第四章-模拟角调制要点优秀PPT.ppt

第四章 模拟角调制调制：调制：就是将基带信号进行各种变换后再传输的过程。第一节、角调制的基本概念其次节、窄带角调制第三节、正弦信号调制时的宽带调制第四节、宽带调相第五节、调频（调相）信号的产生和解调第六节、调频系统的抗噪声性能第七节、预加重和去加重目目 录录4.1.1 调相波（PM）4.1.2 调频波（FM）4.1.3 单频调制第一节、角调制的基本概念第一节、角调制的基本概念4.1 4.1 角调制的基本概念角调制的基本概念角调制：角调制：除频谱搬移外，还产生新的频率分量 非线性调制。属于新的频率重量：出现了交叉调制或者交叉乘积边带，新的频率重量：出现了交叉调制或者交叉乘积边带，“叠加原理叠加原理”不再适合。不再适合。对未调载波：对未调载波：其中，是载波的瞬时相位。所以上式的正弦载波的瞬时角频率：是一常量。4.1 4.1 角调制的基本概念角调制的基本概念一般表达式为：瞬时相位：瞬时角频率：而瞬时频率偏移：瞬时相位偏移：表示相对于未调载波的瞬时相位偏移对角调信号：对角调信号：1.1.调相波（调相波（PMPM）4.1 4.1 角调制的基本概念角调制的基本概念瞬时相位最大瞬时相位偏移瞬时频率最大瞬时频率偏移所以PMPM波的一般表达式波的一般表达式：（一般设为0）2.2.调频波（调频波（FMFM）4.1 4.1 角调制的基本概念角调制的基本概念瞬时频率最大瞬时频率偏移瞬时相位最大瞬时相位偏移所以FMFM波的一般表达式波的一般表达式：（一般设为0）3.3.单音调制：单音调制：4.1 4.1 角调制的基本概念角调制的基本概念若调制信号：调信任号：调频信号：4.1 4.1 角调制的基本概念角调制的基本概念差异：差异：4.1 4.1 角调制的基本概念角调制的基本概念单音调相单音调相单音调频单音调频注：仅从已调波形上难以区分调相波、调频波，因二者的瞬时注：仅从已调波形上难以区分调相波、调频波，因二者的瞬时 功率、瞬时相位都随时间变更，所以二者无本质区分。功率、瞬时相位都随时间变更，所以二者无本质区分。4.2.1 窄带调频4.2.2 窄带调相其次节、其次节、窄带角调制窄带角调制4.2.1 4.2.1 窄带调频窄带调频1.1.时域时域2.2.频域频域常规调幅：4.2.1 4.2.1 窄带调频窄带调频NBFMNBFM与与AMAM信号比较：信号比较：3.3.单频调制单频调制4.2.1 4.2.1 窄带调频窄带调频3.3.单频调制单频调制4.2.1 4.2.1 窄带调频窄带调频对应频谱图：4.4.向量描述法向量描述法窄带调频信号的矢量表示：4.2.1 4.2.1 窄带调频窄带调频正弦信号：0S可见，载频重量与上下边频重量之和正交。可见，载频重量与上下边频重量之和正交。wcAm/2-wmwmABDCC常规调幅信号的矢量表示：4.4.向量描述法向量描述法4.2.1 4.2.1 窄带调频窄带调频wcAm/2-wmwmACDB上下边频重量向量合成后的边带向量与载频重量同相。不存在正交向量和相偏。4.2.1 4.2.1 窄带调频窄带调频AMAM波与波与NBFMNBFM波的比较：波的比较：相同点：调制前后频谱间存在线性搬移关系，都产生载频、相同点：调制前后频谱间存在线性搬移关系，都产生载频、上下边频重量。上下边频重量。窄带调信任号（时域）：窄带调信任号（频域）：4.2.2 4.2.2 窄带调相窄带调相4.3.1 单频调制4.3.2 单频调制时的频带宽度4.3.3 多频调制第三节、正弦信号调制时的宽带调频第三节、正弦信号调制时的宽带调频4.3.1 4.3.1 单频调制单频调制设则有，最大瞬时相偏利用三角公式、以贝塞尔函数为系数的三角级数及贝塞尔函数性质可推出：4.3.1 4.3.1 单频调制单频调制1 1、BesselBessel函数函数Bessel方程：(数理方程)Bessel函数性质：4.3.1 4.3.1 单频调制单频调制2 2、调频信号的频谱、调频信号的频谱可知：频谱中含有无穷多个频谱分量，载频幅度正比于 ，而 两边间隔为 的各次边频分量幅度正比于 。4.3.2 4.3.2 单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度FM波有无穷多边频重量，即频谱无限宽。所以无失真传FM信号，系统带宽应当无限宽，但实际中做不到。现探讨FM信号的有效频谱宽度。一个标准标准是：去除幅度小于未调载波幅度1%的边频。经验公式由此可得FM波频带宽度 另一公式（常用）卡森公式：其中，从而有：最大频率偏移4.3.2 4.3.2 单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度当 即为窄带调频时的频带宽度。当 即大调频指数的FM带宽为最大频偏2倍。4.3.3 4.3.3 多频调制多频调制设双频调制信号为：代入得，引入复信号表示：得：因此，4.3.3 4.3.3 多频调制多频调制无穷多个频率为：和 的分量。（）无穷多个交叉调制项（交叉重量），频率为 ，它们都对称分布在载频两侧。因此，幅度调制为线性调制，频率调制为非线性调制。对几个频率正弦信号调制：得：4.5 4.5 宽带调相宽带调相调制信号调制信号：调频信号：调频信号：调相信号：调相信号：为瞬时频率。为瞬时频偏。为最大频偏。4.5 4.5 宽带调相宽带调相利用Bessel函数，上式得：调相信号：调相信号：调信任号的频带宽度：4.5 4.5 宽带调相宽带调相若调制信号的频率加倍：调频：调频：调相：调相：带宽几乎不变所以通常用调频，以节约带宽。所以通常用调频，以节约带宽。4.6.1 调频信号的产生4.6.2 调频信号的解调4.6 4.6 调频（调相）信号的产生和解调调频（调相）信号的产生和解调4.6.1 4.6.1 调频信号的产生调频信号的产生1.1.干脆法：干脆法：VCO：压控振荡器，限制输出频率变更与输入电压成正比。2.2.间接法：间接法：先产生窄带调频，再利用倍频技术得到宽带调频。窄带调制器倍频器宽带调频信号功能：将输入频率倍增N倍4.6.1 4.6.1 调频信号的产生调频信号的产生窄带调频调制器方框图：窄带调频调制器方框图：积分器-+4.6.2 4.6.2 调频信号的解调调频信号的解调相干解调：只适于窄带角调信号非相干解调：随意角调信号鉴频器：广播及电视中，电路简洁锁相环解调器：高频锁相环解调器解调性能好，电路复杂；举例：空间通信（对解调性能要求高）解调分类解调分类4.6.2 4.6.2 调频信号的解调调频信号的解调1.1.非相干解调非相干解调鉴频器种类很多，均可等效为：一个带有微分器的包络检波器。微分器包络检波调幅调频信号再用包络检波器解调，输出信号为：鉴频器：通过微分作用提取输入调频波中的瞬时频率变更。鉴频器：通过微分作用提取输入调频波中的瞬时频率变更。4.6.2 4.6.2 调频信号的解调调频信号的解调信道中噪声及其它原因引起幅度起伏 限幅器滤除带外噪声 BPF2.2.相干解调相干解调4.6.2 4.6.2 调频信号的解调调频信号的解调限制信道引入的噪声而调频信号能通过相干载波：相乘器输出：经微分及LPF后：4.7.1 非相干解调的抗噪声性能4.7.2 门限效应4.7.3 相干解调的抗噪声性能4.7 4.7 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能4.7 4.7 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能分析模型：分析模型：设在大信噪比状况下：4.7.1 4.7.1 非相干解调的抗噪声性能非相干解调的抗噪声性能1.1.输入信噪比输入信噪比输入信号：输入信号：输入噪声：输入噪声：输入信号功率：输入信号功率：输入噪声功率：输入噪声功率：02.2.输出信噪比输出信噪比输出信号：输出信号：解调器输出噪声功率谱：解调器输出噪声功率谱：4.7.1 4.7.1 非相干解调的抗噪声性能非相干解调的抗噪声性能信号能量：信号能量：4.7.1 4.7.1 非相干解调的抗噪声性能非相干解调的抗噪声性能所以输出噪声功率：所以输出噪声功率：输出信噪比：输出信噪比：所以所以，单频调制时：单频调制时：代入上式中，得：4.7.1 4.7.1 非相干解调的抗噪声性能非相干解调的抗噪声性能4.7.1 4.7.1 非相干解调的抗噪声性能非相干解调的抗噪声性能3.3.调频制和调幅制调频制和调幅制（单频调制，且接收功率相等）A:FM波幅度4.7.1 4.7.1 非相干解调的抗噪声性能非相干解调的抗噪声性能3.3.调频制和调幅制调频制和调幅制这一优越性以增加调频传输带宽调频传输带宽获得。后者带宽是前者的6倍。4.7.1 4.7.1 非相干解调的抗噪声性能非相干解调的抗噪声性能3.3.调频制和调幅制调频制和调幅制AM制：固定，因此不能达到以带宽换信噪比的目的。4.7.2 4.7.2 门限效应门限效应产生缘由：由非线性解调引起产生缘由：由非线性解调引起4.7.2 4.7.2 门限效应门限效应曲线清晰说明白门限效应的存在：在门限值旁边时，曲线起先弯曲，G有所下降。4.7.3 4.7.3 相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能窄带调频相干解调模型：（）无门限效应输出噪声功率密度谱：很低单频时对窄带：4.8 4.8 预加重和去加重预加重和去加重加重技术：加重技术：预加重调频鉴频去加重信道弥补方法：预加重抵消此失真。弥补方法：预加重抵消此失真。（改善信噪比）4.8 4.8 预加重和去加重预加重和去加重预加重：发送端对输入信号高频重量的提升去加重：解调后对高频重量的压低