模擬角調(diào)制PPT教案

1、模擬模擬(mn)角調(diào)制角調(diào)制第一頁(yè)，共83頁(yè)。（5）AWGN信道中調(diào)頻信號(hào)(xnho)的抗噪聲性能，了解信噪比增益與調(diào)頻指數(shù)之間的關(guān)系；第1頁(yè)/共83頁(yè)第二頁(yè)，共83頁(yè)。第2頁(yè)/共83頁(yè)第三頁(yè)，共83頁(yè)。第3頁(yè)/共83頁(yè)第四頁(yè)，共83頁(yè)。第4頁(yè)/共83頁(yè)第五頁(yè)，共83頁(yè)。第5頁(yè)/共83頁(yè)第六頁(yè)，共83頁(yè)。1. 頻率調(diào)制(Frequency Modulation,FM) 定義：已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率（或頻率）隨調(diào)制信號(hào)的幅度(fd)變化而變化。 時(shí)域表達(dá)式： SFM=Acosc+KFMf(t)t 頻偏=KFMf(t) ； 瞬時(shí)角頻率=c+KFMf(t) 頻偏常數(shù)KFM第6頁(yè)/共83頁(yè)第七頁(yè)，共83

2、頁(yè)。調(diào)頻(dio pn)波的另一種時(shí)域表達(dá)式： 因瞬時(shí)角頻率和瞬時(shí)相位角之間是微分和積分的關(guān)系，即：所以(suy)：第7頁(yè)/共83頁(yè)第八頁(yè)，共83頁(yè)。調(diào)頻(dio pn)波的另一種時(shí)域表達(dá)式為：第8頁(yè)/共83頁(yè)第九頁(yè)，共83頁(yè)。2. 相位調(diào)制(Phase Modulation,PM) 定義：已調(diào)信號(hào)(xnho)的瞬時(shí)相角（或初相）隨調(diào)制信號(hào)(xnho)的幅度變化而變化。 時(shí)域表達(dá)式： SPM=Acosct+KPMf(t) KFM稱為相移常數(shù)第9頁(yè)/共83頁(yè)第十頁(yè)，共83頁(yè)。3.間接調(diào)相/調(diào)頻 由于相位和頻率互為微分和積分的關(guān)系(gun x),可以用調(diào)頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)相，稱為間接調(diào)相。也可以用調(diào)相器

3、來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，稱為間接調(diào)頻。 間接(jin ji)調(diào)相間接(jin ji)調(diào)頻第10頁(yè)/共83頁(yè)第十一頁(yè)，共83頁(yè)。 通常情況下，調(diào)相器的調(diào)節(jié)范圍不能超過(guò)（-，），所以直接調(diào)相和間接調(diào)頻只適用于窄帶(zhi di)角度調(diào)制。 對(duì)于寬帶角度調(diào)制，常用直接調(diào)頻和間接調(diào)相。第11頁(yè)/共83頁(yè)第十二頁(yè)，共83頁(yè)。二. 單頻余弦情況調(diào)制(tiozh)信號(hào)f(t)=Amcosmt調(diào)相信號(hào)(xnho)調(diào)相指數(shù)(zhsh)PM=KPMAm第12頁(yè)/共83頁(yè)第十三頁(yè)，共83頁(yè)。調(diào)頻(dio pn)信號(hào)調(diào)頻(dio pn)指數(shù)為FM用瞬時(shí)(shn sh)角頻率表示式中max=KFMAM為最大角頻偏。第13頁(yè)/共83

4、頁(yè)第十四頁(yè)，共83頁(yè)。第14頁(yè)/共83頁(yè)第十五頁(yè)，共83頁(yè)。 根據(jù)調(diào)制后載波瞬時(shí)相位偏移的大小，可以將角度調(diào)制分為寬帶(kun di)和窄帶兩種。第15頁(yè)/共83頁(yè)第十六頁(yè)，共83頁(yè)。1.時(shí)域根據(jù)(gnj)三角函數(shù)公式,當(dāng)滿足窄帶條件時(shí),有 窄帶調(diào)頻(dio pn)信號(hào)可以表示為:第16頁(yè)/共83頁(yè)第十七頁(yè)，共83頁(yè)。2. 頻域 若調(diào)制(tiozh)信號(hào)f(t)的頻譜為F（），f(t)的平均值為0，即 則由傅氏變換(binhun)理論可知第17頁(yè)/共83頁(yè)第十八頁(yè)，共83頁(yè)。窄帶(zhi di)調(diào)頻信號(hào)的頻域表達(dá)式為：第18頁(yè)/共83頁(yè)第十九頁(yè)，共83頁(yè)。以單頻調(diào)制(tiozh)為例，f(t)

5、=Amcosmt標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)AM信號(hào)第19頁(yè)/共83頁(yè)第二十頁(yè)，共83頁(yè)。第20頁(yè)/共83頁(yè)第二十一頁(yè)，共83頁(yè)。兩者都具有載波+兩個(gè)邊帶： 單頻載頻c、 上邊頻c+m、 下邊頻c-m兩者有相同(xin tn)的帶寬BNBFM=BAM=2fm第21頁(yè)/共83頁(yè)第二十二頁(yè)，共83頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)AM 中，f(t)改變載波的幅度； 合成矢量永遠(yuǎn)與載波同相，m旋轉(zhuǎn)變化的結(jié)果不會(huì)造成(zo chn)載波頻率的變化，只引起幅度變化。第22頁(yè)/共83頁(yè)第二十三頁(yè)，共83頁(yè)。（4）窄帶FM 改變的是載波的頻率。 合成矢量永遠(yuǎn)與載波矢量垂直，m旋轉(zhuǎn)(xunzhun)變化的結(jié)果造成載波頻率變化，不改變載波幅度。

6、第23頁(yè)/共83頁(yè)第二十四頁(yè)，共83頁(yè)。時(shí)域頻域第24頁(yè)/共83頁(yè)第二十五頁(yè)，共83頁(yè)。第25頁(yè)/共83頁(yè)第二十六頁(yè)，共83頁(yè)。設(shè)調(diào)制(tiozh)信號(hào)為單頻余弦f(t)=Amcosmt=Amcos2fmt其中，調(diào)頻(dio pn)指數(shù) 對(duì)于不滿足窄帶條件的情況，三角函數(shù)近似式不成立第26頁(yè)/共83頁(yè)第二十七頁(yè)，共83頁(yè)。表達(dá)式可以(ky)寫(xiě)成第27頁(yè)/共83頁(yè)第二十八頁(yè)，共83頁(yè)。 貝塞爾函數(shù)被制成表格數(shù)據(jù)或繪成曲線(qxin)供工程查閱。 式中的系數(shù)被稱為貝塞爾函數(shù)，可以(ky)用無(wú)窮級(jí)數(shù)計(jì)算。第28頁(yè)/共83頁(yè)第二十九頁(yè)，共83頁(yè)。第29頁(yè)/共83頁(yè)第三十頁(yè)，共83頁(yè)。第30頁(yè)/共83頁(yè)

7、第三十一頁(yè)，共83頁(yè)。即奇次諧波(xi b)關(guān)于=c軸奇對(duì)稱 偶次諧波(xi b)關(guān)于=c軸偶對(duì)稱第31頁(yè)/共83頁(yè)第三十二頁(yè)，共83頁(yè)。 這相當(dāng)于窄帶(zhi di)調(diào)頻。 對(duì)于任意FM值，各階貝塞爾函數(shù)的平方和恒等于1，即已調(diào)波的各次諧波(xi b)能量之和等于載波能量，滿足能量守恒。第32頁(yè)/共83頁(yè)第三十三頁(yè)，共83頁(yè)。利用(lyng)cosxcosy=cos(x-y)+cos(x+y)/2 sinxsiny= cos(x-y)-cos(x+y)/2 J-n(FM)=(-1)nJn(FM)有 結(jié)論:調(diào)頻信號(hào)(xnho)的頻譜中含有無(wú)窮多個(gè)頻率分量，其幅度正比于各自對(duì)應(yīng)的貝塞爾系數(shù)。奇次

8、諧波關(guān)于=c軸奇對(duì)稱,偶次諧波關(guān)于=c軸偶對(duì)稱 調(diào)頻信號(hào)(xnho)的帶寬是無(wú)窮的。第33頁(yè)/共83頁(yè)第三十四頁(yè)，共83頁(yè)。第34頁(yè)/共83頁(yè)第三十五頁(yè)，共83頁(yè)。第35頁(yè)/共83頁(yè)第三十六頁(yè)，共83頁(yè)。 式中FM為調(diào)頻指數(shù)(zhsh)。 fm為調(diào)制信號(hào)的帶寬。第36頁(yè)/共83頁(yè)第三十七頁(yè)，共83頁(yè)。BFM=2fmax，第37頁(yè)/共83頁(yè)第三十八頁(yè)，共83頁(yè)。第38頁(yè)/共83頁(yè)第三十九頁(yè)，共83頁(yè)。4.4 任意信號(hào)(xnho)調(diào)制一雙頻及多頻正弦(zhngxin)信號(hào)調(diào)制 雙頻調(diào)制信號(hào) f(t)=Am1cosm1t+ Am2cosm2t其中調(diào)頻(dio pn)指數(shù)第39頁(yè)/共83頁(yè)第四十頁(yè)，共

9、83頁(yè)。引入復(fù)信號(hào)(xnho)表示其中(qzhng)第40頁(yè)/共83頁(yè)第四十一頁(yè)，共83頁(yè)。第41頁(yè)/共83頁(yè)第四十二頁(yè)，共83頁(yè)。n 個(gè)頻率正弦信號(hào)(xnho)調(diào)制同理可得例4-2第42頁(yè)/共83頁(yè)第四十三頁(yè)，共83頁(yè)。 雙頻正弦及多頻正弦調(diào)制頻譜中，除有無(wú)窮多個(gè)(du )c+nm1和c+km2線性分量以外，還有無(wú)窮多個(gè)(du )c+ nm1+km2非線性分量，稱為交叉分量，大大增加了頻率成份。 第43頁(yè)/共83頁(yè)第四十四頁(yè)，共83頁(yè)。第44頁(yè)/共83頁(yè)第四十五頁(yè)，共83頁(yè)。調(diào)頻(dio pn)波可以表示為：第45頁(yè)/共83頁(yè)第四十六頁(yè)，共83頁(yè)。 因調(diào)制(tiozh)信號(hào)f(t)是周期信號(hào)

10、，所以q(t)也是周期信號(hào)，可以用傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)：第46頁(yè)/共83頁(yè)第四十七頁(yè)，共83頁(yè)。調(diào)頻波可以(ky)表示為： 這里的主要問(wèn)題是求Cn，對(duì)于某些(mu xi)簡(jiǎn)單的周期信號(hào)是容易的。見(jiàn)例題4-3第47頁(yè)/共83頁(yè)第四十八頁(yè)，共83頁(yè)。第48頁(yè)/共83頁(yè)第四十九頁(yè)，共83頁(yè)。圖4-11 隨機(jī)信號(hào)(xnho)的幅度概率密度第49頁(yè)/共83頁(yè)第五十頁(yè)，共83頁(yè)。圖4-12 隨機(jī)信號(hào)調(diào)頻(dio pn)后的功率譜第50頁(yè)/共83頁(yè)第五十一頁(yè)，共83頁(yè)。4.4.3. 任意(rny)限帶調(diào)制時(shí)的頻帶寬度頻偏比最大角頻偏 max=KFM|f(t)|max 對(duì)于單頻調(diào)制信號(hào)，用卡森公式計(jì)算頻寬。 怎樣計(jì)算

11、任意(rny)限帶信號(hào)的頻寬。首先定義頻偏比第51頁(yè)/共83頁(yè)第五十二頁(yè)，共83頁(yè)。用DFM來(lái)代替卡森公式(gngsh)中的調(diào)頻指數(shù)FM帶寬計(jì)算式為： BFM=2(DFM+1)fmax 實(shí)際應(yīng)用表明，由上式計(jì)算得到的帶寬偏窄對(duì)于DFM2的情況，通常用下式計(jì)算帶寬更好一些 BFM=2(DFM+2)fmax第52頁(yè)/共83頁(yè)第五十三頁(yè)，共83頁(yè)。第53頁(yè)/共83頁(yè)第五十四頁(yè)，共83頁(yè)。 B PM =PMfm第54頁(yè)/共83頁(yè)第五十五頁(yè)，共83頁(yè)。第55頁(yè)/共83頁(yè)第五十六頁(yè)，共83頁(yè)。4.6 調(diào)頻信號(hào)(xnho)的產(chǎn)生與解調(diào)一.調(diào)頻信號(hào)(xnho)的產(chǎn)生:兩種方法1. 直接法：用調(diào)制信號(hào)(xnho

12、)去改變壓控振蕩器（VCO）的頻率。第56頁(yè)/共83頁(yè)第五十七頁(yè)，共83頁(yè)。振蕩器的瞬時(shí)(shn sh)頻率其中載波(zib)頻率第57頁(yè)/共83頁(yè)第五十八頁(yè)，共83頁(yè)。 通常，在壓控振蕩器的電容里有一只是變?nèi)荻O管，調(diào)制信號(hào)(xnho)加在變?nèi)荻O管作為偏置電壓，當(dāng)信號(hào)(xnho)幅度變化時(shí)，偏置電壓的改變將引起變?nèi)荻O管的容量發(fā)生改變，進(jìn)而引起本地振蕩器的頻率發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻的目的。第58頁(yè)/共83頁(yè)第五十九頁(yè)，共83頁(yè)。第59頁(yè)/共83頁(yè)第六十頁(yè)，共83頁(yè)。2. 倍頻法 將窄帶調(diào)頻信號(hào)倍頻后即得到(d do)寬帶調(diào)頻信號(hào)。窄帶調(diào)頻信號(hào)(xnho)可以表示為下式：第60頁(yè)/共83頁(yè)第六

13、十一頁(yè)，共83頁(yè)。窄帶(zhi di)調(diào)頻調(diào)制器方框圖第61頁(yè)/共83頁(yè)第六十二頁(yè)，共83頁(yè)。理想平方律非線性器件 So(t)=aSi2(t) 輸入(shr)調(diào)頻信號(hào) Si(t)=Acosct+(t)輸出(shch) 濾出直流分量后可以得到新的調(diào)頻信號(hào)(xnho)，其載頻和頻偏均增加了2倍，調(diào)頻指數(shù)也增加2倍。 經(jīng)過(guò)n倍頻后的調(diào)頻信號(hào)(xnho),調(diào)頻指數(shù)也增加了n倍，實(shí)現(xiàn)了寬帶調(diào)頻。第62頁(yè)/共83頁(yè)第六十三頁(yè)，共83頁(yè)。第63頁(yè)/共83頁(yè)第六十四頁(yè)，共83頁(yè)。調(diào)頻信號(hào)(xnho)的非相干解調(diào)第64頁(yè)/共83頁(yè)第六十五頁(yè)，共83頁(yè)。低通濾波后得到(d do)第二項(xiàng)，隨f(t)變化的量。第65

14、頁(yè)/共83頁(yè)第六十六頁(yè)，共83頁(yè)。其中(qzhng)=RC |K(j)|=當(dāng)輸入為FM 波，即(t)=c+KFMf(t)時(shí) 微分器輸出(t)f(t)微分(wi fn)器：頻率-幅度變換電路第66頁(yè)/共83頁(yè)第六十七頁(yè)，共83頁(yè)。第67頁(yè)/共83頁(yè)第六十八頁(yè)，共83頁(yè)。 2. 相干解調(diào)：對(duì)于窄帶調(diào)頻，可以采用(ciyng)相干解調(diào)的的方式進(jìn)行解調(diào)。窄帶調(diào)頻(dio pn)信號(hào)的相干解調(diào)第68頁(yè)/共83頁(yè)第六十九頁(yè)，共83頁(yè)。第69頁(yè)/共83頁(yè)第七十頁(yè)，共83頁(yè)。 )(tS BPF )(tn )(tSi )(tni LPF )(tno )(tSo 限幅 鑒頻 n 原理原理(yunl)模型模型第70

15、頁(yè)/共83頁(yè)第七十一頁(yè)，共83頁(yè)。iiSNooSNGain第71頁(yè)/共83頁(yè)第七十二頁(yè)，共83頁(yè)。( )cos( )FMcFMStAw tKf t dt( )( )cos( )icn tV tw tt2222iiioFMioFMASSANn BNn B第72頁(yè)/共83頁(yè)第七十三頁(yè)，共83頁(yè)。( )( )cos( )( )cos( )( )cos( )iicFMccS tn tAw tKf t dtV tw ttB tw tt1122cos( )cos( )cos( )cos( )cos( )coscccAw ttaV tw ttaB tw tta信號(hào)矢量：噪聲矢量：合成矢量： 信號(hào)矢量信號(hào)矢量

16、 噪聲矢量噪聲矢量 合成矢量合成矢量 a 1 a a 2 2 1 第73頁(yè)/共83頁(yè)第七十四頁(yè)，共83頁(yè)。111( ),( )sin( ( )( )arctan( )cos( ( )( )( )arctansin( ( )( )( )sin( ( )( )AV tSNV tttA V tttV tttAV tttA第74頁(yè)/共83頁(yè)第七十五頁(yè)，共83頁(yè)。( )( ) ( )sin ( )( )( )222dddokkkdtdtd V tttV tdtdtdtA信號(hào)信號(hào)噪聲噪聲2222( )( )( )24dFMdFMook Kk KS tf tSE ft第75頁(yè)/共83頁(yè)第七十六頁(yè)，共83頁(yè)。

17、( )( )sin ( )( )dn tV ttt( )( )2ddod n tkn tdtA22222( )|( )|()|22ddFMoookkBn wnH wnffAA2222( )3mmfodoomfn kNnf dffA f f m -f m 2FMB 2FMB 第76頁(yè)/共83頁(yè)第七十七頁(yè)，共83頁(yè)。222maxmax23222max2max3( )1|( ) |82( )3|( ) |2FMoFMoommomA KEftSfKf tNn fEftfAff tn f頻偏：第77頁(yè)/共83頁(yè)第七十八頁(yè)，共83頁(yè)。22max2max( )3|( ) |ooFMFMiimmEftSNfB

18、GSNff tfmaxmffmax2FMBf 3223max22maxmax( )( )66|( ) |( ) |FMFMmEftEftfGDff tf t22m ax( )1|( ) |22(1)F MF MF MF MmDEftftBf233(1)3FMFMFMFMG第78頁(yè)/共83頁(yè)第七十九頁(yè)，共83頁(yè)。FMAMFMBB1229|FMAMiFMiAMFMAMoFMoSNRSNRGGSNRSNR第79頁(yè)/共83頁(yè)第八十頁(yè)，共83頁(yè)。( ),( )( )sin ( )( )( )oV tANSAttttV t時(shí)，有第80頁(yè)/共83頁(yè)第八十一頁(yè)，共83頁(yè)。 ( )NBFMSt LPF BPF ( )n t ( )iS t ( )in t ( )on t ( )oS t )(sintwc 微分 ( )( )( )( )cos( )sin( )cos(