第3章---模拟调制系统课件.ppt

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1、现代通信原理第三章第三章 模拟调制系统模拟调制系统1基本要求1.1.掌握掌握模拟调制、载波、调制信号、已调模拟调制、载波、调制信号、已调信号、调制器的定义；信号、调制器的定义；2.2.掌握掌握调制的目的及模拟调制的分类；调制的目的及模拟调制的分类；3.3.掌握掌握线性调制器的原理模型，会分析线性调制器的原理模型，会分析AMAM、DSBDSB、SSBSSB、VSBVSB调制与解调特性；调制与解调特性；4.4.掌握掌握非线性调制器的原理，及非线性已非线性调制器的原理，及非线性已调信号的频谱和带宽特性。调信号的频谱和带宽特性。2重点和难点重点和难点1.1.重点：重点：掌握线性调制与解调的原理模型，及

2、其数掌握线性调制与解调的原理模型，及其数学分析、波形分析、频谱分析，理解各种学分析、波形分析、频谱分析，理解各种调制方式的特点。调制方式的特点。2.2.难点：难点：非线性调制频谱和带宽特性的分析和理解非线性调制频谱和带宽特性的分析和理解。3u 概述（调制原理）概述（调制原理）u 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理u 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能u 非线性调制（角度调制）的原理非线性调制（角度调制）的原理u 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能u 各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较 第三章第三章 模拟调制系统模拟调制系统4调制原理调制原

3、理l调制制 把信号把信号转换成适合在信道中成适合在信道中传输的形式的形式 的一种的一种过程。程。l广广义调制制 基基带调制制 带通通调制制（载波波调制制）l载波波调制制 用用调制信号去控制制信号去控制载波的参数的波的参数的过程。程。调制信号制信号载波波已已调信号信号l解解调（检波）波）5n调制的目的制的目的 u提高无提高无线通信通信时的天的天线辐射效率。射效率。u实现多路复用，提高信道利用率。多路复用，提高信道利用率。u扩展信号展信号带宽，提高系，提高系统抗干抗干扰、抗衰落能力，、抗衰落能力，还可可实现传输带宽与信噪比与信噪比之之间的互的互换。n调制方式制方式 u模模拟调制、数字制、数字调制制

4、(信源信号信源信号)u正弦正弦载波波调制、脉冲制、脉冲调制（制（载波）波）u幅度幅度调制、角度制、角度调制（改制（改变载波的参数）波的参数）u线性性调制、非制、非线性性调制（制（频谱结构是否构是否发生生变化）化）n常常见的模的模拟调制制u幅度幅度调制：制：调幅幅AM、双、双边带DSB、单边带SSB、残、残留留边带VSBu角度角度调制：制：频率率调制制FM、相位、相位调制制PM 调制原理调制原理返回返回6线性调制线性调制n正弦正弦载波波为基基带调制信号制信号 m(t)幅度幅度调制信号（制信号（已已调信号信号）一般可表示成）一般可表示成n频谱n频谱搬移是搬移是线性的性的线性性调制制sm(t)调制调

5、制信号信号m m(t t)A Acoscos 0 0t tH H(f f)已调已调信号信号s s(t t)7l时域域 式中式中 m(t)调制信号，均制信号，均值为0；A0 常数，表示叠加的直流分量。常数，表示叠加的直流分量。l频谱：l调制器模型制器模型幅度调制幅度调制AM8AMAM波形和频谱波形和频谱9u包络检波法包络检波法u同步检波同步检波 波形波形调幅指数：调幅指数：否则，将由于出现过调幅否则，将由于出现过调幅现象而带来包络失真，现象而带来包络失真，造成解调困难。造成解调困难。10载频分量载频分量上边带上边带下边带下边带频谱密度图频谱密度图u带宽：带宽：11u功率：功率：p当当m(t)为确

6、知信号确知信号时，若若则式中式中Pc=A02/2 载波功率波功率，边带功率功率。AM信号的特性信号的特性12u调制效率制效率有用功率（用于有用功率（用于传输有用信息的有用信息的边带功率）占信号功率）占信号总功率的比例功率的比例u特例特例:当当m(t)=Am cos mt 时，u当当|m(t)|max=A0时（100调制），制），调制效率最高，制效率最高，max 1/3AM信号的特性信号的特性调制效率低调制效率低（原因（原因:载波功率占据了信号总功率的大部分，而载波本身并不携带信息）载波功率占据了信号总功率的大部分，而载波本身并不携带信息）13u原理：原理：u性能：性能：设输入入电压为式中，式中

7、，为检波器波器输入噪声入噪声电压 y(t)的包的包络：在大信噪比下：在大信噪比下：AM信号的接收：包络检波信号的接收：包络检波14检波后（已波后（已滤除直流分量）：除直流分量）：输出信号噪声功率比：出信号噪声功率比：在在检波前的信号噪声功率比等于波前的信号噪声功率比等于检波前后信噪功率比之比波前后信噪功率比之比为 由于由于m(t)1，显然上式比然上式比值r0/ri小于小于1，即，即检波后信噪比下降波后信噪比下降了。了。AM信号的接收：包络检波信号的接收：包络检波15n时域：无直流分量域：无直流分量A0n频谱：无：无载频分量分量 抑制载波双边带调制抑制载波双边带调制DSB16n解解调：需要本地：

8、需要本地载波波u设接收的接收的DSB信号信号为 接收端的本地接收端的本地载波波为 两者相乘后，得到两者相乘后，得到 低通低通滤波后，得到波后，得到 仅当本地当本地载波没有波没有频率和相位率和相位误差差时，输出信号才等于出信号才等于m(t)/2。和和调制信号制信号仅差一个常数因子差一个常数因子n优缺点：缺点：DSB信号可以信号可以节省省发送功率，但接收送功率，但接收电路路较为复复杂 DSB信号的解调信号的解调17u全部功率：全部功率：u调制效率：制效率：100u带宽：带宽是基是基带信号信号带宽 fH 的两倍。的两倍。u优点：点：节省了省了载波功率，提高了波功率，提高了调制效率，制效率，带宽同同A

9、Mu缺点：不能用包缺点：不能用包络检波，需用相干解波，需用相干解调，较复复杂。DSB信号的特性信号的特性18 例例1 1 已知已知AMAM已调信号表达式已调信号表达式式中，式中，。试分别画出它们。试分别画出它们的波形图和频谱图。的波形图和频谱图。例题例题19解：解：S SAMAM(t)(t)的波形如图（的波形如图（a a）所示，其频）所示，其频谱表达式为谱表达式为 例题例题20例题例题21nDSB信号信号虽然然节省了省了载波功率，波功率，调制效率提高了，制效率提高了，但但频带宽度仍是度仍是调制信号制信号带宽的两倍，同的两倍，同AM信号信号nDSB信号的上、下两个信号的上、下两个边带是完全是完全

10、对称的，它称的，它们都都携携带了了调制信号的全部信息制信号的全部信息n仅传输双双边带信号中一个信号中一个边带。n节省省发送功率，送功率，节省一半省一半传输频带。n产生生SSB信号的方法：信号的方法：u滤波法波法u相移法相移法单边带调幅单边带调幅SSB22p理想高通特性：理想高通特性：上上边带（HSB）调制制 p理想低通特性：理想低通特性：下下边带（LSB）调制制SSB滤波法滤波法23pSSB信号的信号的频谱p上上边带频谱图:SSB滤波法滤波法24l用用滤波法形成波法形成SSB信号的技信号的技术难点是：点是：n一般一般调制信号都具有丰富的低制信号都具有丰富的低频成分成分n经调制后得到的制后得到的

11、DSB信号的上、下信号的上、下边带之之间的的间隔很窄隔很窄n要求要求单边带滤波器在波器在fc附近具有陡峭的截止附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个特性，才能有效地抑制无用的一个边带。SSB滤波法（技术难点）滤波法（技术难点）25滤波法产生滤波法产生SSBSSB的多级频率搬移过程的多级频率搬移过程 在工程中往往采用多级调制滤波的方法，即在在工程中往往采用多级调制滤波的方法，即在低载频上形成单边带信号，然后通过变频将频低载频上形成单边带信号，然后通过变频将频谱搬移到更高的载频。实际上，频谱搬移可以谱搬移到更高的载频。实际上，频谱搬移可以连续分几步进行，直至达到所需的载频为止，连续分几步

12、进行，直至达到所需的载频为止，SSB滤波法（工程应用）滤波法（工程应用）26下边带频谱下边带频谱SSB相移法相移法27希尔伯特变换希尔伯特变换：定义：对于给定的全部谐波都移相定义：对于给定的全部谐波都移相90o后合成的时间函后合成的时间函数称为给定信号的数称为给定信号的Hilbert变换（变换（仍为时域仍为时域）。）。希尔伯特变换的傅立叶变换希尔伯特变换的傅立叶变换：Hilbert滤波器：滤波器：H()-jSgn()，模为，模为1，相移为，相移为-90oSSB相移法相移法28下边带上边带下边带频谱下边带频谱一般情况：一般情况：可证：可证：SSB相移法相移法29u相移法相移法SSB调制器方框制器

13、方框图p优点：不需要点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。波器具有陡峭的截止特性。p缺点：缺点：宽带相移网相移网络难用硬件用硬件实现。SSB相移法相移法30n调制制：u两个边带包含相同的信息u只需传输一个边带：上边带或下边带u要求m(t)中无太低中无太低频率率n解解调：需要本地载波u由于 若 z(t)=x(t)y(t)，则有Z()=X()Y()单边带信号解调时，用载波cos0t 和接收信号相乘，相当于在频域中载波频谱和信号频谱相卷积。SSB 信号的解调信号的解调31下图以上边带为例，示出用低通滤波器滤出解调后的信号。nSSB优点：比DSB信号进一步节省发送功率和占用带宽。SSB 信号的解调信号的

14、解调32nSSB信号的解信号的解调相干解相干解调nSSB信号的性能信号的性能uSSB信号的信号的实现比比AM、DSB要复要复杂u节省省发射功率射功率u占用的占用的频带宽度比度比AM、DSB减少了一半减少了一半u不含不含载波成分，故波成分，故调制效率制效率为100%SSB 性能性能33l 例例22l已知调制信号已知调制信号l载波为载波为 ，进行单边带调，进行单边带调制，请写出上边带信号的表达式。制，请写出上边带信号的表达式。解：根据单边带信号的时域表达解：根据单边带信号的时域表达式，可确定上边带信号式，可确定上边带信号 例题例题34=SSB 性能性能35n既克服了既克服了DSB信号占用信号占用频

15、带宽的缺点，又解决了的缺点，又解决了SSB信信号号实现中的困中的困难。n在残留在残留边带调制中除了制中除了传送一个送一个边带之外，之外，还保留另外保留另外一个一个边带的一部分。的一部分。残留边带调制残留边带调制VSBVSB调制的优点：调制的优点：解调时不需要本地载波，容许调制信号含有很低频率解调时不需要本地载波，容许调制信号含有很低频率和直流分量。和直流分量。36u调制方法：调制方法：滤波法滤波法残留边带滤波器残留边带滤波器残留边带调制残留边带调制VSB37pVSB信号信号解解调器器 VSBVSB滤波器特性滤波器特性38p为了保了保证相干解相干解调的的输出无失真地恢复出无失真地恢复调制信号制信

16、号m(t)，必，必须满足：足：式中，式中，H 调制信号的截止角制信号的截止角频率。率。n含含义：p残留残留边带滤波器的特性波器的特性H()在在 c处必必须具有具有互互补对称称（奇（奇对称）特性称）特性,相干解相干解调时才能无失真地从残留才能无失真地从残留边带信信号中恢复所需的号中恢复所需的调制信号。制信号。VSBVSB滤波器特性滤波器特性39VSBVSB滤波器特性滤波器特性40DSB、SSB、VSB频谱41u滤波法模型波法模型已已调信号信号时域表示式：域表示式：已已调信号信号频域表示式：域表示式：l只要适当只要适当选择H()，便可以得到各种幅度，便可以得到各种幅度调制信号。制信号。线性调制的一

17、般模型线性调制的一般模型42式中移相法模型移相法模型线性调制的一般模型线性调制的一般模型43相干解调与包络检波相干解调与包络检波n相干解相干解调 相干相干载波波（同（同频同相）保同相）保证无失真地恢复原基无失真地恢复原基带信号信号sd(t)与与m(t)成正比成正比载波必须是严格同步，若不能，则相干解调后会使原载波必须是严格同步，若不能，则相干解调后会使原始基带信号减弱，甚至带来严重失真，尤其是传输数始基带信号减弱，甚至带来严重失真，尤其是传输数字信号时。字信号时。44u适用条件：适用条件：AM信号信号，且要求，且要求|m(t)|max A0u包包络检波器波器结构：构：常用的二极管峰常用的二极管

18、峰值包包络检波器波器 u设输入信号是入信号是 选择RC满足如下关系足如下关系 fH 调制信号的最高制信号的最高频率率隔去直流后即可得到原信号隔去直流后即可得到原信号m(t)。包络检波包络检波相干解调与包络检波相干解调与包络检波返回返回 通常由通常由半波或全波整流器半波或全波整流器和低通滤波器组成和低通滤波器组成45分析模型分析模型 sm(t)已已调信号信号 n(t)信道加性高斯白噪声信道加性高斯白噪声 ni(t)带通通滤波后的噪声波后的噪声 mo(t)输出有用信号出有用信号 no(t)输出噪声出噪声线性调制系统的线性调制系统的抗噪声性能抗噪声性能46u噪声分析噪声分析ni(t)为平平稳窄窄带高

19、斯噪声高斯噪声 设白噪声的白噪声的单边功率功率谱密度密度为n0，带通通滤波器是高度波器是高度为1、带宽为B的理想矩形函数，的理想矩形函数，则解解调器的器的输入噪声功率入噪声功率为分析模型分析模型47u解解调器器输出信噪比出信噪比定定义输出信噪比反映了解出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。器的抗噪声性能。输出信噪比越大越好。出信噪比越大越好。u输入信噪比入信噪比Si/Ni 的定的定义是：是：u调制制度增益制制度增益：分析模型分析模型48uDSB相干解相干解调抗噪声性能分析模型抗噪声性能分析模型DSB调制系统的性能调制系统的性能解调器输入端信号功率解调器输入端信号功率 输出端的有用信号功率输出端的有

20、用信号功率49输出噪声功率为输出噪声功率为50n信噪比信噪比计算算u输入信噪比入信噪比u输出信噪比出信噪比u调制制度增益制制度增益 DSB信号的解信号的解调器使信噪比改善一倍。器使信噪比改善一倍。这是因是因为采用采用相干解相干解调，使，使输入噪声中的正交分量被消除的入噪声中的正交分量被消除的缘故。故。DSB调制系统的性能调制系统的性能51SSB调制系统的性能调制系统的性能输出信号平均功率输出信号平均功率输入信号平均功率输入信号平均功率525.2.3 SSB调制系统的性能调制系统的性能输出噪声功率输出噪声功率为为与与DSB完全相同。完全相同。这里，这里，B=fH 为为SSB 信号的带通滤波器的带

21、宽。信号的带通滤波器的带宽。53u信噪比信噪比p单边带解解调器的器的输入信噪比入信噪比p单边带解解调器的器的输出信噪比出信噪比p调制制度增益制制度增益p在在SSB系系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以中，信号和噪声有相同表示形式，所以相干解相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。制掉，故信噪比没有改善。SSB调制系统的性能调制系统的性能54l上述表明，上述表明，GDSB=2GSSB，这能否能否说明明DSB系系统的抗噪声的抗噪声性能比性能比SSB系系统好呢？好呢？l回答是否定的。n输入信号入信号功率不同功率不同、带宽不同不同，输入入

22、噪声功率噪声功率也不同，也不同，所以两者的所以两者的输出信噪比是在不同条件下得到的。出信噪比是在不同条件下得到的。n在相同的在相同的输入信号功率入信号功率Si，相同的，相同的输入噪声功率入噪声功率谱密密度度n0，相同的基，相同的基带信号信号带宽fH条件下，它条件下，它们的的输出信出信噪比是相等的噪比是相等的。n两者的抗噪声性能是相同的。但两者的抗噪声性能是相同的。但SSB所需的所需的传输带宽仅是是DSB的一半，因此的一半，因此SSB得到普遍得到普遍应用。用。讨论讨论55相干解调抗噪声性能相干解调抗噪声性能56n包包络检波器分析模型波器分析模型 检波波输出出电压正比于正比于输入信号的包入信号的包

23、络变化化。AM包络检波的性能包络检波的性能57AM包络检波的性能包络检波的性能输入信噪比输入信噪比为为58u包包络计算算解解调器器输入是入是信号加噪声信号加噪声的混合波形的混合波形式中式中 合成包合成包络当包当包络检波器的波器的传输系数系数为1时，检波器的波器的输出就是出就是E(t)。AM包络检波的性能包络检波的性能59u输出信噪比出信噪比计算算p大信噪比情况大信噪比情况输入信号幅度入信号幅度远大于噪声幅度大于噪声幅度60u输出出有用信号有用信号功率功率为u输出出噪声噪声功率功率为u输出信噪比出信噪比为u已知已知输入信噪比入信噪比u制度增益制度增益为大信噪比情况大信噪比情况61 讨论n1.AM

24、信号的信号的调制制度增益制制度增益GAM随随A0的减小而增加。但的减小而增加。但为了了不不产生生过调制，不能减小到小于制，不能减小到小于 。因此，因此，对于于100%的的调制，且制，且m(t)是是单频正弦信号，正弦信号，这时AM 的最大信噪比增益的最大信噪比增益为n2.GAM总是小于是小于1，包，包络检波器波器对输入信噪比没有改善，而是入信噪比没有改善，而是恶化了。化了。n3.对于于AM调制系制系统，在大信噪比，在大信噪比时，采用，采用同步同步检波波解解调时的性能与的性能与包包络检波波器器时的性能几乎一的性能几乎一样。大信噪比情况大信噪比情况62p小信噪比情况小信噪比情况输入信号幅度入信号幅度

25、远小于噪声幅度，即小于噪声幅度，即包包络变成成AM包络检波的性能包络检波的性能63lE(t)中没有中没有单独的信号独的信号项，有用信号，有用信号m(t)被噪声被噪声扰乱。乱。l门限效限效应：输出信噪比不是按比例地随着出信噪比不是按比例地随着输入信噪比入信噪比下降，当低于某个下降，当低于某个值（门限限值）时急急剧恶化。化。l门限效限效应是由包是由包络检波器的非波器的非线性解性解调作用引起的。作用引起的。l相干解相干解调不存在不存在门限效限效应。l在大信噪比情况下，在大信噪比情况下，AM信号包信号包络检波器的性能几乎波器的性能几乎与相干解与相干解调法相同。但当法相同。但当输入信噪比低于入信噪比低于

26、门限限值时，将会出将会出现门限效限效应，这时解解调器的器的输出信噪比将急出信噪比将急剧恶化，系化，系统无法正常工作。无法正常工作。小信噪比情况小信噪比情况返回返回64l频率率调制制调频(FM)l相位相位调制制调相相(PM)l角度角度调制制：频率率调制和相位制和相位调制的制的总称。称。l非非线性性调制制l优点：点：较高的抗噪声性能高的抗噪声性能l缺点：需更大的缺点：需更大的带宽非线性调制（角度调制）的原理非线性调制（角度调制）的原理651.FM和和PM信号的一般表达式信号的一般表达式角度角度调制制信号的一般表达式信号的一般表达式 A 载波的恒定振幅波的恒定振幅 u ct+(t)(t)信号的信号的

27、瞬瞬时相位相位u (t)瞬瞬时相位偏移相位偏移u 瞬瞬时角角频率率u 瞬瞬时频偏偏角度调制的基本概念角度调制的基本概念66u相位相位调制制(PM)：瞬：瞬时相位偏移随相位偏移随调制信号作制信号作线性性变化化 Kp 调相灵敏度相灵敏度，单位位调制信号幅度引起制信号幅度引起PM信号的相位偏信号的相位偏移量，移量，单位是位是rad/V。PM信号表达式信号表达式FM和和PM信号的一般表达式信号的一般表达式67u频率率调制制(FM)：瞬：瞬时频率偏移随率偏移随调制信号成比例制信号成比例变化化 Kf 调频灵敏度灵敏度，单位是位是rad/s V。FM信号表达式信号表达式FM和和PM信号的一般表达式信号的一般

28、表达式68uPM与与 FM的区的区别pPM是相位偏移随是相位偏移随调制信号制信号m(t)线性性变化化pFM是相位偏移随是相位偏移随m(t)的的积分分呈呈线性性变化。化。p如果如果预先不知道先不知道调制信号制信号m(t)的具体形式，的具体形式，则无法无法判断已判断已调信号是信号是调相信号相信号还是是调频信号。信号。FM和和PM信号的一般表达式信号的一般表达式6970u设调制信号制信号为单一一频率的正弦波，即率的正弦波，即 u相位相位调制制：mp=Kp Am 调相指数相指数，表示最大的相位偏移。，表示最大的相位偏移。单音调制单音调制FM 与与 PM71u频率率调制制代入代入FM信号的表达式信号的表

29、达式 调频指数指数最大角最大角频偏偏 最大最大频偏偏 单音调制单音调制FM 与与 PM72uPM 信号和信号和FM 信号波形信号波形 PM 信号波形信号波形 FM 信号波形信号波形 单音调制单音调制FM 与与 PM73uFM与与PM之之间可以相互可以相互转换u间接接调频u间接接调相相FM与与PM之间的关系之间的关系（a）直接调频 （b）间接调频(c)直接调相 (d)间接调相74n定定义：u如果如果FM信号的最大瞬信号的最大瞬时相位偏移相位偏移满足下式条件足下式条件则称称为窄窄带调频（NBFM）；反之，称反之，称为宽带调频（WBFM）。窄带调频（窄带调频（NBFM）75uNBFM和和AM信号信号

30、频谱的比的比较p带宽相同相同pNBFM的两个的两个边频分分别乘了因式乘了因式1/(-c)和和1/(+c)，进行了行了频率加率加权，加，加权的的结果引起果引起调制信号制信号频谱的失真。的失真。pNBFM的一个的一个边带和和AM反相。反相。窄带调频（窄带调频（NBFM）76单音音调制制时的的频谱图窄带调频（窄带调频（NBFM）77p在在AM中，只有幅度的中，只有幅度的变化，无相位的化，无相位的变化；化；p在在NBFM中，不中，不仅有相位的有相位的变化，幅度也有很小化，幅度也有很小的的变化。化。p由于由于NBFM信号最大信号最大频率偏移率偏移较小，占据的小，占据的带宽较窄，但是其抗干窄，但是其抗干扰

31、性能比性能比AM系系统要好得多，因要好得多，因此得到此得到较广泛的广泛的应用。用。窄带调频（窄带调频（NBFM）78单音音宽带调频信号信号宽带调频宽带调频p调频信号的频谱由载波分量调频信号的频谱由载波分量 c和无数边频和无数边频(c n m)组成组成p相邻边频之间的间隔为相邻边频之间的间隔为 mpFM信号的频谱不再是调制信号频谱的线性搬移，而是一信号的频谱不再是调制信号频谱的线性搬移，而是一种非线性过程。种非线性过程。=79u调频信号的信号的带宽p理理论上上调频信号的信号的频带宽度度为无限无限宽。p调频波的有效波的有效带宽为称称为卡森（卡森（Carson）公式）公式。宽带调频宽带调频80l当当

32、mf 1时，宽带调频的的带宽l例：例：调频广播中广播中规定的最大定的最大频偏偏 f为75kHz，最高，最高调制制频率率fm为15kHz，故，故调频指数指数mf 5，则此此FM信号的信号的频带宽度度为180kHz。81u调频信号的信号的功率分配功率分配p调频信号的平均功率信号的平均功率为p调频信号的平均功率等于未信号的平均功率等于未调载波的平均功率波的平均功率p调制后制后总的功率不的功率不变，只是将原来，只是将原来载波功率中的一波功率中的一部分分配部分分配给每个每个边频分量。分量。宽带调频宽带调频82n调频信号的信号的产生生u直接直接调频法法：用：用调制信号直接去控制制信号直接去控制载波振波振荡

33、器的器的频率，使其按率，使其按调制信号的制信号的规律律线性地性地变化。化。p压控振控振荡器器pLC振振荡器器p锁相相环（PLL）调制器制器u间接法接法调频 阿姆斯特朗（阿姆斯特朗（Armstrong）法）法 先将先将调制信号制信号积分，然后分，然后对载波波进行行调相，相，即可即可产生一个窄生一个窄带调频(NBFM)信号，再信号，再经n次倍次倍频器得到器得到宽带调频(WBFM)信号。信号。调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调83n 调频信号的解信号的解调u非相干解非相干解调：p调频信号信号p解解调器的器的输出出p频率率检波器（波器（鉴频器器）：）：频率率电压转换p振幅振幅鉴频器器调频信号的产

34、生与解调调频信号的产生与解调84振幅鉴频器振幅鉴频器Kd 为为鉴频器灵敏度鉴频器灵敏度，单位为，单位为V/rad/s85p相干解相干解调：相干解相干解调仅适用于适用于NBFM信号信号 调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调返回返回86n重点重点讨论FM非相干解非相干解调时的抗噪声性能的抗噪声性能 n(t)均均值为零，零，单边功率功率谱密度密度为n0的高斯白噪声的高斯白噪声 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能87n设输入入调频信号信号为故其故其输入信号功率入信号功率为输入噪声功率入噪声功率为BFM 调频信号的信号的带宽，即，即带通通滤波器的波器的带宽因此因此输入信噪比入信噪比为输入信噪比

35、输入信噪比88n输出信号平均功率出信号平均功率输入噪声入噪声为0时，解，解调输出信号出信号为 输出信号平均功率出信号平均功率为大信噪比时的解调增益大信噪比时的解调增益89u输出噪声平均功率出噪声平均功率假假设调制信号制信号m(t)=0，则加到解加到解调器器输入端的是未入端的是未调载波与窄波与窄带高斯噪声之和，即高斯噪声之和，即式中式中 包包络 相位偏移相位偏移 大信噪比时的解调增益大信噪比时的解调增益90在大信噪比在大信噪比时，即，即A nc(t)和和A ns(t)时，相位偏移可近似相位偏移可近似为当当x 1时u在大信噪比情况下，在大信噪比情况下，宽带调频系系统的制度增益是很高的，的制度增益是

36、很高的，即抗噪声性能好。即抗噪声性能好。例例:调频广播中常取广播中常取mf=5，则制度增益制度增益GFM=450。u加大加大调制指数，可使制指数，可使调频系系统的抗噪声性能迅速改善。的抗噪声性能迅速改善。95u大信噪比情况下，大信噪比情况下，AM信号包信号包络检波器的波器的输出信噪比出信噪比为uFM非相干解非相干解调器的器的输出信噪比出信噪比为umf=5时，宽带调频的的S0/N0是是调幅幅时的的75倍；倍；uAM 信号信号传输带宽是是2fm，WBFM信号，信号，mf=5时的的传输带宽为12fm；调频系统与调幅系统比较调频系统与调幅系统比较96u.p当当mf 1时，故有故有 p调频是以是以带宽换

37、取信噪比的改善。取信噪比的改善。p随着随着传输带宽的增加，的增加，输入噪声功率增大，入噪声功率增大，输入入信噪比下降，当信噪比下降，当输入信噪比降到一定程度入信噪比降到一定程度时就会就会出出现门限效限效应，输出信噪比将急出信噪比将急剧恶化。化。调频系统与调幅系统比较调频系统与调幅系统比较97l门限效限效应：当当(Si/Ni)低于一低于一定数定数值时，解，解调器的器的输出信出信噪比噪比(So/No)急急剧恶化。化。l 门限限值：出出现门限效限效应时所所对应的的输入信噪比入信噪比值称称为门限限值，记为(Si/Ni)b。l降低降低门限限值（门限限扩展）展）n锁相相环解解调器器n负反反馈解解调器器n“

38、预加重加重”和和“去加重去加重”小信噪比时的门限效应小信噪比时的门限效应98预加重和去加重预加重和去加重预加重网络特性去加重网络特性返回返回99调调制制方式方式传输带宽传输带宽设备设备复复杂杂程度程度主要主要应应用用AM2fm简单简单中短波无中短波无线电线电广播广播DSBDSB2fm中等中等应应用用较较少少SSBSSBfm复复杂杂短波无短波无线电线电广播、广播、话话音音频频分复用、分复用、载载波通信、波通信、数据数据传输传输VSBVSB略大于略大于fm近似近似SSB复复杂杂电视电视广播、数据广播、数据传输传输FM中等中等超短波小功率超短波小功率电电台（窄台（窄带带FMFM）；）；调频调频立体声

39、广立体声广播等高播等高质质量通信（量通信（宽带宽带FMFM）各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较100nWBFM抗噪声性能最好，抗噪声性能最好，DSB、SSB、VSB次之，次之，AM抗噪声性能最差。抗噪声性能最差。n门限点以下，曲限点以下，曲线迅速下跌；迅速下跌；nFM的的调频指数指数mf越大，抗噪声越大，抗噪声性能越好。性能越好。抗噪声性能比较抗噪声性能比较101nSSB的的带宽最窄，其最窄，其频带利用率最高；利用率最高；nFM占用的占用的带宽随随调频指数指数mf的增大而增大，其的增大而增大，其频带利用率最低。利用率最低。nFM是以是以牺牲有效性来牲有效性来换取可靠性的。取可靠性的。

40、mf 值的的选择要要从通信从通信质量和量和带宽限制两方面考限制两方面考虑。频带利用率频带利用率102特点与应用特点与应用nAM：接收接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波能力差。主要用在中波和短波调幅广播。幅广播。nDSB：功率利用率高，且功率利用率高，且带宽与与AM相同，但相同，但设备较复复杂。应用用较少，一般用于点少，一般用于点对点点专用通信。用通信。nSSB：功率利用率和功率利用率和频带利用率都利用率都较高，抗干高，抗干扰能力能力和抗和抗选择性衰落能力均性衰落能力均优于于AM，而，而带宽只有只有AM的一的一半；缺点是半；缺点是发送和接

41、收送和接收设备都复都复杂。SSB常用于常用于频分分多路复用系多路复用系统中。中。nVSB：抗噪声性能和抗噪声性能和频带利用率与利用率与SSB相当。在相当。在电视广播、数广播、数传等系等系统中得到了广泛中得到了广泛应用。用。nFM：抗干抗干扰能力能力强，广泛，广泛应用于用于长距离高距离高质量的通量的通信系信系统中。缺点是中。缺点是频带利用率低，存在利用率低，存在门限效限效应。103l频分复用（分复用（FDM）u目的：充分利用信道的目的：充分利用信道的频带资源，提高信道利用率源，提高信道利用率频分复用频分复用(FDM)和调频和调频(FM)立体声立体声u主要用于模拟通信系统主要用于模拟通信系统u优点

42、优点：信道利用率高，技术成熟；：信道利用率高，技术成熟；u缺点：缺点：设备复杂，滤波器难以制作，非线性失真，各设备复杂，滤波器难以制作，非线性失真，各路信号的相互干扰。路信号的相互干扰。104u典型例子：多路典型例子：多路载波波电话系系统p基群基群：12路路电话复用；复用；p超群超群：5个基群复用，共个基群复用，共60路路电话；p主群主群：10个超群复用，共个超群复用，共600路路电话；p巨群巨群：多个主群：多个主群进行复用。行复用。u基群基群频谱结构构图频分复用（频分复用（FDM）105调频立体声广播调频立体声广播p015kHz用于用于传送送(L+R)信号信号p 23kHz53kHz用于用于传送送(L-R)信号信号p 59kHz75kHz则用作用作辅助通道助通道p(L-R)信号的信号的载波波频率率为38kHzp在在19kHz处发送一个送一个单频信号（信号（导频）p在普通在普通调频广播中，只广播中，只发送送015kHz的的(L+R)信号。信号。106