模擬角調(diào)制分析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1模擬角調(diào)制模擬角調(diào)制(tiozh)分析分析第一頁，共80頁。2008年1月2n與幅度調(diào)制技術(shù)相比，角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢是其較高的抗噪聲性能。第1頁/共80頁第二頁，共80頁。2008年1月3第2頁/共80頁第三頁，共80頁。2008年1月4( )cos( )c tAtc0( )cos ( )s tAtttttd)()(瞬時(shí)相角：瞬時(shí)相角：tttdd)()(瞬時(shí)頻率：瞬時(shí)頻率：角度調(diào)制角度調(diào)制(tiozh)信號(hào)的一般表達(dá)式為：信號(hào)的一般表達(dá)式為：其中：其中：A，c和和0均為常數(shù)均為常數(shù)。 為瞬時(shí)相位偏移，為瞬時(shí)相位偏移， 為瞬時(shí)頻率偏移，為瞬時(shí)頻率偏移， 為瞬時(shí)相位，或?yàn)樗矔r(shí)相位，或相位

2、。相位。ttdd/ )(0)(t)(t第3頁/共80頁第四頁，共80頁。2008年1月5)()(tfKtPM)(cos)(tfKtAtsPMcPM)(cos)(ttAtsc瞬時(shí)相角瞬時(shí)相角)()(tfKttPMcttfKtttddddPMc)()()(瞬時(shí)頻率瞬時(shí)頻率第4頁/共80頁第五頁，共80頁。2008年1月6)()(tfKdttdFMFMcFM( )cos( )dstAtKf ttcFM( )( )d( )dttttKf tt)()(FMctfKt第5頁/共80頁第六頁，共80頁。2008年1月7)(cos)(tfKtAtsPMcPMFMcFM( )cos( )dstAtKf tt第6

3、頁/共80頁第七頁，共80頁。2008年1月8)(cos)(tfKtAtsPMcPMtAtfmmcos)(PMcPMmm( )coscosstAtKAtcPMmcoscosAttmPMPMAK第7頁/共80頁第八頁，共80頁。2008年1月9頻偏為最大頻偏。FMcFMmm( )coscosdstAtK At tcFMmcossinAttmmaxmmaxmmFMFMffAKmFMmaxAKmaxfKFM 調(diào)頻調(diào)頻(dio pn)靈敏度，單位是靈敏度，單位是rad/sVKFMAm 最大角頻率偏移，單位是最大角頻率偏移，單位是rad/s第8頁/共80頁第九頁，共80頁。2008年1月10ttfKtt

4、tddddPMc)()()(瞬時(shí)頻率瞬時(shí)頻率)()(FMctfKt)(cos)(tfKtAtsPMcPMFMcFM( )cos( )dstAtKf tt調(diào)相波調(diào)頻(dio pn)波第9頁/共80頁第十頁，共80頁。2008年1月11這種方式叫間接調(diào)頻。)(cos)(tfKtAtsPMcPMFMcFM( )cos( )dstAtKf tt第10頁/共80頁第十一頁，共80頁。2008年1月12 （a a）直接調(diào)頻）直接調(diào)頻 （b b）間接調(diào)頻）間接調(diào)頻(c) (c) 直接調(diào)相直接調(diào)相 (d) (d) 間接調(diào)相間接調(diào)相第11頁/共80頁第十二頁，共80頁。2008年1月13FMmaxPMmax|(

5、 )d |(0.5)6|( )|(0.5)6Kf ttKf t或或物理意義：物理意義：角調(diào)制信號(hào)帶寬取決于相角調(diào)制信號(hào)帶寬取決于相位位(xingwi)(xingwi)偏移的大偏移的大?。恍?；調(diào)頻或調(diào)相所引起的最大調(diào)頻或調(diào)相所引起的最大 瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位(xingwi)(xingwi)偏偏移遠(yuǎn)小于移遠(yuǎn)小于30o30o；調(diào)制后信號(hào)帶寬變化不大調(diào)制后信號(hào)帶寬變化不大。第12頁/共80頁第十三頁，共80頁。2008年1月14FMcFM( )cos ( )dstAtKf ttcFMcFMcos cos ( )dsin sin ( )dAtKf ttAtKf ttFMFMsin ( )d( )dKf tt

6、Kf ttFMcos ( )d1Kf ttNBFMcFMc( )cos( )d sinstAtAKf ttt 設(shè)設(shè) 的頻譜為的頻譜為 ，且均值為，且均值為0，即，即 則有：則有：)(tf)(F00 )(FNBFMcc( )()()SA ccccFM2)()(FFAK第13頁/共80頁第十四頁，共80頁。2008年1月15是頻率加權(quán)，加權(quán)的結(jié)果引起調(diào)制信號(hào)頻譜的失真。nNBFM的正負(fù)頻率分量的符號(hào)相反。NBFMcc( )()()SA ccccFM2)()(FFAK1( ) ()()()()2AMccccSAMM FF第14頁/共80頁第十五頁，共80頁。2008年1月16tAtfmmcos)(c

7、os)cosAMmmcsAAttscoscoscmmcAcotAtcoscos()cos()2mccmcmAAtttNBFMcFMccmFMmcm( )cos ( )d sin1cossin sinstAtAKf tttAtAA KttttKAAtA cos cos2cosmcmcmFMmc)()(第15頁/共80頁第十六頁，共80頁。2008年1月17nn為使AM波不致過調(diào)，邊頻幅度(fd)不得超過載頻幅度(fd)之半；n為使NBFM滿足窄帶條件，邊頻幅度(fd)應(yīng)遠(yuǎn)小于載頻幅度(fd)。第16頁/共80頁第十七頁，共80頁。2008年1月18n應(yīng)用：n由于NBFM信號(hào)最大頻率偏移(pin

8、y)較小，占據(jù)的帶寬較窄，但是其抗干擾性能比AM系統(tǒng)要好得多，因此得到較廣泛的應(yīng)用。第17頁/共80頁第十八頁，共80頁。2008年1月19NBPMcPM( )cos ( )stAtKf tttfAKtAcPMcsin cos)(NBPMcc( )()()SA )()(ccFM2jFFAK第18頁/共80頁第十九頁，共80頁。2008年1月20tfAtAtfmmmm2coscos)(FMcFMmm( )coscosdstAtKAt tcFMmcossinAttFMcFMmcFMm( )coscos (sin)sinsin (sin)stAttAtt第19頁/共80頁第二十頁，共80頁。2008

9、年1月21tntnnmFM12FM0mFM2cos J2Jsincos)()()(tntnnmFM112mFM12sin J2sinsin)()()()!( !)()(mnmmnmmn2FM0FM211J其中：其中： 稱為第一類稱為第一類n階貝塞爾函數(shù)，它是階貝塞爾函數(shù)，它是n和和 函數(shù)。且：函數(shù)。且：)(FMnJFMtntAtntAtsnnnnmFM112cmFM12FM0cFM12sin J2sin 2cos( J2Jcos)()()()()(第20頁/共80頁第二十一頁，共80頁。2008年1月22tnAtsnn)()()(mcFMFMcosJ)()()()(mcmcFMFMJnnASn

10、nv頻譜具有非線性的特點(diǎn)頻譜具有非線性的特點(diǎn)v有載頻，有上下邊頻有載頻，有上下邊頻 ，邊頻幅度為，邊頻幅度為 ，n為奇數(shù)時(shí)，上下邊頻極性相反；為奇數(shù)時(shí)，上下邊頻極性相反；v當(dāng)當(dāng) 時(shí)，只有時(shí)，只有 和和 有值，其它有值，其它n值時(shí)值時(shí) 都接近于零，此時(shí)的信號(hào)只有載頻和上下邊頻，這就是窄都接近于零，此時(shí)的信號(hào)只有載頻和上下邊頻，這就是窄帶調(diào)頻。帶調(diào)頻。v當(dāng)當(dāng) 時(shí)，對應(yīng)寬帶調(diào)頻。時(shí)，對應(yīng)寬帶調(diào)頻。mcn)(FMJnA1FM)(FM0J)(FM1J)(FMJn1FM第21頁/共80頁第二十二頁，共80頁。2008年1月23以上的邊頻幅度均小于0.1Ac。n被保留的上、下邊頻數(shù)共有2n = 2(FM +

11、 1)個(gè)，相鄰邊頻之間的頻率間隔為fm，所以調(diào)頻波的有效帶寬為mFMFM12fB)(卡森（卡森（Carson）公式）公式(gngsh)第22頁/共80頁第二十三頁，共80頁。2008年1月24mFMFM12fB)(maxm22ff1FMmFM2 fB1FMmaxFM2 fB調(diào)頻指數(shù)(zhsh)與帶寬的關(guān)系：mmaxFMff第23頁/共80頁第二十四頁，共80頁。2008年1月25功率分布與有關(guān)，而與調(diào)制信號(hào)的幅度和頻率有關(guān)，調(diào)制信號(hào)雖不提供功率，但卻控制著功率的分布。即調(diào)制后總的功率不變，只是(zhsh)將原來載波功率中的一部分分配給每個(gè)邊頻分量。22/AcPfPFMP)(FM202cJ2AP

12、 22fFM12J ()2nnAPfcFMPPPFMFM第24頁/共80頁第二十五頁，共80頁。2008年1月26總功率為：為未調(diào)載波(zib)功率的99.4%，被忽略的僅占0.6%。0J (3)0.260 1J (3)0.3392J (3)0.4863J (3)0.3094J (3)0.1325J (3)0.043068023J22202c.)(AAP222222f20.3390.4860.3090.1320.92622AAP994. 022FMAP3FM第25頁/共80頁第二十六頁，共80頁。2008年1月27tAtfmmcos)(tAKtAtsmmPMcPMcoscos)(ttAmPMc

13、coscosmPMmaxmmPMmaxPMcosAKtAKt)(mPMmaxmPMPM12fB當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 。 注意注意： ，與，與 無關(guān)。即無關(guān)。即PM信號(hào)帶寬隨信號(hào)帶寬隨 的變化而變化，而的變化而變化，而FM信號(hào)則基本不變。信號(hào)則基本不變。1PMmPMPM2fBmPMPMAKmfmf4.4 寬帶寬帶(kun di)調(diào)調(diào)相相調(diào)相指數(shù)：最大相位偏移調(diào)相指數(shù)：最大相位偏移(pin y)(pin y)數(shù)量；對相數(shù)量；對相位偏移位偏移(pin y)(pin y)求導(dǎo)求導(dǎo)得最大角頻偏得最大角頻偏 第26頁/共80頁第二十七頁，共80頁。2008年1月28VCO充當(dāng)。4.5 調(diào)頻調(diào)頻(dio pn)信

14、號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)第27頁/共80頁第二十八頁，共80頁。2008年1月29直接(zhji)調(diào)頻法分析相位相位(xingwi)檢測器檢測器環(huán)路環(huán)路濾波器濾波器第28頁/共80頁第二十九頁，共80頁。2008年1月30第29頁/共80頁第三十頁，共80頁。2008年1月31NBFMcFMc( )cos( )d sinstAtAKf ttt第30頁/共80頁第三十一頁，共80頁。2008年1月32)()(20tastsi)(cos)(ttAtsci222oic( )( )cos( )s tastaAtt)(ttaAaA22 cos2121c22 分析與推廣分析與推廣濾除直流成分后，可得

15、到一個(gè)新的調(diào)頻信濾除直流成分后，可得到一個(gè)新的調(diào)頻信號(hào)，其載頻和相位號(hào)，其載頻和相位(xingwi)(xingwi)偏移均增偏移均增為為2 2倍，由于相位倍，由于相位(xingwi)(xingwi)偏移增為偏移增為2 2倍，因而調(diào)頻指數(shù)也必然增為倍，因而調(diào)頻指數(shù)也必然增為2 2倍。倍。經(jīng)經(jīng)n n次倍頻后可以使調(diào)頻信號(hào)的載頻和調(diào)次倍頻后可以使調(diào)頻信號(hào)的載頻和調(diào)頻指數(shù)增為頻指數(shù)增為n n倍。倍。第31頁/共80頁第三十二頁，共80頁。2008年1月33300025/1075/31ffn第32頁/共80頁第三十三頁，共80頁。2008年1月34121FM1212112)(nnfnnfffnnfcf混

16、頻混頻(hn pn)取下取下變頻：變頻：第33頁/共80頁第三十四頁，共80頁。2008年1月35第34頁/共80頁第三十五頁，共80頁。2008年1月36解： (1)由NBFM最大頻偏和調(diào)制信號(hào)(xnho) 頻率可求出調(diào)頻指數(shù) (2) 發(fā)射機(jī)載頻可， ， ， 求出，即發(fā)射機(jī)最大頻偏調(diào)頻指數(shù)15 kHz1200 kHzf 125 Hzfr10.9 MHzf 48 6421nn,1fmf3113m251.67 1015 10ff1frf1n2n36c21 1r()48 (64200 1010.9 10 )91.2(MHz)fn n ffFMf11225644876.8 (kHz)fn n3FMF

17、M3m76.8 105.1215 10ff第35頁/共80頁第三十六頁，共80頁。2008年1月37設(shè)輸入信號(hào)為：則解調(diào)器輸出應(yīng)為：使用微分器，輸出為：上式即為AMFM信號(hào)。FMcFM( )cos( )dstAtKf tt)()(tfKtsFModcFMcFM( )( ) sin ( )ds tAKf ttKf t t調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)(xnho)的解的解調(diào)調(diào)第36頁/共80頁第三十七頁，共80頁。2008年1月38)()(tfKKtsFMdo第37頁/共80頁第三十八頁，共80頁。2008年1月39經(jīng)微分器后輸出(shch)為：NBFMcFMc( )cos ( )d sinstAtAKf tt

18、tttccsin)(pcFMccFMcc( ) cos ( )d sin sinsin2( )d 1cos222s tAtAKf ttttAKAtf ttt FMd( )( )d2AKstf ttFMo( )( )2AKstf t 2. 相干相干(xinggn)解調(diào)：解調(diào)：第38頁/共80頁第三十九頁，共80頁。2008年1月40解調(diào)器輸入信號(hào)為：輸入信號(hào)平均功率為：FMcFM( )cos( )dstAtKf tt22iAS 4.6 調(diào)頻調(diào)頻(dio pn)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能第39頁/共80頁第四十頁，共80頁。2008年1月41經(jīng)微分器后，輸出為：這里：FM0iBnN FM02

19、ii2BnANSiiFMicc( )( )( )( )cos ( )( ) cos ( )s tn tstn tAttV tttiic( )( )( ) cos ( )s tn tB ttt)()()()()(ttAtVttsin AttntttttV21dddd21dd21do)()()()()()()()(tttVtnsin d)(tVA有用(yu yn)信號(hào)項(xiàng)噪聲(zoshng)項(xiàng)第40頁/共80頁第四十一頁，共80頁。2008年1月42的功率譜密度如右圖所示。ttfKtdFM)()(oFM1 d ( )1( )( )2d2ts tKf tt2222FMFMo22( ) ( )44KKS

20、ftEftttnttntnQIiccsin)(cos)()()(tni)(tnI)(tnQ輸出輸出(shch)有用項(xiàng)有用項(xiàng)分析分析)(tni)(tnI)(tnQn0/2n0n0雙邊雙邊(shungbin)功率譜密度功率譜密度第41頁/共80頁第四十二頁，共80頁。2008年1月43可見，輸出噪聲與輸出頻率的平方成正比。)(tnQ2200FMo22()(), (2)2nn fBPfHfAA222( )j(2)Hf)()()()(tttVtnsin d第42頁/共80頁第四十三頁，共80頁。2008年1月44窄帶窄帶(zhi di)噪聲噪聲鑒頻器輸入鑒頻器輸入(shr)噪聲噪聲鑒頻器輸鑒頻器輸出出

21、(shch)噪聲噪聲解調(diào)過程中噪聲功率譜的變化解調(diào)過程中噪聲功率譜的變化低通濾波后的輸出功率低通濾波后的輸出功率第43頁/共80頁第四十四頁，共80頁。2008年1月45所以(suy)，信噪比增益為：23m0220o32dmmAfnfAfnNff222FMo23o0m3( )8A KE ftSNn fmaxFMmax1( )2fKf tmaxFMmax2( )fKf t222omax2ommax0m( )/23( ) EftSfANff tn f22oomaxFMFM2iimmmax( )/3/( )E ftSNfBGSNfff t第44頁/共80頁第四十五頁，共80頁。2008年1月46所以

22、，。當(dāng)時(shí)，。maxfmf2FMBmaxf3223maxFMFM22mmaxmax( )( )66( )( )E ftE ftfGDff tf tFMFMD22max( )12( )Eftf tmFMFM12fB)()(FM2FMFM13G1FM3FMFM3G第45頁/共80頁第四十六頁，共80頁。2008年1月47n以帶寬換取信噪比；n以帶寬換取信噪比有一定的限制：n帶寬增大，噪聲功率增大，信噪比下降，門限效應(yīng)，輸出信噪比急劇惡化。5FM第46頁/共80頁第四十七頁，共80頁。2008年1月48FM1AMmfFMiFMiFMFMoFMoNSGNSAMiAMiAMAMoAMoNSGNSFMiAM

23、iAMAMiFMiFMAMoAMoFMoFMoNSGNSGNSNS第47頁/共80頁第四十八頁，共80頁。2008年1月49)()(FM2FMFM2AM2AMAMmFM0FMim0AMiAMiFMi133222122GGfnNfnNSS2FMmFM0m0FM2FM291232213fnfn分分 析析 當(dāng)信道條件相同當(dāng)信道條件相同(xin (xin tn)tn)、接收信號(hào)功率相同、接收信號(hào)功率相同(xin tn)(xin tn)時(shí)，調(diào)頻系統(tǒng)時(shí)，調(diào)頻系統(tǒng)輸出信噪比是常規(guī)調(diào)幅系統(tǒng)的輸出信噪比是常規(guī)調(diào)幅系統(tǒng)的4.5FM24.5FM2倍，與調(diào)頻指數(shù)的倍，與調(diào)頻指數(shù)的平方成正比。平方成正比。第48頁/共8

24、0頁第四十九頁，共80頁。2008年1月50別為：常規(guī)調(diào)幅系統(tǒng)的帶寬和信噪比增益分別為：1505 10W/Hzn6FMFMm2(1)2(15)8 1096(MHz)Bf 450653132FM2FMFM)(GAMm22816 (MHz)Bf323122AMAMG信信 道道 接收機(jī)接收機(jī)sTsTso第49頁/共80頁第五十頁，共80頁。2008年1月51oFMioFMo0FMoFM461561111110105 1096 1010.67 (W)450SSNNGSn BNG oAMioAMo0AMoAM461561111310105 1016 101 200 (W)2SSNNGSn BNG GNS

25、GNSNSiTiioo第50頁/共80頁第五十一頁，共80頁。2008年1月52門限值 出現(xiàn)門限效應(yīng)時(shí)所對應(yīng)的輸入信噪比值稱為門限值，記為(Si /Ni) b。第51頁/共80頁第五十二頁，共80頁。2008年1月53門限值與調(diào)制指數(shù)有關(guān)：門限值與調(diào)制指數(shù)有關(guān)：1.FM越大，門限值越高。越大，門限值越高。2.不同不同F(xiàn)M 時(shí)，門限值的變化時(shí)，門限值的變化不大，大約在不大，大約在811dB的范圍內(nèi)的范圍內(nèi)變化，一般認(rèn)為門限值為變化，一般認(rèn)為門限值為10 dB左右。左右。3.在門限值以上時(shí)，在門限值以上時(shí)， (So /No)FM與與(Si /Ni)FM呈線性關(guān)系呈線性關(guān)系，且，且FM越大，輸出越大

26、，輸出(shch)信信噪比的改善越明顯。噪比的改善越明顯。4.門限值之下，門限值之下，F(xiàn)M越大，越大， (So /No)FM下降越快。下降越快。第52頁/共80頁第五十三頁，共80頁。2008年1月54們的門限比一般鑒頻器的門限電平低 610dB。n還可以采用“預(yù)加重”和“去加重”技術(shù)來進(jìn)一步改善調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比。這也相當(dāng)于改善了門限。第53頁/共80頁第五十四頁，共80頁。2008年1月55所以輸出信號(hào)功率為：ttnttntstntsQIccNBFMiisincos)()()()()(cFMc( ) cos( )d( ) sinIQAn ttAKf ttnttttntfAKtntsQd

27、d212FMoo)()()()(222FMo( )4A KSEft第54頁/共80頁第五十五頁，共80頁。2008年1月56益為：22020o4fnnfP)(32d3m20oommfnffPNff)(222FMo3o0m3( )8A KEftSNnfm02NBFM02ii222fnABnANS/22FMooNBFM22iim3( )/2KEftSNGSNf第55頁/共80頁第五十六頁，共80頁。2008年1月57maxFMmax21)(tfKfmaxmaxFM2)(tffK22maxNBFM2mmax( )6( )E ftfGff t22max( )1( )2Eftf tmmaxFMff/FM

28、1/ 1030NBFM.G第56頁/共80頁第五十七頁，共80頁。2008年1月58為了進(jìn)一步改善調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比，針對鑒頻器輸出噪聲譜呈拋物線形狀這一特點(diǎn)，在調(diào)頻系統(tǒng)中廣泛采用(ciyng)了加重技術(shù)，包括“預(yù)加重和“去加重”措施。“預(yù)加重”和“去加重”的設(shè)計(jì)思想是保持輸出信號(hào)不變，有效降低輸出噪聲，以達(dá)到提高輸出信噪比的目的。第57頁/共80頁第五十八頁，共80頁。2008年1月59調(diào)制信號(hào)的高頻分量，以抵消去加重網(wǎng)絡(luò)的影響。顯然，為了使傳輸信號(hào)不失真，應(yīng)該有n這是保證輸出信號(hào)不變的必要條件。1( )( )pdHfHf第58頁/共80頁第五十九頁，共80頁。2008年1月60n上式進(jìn)

29、一步說明，輸出信噪比的改善程度(chngd)取決于去加重網(wǎng)絡(luò)的特性。2( )( )( )mmmmfdffddfPf dfPfHfdf第59頁/共80頁第六十頁，共80頁。2008年1月61 預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)特性預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)特性 去加重網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)特性去加重網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)特性第60頁/共80頁第六十一頁，共80頁。2008年1月62調(diào)制調(diào)制方式方式傳輸帶寬傳輸帶寬設(shè)備復(fù)雜設(shè)備復(fù)雜程度程度主要應(yīng)用主要應(yīng)用AM2fm簡單簡單中短波無線電廣播中短波無線電廣播DSDSB B2fm中等中等單獨(dú)應(yīng)用較少，主要用單獨(dú)應(yīng)用較少，主要用于復(fù)合調(diào)制中于復(fù)合調(diào)制中 SSB SSBfm復(fù)雜復(fù)雜短波無線電廣播、話音頻分短波無線電廣播、話音頻分復(fù)用、載波通信、數(shù)據(jù)傳輸復(fù)用、載波通信、數(shù)據(jù)傳輸VSVSB B略大于略大于fm 近似近似SSBSSB復(fù)雜復(fù)雜電視廣播、數(shù)據(jù)傳輸電視廣播、數(shù)據(jù)傳輸 FM復(fù)雜復(fù)雜超短波小功率電臺(tái)（窄帶超短波小功率電臺(tái)（窄帶FMFM）；調(diào)頻立體聲廣播等高）；調(diào)頻立體聲廣播等高質(zhì)量通信（寬帶質(zhì)量通信（寬帶FMFM）oo/SNoo0AM