第3章 模擬調(diào)制系統(tǒng)-2

上節(jié)要點回顧一、調(diào)制的定義用信源信號m(t)去控制載波C(t)的某一個或幾個參數(shù)，使該參數(shù)按照m(t)的規(guī)律變化。二、調(diào)制的功能（基本功能為頻譜搬移）三、調(diào)制的分類（線性調(diào)制和非線性調(diào)制）調(diào)制信號載波已調(diào)信號信源信號s(t)調(diào)制信號m(t)Acos0tH(f)已調(diào)信號s(t)3.2線性調(diào)制載波為：相乘器的輸出為：0已調(diào)信號為：線性調(diào)制器的原理濾波器時域分析：與濾波器的特性有關。結(jié)論：輸出已調(diào)信號的振幅不再為常數(shù)A，而是Am(t)即載波的振幅受到了m(t)的調(diào)制。3.2線性調(diào)制相乘器輸出頻域分析：調(diào)制信號M(f)f0S(f)f0f-f00

輸入信號頻譜密度

輸出信號頻譜密度結(jié)論：輸出已調(diào)信號的頻譜是調(diào)制信號頻譜沿著頻率軸搬移到f0頻率位置上，幅度存在一定衰減，但頻譜結(jié)構與調(diào)制信號結(jié)構相同，因此為線性調(diào)制。

|m(t)|1，m(t)|max=m3.2.1振幅調(diào)制（AM）s(t)調(diào)制信號m(t)Acos0tH(f)已調(diào)信號s(t)設:m(t)=[1+m(t)]s(t)=[1+m(t)]Acos0t，m(t)101+m(t)101+m(t)則：+1= =時域分析：調(diào)幅度交流分量調(diào)制原理：3.2.1振幅調(diào)制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0t頻域分析：m(t)m(t)=[1+m(t)]Acos0t-00時域頻域3.2.1振幅調(diào)制（AM）頻域分析：-00已調(diào)信號的頻譜特征：（1）包含兩部分：邊帶分量和載波分量。（2）已調(diào)信號帶寬為調(diào)制信號帶寬的2倍。（3）載波頻率應大于調(diào)制信號的最高頻率。M(f)S(f)3.2.1振幅調(diào)制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0tAM信號的解調(diào)：包絡檢波發(fā)送端接收端m(t)=[1+m(t)]調(diào)制s(t)=[1+m(t)]Acos0tm(t)=[1+m(t)]解調(diào)3.2.1振幅調(diào)制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0tAM信號的解調(diào)：包絡檢波發(fā)送端m(t)=[1+m(t)]調(diào)制101+m(t)3.2.1振幅調(diào)制（AM）AM信號的解調(diào)：包絡檢波接收端s(t)=[1+m(t)]Acos0tm(t)=[1+m(t)]解調(diào)101+m(t)包絡檢波器原理參考王秉鈞主編《通信原理》3.2.1振幅調(diào)制（AM）包絡檢波器的抗噪聲性能（信噪比）輸入電壓：輸入噪聲（窄帶）輸入已調(diào)信號包絡：在大信噪比下：輸出電壓：隔直流3.2.1振幅調(diào)制（AM）包絡檢波器的抗噪聲性能（信噪比）輸入電壓：輸出電壓：輸入信噪比：輸出信噪比：3.2.1振幅調(diào)制（AM）包絡檢波器的抗噪聲性能（信噪比）輸入信噪比：輸出信噪比：可見：由于m(t)1，顯然比值r0/ri小于1。即檢波后信噪比下降了。3.2.1振幅調(diào)制（AM）優(yōu)點：接收電路可采用包絡檢波，電路簡單。缺點：（1）占用帶寬較寬。（2）包含不攜帶信息的載波分量，效率較低。-003.2.1振幅調(diào)制（AM）s(t)=[1+m(t)]Acos0t=Acos0t+m(t)Acos0t]載波分量邊帶分量當m(t)=1時，邊帶分量功率最大，與載波分量功率相等，而通常m(t)<1，因此調(diào)幅信號中的大部分功率被載波占用，而載波并不攜帶有用信息，因此可以不傳輸此載波。效率最高為50%！3.2.2雙邊帶調(diào)制（DSB）s(t)=[1+m(t)]Acos0t=Acos0t+m(t)Acos0t]調(diào)制信號m(t)中無直流分量，則s(t)=m(t)Acos0tDSB信號調(diào)制原理（線性調(diào)制）3.2.2雙邊帶調(diào)制（DSB）圖3.2.5雙邊帶調(diào)制信號的頻譜(a)調(diào)制信號頻譜密度M‘(f)f0(b)已調(diào)信號頻譜密度f00-f0fS’(f)上邊帶上邊帶下邊帶頻譜：s(t)=m(t)Acos0t時域：可見：上邊帶和下邊帶包含相同的信息。3.2.2雙邊帶調(diào)制（DSB）解調(diào)原理s(t)=m(t)Acos0t

m(t)圖3.2.6

雙邊帶信號解調(diào)器原理方框圖基帶信號m’(t)接收信號S’(t)本地載波r(t)低通濾波器本地載波:乘法器輸出:3.2.2雙邊帶調(diào)制（DSB）乘法器輸出:低通濾波輸出:可見：僅當本地載波沒有頻率和相位誤差時，輸出信號才等于m(t)/2，和調(diào)制信號僅差一個常數(shù)因子。解調(diào)原理3.2.2雙邊帶調(diào)制（DSB）優(yōu)點：DSB調(diào)制抑制載波，節(jié)省發(fā)送功率。缺點：（1）接收解調(diào)電路中的本地載波需與發(fā)送端調(diào)制時載波同頻同相，即需同步電路，較為復雜。（2）占用帶寬較寬。3.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）DSB信號中兩個邊帶包含相同的信息，不必完全傳送兩個邊帶，傳輸其中一個即可。因此，可以利用濾波器將其中一個邊帶濾除掉，只傳輸一個邊帶，即為單邊帶調(diào)制。3.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）高通濾波調(diào)制原理3.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）低通濾波調(diào)制原理3.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）單雙邊帶信號解調(diào)器原理方框圖基帶信號m’(t)接收信號S’(t)本地載波r(t)低通濾波器解調(diào)原理傅里葉變換的性質(zhì)：z(t)=x(t)y(t)Z()=X()

Y()單邊帶信號解調(diào)時，用本地載波和接收信號相乘，則在頻域中本地載波頻譜和信號頻譜相卷積。

3.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）圖3.2.8單邊帶信號的解調(diào)S(f)(b)上邊帶信號頻譜上邊帶上邊帶f00-f0f2f0-2f0(a)載波頻譜f00-f0fC(f)(c)載波和上邊帶信號頻譜的卷積結(jié)果f00-f0f2f0-2f0M(f)HL(f)以上邊帶為例解調(diào)原理3.2.3單邊帶調(diào)制(SSB)優(yōu)點：

（1）SSB調(diào)制抑制載波，節(jié)省發(fā)送功率。（2）僅傳送單邊帶，節(jié)約系統(tǒng)帶寬。缺點：（1）接收解調(diào)電路中的本地載波需與發(fā)送端調(diào)制時載波同頻同相，即需同步電路，較為復雜。（2）濾波器性能要求較高。（3）調(diào)制信號中不可含直流或低頻分量。s(t)調(diào)制信號m(t)Acos0tH(f)已調(diào)信號s(t)3.2.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）介于雙邊帶和單邊帶調(diào)制之間的一種線性調(diào)制方式。調(diào)制信號和載波相乘后的頻譜為設濾波器的傳輸函數(shù)為H(f)，則濾波輸出的已調(diào)信號頻譜為H(f)應滿足的條件？調(diào)制原理3.2.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）解調(diào)原理接收信號和載波相乘后的頻譜為基帶信號m(t)接收信號s(t)cos0tr(t)低通濾波器已調(diào)信號的頻譜r(t)的頻譜低通濾波：3.2.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）為了無失真地傳輸，要求上式中傳輸函數(shù)滿足：調(diào)制信號為限帶信號，最高頻率為fm,即：則傳輸函數(shù)只需滿足即濾波器的截止特性對于f0具有互補的對稱性。解調(diào)原理3.2.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）即濾波器的截止特性對于f0具有互補的對稱性。H(f+f0)-(f0+fm)0000ffff0-f0f0+fm-2f02f0-2f02f0fm-fmfmfH(f)H(f-f0)H(f+f0)+H(f–f0)3.2.4殘留邊帶調(diào)制(VSB)特點：（1）頻譜中除了保留單邊帶的全部頻譜外，還保留了另一邊帶的部分頻譜和載波分量。（2）避免了接收端本地載波的同步問題。（3）調(diào)制器的濾波器較易制作。（4）占用的頻帶介于單邊帶和雙邊帶之間。3.3非線性調(diào)制模擬調(diào)制線性調(diào)制非線性調(diào)制已調(diào)信號的頻譜是調(diào)制信號的頻譜的沿著頻率軸的搬移。如AM，DSB，SSB，VSB不僅存在頻譜搬移，而且頻譜結(jié)構改變。如角度調(diào)制角度調(diào)制頻率調(diào)制FM：調(diào)制信號控制載波的頻率相位調(diào)制PM：調(diào)制信號控制載波相位3.3非線性調(diào)制頻率的概念：嚴格地說，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。相位的概念：相位初始相位瞬時頻率：瞬時相位：3.3非線性調(diào)制相位調(diào)制的定義：相位(t)隨m(t)線性變化：已調(diào)信號為：已調(diào)信號的瞬時頻率：可見：已調(diào)信號相位隨調(diào)制信號線性地變化。已調(diào)信號頻率隨調(diào)制信號的導數(shù)線性地變化。3.3非線性調(diào)制頻率調(diào)制的定義：瞬時頻率隨m(t)線性變化：已調(diào)信號為：瞬時相位可見：已調(diào)信號頻率隨調(diào)制信號線性地變化。已調(diào)信號隨調(diào)制信號的積分線性地變化。3.3非線性調(diào)制（3）若將m(t)先積分，再對載波進行相位調(diào)制，得到頻率調(diào)制信號。若將m(t)先微分，再對載波進行頻率調(diào)制，得到相位調(diào)制信號。（4）已調(diào)信號波形上看無法區(qū)分二者。相位調(diào)制和頻率調(diào)制的對比相位調(diào)制：頻率調(diào)制：(t)（2）相位調(diào)制中載波相位(t)隨調(diào)制信號m(t)線性變化。頻率調(diào)制中載波相位(t)隨調(diào)制信號m(t)的積分線性變化。（1）相位調(diào)制和頻率調(diào)制的已調(diào)波幅值都是恒定的。3.3非線性調(diào)制若m(t)作直線變化，則已調(diào)信號就是頻率調(diào)制信號。若m(t)是隨t2變化，則已調(diào)信號就是相位調(diào)制信號角度調(diào)制波形i例頻率調(diào)制？相位調(diào)制？因此，調(diào)頻和調(diào)相從波形上無本質(zhì)區(qū)別，可統(tǒng)一進行研究。3.3非線性調(diào)制已調(diào)信號的頻譜和帶寬線性調(diào)制：已調(diào)信號的頻譜是調(diào)制信號的頻譜搬移，帶寬為調(diào)制信號帶寬的1~2倍。非線性調(diào)制：頻譜結(jié)構發(fā)生變化，帶寬明顯增大。圖3.2.5雙邊帶調(diào)制信號的頻譜(a)調(diào)制信號頻譜密度M‘(f)f0(b)已調(diào)信號頻譜密度f00-f0fS’(f)上邊帶上邊帶下邊帶已調(diào)信號的頻譜設調(diào)制信號為：頻率調(diào)制時，載波的角頻率為最大頻率頻移為：=kf已調(diào)信號表示式：其中，

m＝f/fm為最大頻率偏移和基帶信號頻率之比，稱為調(diào)制指數(shù)mf

，即有：已調(diào)信號的頻譜已調(diào)信號表示式：是一個含有正弦函數(shù)的余弦函數(shù)。它的展開式為：式中，Jn(mf)為第一類n階貝塞爾函數(shù)，其值可以查表。當n=0時，為載波，當n≠0時，稱為邊頻。即已調(diào)波有載頻和邊頻組成，頻譜為離散譜，且邊頻在載頻兩側(cè)成對出現(xiàn)，相鄰邊頻間隔為m，邊頻幅值大小有系數(shù)Jn(mf)確定。已調(diào)信號的帶寬已調(diào)信號表示式：可見，已調(diào)波包含無窮多對邊頻，即已調(diào)波的帶寬為無窮大。但邊頻的振幅大小有貝塞爾函數(shù)Jn(mf)確定，貝塞爾函數(shù)曲線為：由圖可見：（1）貝塞爾函數(shù)中有兩個參數(shù)，分別為n和x(或mf)。（2）隨著n增加，Jn(mf)趨于減小（3）隨著mf增加，Jn(mf