4.2 角度调制.ppt

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1、CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统4.2 角度调制角度调制 基本概念介绍基本概念介绍（动画（动画11）FM：载波信号的频率随调制信号而变；载波信号的频率随调制信号而变；PM：载波信号的相位随调制信号而变；载波信号的相位随调制信号而变；载波信号的幅度都保持不变，而频率的变化和相位的变化都载波信号的幅度都保持不变，而频率的变化和相位的变化都表现为相角的变化，因而表现为相角的变化，因而FM与与PM统称为角度调制或调角。统称为角度调制或调角。已调信号的频谱对于基带信号产生了新的频率分量，因此又已调信号的频

2、谱对于基带信号产生了新的频率分量，因此又称为非线性调制。称为非线性调制。1 1Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统4.2.1 角度调制的基本原理角度调制的基本原理角度调制信号的一般表达式为：角度调制信号的一般表达式为：其中：其中：A为载波恒定的振幅；为载波恒定的振幅；为瞬时相位偏移；为瞬时相位偏移；为瞬时相位；为瞬时相位；为信号的瞬时频率。为信号的瞬时频率。为瞬时频率偏移，即相对于为瞬时频率偏移，即相对于 的瞬时频率偏移；的瞬时频率偏移；2 2Page Pag

3、e Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统 PM与与FM所谓所谓相位调制相位调制，即是瞬时相位偏移随基带信号成比，即是瞬时相位偏移随基带信号成比例变化的调制，即例变化的调制，即 ，其中，其中KP为比例为比例常数，单位常数，单位rad/V；则相位调制信号可表示为：则相位调制信号可表示为：3 3Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统 其中，其中，叫调相指

4、数，代表调相波的最叫调相指数，代表调相波的最大相位偏移大相位偏移对于单频调制：对于单频调制：4 4Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统则频率调制信号为：则频率调制信号为：所谓所谓频率调制频率调制，即是瞬时频率偏移随基带信号成比，即是瞬时频率偏移随基带信号成比例变化的调制，即例变化的调制，即 ，其中，其中KF为比例为比例常数，单位常数，单位rad/(V*S)；或或对于单频调制：对于单频调制：5 5Page Page Page Page Communication

5、CommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统 其中，其中，叫调频指数，代表调频波的最叫调频指数，代表调频波的最大相位偏移大相位偏移调频波最大频率偏移：调频波最大频率偏移：则则 （最大频偏与调制信号角频率之比）（最大频偏与调制信号角频率之比）动画动画21与动画与动画226 6Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统 调角信号的频带宽度调角信号的频带宽度1、一个调角信号除了载波频率、一个调角信号除了载波频率

6、 以外，还包含无穷多以外，还包含无穷多的边频，相邻边频之间的频率间隔仍是的边频，相邻边频之间的频率间隔仍是 。第。第n条谱线条谱线与载频之差为与载频之差为 。可见，其。可见，其频谱无限宽频谱无限宽！2、每一个分量的幅度等于、每一个分量的幅度等于AmJn(mf)，而而Jn(mf)由贝塞由贝塞尔函数决定。尔函数决定。3、贝塞尔函数的特点：当阶数、贝塞尔函数的特点：当阶数nmf+1时，时，Jn(mf)的的数值随着数值随着n的增加而迅速减小。实际上可认为的增加而迅速减小。实际上可认为n=mf+1，即高低边频的总数为即高低边频的总数为2n=2(mf+1)，则调频波的频则调频波的频谱有效宽度为谱有效宽度为

7、2(mf+1)m，即频带宽度即频带宽度 BFM=2(mf+1)m 7 7Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统 由于调频和调相的幅度不变，则调角波在调制后由于调频和调相的幅度不变，则调角波在调制后总功率不变，只是将原来载波功率中的一部分转入边总功率不变，只是将原来载波功率中的一部分转入边频中。载波成分的系数频中。载波成分的系数Jo(mf)小于小于1，表示载波功率减，表示载波功率减少了。因此少了。因此调制过程不需要外界供给边频功率调制过程不需要外界供给边频功率，只

8、是，只是高频信号本身载频功率与边频功率的重新分配。高频信号本身载频功率与边频功率的重新分配。mf 1:宽带调频（无穷级贝塞尔函数）宽带调频（无穷级贝塞尔函数）BFM=2(mf+1)m mf 1:窄带调频（边频只取一对）窄带调频（边频只取一对）BFM=2 m 动画动画23与动画与动画248 8Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统重要结论：重要结论：从所占频带的利用率来讲，调相波不如调频波好。从所占频带的利用率来讲，调相波不如调频波好。因为实际的调制信号包含有许多

9、的频率成份，调相波因为实际的调制信号包含有许多的频率成份，调相波所占的频带变化就很大，而载频的选取和对发射机、所占的频带变化就很大，而载频的选取和对发射机、接收机通频带的要求又是根据频带最宽的情况而定，接收机通频带的要求又是根据频带最宽的情况而定，这对于调制频率低的情况，显然不经济。这对于调制频率低的情况，显然不经济。因此，因此，PM一般只作为产生一般只作为产生FM的一种间接手段。的一种间接手段。(将基带信号积分再进行将基带信号积分再进行PM调制调制)9 9Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模

10、拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统4.2.2 4.2.2 宽带调频系统的抗噪性能宽带调频系统的抗噪性能 鉴频器鉴频器鉴频器鉴频器带通带通带通带通限幅器限幅器限幅器限幅器微分器微分器微分器微分器包络包络包络包络检波器检波器检波器检波器LPFLPFS SFMFM(t)(t)n ni i(t(t)mmo o(t(t)2 2、输入信噪比输入信噪比输入信噪比输入信噪比1 1、解调器模型、解调器模型、解调器模型、解调器模型1010Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统3 3

11、、解调原理、解调原理、解调原理、解调原理11 11Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统矢矢量量合合成成图图a a2 2a a1 1a a 1 1C CB B任意参考基线任意参考基线O O 2 2 2 2-1 1-1 1a a2 21212Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统鉴频特鉴频特性性噪声噪声噪声噪声 有用信号有用信号有用

12、信号有用信号 1313Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统噪声功率？噪声功率？噪声功率？噪声功率？鉴频器鉴频器鉴频器鉴频器(微分网络输出微分网络输出微分网络输出微分网络输出)功率谱功率谱功率谱功率谱 噪声功率噪声功率噪声功率噪声功率 1414Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统输出信噪比输出信噪比输出信噪比输出信噪比 1515

13、Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统4 4、大信噪比情况下，调频系统与包络检波常规调幅系统、大信噪比情况下，调频系统与包络检波常规调幅系统、大信噪比情况下，调频系统与包络检波常规调幅系统、大信噪比情况下，调频系统与包络检波常规调幅系统的抗噪声性能的比较的抗噪声性能的比较的抗噪声性能的比较的抗噪声性能的比较 对于对于100%调制调制,且且 是正弦型信号，有是正弦型信号，有 因此有因此有:又因为又因为:则则1616Page Page Page Page Commu

14、nicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统4.3 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较 设设：1.1.输入功率相等输入功率相等输入功率相等输入功率相等 S Si i ；3.3.基带信号基带信号基带信号基带信号m(t)m(t)2.2.加性高斯白噪声，加性高斯白噪声，加性高斯白噪声，加性高斯白噪声，1717Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统输出信噪比输出信噪比输出信噪比输出信

15、噪比1818Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统各种模拟调制系统的性能曲线各种模拟调制系统的性能曲线各种模拟调制系统的性能曲线各种模拟调制系统的性能曲线7060504030201001020304050FM:m m=6 6 m=3DSB/SSBAM1919Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统方式方式方式方式B B设备设备设备设

16、备复复复复杂杂杂杂性性性性主要主要主要主要应应应应用用用用DSBDSB2B2Bb b中等中等中等中等(相干解相干解相干解相干解调调调调)模模模模拟拟拟拟数据数据数据数据传输传输传输传输;低低低低带宽带宽带宽带宽信号信号信号信号FDMFDM系系系系统统统统AMAM2B2Bb b较较较较小小小小 (包包包包络检络检络检络检波波波波)无无无无线电线电线电线电广播广播广播广播SSBSSBB Bb b较较较较大（相干解大（相干解大（相干解大（相干解调调调调,调调调调制器制器制器制器复复复复杂杂杂杂）语语语语音通信音通信音通信音通信,话话话话音音音音频频频频分多路通信分多路通信分多路通信分多路通信VSBV

17、SBB Bb b 2B2Bb b较较较较大（相干解大（相干解大（相干解大（相干解调调调调,调调调调制器制器制器制器复复复复杂杂杂杂）数据数据数据数据传输传输传输传输;宽带宽带宽带宽带(电视电视电视电视)系系系系统统统统FMFM2(m2(mf f+1)B+1)Bb b中等中等中等中等(调调调调制器制器制器制器较较较较复复复复杂杂杂杂）数据数据数据数据传输传输传输传输;无无无无线线线线广播广播广播广播,微微微微波中波中波中波中继继继继各种系统综合性能比较及其应用：各种系统综合性能比较及其应用：各种系统综合性能比较及其应用：各种系统综合性能比较及其应用：2020Page Page Page Page

18、 CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统 cnLPFLPF LPFLPF LPFLPF LPFLPF LPFLPFBPFBPF1 1BPFBPF2 2BPFBPFn n LPFLPF相相相相加加加加器器器器信信信信道道道道SPFSPF1 1SPFSPF2 2SPFSPFn n c1 c2 c1 c2 cnm1(t)m2(t)mn(t)m1(t)m2(t)mn(t)4.4 频分复用系统频分复用系统FDM复用复用复用复用:将若干彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的将若干彼此独立的信号合并为一个可在

19、同一信道上传输的复合信号的方法。复合信号的方法。包括：包括：FDM,TDM,CDMA,WDMFDM动画动画2121Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统频分复用信号频谱结构频分复用信号频谱结构载波频率选取：载波频率选取：n路路总带宽：总带宽：S()m g-cn -c2 -c1 0 c1 c2 cn优点：优点：信道复用率高，允许复用的路数多，分路也很方便。信道复用率高，允许复用的路数多，分路也很方便。主要缺点：主要缺点：设备较复杂；因滤波器特性不够理想和信道存在非

20、线设备较复杂；因滤波器特性不够理想和信道存在非线性而产生的路间干扰。性而产生的路间干扰。2222Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统FDM举例举例载波电话系统载波电话系统 多路载波电话分群等级多路载波电话分群等级 2323Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统广播电视广播电视 彩色电视信号的频谱彩色电视信号的频谱 2424Page Page Page Page CommunicationCommunicationCh4 Ch4 Ch4 Ch4 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统立体声广播立体声广播 2525Page Page Page Page