 濾波法產(chǎn)生濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)的頻譜變換信號(hào)的頻譜變換M()HHSM()ccOO 上邊帶 下邊帶 下邊帶 上邊帶ccO上邊帶頻譜Occ下邊帶頻譜 2. 相移法相移法圖圖2-9 相移法產(chǎn)生相移法產(chǎn)生SSB信號(hào)的模型信號(hào)的模型 上式中，上式中， “”對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)上邊帶信號(hào)上邊帶信號(hào)；“”對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)下邊

15、帶信號(hào)下邊帶信號(hào)。2 )(H H)(21tm)(21tm)(SSBtsttmc cos)(21ttmc sin)(21tc costc sinttmttmtscc sin)(21cos)(21)(SSB 從理論上講，用相移法可以無失真的產(chǎn)生單邊帶信號(hào)，但從理論上講，用相移法可以無失真的產(chǎn)生單邊帶信號(hào)，但是具體實(shí)現(xiàn)起來非常困難。一方面要求是具體實(shí)現(xiàn)起來非常困難。一方面要求載波載波的的/2相移必須相移必須十分穩(wěn)定和準(zhǔn)確；另一方面要求對(duì)十分穩(wěn)定和準(zhǔn)確；另一方面要求對(duì)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)m(t)的所有頻率分的所有頻率分量都必須相移量都必須相移/2，這一點(diǎn)即使近似達(dá)到也很困難。為解決，這一點(diǎn)即使近似達(dá)到也很

16、困難。為解決這個(gè)難題，可以采用這個(gè)難題，可以采用混合法（也叫維弗法）混合法（也叫維弗法）。 總之，總之，SSB信號(hào)不但可以節(jié)省載波功率，而且它所占用的信號(hào)不但可以節(jié)省載波功率，而且它所占用的頻帶寬度只有頻帶寬度只有AM、DSB的一半，即的一半，即BSSB = fH。因此，它已經(jīng)。因此，它已經(jīng)成為短波通信中的一種重要調(diào)制方式。成為短波通信中的一種重要調(diào)制方式。 同時(shí)，同時(shí)，SSB信號(hào)的解調(diào)和信號(hào)的解調(diào)和DSB信號(hào)一樣不能采用簡單的包信號(hào)一樣不能采用簡單的包絡(luò)檢波，而需要采用絡(luò)檢波，而需要采用相干解調(diào)相干解調(diào)。4)(212DSBSSBtmPP 2.2.4 殘留邊帶調(diào)制（殘留邊帶調(diào)制（VSB） 圖圖

17、2-10 殘留邊帶調(diào)制模型殘留邊帶調(diào)制模型 殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制是介于是介于SSB與與DSB之間的一種調(diào)制方式，它之間的一種調(diào)制方式，它既克服了既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)現(xiàn)困難的問題。困難的問題。 殘留邊帶調(diào)制通常采用殘留邊帶調(diào)制通常采用濾波法濾波法來實(shí)現(xiàn)。如圖來實(shí)現(xiàn)。如圖2-10所示，圖所示，圖中中HVSB()為殘留邊帶濾波器。為殘留邊帶濾波器。 HVSB()m(t)sVSB(t)cosct)()()(VSBDSBVSB HSS 在在VSB中，不是完全抑制一個(gè)邊帶（如同中，不是完全抑制一個(gè)邊帶（如同SSB那樣），那樣），

18、而是而是逐漸切割逐漸切割，使其殘留一小部分，如圖，使其殘留一小部分，如圖2-11(d) 所示。所示。圖圖2-11 DSB、SSB和和VSB信號(hào)的頻譜比較信號(hào)的頻譜比較M()2B2BODSB()ccO(a)(b)SSB()OccccVSB()O(c)(d) VSB信號(hào)顯然也不能采用簡單的包絡(luò)檢波，而必須采用信號(hào)顯然也不能采用簡單的包絡(luò)檢波，而必須采用相相干解調(diào)干解調(diào)。 為使相干解調(diào)時(shí)無失真的得到調(diào)制信號(hào)，殘留邊帶濾波器為使相干解調(diào)時(shí)無失真的得到調(diào)制信號(hào)，殘留邊帶濾波器在在載頻分割處載頻分割處必須具有必須具有互補(bǔ)對(duì)稱性互補(bǔ)對(duì)稱性，即：，即： 因此，殘留邊帶濾波器通常具有兩種形式，即因此，殘留邊帶濾

19、波器通常具有兩種形式，即殘留上邊帶殘留上邊帶濾波器濾波器和和殘留下邊帶濾波器殘留下邊帶濾波器。圖圖2-12 殘留邊帶濾波器殘留邊帶濾波器HccHH 常常數(shù)數(shù)，)()(VSBVSB圖圖2-13 殘留邊帶濾波器的互補(bǔ)對(duì)稱性殘留邊帶濾波器的互補(bǔ)對(duì)稱性cOcHVSB()HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc(a)(b)(c)(d)2.2.5 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波（AM） 圖圖2-14 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 為使包絡(luò)檢波器工作在最佳狀態(tài)，為使包絡(luò)檢波器工作在最佳狀態(tài)，RC應(yīng)滿足：應(yīng)滿足： 這時(shí)，包絡(luò)檢波器的輸出與輸入信號(hào)的包絡(luò)十分相近，即：這時(shí)，包絡(luò)檢波器的輸出與輸入信號(hào)的包絡(luò)

20、十分相近，即： 檢波后的信號(hào)經(jīng)過低通濾波器，濾除直流和其它高頻分量，檢波后的信號(hào)經(jīng)過低通濾波器，濾除直流和其它高頻分量，即可得到即可得到m(t)。H1 RCc)()(0otmAtm DRC2.2.6 相干解調(diào)相干解調(diào)（AM、DSB、SSB、VSB） 圖圖2-15 相干解調(diào)相干解調(diào) 如圖如圖2-15所示，解調(diào)時(shí)所使用的載波與調(diào)制載波同頻同相，所示，解調(diào)時(shí)所使用的載波與調(diào)制載波同頻同相，稱之為稱之為相干載波相干載波，相應(yīng)的解調(diào)方式稱為，相應(yīng)的解調(diào)方式稱為相干解調(diào)相干解調(diào)。相干解調(diào)的。相干解調(diào)的過程過程是將已調(diào)信號(hào)乘以相干載波，然后用低通濾波器濾除高頻是將已調(diào)信號(hào)乘以相干載波，然后用低通濾波器濾除高

21、頻分量，即可無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)。分量，即可無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)。 相干解調(diào)的相干解調(diào)的關(guān)鍵關(guān)鍵是相干載波的產(chǎn)生，如果得不到保證，將是相干載波的產(chǎn)生，如果得不到保證，將會(huì)對(duì)原始調(diào)制信號(hào)的恢復(fù)產(chǎn)生不利影響。會(huì)對(duì)原始調(diào)制信號(hào)的恢復(fù)產(chǎn)生不利影響。LPFsm(t)mo(t)cosct 1. AM信號(hào)的相干解調(diào)信號(hào)的相干解調(diào) 2. DSB信號(hào)的相干解調(diào)信號(hào)的相干解調(diào)ttmAttscc 20AMcos)(cos)( 濾濾除除LPFtmttmAtmAc)(2cos)(21)(21o00 ttmttscc 2DSBcos)(cos)( 濾濾除除LPFtmttmtmc)(2cos)(21)(21

22、o 3. SSB信號(hào)的相干解調(diào)信號(hào)的相干解調(diào)tttmttmttscccc cossin)(21cos)(21cos)(SSB tttmttmccc cossin)(21cos)(212 濾濾除除濾濾除除LPFLPFtmttmttmtmcc)(2sin)(412cos)(41)(41o 4. VSB信號(hào)的相干解調(diào)信號(hào)的相干解調(diào) 經(jīng)過經(jīng)過LPF濾波后，可得濾波后，可得輸出頻譜輸出頻譜為：為： 常數(shù)常數(shù) )()(21cos)(VSBVSBVSBcccSStts F F)()()(21)(VSBVSB HMMScc )()()2(41)(21VSBVSBcccHMMS )()2()(41)(21VSB

23、VSBcccHMMS cos)(VSBttsc F F)()()(41)(VSBVSBoccHHMM )(4 MK 2.3 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 前面的分析都是在沒有干擾的條件下進(jìn)行的，而在實(shí)際前面的分析都是在沒有干擾的條件下進(jìn)行的，而在實(shí)際當(dāng)中，任何通信系統(tǒng)都避免不了干擾的影響，這里將加性干當(dāng)中，任何通信系統(tǒng)都避免不了干擾的影響，這里將加性干擾中的擾中的起伏干擾起伏干擾作為主要研究對(duì)象。作為主要研究對(duì)象。 起伏干擾根據(jù)其物理特性又可稱之為起伏干擾根據(jù)其物理特性又可稱之為高斯白噪聲高斯白噪聲?！案吒咚顾埂笔侵杆母怕拭芏群瘮?shù)是高斯分布；是指它的概率密度函數(shù)是高斯分布

24、；“白噪聲白噪聲”是指它是指它的功率譜密度為均勻分布。的功率譜密度為均勻分布。 本節(jié)將要討論的問題是信道中存在本節(jié)將要討論的問題是信道中存在加性高斯白噪聲加性高斯白噪聲時(shí)，時(shí)， 各種線性調(diào)制系統(tǒng)的各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能抗噪聲性能。由于加性噪聲只對(duì)已調(diào)信。由于加性噪聲只對(duì)已調(diào)信號(hào)的接收產(chǎn)生影響，因而調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能可以用號(hào)的接收產(chǎn)生影響，因而調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能可以用解調(diào)解調(diào)器的抗噪聲性能器的抗噪聲性能來衡量。來衡量。2.3.1 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 圖圖2-16 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 sm(t)：已調(diào)信號(hào)；：已調(diào)信號(hào)； n(t)

25、：高斯白噪聲；：高斯白噪聲； BPF：帶通濾波器（濾除已調(diào)信號(hào)頻帶以外的噪聲）；：帶通濾波器（濾除已調(diào)信號(hào)頻帶以外的噪聲）； ni(t)：高斯窄帶噪聲，：高斯窄帶噪聲， ； mo(t)：解調(diào)器輸出的有用基帶信號(hào)；：解調(diào)器輸出的有用基帶信號(hào)； no (t)：解調(diào)器輸出的噪聲。：解調(diào)器輸出的噪聲。 BPFsm(t)n(t)+解調(diào)器解調(diào)器sm(t)ni(t)mo(t)no(t)相加器表示信道；相加器表示信道；BPF的帶寬為的帶寬為B。ttnttntncc sin)(cos)()(sci 評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，最終是要看解調(diào)器的輸評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，最終是要看解調(diào)器的輸出信噪比。只要解調(diào)

26、器輸出端的出信噪比。只要解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)和噪聲能夠分開有用信號(hào)和噪聲能夠分開，輸出信噪比就能確定。影響輸出信噪比的因素是調(diào)制方式和輸出信噪比就能確定。影響輸出信噪比的因素是調(diào)制方式和解調(diào)方式。因此，解調(diào)方式。因此，輸出信噪比輸出信噪比可以用來衡量可以用來衡量相同調(diào)制方式相同調(diào)制方式解解調(diào)器的抗噪聲性能，其定義為：調(diào)器的抗噪聲性能，其定義為： 另外，還用另外，還用信噪比增益信噪比增益G來衡量來衡量不同調(diào)制方式不同調(diào)制方式解調(diào)器的抗解調(diào)器的抗噪聲性能，其定義為：噪聲性能，其定義為：)()(2i2miitntsNS 功功率率解解調(diào)調(diào)器器輸輸入入噪噪聲聲的的平平均均平平均均功功率率解解調(diào)調(diào)器器輸

27、輸入入已已調(diào)調(diào)信信號(hào)號(hào)的的iiooNSNSG )()(2o2oootntmNS 功率功率解調(diào)器輸出噪聲的平均解調(diào)器輸出噪聲的平均平均功率平均功率解調(diào)器輸出有用信號(hào)的解調(diào)器輸出有用信號(hào)的2.3.2 線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能 圖圖2-17 線性調(diào)制相干解調(diào)的模型線性調(diào)制相干解調(diào)的模型 如圖如圖2-17所示，在分析所示，在分析DSB、SSB和和VSB系統(tǒng)的抗噪聲性系統(tǒng)的抗噪聲性能時(shí)，圖能時(shí)，圖2-16分析模型中的解調(diào)器為分析模型中的解調(diào)器為相干解調(diào)器相干解調(diào)器。由于相干解。由于相干解調(diào)屬于調(diào)屬于線性解調(diào)線性解調(diào)，所以在解調(diào)過程中，已調(diào)信號(hào)，所以在解調(diào)過程中，已調(diào)信號(hào)s

28、m(t)和高斯窄和高斯窄帶噪聲帶噪聲ni(t)可以可以單獨(dú)進(jìn)行解調(diào)單獨(dú)進(jìn)行解調(diào)。BPFsm(t)n(t)+sm(t)ni(t)mo(t)no(t)LPFcosct相干解調(diào)器相干解調(diào)器 1. DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能調(diào)制系統(tǒng)的性能)(21cos)()(222DSBitmttmtsSc )(41)(21)(222ootmtmtmS ttnttntncc sin)(cos)()(sci BnNtntntntnNoi2i2c2c2oo4141)(41)(41)(21)( tttnttnttncccc cossin)(cos)(cos)(sci 2sin)(2cos)(21)(21sccttnttntncc

29、 2)(iiooDSBo2oo NSNSGBntmNS故：故：LPF濾除濾除高斯白噪聲的高斯白噪聲的功率譜密度功率譜密度 2. SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能調(diào)制系統(tǒng)的性能BnNNoio4141 14)(iiooSSBo2oo NSNSGBntmNS故故：22SSBisin)(21cos)(21)(ttmttmtsScc )(41 )()(81222tmtmtm )(161)(41)(222ootmtmtmS 3. 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)抗噪聲性能的分析方法與調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能的分析方法與DSB和和SSB相似。相似。 但是，由于采用的殘留邊帶濾波器的頻率特性形狀可能不同，但是

30、，由于采用的殘留邊帶濾波器的頻率特性形狀可能不同， 所以所以VSB調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能的計(jì)算是比較復(fù)雜的。但是當(dāng)殘調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能的計(jì)算是比較復(fù)雜的。但是當(dāng)殘留邊帶不是太大的時(shí)候，可以留邊帶不是太大的時(shí)候，可以近似認(rèn)為與近似認(rèn)為與SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能相同聲性能相同。小結(jié)：小結(jié)： 比較比較DSB調(diào)制系統(tǒng)和調(diào)制系統(tǒng)和SSB調(diào)制系統(tǒng)的信噪比增益可知，調(diào)制系統(tǒng)的信噪比增益可知，GDSB = 2GSSB，這是否能說明，這是否能說明DSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于SSB調(diào)制系統(tǒng)？答案是否定的。調(diào)制系統(tǒng)？答案是否定的。 這是因?yàn)樵谏鲜鲇懻撝?，雙邊帶已調(diào)信號(hào)的平均功率

31、是單這是因?yàn)樵谏鲜鲇懻撝?，雙邊帶已調(diào)信號(hào)的平均功率是單邊帶已調(diào)信號(hào)的邊帶已調(diào)信號(hào)的2倍，所以兩者的輸出信噪比是在倍，所以兩者的輸出信噪比是在不同的輸入不同的輸入信號(hào)功率信號(hào)功率情況下得到的。如果在相同輸入信號(hào)功率、相同輸入情況下得到的。如果在相同輸入信號(hào)功率、相同輸入噪聲功率譜密度和相同調(diào)制信號(hào)帶寬條件下，對(duì)這兩種調(diào)制方噪聲功率譜密度和相同調(diào)制信號(hào)帶寬條件下，對(duì)這兩種調(diào)制方式進(jìn)行比較，就可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。式進(jìn)行比較，就可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。 因此，因此，DSB調(diào)制系統(tǒng)和調(diào)制系統(tǒng)和SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能相同，調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能相同， 但雙邊帶信號(hào)所需的傳輸帶寬是

32、單邊帶信號(hào)的但雙邊帶信號(hào)所需的傳輸帶寬是單邊帶信號(hào)的2倍。倍。2.3.3 常規(guī)調(diào)幅包絡(luò)檢波的抗噪聲性能常規(guī)調(diào)幅包絡(luò)檢波的抗噪聲性能 圖圖2-18 AM包絡(luò)檢波的模型包絡(luò)檢波的模型 AM信號(hào)的解調(diào)既可采用信號(hào)的解調(diào)既可采用相干解調(diào)相干解調(diào)，也可采用，也可采用包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波。在實(shí)際應(yīng)用中，在實(shí)際應(yīng)用中，AM信號(hào)常用簡單的包絡(luò)檢波法解調(diào)。此時(shí)，信號(hào)常用簡單的包絡(luò)檢波法解調(diào)。此時(shí)，圖圖2-16分析模型中的解調(diào)器為包絡(luò)檢波器，分析模型中的解調(diào)器為包絡(luò)檢波器，包絡(luò)檢波器的輸出包絡(luò)檢波器的輸出信號(hào)正比于輸入信號(hào)的包絡(luò)變化信號(hào)正比于輸入信號(hào)的包絡(luò)變化。需要注意的是，。需要注意的是，包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器的輸入

33、信號(hào)是的輸入信號(hào)是sAM(t)加加ni(t)的合成包絡(luò)的合成包絡(luò)，即：，即：BPFsAM(t)n(t)+包包 絡(luò)絡(luò)檢波器檢波器sAM(t)ni(t)mo(t)no(t)ttnttntmAtntscc sin)(cos)()()()(sc0iAM )()()()(2s2c0tntntmAtA 1. 大信噪比情況（大信噪比情況（ ）)()(2)(2202iiooAMo2ootmAtmNSNSGBntmNS 故故：)(2121cos)()(220202AMitmAttmAtsSc )()(22ootmtmS )()()(2s2c0tntntmA )()()(2s2c0tntntmA )()()()(

34、)()(c02s2c0tntmAtntntmAtA BnNtntntnNoi2i2c2oo)()()( mo(t)no(t)包絡(luò)檢波器濾除包絡(luò)檢波器濾除）（或（或調(diào)制，即：調(diào)制，即：對(duì)于對(duì)于1)(%100AM0max Atm32222)()(22020202202AM AAAtmAtmG 2. 小信噪比情況（小信噪比情況（ ） 由以上分析可得如下結(jié)論：在由以上分析可得如下結(jié)論：在大信噪比情況大信噪比情況下，下，AM信號(hào)信號(hào)包絡(luò)檢波器的性能包絡(luò)檢波器的性能幾乎與相干解調(diào)器相同幾乎與相干解調(diào)器相同；但隨著；但隨著信噪比的減信噪比的減小小，包絡(luò)檢波器將在一個(gè)特定輸入信噪比值上出現(xiàn)門限效應(yīng)；，包絡(luò)檢波

35、器將在一個(gè)特定輸入信噪比值上出現(xiàn)門限效應(yīng)；一旦出現(xiàn)門限效應(yīng)，解調(diào)器的一旦出現(xiàn)門限效應(yīng)，解調(diào)器的輸出信噪比將急劇惡化輸出信噪比將急劇惡化。 有必要指出，用有必要指出，用相干解調(diào)相干解調(diào)的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號(hào)時(shí)的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號(hào)時(shí)不存在門限效應(yīng)不存在門限效應(yīng)。原因是信號(hào)和噪聲可以分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)。原因是信號(hào)和噪聲可以分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器的輸出端總是單獨(dú)存在有用信號(hào)項(xiàng)。器的輸出端總是單獨(dú)存在有用信號(hào)項(xiàng)。)()()(2s2c0tntntmA )()()(2s2c0tntntmA )()()()()()(2s2c2s2c0tntntntntmAtA 2.4 角度調(diào)制的原理角度調(diào)制的原理 幅

36、度調(diào)制幅度調(diào)制屬于屬于線性調(diào)制線性調(diào)制，它是通過改變，它是通過改變載波的幅度載波的幅度，以，以實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移。一個(gè)正弦載波有幅度、頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移。一個(gè)正弦載波有幅度、頻率和相位三個(gè)參量，因此，不僅可以把調(diào)制信號(hào)的信息寄托在和相位三個(gè)參量，因此，不僅可以把調(diào)制信號(hào)的信息寄托在載波的幅度變化中，還可以寄托在載波的頻率或相位變化中。載波的幅度變化中，還可以寄托在載波的頻率或相位變化中。這種使高頻這種使高頻載波的頻率或相位載波的頻率或相位按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化而振幅按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化而振幅保持恒定的調(diào)制方式，稱為保持恒定的調(diào)制方式，稱為頻率調(diào)制（頻率調(diào)制（FM）和和相位調(diào)制

37、相位調(diào)制（PM），簡稱為調(diào)頻和調(diào)相。因?yàn)轭l率或相位的變化都可，簡稱為調(diào)頻和調(diào)相。因?yàn)轭l率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故調(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為以看成是載波角度的變化，故調(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為角度調(diào)制角度調(diào)制。 角度調(diào)制角度調(diào)制與幅度調(diào)制不同，已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制與幅度調(diào)制不同，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，故又稱為譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制非線性調(diào)制。2.4.1 角度調(diào)制的基本概念角度調(diào)制的基本概念 1. 角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式角度調(diào)制信號(hào)的一般

38、表達(dá)式 其中，其中，ct + (t)為瞬時(shí)相位；為瞬時(shí)相位； (t)為為瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)相位偏移； dct + (t)/dt為瞬時(shí)頻率；為瞬時(shí)頻率； d(t)/dt為為瞬時(shí)頻率偏移瞬時(shí)頻率偏移。 由于頻率和相位之間存在微分和積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)由于頻率和相位之間存在微分和積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之間存在密切聯(lián)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻。鑒于調(diào)頻相之間存在密切聯(lián)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻。鑒于調(diào)頻在實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用較多，這里將主要討論頻率調(diào)制。在實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用較多，這里將主要討論頻率調(diào)制。)(cos)(mttAtsc 2. 相位調(diào)制相位調(diào)制 所謂所謂相位調(diào)制相位調(diào)制是指幅度和頻率保持不變，而瞬時(shí)

39、相位偏移是指幅度和頻率保持不變，而瞬時(shí)相位偏移(t)隨調(diào)制信號(hào)隨調(diào)制信號(hào)m(t)成線性變化，即：成線性變化，即： 則調(diào)相信號(hào)可表示為：則調(diào)相信號(hào)可表示為： 3. 頻率調(diào)制頻率調(diào)制 所謂所謂頻率調(diào)制頻率調(diào)制是指幅度和相位保持不變，而瞬時(shí)頻率偏移是指幅度和相位保持不變，而瞬時(shí)頻率偏移d(t)/dt隨調(diào)制信號(hào)隨調(diào)制信號(hào)m(t)成線性變化，即：成線性變化，即： 則調(diào)頻信號(hào)可表示為：則調(diào)頻信號(hào)可表示為：)()(PtmKt )(cos)(PPMtmKtAtsc tdmKttmKdttd )()()()(FF)(cos)(FFM tcdmKtAts 4. 相位調(diào)制和頻率調(diào)制的轉(zhuǎn)換相位調(diào)制和頻率調(diào)制的轉(zhuǎn)換 由

40、調(diào)相信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式可以看出，由調(diào)相信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式可以看出，PM和和FM非常非常相似相似，如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)，如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)m(t)的具體形式，則無法判斷的具體形式，則無法判斷已調(diào)信號(hào)是調(diào)相信號(hào)還是調(diào)頻信號(hào)。已調(diào)信號(hào)是調(diào)相信號(hào)還是調(diào)頻信號(hào)。 同時(shí)，由調(diào)相信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式還可以看出，如果同時(shí)，由調(diào)相信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式還可以看出，如果將調(diào)制信號(hào)先微分，而后進(jìn)行調(diào)頻，則可以得到調(diào)相信號(hào)，這將調(diào)制信號(hào)先微分，而后進(jìn)行調(diào)頻，則可以得到調(diào)相信號(hào)，這種調(diào)制方式叫做種調(diào)制方式叫做間接調(diào)相間接調(diào)相；同樣，如果將調(diào)制信號(hào)先積分，而；同樣，如果將調(diào)制信號(hào)先積分，而后進(jìn)行調(diào)相，則可

41、以得到調(diào)頻信號(hào)，這種調(diào)制方式叫做后進(jìn)行調(diào)相，則可以得到調(diào)頻信號(hào)，這種調(diào)制方式叫做間接調(diào)間接調(diào)頻頻。直接調(diào)相和間接調(diào)相如圖。直接調(diào)相和間接調(diào)相如圖2-19(a)所示，直接調(diào)頻和間接調(diào)所示，直接調(diào)頻和間接調(diào)頻如頻如2-19(b)所示。所示。 由于實(shí)際相位調(diào)制器的調(diào)制范圍不大，所以由于實(shí)際相位調(diào)制器的調(diào)制范圍不大，所以直接調(diào)相和間直接調(diào)相和間接調(diào)頻接調(diào)頻僅適用于相位偏移和頻率偏移不大的僅適用于相位偏移和頻率偏移不大的窄帶調(diào)制窄帶調(diào)制情況，而情況，而直接調(diào)頻和間接調(diào)相直接調(diào)頻和間接調(diào)相常用于常用于寬帶調(diào)制寬帶調(diào)制情況。情況。)(cos)(PPMtmKtAtsc 調(diào)調(diào)相相信信號(hào)號(hào)：m(t)FMsPM(t

42、)dtd)( m(t)PMsPM(t)m(t)PMsFM(t) dt)(m(t)FMsFM(t)(a)(b)圖圖2-19 直接和間接調(diào)相、調(diào)頻直接和間接調(diào)相、調(diào)頻)(cos)(FFM tcdmKtAts 調(diào)頻信號(hào)：調(diào)頻信號(hào)：2.4.2 窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻 前面已經(jīng)指出，頻率調(diào)制屬于前面已經(jīng)指出，頻率調(diào)制屬于非線性調(diào)制非線性調(diào)制，其頻譜結(jié)構(gòu)非，其頻譜結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，難以表述。常復(fù)雜，難以表述。 但是，當(dāng)?shù)?，?dāng)最大瞬時(shí)相位偏移最大瞬時(shí)相位偏移較小時(shí)，即一般認(rèn)為滿足：較小時(shí)，即一般認(rèn)為滿足： 調(diào)相信號(hào)表達(dá)式：調(diào)相信號(hào)表達(dá)式： 可以得可以得到簡化，因此可求出它的任意調(diào)制信號(hào)的頻域表達(dá)

43、式。這時(shí)，到簡化，因此可求出它的任意調(diào)制信號(hào)的頻域表達(dá)式。這時(shí)，信號(hào)占據(jù)帶寬較窄，稱之為信號(hào)占據(jù)帶寬較窄，稱之為窄帶調(diào)頻（窄帶調(diào)頻（NBFM）。 反之，稱之為反之，稱之為寬帶調(diào)頻（寬帶調(diào)頻（WBFM）。)(cos)(FFM tcdmKtAts 6)(maxF tdmK 1. 窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻 將將NBFM的頻譜和的頻譜和AM的頻譜進(jìn)行比較的頻譜進(jìn)行比較。1FFM)(cos)( AtcdmKtAts )(sinsin)(coscosFF tctcdmKtdmKt 6)(maxF tdmKtdmKttsctc sin)(cos)(FNBFM )()()(NBFMccS )()(2FccccMMK

44、)()()(0AMccAS )()(21ccMM 圖圖2-20 AM和和NBFM的頻譜的頻譜 如圖如圖2-20所示，所示，NBFM的頻譜和的頻譜和AM的頻譜很相似，但也的頻譜很相似，但也有重要區(qū)別。有重要區(qū)別。 相同相同的是，兩者在的是，兩者在c處處都有載波分量都有載波分量；而且在；而且在c兩側(cè)兩側(cè)都有兩個(gè)邊帶，所以它們的都有兩個(gè)邊帶，所以它們的帶寬相同帶寬相同，都是調(diào)制信號(hào)最高頻率，都是調(diào)制信號(hào)最高頻率的兩倍，即：的兩倍，即： 不同不同的是，的是，NBFM的兩個(gè)邊帶分別乘了因式的兩個(gè)邊帶分別乘了因式1/(+c)和和1/(c)，由于因式是頻率的函數(shù)，所以這種加權(quán)是，由于因式是頻率的函數(shù)，所以這

45、種加權(quán)是頻率加權(quán)頻率加權(quán)，加權(quán)的結(jié)果加權(quán)的結(jié)果引起調(diào)制信號(hào)的頻譜失真引起調(diào)制信號(hào)的頻譜失真；另外，有一邊帶和；另外，有一邊帶和AM的對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)邊帶反相邊帶反相。mmAMNBFM22fBBB 2. 寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻 當(dāng)不滿足窄帶條件時(shí)，調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式不能簡化，當(dāng)不滿足窄帶條件時(shí)，調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式不能簡化，因而給寬帶調(diào)頻的頻譜分析帶來了困難。為使問題簡化，這里因而給寬帶調(diào)頻的頻譜分析帶來了困難。為使問題簡化，這里先研究先研究單頻調(diào)制單頻調(diào)制的情況，然后把分析的結(jié)論推廣到多頻情況。的情況，然后把分析的結(jié)論推廣到多頻情況。 設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為：設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為：m(t) = Amcosmt 則

46、單頻調(diào)制調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：則單頻調(diào)制調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為： 調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù))(cos)(FFM tcdmKtAts coscosmmF tcdAKtA sincosmmmFtAKtAc mmFfmfsincos AKmtmtAc 其其中中： 上式中，上式中，Jn(mf)為第一類為第一類n階貝塞爾函數(shù)，它是調(diào)頻指數(shù)階貝塞爾函數(shù)，它是調(diào)頻指數(shù)mf的函數(shù)。圖的函數(shù)。圖2-21給出了給出了Jn(mf)隨隨mf變化的關(guān)系曲線。變化的關(guān)系曲線。 從從SFM()的表達(dá)式可以看出，的表達(dá)式可以看出，調(diào)頻信號(hào)的頻譜包含無窮多調(diào)頻信號(hào)的頻譜包含無窮多個(gè)頻率分量個(gè)頻率分量。圖。圖2-22給出了某單頻調(diào)制調(diào)

47、頻信號(hào)的頻譜。給出了某單頻調(diào)制調(diào)頻信號(hào)的頻譜。 由于調(diào)頻信號(hào)的頻譜包含無窮多個(gè)頻率分量，因此，由于調(diào)頻信號(hào)的頻譜包含無窮多個(gè)頻率分量，因此，理論理論上調(diào)頻信號(hào)的帶寬為無限寬上調(diào)頻信號(hào)的帶寬為無限寬。然而，如圖。然而，如圖2-21所示，邊頻幅度所示，邊頻幅度Jn(mf)隨著隨著n的增大而逐漸減小。因此，只要的增大而逐漸減小。因此，只要選取適當(dāng)?shù)倪x取適當(dāng)?shù)膎值值，使邊頻分量小到可以忽略的程度，使邊頻分量小到可以忽略的程度，調(diào)頻信號(hào)就可近似認(rèn)為具有調(diào)頻信號(hào)就可近似認(rèn)為具有有限頻譜有限頻譜。sincos)(mfFMtmtAtsc )()( )()(mmfnFM nnmJASccn 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：根據(jù)經(jīng)

48、驗(yàn)認(rèn)為：當(dāng)當(dāng)mf 1時(shí)，取邊頻數(shù)時(shí)，取邊頻數(shù)n=mf+1，調(diào)頻信號(hào)，調(diào)頻信號(hào)就可近似認(rèn)為具有有限頻譜就可近似認(rèn)為具有有限頻譜。因?yàn)?。因?yàn)閚mf+1時(shí)，邊頻幅度時(shí)，邊頻幅度Jn(mf)均小于均小于0.1，相應(yīng)產(chǎn)生的功率均小于總功率的，相應(yīng)產(chǎn)生的功率均小于總功率的2%，可以忽略不，可以忽略不計(jì)。根據(jù)以上原則，計(jì)。根據(jù)以上原則，調(diào)頻信號(hào)的帶寬調(diào)頻信號(hào)的帶寬為：為： 上式說明：調(diào)頻信號(hào)的帶寬取決于最大頻偏和調(diào)制信號(hào)的上式說明：調(diào)頻信號(hào)的帶寬取決于最大頻偏和調(diào)制信號(hào)的頻率，該式稱為卡森公式。頻率，該式稱為卡森公式。 以上討論的是單頻調(diào)制調(diào)頻信號(hào)，如果調(diào)制信號(hào)是以上討論的是單頻調(diào)制調(diào)頻信號(hào)，如果調(diào)制信號(hào)是

49、任意限任意限帶信號(hào)帶信號(hào)，用，用D代替卡森公式中代替卡森公式中mf的即可。的即可。）（）（mmfFM212fffmB fBmfBm 2121FMfmFMf時(shí)時(shí)（寬寬帶帶調(diào)調(diào)頻頻）：當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)（窄窄帶帶調(diào)調(diào)頻頻）：當(dāng)當(dāng)。，其其中中）（maxmaxmaxFM12ffDfDB 圖圖2-21 Jn(mf) mf關(guān)系曲線關(guān)系曲線1.00.80.60.40.200.20.4Jn(mf )mf1234567891011J0J1J2J3J4J5圖圖2-22 單頻調(diào)制調(diào)頻信號(hào)的頻譜（單頻調(diào)制調(diào)頻信號(hào)的頻譜（mf = 5）65432 101 234562J2(mf )12J1(mf )12J3(mf )12J0(m

50、f )12J1(mf )12J3(mf )1f fcfm2J2(mf )12.4.3 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生調(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。產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的方法通常有兩種：直接法和間接法。 1. 直接法直接法 直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)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)律線性變化。在實(shí)際中，常用制信號(hào)的規(guī)律線性變化。在實(shí)際中，常用壓控振蕩器（壓控振蕩器（VCO）作為作為FM調(diào)制器，它的輸出頻率正比于所加的控制電壓，即：調(diào)制器，它的輸出頻率正比于所加的控制電壓，即：圖圖2-23 直接法原理圖直接法原理圖 直接法的直接法的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)

51、點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)，且可以獲得較大的頻偏；是容易實(shí)現(xiàn)，且可以獲得較大的頻偏；缺點(diǎn)缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度不高，因此還需要附加的穩(wěn)頻電路。是頻率穩(wěn)定度不高，因此還需要附加的穩(wěn)頻電路。)()(FotmKtc VCOm(t)載波發(fā)生器載波發(fā)生器sFM(t) 2. 間接法間接法 間接法間接法就是先產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào)，然后用倍頻器把窄帶調(diào)就是先產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào)，然后用倍頻器把窄帶調(diào)頻信號(hào)變換為寬帶調(diào)頻信號(hào)。頻信號(hào)變換為寬帶調(diào)頻信號(hào)。圖圖2-24 間接法原理圖間接法原理圖 間接法的間接法的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度高；是頻率穩(wěn)定度高；缺點(diǎn)缺點(diǎn)是需要多次倍頻和混是需要多次倍頻和混頻，因此電路較為復(fù)雜。頻，因此電路較為復(fù)雜。積分器

52、積分器m(t)sWBFM(t)Acosct移相移相90 +倍頻器倍頻器tdmKAtAtsctc sin)(cos)(FNBFM 提高調(diào)頻提高調(diào)頻指數(shù)指數(shù)mf2.4.4 調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)調(diào)頻信號(hào)的解調(diào) 調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)方法通常有兩種：相干解調(diào)和非相干解調(diào)。調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)方法通常有兩種：相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)相干解調(diào)僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)；而僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)；而非相干解調(diào)非相干解調(diào)既適用于窄帶既適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，又適用于寬帶調(diào)頻信號(hào)。調(diào)頻信號(hào)，又適用于寬帶調(diào)頻信號(hào)。 1. 非相干解調(diào)非相干解調(diào) 最簡單的解調(diào)器是具有頻率電壓轉(zhuǎn)換作用的最簡單的解調(diào)器是具有頻率電壓轉(zhuǎn)換作用的鑒頻器鑒頻器。理。理

53、想鑒頻器可看成是帶微分器的包絡(luò)檢波器。想鑒頻器可看成是帶微分器的包絡(luò)檢波器。圖圖2-25 非相干解調(diào)原理圖非相干解調(diào)原理圖限幅器限幅器及帶通及帶通sFM(t)微分器微分器鑒頻器鑒頻器包包 絡(luò)絡(luò)檢波器檢波器低低 通通濾波器濾波器mo(t)sd(t) 如圖如圖2-25所示，微分器的輸出為：所示，微分器的輸出為： 用包絡(luò)檢波器取出其包絡(luò)，并濾除直流分量后輸出為：用包絡(luò)檢波器取出其包絡(luò)，并濾除直流分量后輸出為： 以上解調(diào)過程是先用微分器將調(diào)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)幅調(diào)頻信以上解調(diào)過程是先用微分器將調(diào)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)幅調(diào)頻信號(hào)，再用包絡(luò)檢波器提取其包絡(luò)，因此上述解調(diào)方法又稱為號(hào)，再用包絡(luò)檢波器提取其包絡(luò)，因此上述解

54、調(diào)方法又稱為包包絡(luò)檢測絡(luò)檢測。其。其缺點(diǎn)缺點(diǎn)之一是包絡(luò)檢波器對(duì)于由信道噪聲和其他原因之一是包絡(luò)檢波器對(duì)于由信道噪聲和其他原因引起的幅度起伏也有反應(yīng)，為此，需要在微分器前加一個(gè)限幅引起的幅度起伏也有反應(yīng)，為此，需要在微分器前加一個(gè)限幅器和一個(gè)帶通濾波器。其中器和一個(gè)帶通濾波器。其中限幅器限幅器將調(diào)頻信號(hào)在傳輸過程中引將調(diào)頻信號(hào)在傳輸過程中引起的幅度變化部分削去，變成固定幅度的調(diào)頻波；起的幅度變化部分削去，變成固定幅度的調(diào)頻波；帶通濾波器帶通濾波器讓調(diào)頻信號(hào)順利通過，而濾除帶外噪聲及高次諧波分量。讓調(diào)頻信號(hào)順利通過，而濾除帶外噪聲及高次諧波分量。 )(cos)(FFMtcdmKtAts 為鑒頻器的

55、靈敏度。為鑒頻器的靈敏度。，其中，其中dFdo)()(KtmKKtm )(sin)()(FFd tccdmKttmKAts 2. 相干解調(diào)相干解調(diào)圖圖2-26 相干解調(diào)原理圖相干解調(diào)原理圖帶帶 通通濾波器濾波器sNBFM(t)微分器微分器相干解調(diào)器相干解調(diào)器低低 通通濾波器濾波器mo(t)sp(t)sd(t)sincttdmKAtAtsctc sin)(cos)(FNBFM )2cos1()(22sin2)(FptdmKAtAtsctc tdmKAts )(2)(Fd)(2)(FotmKAtm 2.5 非非線性調(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 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能分析與解調(diào)方法有關(guān)

56、。調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能分析與解調(diào)方法有關(guān)。相干解調(diào)相干解調(diào)僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，且需要同步信號(hào)；而僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，且需要同步信號(hào)；而非相干解調(diào)非相干解調(diào)既既適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，又適用于寬帶調(diào)頻信號(hào)，而且不需要適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，又適用于寬帶調(diào)頻信號(hào)，而且不需要同步信號(hào)。因而，同步信號(hào)。因而，非相干解調(diào)是調(diào)頻系統(tǒng)的主要解調(diào)方式非相干解調(diào)是調(diào)頻系統(tǒng)的主要解調(diào)方式。圖圖2-27 FM非相干解調(diào)的模型非相干解調(diào)的模型BPFsFM(t)n(t)+非相干非相干解調(diào)器解調(diào)器sFM(t)ni(t)mo(t)no(t)限幅器限幅器鑒頻器鑒頻器LPF 1. 大信噪比情況大信噪比情況 在大信噪比情況下，信號(hào)和

57、噪聲的相互作用可以忽略，因在大信噪比情況下，信號(hào)和噪聲的相互作用可以忽略，因此可以把信號(hào)和噪聲分開進(jìn)行計(jì)算。此可以把信號(hào)和噪聲分開進(jìn)行計(jì)算。FMo2ii2BnANS 22F2FMi21)(cos)(AdmKtAtsStc FMoiBnN 3mo222F2oo8)(3fntmKANS 經(jīng)經(jīng)推推導(dǎo)導(dǎo)：3m22FM2FiiooFM4)(3ftmBKNSNSG 故故： 為使問題簡化，這里只研究為使問題簡化，這里只研究單頻調(diào)制，寬帶調(diào)頻單頻調(diào)制，寬帶調(diào)頻的情況，的情況，即：即： m(t) = Amcosmt。)(cos)(FFM tcdmKtAts coscosmF tcdKtA sincosmmFtK

58、tAc mFmFfmf2sincosfKKmtmtAc 其其中中：）（故故：134)(3f2f3m22FM2FiiooFM mmftmBKNSNSG 21)(2 tmmfFM12fmB）（ 1fm寬帶調(diào)頻時(shí)：寬帶調(diào)頻時(shí)：3f3m 例例2-1 設(shè)設(shè)寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻與與常規(guī)調(diào)幅常規(guī)調(diào)幅信號(hào)均為信號(hào)均為單頻調(diào)制單頻調(diào)制，調(diào)頻指數(shù)為，調(diào)頻指數(shù)為mf 1，調(diào)幅指數(shù)為，調(diào)幅指數(shù)為AM=1，調(diào)制信號(hào)頻率為，調(diào)制信號(hào)頻率為fm。當(dāng)信道條件。當(dāng)信道條件相同，接收信號(hào)功率也相同時(shí)，比較它們的抗噪聲性能。相同，接收信號(hào)功率也相同時(shí)，比較它們的抗噪聲性能。iAMiAMAMAMooiFMiFMFMFMooNSGNSNSGNS ）（）（解：解： iFMiAMAMiAMiFMFMAMo