chap4 模擬調(diào)制系統(tǒng)-new

2024/5/12通信原理課件1Chap4模擬調(diào)制系統(tǒng)

2024/5/12通信原理課件2引言調(diào)制（Modulation）定義：使載波信號(hào)的某一個(gè)（或幾個(gè)）參量隨基帶信號(hào)改變的過程。實(shí)質(zhì)：頻譜搬移。作用與信道特性匹配；實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用；提高抗干擾性。2024/5/12通信原理課件3引言調(diào)制的分類（詳見第一章表格1-1）按載波信號(hào)c(t)分連續(xù)波調(diào)制脈沖波調(diào)制按基帶信號(hào)m(t)分?jǐn)?shù)字調(diào)制模擬調(diào)制2024/5/12通信原理課件4引言按調(diào)制器的功能分（以連續(xù)波為例）幅度調(diào)制——如模擬調(diào)幅（AM，DSB，SSB，VSB），脈沖幅度調(diào)制（PAM），幅移鍵控（ASK）；頻率調(diào)制——如FM，頻移鍵控（FSK），脈寬調(diào)制（PDM）；相位調(diào)制——如模擬調(diào)相（PM），相移鍵控（PSK），脈位調(diào)制（PPM）。2024/5/12通信原理課件5本章綱要4.1幅度調(diào)制1.常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AmplitudeModulation，AM）2.雙邊帶抑制載波（DoubleSideband－SuppressedCarrier，DSB－SC）3.單邊帶調(diào)幅（SingleSideband，SSB）4.殘留邊帶調(diào)幅（VestigialSideband，VSB）4.2各種幅度調(diào)制系統(tǒng)的噪聲性能2024/5/12通信原理課件6本章綱要4.3角度調(diào)制（AngularModulation）（非線性調(diào)制）系統(tǒng)4.4調(diào)頻系統(tǒng)的噪聲性能4.5各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較4.6頻分復(fù)用（FDM）2024/5/12通信原理課件7幅度調(diào)制4.1.1一般原理概念：用調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過程。模型2024/5/12通信原理課件8幅度調(diào)制時(shí)域和頻域表達(dá)式時(shí)域頻域2024/5/12通信原理課件9幅度調(diào)制幅度調(diào)制對(duì)于幅度調(diào)制信號(hào)，在波形上，它的幅度隨基帶信號(hào)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(精確到常數(shù)因子)。由于這種搬移是線性的，因此幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制。線性調(diào)制——如各種幅度調(diào)制，幅移鍵控(ASK)；非線性調(diào)制——如FM、PM、頻移鍵控(FSK)。2024/5/12通信原理課件102024/5/12通信原理課件11AM（AmplitudeModulation）AM信號(hào)的產(chǎn)生波形圖2024/5/12通信原理課件12AM（AmplitudeModulation）線性調(diào)幅的條件為了解調(diào)時(shí)能使用包絡(luò)檢波法，線性調(diào)幅的條件為：A0≥|m(t)|max

，即保證AM信號(hào)的包絡(luò)總是為正的。過調(diào)現(xiàn)象：已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)之間已無線性關(guān)系變化可言，包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)相比，出現(xiàn)了嚴(yán)重的失真，這種現(xiàn)象通常我們稱這種現(xiàn)象為過調(diào)。2024/5/12通信原理課件13AM（AmplitudeModulation）AM信號(hào)的頻譜特性頻譜圖2024/5/12通信原理課件14AM（AmplitudeModulation）特點(diǎn)從頻域表達(dá)式可以看出，AM信號(hào)的頻譜是DSB信號(hào)的頻譜加上載波分量。在這個(gè)頻譜搬移過程中沒有出現(xiàn)新的頻率分量，因此，該調(diào)制為線性調(diào)制。帶寬BAM＝2fm。2024/5/12通信原理課件15AM（AmplitudeModulation）AM已調(diào)信號(hào)的功率分配2024/5/12通信原理課件162024/5/12通信原理課件17DSB－SC4.1.3抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB－SC(DoubleSideband-SuppressedCarrier)產(chǎn)生載波反向點(diǎn)波形圖2024/5/12通信原理課件18DSB－SCDSB信號(hào)的頻譜特性上邊帶（USB）：|f|>fc的頻率分量下邊帶（LSB）：|f|<fc的頻率分量頻譜圖2024/5/12通信原理課件19DSB－SC頻譜特點(diǎn)1、上、下邊帶均包含調(diào)制信號(hào)的全部信息，在載頻處無載波分量，這就是抑制載波的效果；2、幅度減半，帶寬加倍，BDSB＝2fm；3、線性搬移。2024/5/12通信原理課件20例題1（教材P91習(xí)題4-2）2024/5/12通信原理課件22SSB（SingleSideband）4.1.4單邊帶調(diào)制由于從信息傳輸?shù)慕嵌戎v，上、下兩個(gè)邊帶所包含的信息相同，因此只傳送一個(gè)邊帶即可以傳送信號(hào)的全部信息。

SSB信號(hào)的產(chǎn)生方法有：濾波法；相移法；混合法（由于電路較為復(fù)雜，因此用途并不廣泛）。2024/5/12通信原理課件23SSB（SingleSideband）濾波法圖4-6SSB信號(hào)的頻譜2024/5/12通信原理課件25SSB（SingleSideband）相移法——實(shí)際上是SSB信號(hào)表達(dá)式的電路表示2024/5/12通信原理課件26補(bǔ)充：希爾伯特變換定義：物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)其實(shí)部與虛部之間存在對(duì)應(yīng)的確定關(guān)系稱為Hilbert變換。Hilbert濾波器，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)寬帶相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì)m(t)中的任意頻率分量均相移-π/2。2024/5/12通信原理課件27希爾伯特變換常用的希爾伯特變換例題2（教材P91習(xí)題4-4）B點(diǎn)：C點(diǎn)：D點(diǎn)：E點(diǎn)：若將C點(diǎn)與D點(diǎn)的頻譜相減，可得上邊帶頻譜若將C點(diǎn)與D點(diǎn)的頻譜相加，可得下邊帶頻譜各點(diǎn)頻譜變換關(guān)系（不計(jì)系數(shù)1/2）：A點(diǎn)：2024/5/12通信原理課件31SSB（SingleSideband）SSB信號(hào)的頻率特性BSSB＝0.5BDSB＝fm；

因SSB信號(hào)不含有載波成分，單邊帶幅度調(diào)制的效率也為100%。2024/5/12通信原理課件322024/5/12通信原理課件33例題3（教材P91習(xí)題4-1）2024/5/12通信原理課件34解：AM信號(hào)：DSB信號(hào)：

2024/5/12通信原理課件352024/5/12通信原理課件36VSB（VestigialSideband）定義SSB問題：理想的濾波器難以實(shí)現(xiàn)。VSB調(diào)制：殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB-SC之間的一種調(diào)制方式，在VSB中除了傳送一個(gè)邊帶之外，還保留另外一個(gè)邊帶的一部分。信號(hào)產(chǎn)生圖4-8DSB、SSB和VSB信號(hào)的頻譜2024/5/12通信原理課件38VSB（VestigialSideband）

HVSB(ω)的頻率特性須從VSB信號(hào)的解調(diào)方式入手2024/5/12通信原理課件39VSB（VestigialSideband）經(jīng)過LPF后，高頻成份濾掉，這樣解調(diào)輸出為：當(dāng)HVSB(ω+ωc)+HVSB(ω-ωc)=常數(shù)，|ω|≤ωH時(shí)，此時(shí)，MO(ω)=C*M(ω)

，從VSB信號(hào)中無失真地恢復(fù)了原始信號(hào)。殘留邊帶濾波器傳輸函數(shù)要求滿足的互補(bǔ)對(duì)稱條件。2024/5/12通信原理課件40VSB（VestigialSideband）幾何解釋VSB（VestigialSideband）2024/5/12通信原理課件41圖4-10殘留邊帶的濾波器特性(a)殘留部分上邊帶的濾波器特性;

(b)殘留部分下邊帶的濾波器特性2024/5/12通信原理課件42VSB（VestigialSideband）VSB的特點(diǎn)及應(yīng)用（1）所需帶寬為ωm<ω<2ωm；（2）采用濾波法較易實(shí)現(xiàn)。（3）VSB調(diào)制在廣播電視、通信等系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。例題4（教材P91習(xí)題4-3）解：根據(jù)殘留邊帶濾波器在fc處具有互補(bǔ)對(duì)稱特性，從圖上可知載頻fc=10kHz，因此得到載波，故有2024/5/12通信原理課件44解調(diào)（Demodulation）解調(diào)是調(diào)制的逆過程。作用是從接收的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)。解調(diào)的方法可分為兩類：相干解調(diào)非相干解調(diào)（如包絡(luò)檢波，差分相干解調(diào)等）2024/5/12通信原理課件46相干解調(diào)相干解調(diào)也叫同步檢波。它由相乘器和低通濾波器組成。相干解調(diào)適用于所有線性調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。2024/5/12通信原理課件47圖4-11相干解調(diào)器的一般模型相干解調(diào)分析2024/5/12通信原理課件48對(duì)于抑止載波雙邊帶信號(hào)將其乘上與調(diào)制載波同頻同相的載波(稱為相干載波)后,經(jīng)低通濾波器濾掉2ωc分量后,得到解調(diào)輸出演示相干解調(diào)2024/5/12通信原理課件49對(duì)于單邊帶信號(hào)（上邊帶信號(hào)或下邊帶信號(hào)）與相干載波相乘后得經(jīng)低通濾波后的解調(diào)輸出為演示載波同步相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須在已調(diào)信號(hào)接收端產(chǎn)生與信號(hào)載波同頻同相的本地載波。相干載波的獲取方法是通過載波同步電路。提取相干載波的方法有兩種：直接法（自同步法：發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息）平方變換法和平方環(huán)法同相正交環(huán)法（科斯塔斯環(huán)法）插入導(dǎo)頻法（外同步法）2024/5/12通信原理課件50平方變換法此方法廣泛用于建立抑制載波的雙邊帶信號(hào)的載波同步。2024/5/12通信原理課件51圖11–1平方變換法提取載波平方變換法2024/5/12通信原理課件52設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)無直流分量，則抑制載波的雙邊帶信號(hào)為接收端將該信號(hào)經(jīng)過非線性變換——平方律器件后得到上式的第二項(xiàng)包含有載波的倍頻2ωc的分量。若用一窄帶濾波器將2ωc頻率分量濾出，再進(jìn)行二分頻，就可獲得所需的相干載波。平方環(huán)法2024/5/12通信原理課件53在實(shí)際中，伴隨信號(hào)一起進(jìn)入接收機(jī)的還有加性高斯白噪聲，為了改善平方變換法的性能，使恢復(fù)的相干載波更為純凈，圖11-1中的窄帶濾波器常用鎖相環(huán)代替，構(gòu)成如圖11-2所示的方框圖，稱為平方環(huán)法提取載波。圖11-2平方環(huán)法提取載波同相正交環(huán)法同相正交環(huán)法又叫科斯塔斯（Costas）環(huán)。在此環(huán)路中，壓控振蕩器（VCO）提供兩路互為正交的載波，與輸入接收信號(hào)分別在同相和正交兩個(gè)鑒相器中進(jìn)行鑒相，經(jīng)低通濾波之后的輸出均含調(diào)制信號(hào)，兩者相乘后可以消除調(diào)制信號(hào)的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與相位差有關(guān)的控制壓控，從而準(zhǔn)確地對(duì)壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整。2024/5/12通信原理課件54

圖11-3Costas環(huán)法提取載波例題5（教材P92習(xí)題4-12）從調(diào)制概念的角度考慮，s(t)為f1(t)、f2(t)單邊帶調(diào)制時(shí)的上、下邊帶之和，所有a、b點(diǎn)的波形分別為其中，故包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成。包絡(luò)檢波屬于非相干解調(diào),廣播接收機(jī)中多采用此法。2024/5/12通信原理課件58整流器LPFSAM(t)So(t)Mo(t)圖4-12包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波2024/5/12通信原理課件60設(shè)輸入信號(hào)是AM信號(hào)在大信號(hào)檢波時(shí)(一般大于0.5V)，二極管處于受控的開關(guān)狀態(tài)。選擇RC滿足如下關(guān)系:式中,fH是調(diào)制信號(hào)的最高頻率；fc是載波的頻率。在滿足式(4.1-17)的條件下,檢波器的輸出近似為演示2024/5/12通信原理課件61各種幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能4.2.1分析模型概念模擬通信系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)用有效傳輸頻帶（有效性）和接收端輸出信噪比（可靠性）來衡量。調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能是利用解調(diào)器的抗噪聲能力來衡量?？乖肼暷芰νǔＳ谩靶旁氡取眮矶攘俊?024/5/12通信原理課件62各種幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能解調(diào)器模型注：帶通濾波器的作用是將混合在噪聲中的有用信號(hào)過濾出來，同時(shí)，濾除已調(diào)信號(hào)頻帶外的噪聲。解調(diào)器輸入端的噪聲帶寬與已調(diào)信號(hào)的帶寬是相同的，但是遠(yuǎn)小于中心頻率。加性高斯白噪聲n(t)的雙邊功率譜密度為n0/2，均值為0。圖4–14帶通濾波器傳輸特性2024/5/12通信原理課件64各種幅度調(diào)制系統(tǒng)的噪聲性能分析模型解調(diào)器的輸入噪聲為窄帶高斯白噪聲解調(diào)器的輸入噪聲功率輸出信噪比2024/5/12通信原理課件65各種幅度調(diào)制系統(tǒng)的噪聲性能輸入信噪比信噪比增益也稱為調(diào)制制度增益G作用：用來衡量同類調(diào)制系統(tǒng)不同解調(diào)器對(duì)輸入信噪比的影響。2024/5/12通信原理課件66各種幅度調(diào)制系統(tǒng)的噪聲性能4.2.2線性系統(tǒng)的相干解調(diào)抗噪性能相干解調(diào)的原理原理框圖2024/5/12通信原理課件67各種幅度調(diào)制系統(tǒng)的噪聲性能模型分析sp(t)經(jīng)過低通濾波器LPF，濾掉高頻成份，得以DSB信號(hào)為例對(duì)有用信號(hào)：2024/5/12通信原理課件68各種幅度調(diào)制系統(tǒng)的噪聲性能對(duì)噪聲：通過相乘器的噪聲信號(hào)經(jīng)過低通濾波器LPF，濾掉高頻成份，得2024/5/12通信原理課件69DSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能分析解調(diào)器輸入信噪比已調(diào)信號(hào)的平均功率輸入噪聲平均功率輸入信噪比2024/5/12通信原理課件70DSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能解調(diào)器輸出端信噪比輸出信號(hào)平均功率輸出噪聲的平均功率輸出信噪比2024/5/12通信原理課件71DSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能解調(diào)增益G（信噪比得益）這說明，DSB信號(hào)的解調(diào)器使信噪比改善了一倍。這是因?yàn)椴捎猛浇庹{(diào)，把噪聲中的正交分量ns(t)抑制掉了，從而使噪聲功率減半。2024/5/12通信原理課件72SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能分析解調(diào)器輸入端信噪比已調(diào)信號(hào)的平均功率2024/5/12通信原理課件73SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能輸入噪聲平均功率輸入信噪比注：在這里SSB信號(hào)中窄帶加性噪聲的帶寬僅是DSB系統(tǒng)中的一半，因此SSB解調(diào)器中的窄帶噪聲功率是DSB解調(diào)器中的一半。同樣的符號(hào)Ni在DSB系統(tǒng)和SSB系統(tǒng)的值不同！2024/5/12通信原理課件74SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能解調(diào)器輸出端信噪比輸出信號(hào)平均功率輸出噪聲的平均功率輸出信噪比2024/5/12通信原理課件75SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能解調(diào)增益G（信噪比得益） SSB解調(diào)器具有相同的輸入輸出信噪比。這說明，SSB信號(hào)的解調(diào)器對(duì)信噪比沒有改善。這是因?yàn)樵赟SB系統(tǒng)中，信號(hào)和噪聲具有相同的表示形式，所以相干解調(diào)過程中，信號(hào)和噪聲的正交分量均被抑制掉，故信噪比不會(huì)得到改善。

2024/5/12通信原理課件76SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能注意在相同的噪聲背景和相同的輸入信號(hào)功率條件下，DSB和SSB在解調(diào)器輸出端的信噪比是相等的。從抗噪聲的觀點(diǎn)，SSB調(diào)制和DSB調(diào)制是相同的。但SSB調(diào)制所占有的頻帶僅為DSB的一半。2024/5/12通信原理課件77VSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能由于所采用的殘留邊帶濾波器的頻率特性形狀可能不同，所以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(hào)近似看成SSB信號(hào)，即SVSB(t)≈SSSB(t)。 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。2024/5/12通信原理課件78例題5（教材P91習(xí)題4-5）解：（1）為了保證信號(hào)順利通過和盡可能地濾除噪聲，帶通濾波器的寬度等于已調(diào)信號(hào)帶寬，即其中心頻率為100kHz，故有

（2）已知解調(diào)器的輸入信號(hào)功率，輸入噪聲功率為故輸入信噪比

2024/5/12通信原理課件79（3）因?yàn)镈SB調(diào)制制度增益GDSB=2，故解調(diào)器的輸出信噪比：（4）根據(jù)相干解調(diào)器的輸出噪聲與輸入噪聲功率關(guān)系又因解調(diào)器中低通濾波器的截止頻率為fm=4kHz，故輸出噪聲的功率譜密度思考題（教材P92習(xí)題4-10）證明AM信號(hào)采用相干解調(diào)時(shí)，其制度增益G為2024/5/12通信原理課件802024/5/12通信原理課件81證：設(shè)AM信號(hào)為式中，輸入噪聲為則解調(diào)器輸入的信號(hào)功率和噪聲功率分別為設(shè)同步檢測（相干解調(diào)）中，相干載波為則2024/5/12通信原理課件82故輸出有用信號(hào)和輸出噪聲分別為所以故2024/5/12通信原理課件83AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能4.2.3AM信號(hào)包絡(luò)檢波解調(diào)的抗噪性能AM信號(hào)可用相干解調(diào)和包絡(luò)檢波兩種方法解調(diào)。包絡(luò)檢波的原理模型2024/5/12通信原理課件84AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能AM系統(tǒng)包絡(luò)檢波的抗噪性能解調(diào)器輸入端信噪比已調(diào)信號(hào)的平均功率輸入噪聲平均功率（與DSB相同）輸入信噪比2024/5/12通信原理課件85AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能解調(diào)器輸出端信噪比解調(diào)器輸出信號(hào)包絡(luò)：相位：2024/5/12通信原理課件86AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能情況一：大信噪比（小噪聲）情況，即這里利用了公式2024/5/12通信原理課件87AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能分析：輸出信號(hào)平均功率輸出噪聲的平均功率輸出信噪比解調(diào)增益2024/5/12通信原理課件88AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能結(jié)論：在小噪聲情況下，AM系統(tǒng)的相干解調(diào)與非相干解調(diào)有相同的抗噪性能。當(dāng)A0=|m(t)|max時(shí)，對(duì)于單音信號(hào)的調(diào)制（簡稱單音調(diào)制）m(t)=A0cosωmt， 此時(shí)G=2/3。

2024/5/12通信原理課件89AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能情況二：小信噪比（大噪聲）情況，即2024/5/12通信原理課件90AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能分析：包絡(luò)E(t)中的m(t)，m(t)cosθ(t)是依賴于噪聲變化的隨機(jī)函數(shù)，也就是一個(gè)隨機(jī)噪聲。此時(shí)包絡(luò)檢波器把有用信號(hào)擾亂成噪聲。結(jié)論：在大噪聲情況下，AM系統(tǒng)包絡(luò)檢波法無法恢復(fù)原始信號(hào)m(t)。2024/5/12通信原理課件91AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能3.門限效應(yīng)概念：當(dāng)輸入信噪比小到某一個(gè)特定的數(shù)值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)輸出信噪比急劇惡化的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為門限效應(yīng)，而該特定的數(shù)值稱為門限。原因：由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用所引起的。注意：非相干解調(diào)有門限效應(yīng)；相干解調(diào)無門限效應(yīng)。包絡(luò)檢波是一種非線性解調(diào)方法。2024/5/12通信原理課件92例題6（教材P92習(xí)題4-11）解：(1)設(shè)AM信號(hào)為，且式中，Pc為載波功率，Ps為邊帶功率。

2024/5/12通信原理課件93（2）假定，則理想包絡(luò)檢波輸出為（3）制度增益

2024/5/12通信原理課件94角度調(diào)制(AngularModulation)頻率調(diào)制（FrequencyModulation，F(xiàn)M）：載頻fc隨基帶信號(hào)變化。相位調(diào)制（PhaseModulation，PM）：載波的相位隨基帶信號(hào)變化。調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為角度調(diào)制。角度調(diào)制屬于非線性調(diào)制，即調(diào)制后信號(hào)的頻譜不再是調(diào)制前信號(hào)頻譜的線性搬移，而產(chǎn)生出很多新的頻率成分。2024/5/12通信原理課件95角度調(diào)制(AngularModulation)4.3.1基本概念角調(diào)波的一般表達(dá)式：式中，A為——振幅（恒定）瞬時(shí)相位：瞬時(shí)角頻率：瞬時(shí)相位偏移：瞬時(shí)角頻率偏移：2024/5/12通信原理課件96角度調(diào)制(AngularModulation)調(diào)相瞬時(shí)相位偏移∝基帶信號(hào)幅值式中，Kp為調(diào)相靈敏度，單位為rad/V。則雖然是PM波，但其角頻率仍與m(t)有關(guān)。2024/5/12通信原理課件97角度調(diào)制(AngularModulation)式中，Kf為調(diào)頻靈敏度，單位為rad/(s.V

)。則調(diào)頻瞬時(shí)角頻率偏移∝基帶信號(hào)幅值2024/5/12通信原理課件98角度調(diào)制(AngularModulation)總結(jié)FM波和PM波從波形上無法區(qū)別。區(qū)分FM波和PM波的方法是考察頻偏還是相移隨基帶信號(hào)的幅值變化。調(diào)頻與調(diào)相之間的關(guān)系窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻2024/5/12通信原理課件99角度調(diào)制(AngularModulation)2024/5/12通信原理課件100角度調(diào)制(AngularModulation)4.3.2窄帶調(diào)頻（NBFM）定義時(shí)域表達(dá)式頻域表達(dá)式2024/5/12通信原理課件101角度調(diào)制(AngularModulation)與AM信號(hào)的頻譜比較2024/5/12通信原理課件102角度調(diào)制(AngularModulation)4.3.3寬帶調(diào)頻（WBFM）信號(hào)表達(dá)式設(shè)基帶信號(hào)為單音頻信號(hào)式中，AmKf為最大角頻偏，記為Δω。mf為調(diào)頻指數(shù)2024/5/12通信原理課件103角度調(diào)制(AngularModulation)調(diào)頻信號(hào)的級(jí)數(shù)展開式：調(diào)頻信號(hào)的級(jí)數(shù)展開式對(duì)應(yīng)的付氏變換譜：調(diào)頻波的帶寬用卡森公式表示：2024/5/12通信原理課件104Kf=50，fc=250Hz，消息帶寬W=50Hz則mf=3，B=4002024/5/12通信原理課件105調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生NBFM信號(hào)的產(chǎn)生直接調(diào)頻：常用壓控振蕩器產(chǎn)生；圖4-23

PLL調(diào)制器調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)間接調(diào)頻：用調(diào)相電路產(chǎn)生調(diào)頻波窄帶調(diào)頻時(shí)域表達(dá)式的電路表示2024/5/12通信原理課件1062024/5/12通信原理課件107調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)WBFM信號(hào)的產(chǎn)生先產(chǎn)生一個(gè)NBFM信號(hào)，再經(jīng)過一個(gè)倍頻器，從而產(chǎn)生WBFM信號(hào)。2024/5/12通信原理課件109混頻法例如,在上述方案中選擇倍頻次數(shù)n1=64,n2=48,混頻器參考頻率f2=10.9MHz,則調(diào)頻發(fā)射信號(hào)的載頻200kHz25Hz12800kHz1600Hz2024/5/12通信原理課件110調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)NBFM的相干解調(diào)2024/5/12通信原理課件111調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)WBFM的非相干解調(diào)非線性調(diào)制采用非相干解調(diào)。而非相干解調(diào)采用的是鑒頻器。解調(diào)器的輸出應(yīng)當(dāng)為：頻率-電壓轉(zhuǎn)換特性的鑒頻器鎖相環(huán)法2024/5/12通信原理課件112調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)1）鑒頻器法微分電路將幅度衡定的調(diào)頻波變換為調(diào)幅調(diào)頻波，即幅度和頻率都隨基帶信號(hào)m(t)線性變化。其缺點(diǎn)之一是包絡(luò)檢波器對(duì)于由信道噪聲和其他原因引起的幅度起伏也有反應(yīng)，為此，在微分器前加一個(gè)限幅器和帶通濾波器。2024/5/12通信原理課件113調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)2）鎖相環(huán)法解調(diào)鑒相器：對(duì)兩輸入信號(hào)進(jìn)行相位比較；環(huán)路濾波器：平滑鑒相器輸出電壓及抑制鑒相器輸出電壓中的噪聲和高頻分量。壓控振蕩器VCO：控制輸入端的控制信號(hào)隨uo變化。例題7（教材P93習(xí)題4-14）（1）

該角調(diào)波的瞬時(shí)角頻率為故最大頻偏

調(diào)頻指數(shù)

而最大相偏

因?yàn)镕M波與PM波的帶寬形式相同，即（2）因?yàn)椴恢{(diào)制信號(hào)m(t)的形式，所以無法確定該角調(diào)波sm(t)究竟是FM信號(hào)還是PM信號(hào)。2024/5/12通信原理課件115調(diào)頻系統(tǒng)的噪聲性能1.模型輸入信號(hào)功率：輸入噪聲功率：2024/5/12通信原理課件116調(diào)頻系統(tǒng)的噪聲性能2.結(jié)論（1）大信噪比情況輸出信噪比：考慮基帶信號(hào)為單頻余弦波時(shí)：解調(diào)器的制度增益為：2024/5/12通信原理課件117調(diào)頻系統(tǒng)的噪聲性能寬帶調(diào)頻輸出信噪比相對(duì)于調(diào)幅的改善與其傳輸帶寬的平方成正比。也就是說，對(duì)于調(diào)頻系統(tǒng)來說，可以通過增加傳輸帶寬來改善系統(tǒng)的抗噪聲性能，調(diào)頻系統(tǒng)可以用帶寬來換取信噪比的改善。但對(duì)于調(diào)幅系統(tǒng)，因?yàn)檎{(diào)幅系統(tǒng)的信號(hào)帶寬是固定的，因而不能利用帶寬換取信噪比的改善。寬帶調(diào)頻時(shí)，解調(diào)器的制度增益為：教材P88例題4-12024/5/12通信原理課件118調(diào)頻系統(tǒng)的噪聲性能（2）小信噪比情況沒發(fā)生門限效應(yīng)時(shí)：在相同輸入信噪比情況下，F(xiàn)M輸出信噪比要好于AM輸出信噪比;但是，當(dāng)輸入信噪比降低到某一門限時(shí)，F(xiàn)M就開始出現(xiàn)門限效應(yīng);如果輸入信噪比繼續(xù)降低，則FM解調(diào)器的輸出信噪比將急劇變壞，甚至比AM的性能還要差。用普通鑒頻器解調(diào)調(diào)頻信號(hào)時(shí)，其門限效應(yīng)與輸入信噪比有關(guān)，一般發(fā)生在輸入信噪比10dB左右處。和包絡(luò)檢波器一樣，F(xiàn)M解調(diào)器的門限效應(yīng)也是由它的非線性的解調(diào)作用所引起的。各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較2024/5/12通信原理課件1192024/5/12通信原理課件120各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較性能比較WBFM抗噪聲性能最好，DSB、SSB、VSB抗噪聲性能次之，AM抗噪聲性能最差。FM的調(diào)頻指數(shù)mf越大，抗噪聲性能越好，但占據(jù)的帶寬越寬，頻帶利用率低。SSB的帶寬最窄，其頻帶利用率高。優(yōu)缺點(diǎn)圖