第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)

前言5.1幅度調(diào)制（線(xiàn)性調(diào)制）的原理5.2線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能5.3非線(xiàn)性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能5.5各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較5.6頻分復(fù)用(FDM)和調(diào)頻(FM)立體聲5.7小結(jié)基本概念調(diào)制：把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。調(diào)制信號(hào)：指來(lái)自信源的基帶信號(hào)。基帶信號(hào)由于其較低的頻率分量，不宜無(wú)線(xiàn)傳輸。

載波：未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)，它是運(yùn)載基帶信號(hào)的載體?？梢允钦也?，也可以是非正弦波。正弦波：連續(xù)調(diào)制脈沖波：脈沖調(diào)制載波調(diào)制：用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程。如：連續(xù)調(diào)制：以不同參數(shù)表征模擬基帶信號(hào)→AM、FM、PM以不同參數(shù)表征數(shù)字基帶信號(hào)→ASK、FSK、PSK脈沖調(diào)制：脈幅、脈寬、脈位已調(diào)信號(hào)：載波受調(diào)制后稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)。解調(diào)（檢波）：調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。

前言調(diào)制的目的提高無(wú)線(xiàn)通信時(shí)的天線(xiàn)輻射效率。把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。調(diào)制方式模擬調(diào)制：調(diào)制信號(hào)是模擬信號(hào)數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)常見(jiàn)的模擬調(diào)制幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制

本章的學(xué)習(xí)要求了解調(diào)制的目的、定義和分類(lèi)；掌握調(diào)幅（AM）、抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB）、單邊帶調(diào)制（SSB）和殘留邊帶調(diào)制（VSB）的基本原理，包括各種線(xiàn)性調(diào)制的時(shí)域和頻域表示、時(shí)域波形和頻譜結(jié)構(gòu)、調(diào)制器和解調(diào)器；了解線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能，門(mén)限效應(yīng)；掌握調(diào)頻（FM）、調(diào)相（PM）的基本概念；理解單頻調(diào)制時(shí)，寬帶調(diào)頻的時(shí)域和頻域，調(diào)頻指數(shù)及頻偏的概念及物理意義。調(diào)頻信號(hào)的帶寬計(jì)算-卡森公式；了解調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)方法，定性了解調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能；清楚FM、DSB、SSB、VSB、AM的性能比較、特點(diǎn)及應(yīng)用。5.1幅度調(diào)制（線(xiàn)性調(diào)制）的原理

一般原理5.1.1調(diào)幅（AM）

5.1.2雙邊帶調(diào)制（DSB）5.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）5.1.4殘留邊帶（VSB）調(diào)制5.1.5線(xiàn)性調(diào)制的一般模型5.1.6相干解調(diào)與包絡(luò)檢波表示式：設(shè)：正弦型載波為 式中，A

—載波幅度；

c

—載波角頻率；

0

—載波初始相位（以后假定0

＝0）。則根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般可表示成

式中，m(t)—基帶調(diào)制信號(hào)。一般原理頻譜設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜為M()，則已調(diào)信號(hào)的頻譜為討論:在波形上：已調(diào)信號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)的規(guī)律而正比地變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上：它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。由于這種搬移是線(xiàn)性的，因此，幅度調(diào)制通常又稱(chēng)為線(xiàn)性調(diào)制。注意：這里的“線(xiàn)性”并不意味著已調(diào)信號(hào)與調(diào)制信號(hào)之間符合線(xiàn)性變換關(guān)系。事實(shí)上，任何調(diào)制過(guò)程都是一種非線(xiàn)性的變換過(guò)程。

時(shí)域表示式式中m(t)

－調(diào)制信號(hào)，均值為0；

A0－常數(shù)，表示疊加的直流分量。頻譜：若m(t)為確知信號(hào)，則AM信號(hào)的頻譜為 調(diào)制器模型5.1.1調(diào)幅（AM）波形圖當(dāng)滿(mǎn)足條件：|m(t)|A0時(shí)其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形相同，因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)。當(dāng)滿(mǎn)足條件：|m(t)|>A0時(shí)出現(xiàn)“過(guò)調(diào)幅”現(xiàn)象。這時(shí)用包絡(luò)檢波將發(fā)生失真。但是，可以采用其他的解調(diào)方法，如同步檢波。對(duì)于定義調(diào)幅指數(shù)欠調(diào)幅；

滿(mǎn)調(diào)幅；過(guò)調(diào)幅。頻譜圖AM信號(hào)的頻譜由三部分組成：載頻分量上邊帶下邊帶

載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶AM信號(hào)的特性帶寬：它是帶有載波分量的雙邊帶信號(hào)，帶寬是基帶信號(hào)帶寬fH

的兩倍：功率：（在1Ω電阻上平均功率等于sAM(t)的均方值。） 當(dāng)m(t)為確知信號(hào)時(shí)，均方值等于其平方的時(shí)間均值: 若而

則 式中 Pc=A02/2 －載波功率， －邊帶功率。均方值調(diào)制效率AM定義調(diào)制效率

對(duì)于AM信號(hào)：最大調(diào)制效率max：當(dāng)|m(t)|max=A0時(shí)（100％調(diào)制），調(diào)制效率最高。如:則

當(dāng)A0=Am,即時(shí)：

【例，增】

已知一個(gè)AM廣播電臺(tái)的發(fā)射功率是50kW，采用單頻余弦信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)幅系數(shù)為0.707。

(1)計(jì)算調(diào)幅效率和載波功率；

(2)如果天線(xiàn)用50Ω負(fù)載表示，求載波信號(hào)的峰值幅度。

解：1)2)【例，增】

1）設(shè)m(t)是正弦信號(hào)，調(diào)幅系數(shù)為100%，求調(diào)制效率。

2）設(shè)m(t)是方波信號(hào)，調(diào)幅系數(shù)為100%，求調(diào)制效率。 解：1）2）

結(jié)論：調(diào)制效率不僅與調(diào)制指數(shù)有關(guān)，還與調(diào)制信號(hào)有關(guān)時(shí)域表示式：無(wú)直流分量A0頻譜：無(wú)載頻分量

5.1.2雙邊帶調(diào)制（DSB）特點(diǎn):調(diào)制效率：100％優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較復(fù)雜。原理：雙邊帶信號(hào)兩個(gè)邊帶中的任意一個(gè)都包含了調(diào)制信號(hào)頻譜M()的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個(gè)邊帶即可。節(jié)省發(fā)送功率；節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱(chēng)為單邊帶調(diào)制。產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有兩種：濾波法和相移法。5.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）濾波法的原理方框圖用邊帶濾波器H()，濾除不要的邊帶。若它具有如下理想高通特性，則可濾除下邊帶。

若它具有如下理想低通特性，則可濾除上邊帶。1、濾波法及SSB信號(hào)的頻域表示SSB信號(hào)的頻譜上邊帶頻譜圖:討論：濾波法的技術(shù)難點(diǎn)陡峭的濾波截止特性難以做到；

例如：話(huà)音信號(hào)的最低頻率為300Hz→則上下邊帶之間的頻率間隔為600Hz→允許過(guò)渡帶為600Hz。在600Hz過(guò)渡帶和不太高的載頻情況下，濾波器不難實(shí)現(xiàn)；但當(dāng)載頻較高時(shí)，采用一級(jí)調(diào)制直接濾波的方法已不可能實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制?？梢圆捎枚嗉?jí)（一般采用兩級(jí)）DSB調(diào)制及邊帶濾波的方法，即先在較低的載頻上進(jìn)行DSB調(diào)制，目的是增大過(guò)渡帶的歸一化值，以利于濾波器的制作。再在要求的載頻上進(jìn)行第二次調(diào)制。當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含有直流及低頻分量時(shí)濾波法就不適用了。SSB信號(hào)的時(shí)域表示式問(wèn)題引出設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為載波為 則DSB信號(hào)的時(shí)域表示式為 若保留上邊帶，則有 若保留下邊帶，則有2、相移法和SSB信號(hào)的時(shí)域表示兩式僅正負(fù)號(hào)不同將上兩式合并：式中，“－”表示上邊帶信號(hào)，“+”表示下邊帶信號(hào)。希爾伯特變換：上式中Am

sinmt可以看作是Am

cosmt

相移/2的結(jié)果。把這一相移/2過(guò)程稱(chēng)為希爾伯特變換，記為“^”，則有

這樣，上式可以改寫(xiě)為把上式推廣到一般情況，則得到

式中，若M()是m(t)的傅里葉變換，則式中上式中的[-jsgn]可以看作是希爾伯特濾波器傳遞函數(shù)，即希爾伯特變換移相法SSB調(diào)制器方框圖特點(diǎn)討論：優(yōu)點(diǎn)：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。缺點(diǎn)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)因?yàn)镾SB信號(hào)和DSB一樣也是抑制載波的已調(diào)信號(hào)，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化。3、SSB信號(hào)的解調(diào)4、SSB信號(hào)的性能SSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜；SSB調(diào)制方式在傳輸信息時(shí)，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半；它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。原理及濾波法實(shí)現(xiàn)方法殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間。它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)中的困難。在這種調(diào)制方式中，不像SSB那樣完全抑制DSB信號(hào)的一個(gè)邊帶，而是逐漸切割，使其殘留—小部分，如下圖所示：5.1.4殘留邊帶（VSB）調(diào)制用濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理框圖與濾波法SBB調(diào)制器相同。濾波器的特性應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易制作。（下面詳細(xì)討論）對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求由濾波法輸出可知，殘留邊帶信號(hào)的頻譜為為了確定上式中殘留邊帶濾波器傳輸特性H()應(yīng)滿(mǎn)足的條件，我們來(lái)分析一下接收端是如何從該信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)的。VSB信號(hào)解調(diào)器方框圖 圖中 因?yàn)? 根據(jù)頻域卷積定理可知，乘積sp(t)對(duì)應(yīng)的頻譜為將代入得到

式中M(+2c)及M(-2c)是搬移到-2c和+2c處的頻譜，它們可以由解調(diào)器中的低通濾波器濾除。于是，低通濾波器的輸出頻譜為顯然，為了保證相干解調(diào)的輸出無(wú)失真地恢復(fù)調(diào)制信號(hào)m(t)，上式中的傳遞函數(shù)必須滿(mǎn)足：

式中，H

－調(diào)制信號(hào)的截止角頻率。上述條件的含義是：殘留邊帶濾波器的特性H()在c處必須具有互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)（奇對(duì)稱(chēng)）特性,相干解調(diào)時(shí)才能無(wú)失真地從殘留邊帶信號(hào)中恢復(fù)所需的調(diào)制信號(hào)。殘留邊帶濾波器特性的兩種形式殘留“部分上邊帶”的濾波器特性：下圖(a)殘留“部分下邊帶”的濾波器特性：下圖(b)不是唯一的濾波法模型 在前幾節(jié)的討論基礎(chǔ)上，可以歸納出濾波法線(xiàn)性調(diào)制的一般模型如下：

按照此模型得到的輸出信號(hào)時(shí)域表示式為：按照此模型得到的輸出信號(hào)頻域表示式為：式中，只要適當(dāng)選擇H()，便可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。5.1.5線(xiàn)性調(diào)制的一般模型移相法模型原理因?qū)⑸鲜秸归_(kāi)，則可得到另一種形式的時(shí)域表示式，即式中上式表明，sm(t)可等效為兩個(gè)互為正交調(diào)制分量的合成。由此可以得到移相法線(xiàn)性調(diào)制的一般模型如下：推導(dǎo)它同樣適用于所有線(xiàn)性調(diào)制。1、相干解調(diào)相干解調(diào)器的一般模型相干解調(diào)器原理：為了無(wú)失真地恢復(fù)原基帶信號(hào)，接收端必須提供一個(gè)與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步（同頻同相）的本地載波（稱(chēng)為相干載波），它與接收的已調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。5.1.6相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)器原理分析時(shí)域角度 已調(diào)信號(hào)的一般表達(dá)式為 與同頻同相的相干載波c(t)相乘后，得 經(jīng)低通濾波器后，得到

因?yàn)閟I(t)是m(t)通過(guò)一個(gè)全通濾波器HI()后的結(jié)果，故上式中的sd(t)就是解調(diào)輸出，即頻域角度 已調(diào)信號(hào)的一般表達(dá)式為 與同頻同相的相干載波c(t)相乘后，得

經(jīng)低通濾波器后，得到

2、包絡(luò)檢波適用條件：AM信號(hào)，且要求|m(t)|max

A0

，包絡(luò)檢波器結(jié)構(gòu)： 通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。原理分析 設(shè)輸入信號(hào)是 選擇RC滿(mǎn)足如下關(guān)系式中fH

－調(diào)制信號(hào)的最高頻率 在大信號(hào)檢波時(shí)（一般大于0.5V），二極管處于受控的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，檢波器的輸出為 隔去直流后即可得到原信號(hào)m(t)。

5.2線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能5.2.1分析模型5.2.2DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能5.2.3SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能5.2.4AM包絡(luò)檢波的性能圖中sm(t)

－已調(diào)信號(hào)

n(t)

－信道加性高斯白噪聲

ni(t)

－帶通濾波后的噪聲（平穩(wěn)窄帶高斯噪聲）

mo(t)

－輸出有用信號(hào)

no(t)

－輸出噪聲5.2.1分析模型抗噪聲性能分析統(tǒng)一模型模型說(shuō)明高斯白噪聲n(t) 由3.7節(jié)（式3.7-1，P57）可知，雙邊功率譜密度為

單邊功率譜密度為平穩(wěn)窄帶高斯噪聲ni(t) 由3.7節(jié)（式3.7-8，P59）可知：

或

由于 式中Ni

－解調(diào)器輸入噪聲的平均功率設(shè)白噪聲的單邊功率譜密度為n0，帶通濾波器是高度為1、帶寬為B的理想矩形函數(shù)，則解調(diào)器的輸入噪聲功率為制度增益定義

用G便于比較同類(lèi)調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時(shí)的性能。G也反映了這種調(diào)制制度的優(yōu)劣。解調(diào)器輸入信噪比定義解調(diào)器輸出信噪比定義

DSB相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型在分析DSB、SSB、VSB抗噪聲性能時(shí)，解調(diào)器是相干解調(diào)器。對(duì)于DSB信號(hào)有：5.2.2DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能解調(diào)器輸出信噪比解調(diào)器輸入信噪比推導(dǎo)推導(dǎo)制度增益結(jié)論：DSB調(diào)制系統(tǒng)的制度增益為2。DSB信號(hào)的解調(diào)器使信噪比改善一倍。這是因?yàn)椴捎孟喔山庹{(diào)，使輸入噪聲中的正交分量被消除的緣故。5.2.3SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能SSB相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型對(duì)于SSB信號(hào)有：解調(diào)器輸出信噪比

解調(diào)器輸入信噪比制度增益推導(dǎo)推導(dǎo)討論：在相干解調(diào)過(guò)程中，信號(hào)和噪聲中的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒(méi)有改善。GDSB=2GSSB，這能否說(shuō)明DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能比SSB系統(tǒng)好呢？回答是否定的。因?yàn)椋瑑烧叩妮斎胄盘?hào)功率不同、帶寬不同，在相同的噪聲功率譜密度條件下，輸入噪聲功率也不同，所以?xún)烧叩妮敵鲂旁氡仁窃诓煌瑮l件下得到的。如果我們?cè)谙嗤妮斎胄盘?hào)功率，相同的輸入噪聲功率譜密度，相同的基帶信號(hào)帶寬條件下，可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。這就是說(shuō)，兩者的抗噪聲性能是相同的。但SSB所需的傳輸帶寬僅是DSB的一半，因此SSB得到普遍應(yīng)用。VSB的抗噪聲性能分析比較復(fù)雜?？山芐SB噪聲性能。包絡(luò)檢波器分析模型

檢波輸出電壓正比于輸入信號(hào)的包絡(luò)變化。5.2.4AM包絡(luò)檢波的性能輸入信噪比計(jì)算 設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為解調(diào)器輸入噪聲為 則解調(diào)器輸入的信號(hào)功率和噪聲功率分別為 輸入信噪比為包絡(luò)計(jì)算 由于解調(diào)器輸入是信號(hào)加噪聲的混合波形，即 式中 上式中E(t)便是所求的合成包絡(luò)。當(dāng)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為1時(shí)，則檢波器的輸出就是E(t)。輸出信噪比計(jì)算檢波器輸出信號(hào)

1、大信噪比情況分析計(jì)算輸出信號(hào)功率 濾除直流分量A0后，分為有用信號(hào)與噪聲兩項(xiàng)。輸出信號(hào)功率為輸出噪聲功率為

輸出信噪比為

制度增益為討論：1、AM信號(hào)的調(diào)制制度增益GAM隨A0的減小而增加。2、對(duì)于單頻信號(hào)：

GAM<1；對(duì)于100%的調(diào)制時(shí)：GAM=2/3。3、可以證明，采用同步檢測(cè)法解調(diào)AM信號(hào)時(shí)，得到的調(diào)制制度增益與上式給出的結(jié)果相同4、由此可見(jiàn)，對(duì)于AM調(diào)制系統(tǒng)，在大信噪比時(shí)，采用包絡(luò)檢波器解調(diào)時(shí)的性能與同步檢測(cè)器時(shí)的性能幾乎一樣。檢波器輸出信號(hào)其中：2、小信噪比情況分析計(jì)算門(mén)限效應(yīng)

E(t)中沒(méi)有單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)，有用信號(hào)m(t)被噪聲擾亂，只能看作是噪聲。輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降，而是急劇惡化，通常把這種現(xiàn)象稱(chēng)為解調(diào)器的門(mén)限效應(yīng)。開(kāi)始出現(xiàn)門(mén)限效應(yīng)的輸入信噪比稱(chēng)為門(mén)限值。討論：1、門(mén)限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線(xiàn)性解調(diào)作用引起的。2、用相干解調(diào)的方法解調(diào)各種線(xiàn)性調(diào)制信號(hào)時(shí)不存在門(mén)限效應(yīng)。原因是信號(hào)與噪聲可分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器輸出端總是單獨(dú)存在有用信號(hào)項(xiàng)。3、在大信噪比情況下，AM信號(hào)包絡(luò)檢波器的性能幾乎與相干解調(diào)法相同。但當(dāng)輸入信噪比低于門(mén)限值時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)門(mén)限效應(yīng)，這時(shí)解調(diào)器的輸出信噪比將急劇惡化，系統(tǒng)無(wú)法正常工作。5.3非線(xiàn)性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理

前言5.3.1角度調(diào)制的基本概念5.3.2窄帶調(diào)頻（NBFM）5.3.3寬帶調(diào)頻5.3.4調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)前言正弦載波有三個(gè)參量：幅度、頻率、相位；頻率調(diào)制簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)頻(FM)，相位調(diào)制簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)相(PM)。AM和PM，載波的幅度都保持恒定，而頻率和相位的變化都表現(xiàn)為載波瞬時(shí)相位的變化。角度調(diào)制：頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱(chēng)。非線(xiàn)性調(diào)制：已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線(xiàn)性搬移，而是頻譜的非線(xiàn)性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分。與幅度調(diào)制技術(shù)相比，角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢(shì)是其較高的抗噪聲性能。AMFMPM5.3.1角度調(diào)制的基本概念1、FM和PM信號(hào)的一般表達(dá)式 角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為

式中，A

－載波的恒定振幅；

(t)

＝[ct+(t)]

－信號(hào)的瞬時(shí)相位；

ct

－載波相位；

(t)

－瞬時(shí)相位偏移。

d(t)/dt=(t)

－稱(chēng)為瞬時(shí)角頻率

d(t)/dt

－稱(chēng)為瞬時(shí)頻率偏移（頻偏）。相位調(diào)制(PM)

瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)作線(xiàn)性變化，即式中Kp

－調(diào)相靈敏度，含義是單位調(diào)制信號(hào)幅度引起PM信號(hào)的相位偏移量，單位是rad/V。將上式代入一般表達(dá)式

得到PM信號(hào)表達(dá)式頻率調(diào)制(FM)

瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)成比例變化，即 式中Kf－調(diào)頻靈敏度，單位是rad/sV。這時(shí)相位偏移為將其代入一般表達(dá)式得到FM信號(hào)表達(dá)式PM與FM的區(qū)別比較上兩式可見(jiàn)，PM是相位偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)線(xiàn)性變化，F(xiàn)M是相位偏移隨m(t)的積分呈線(xiàn)性變化。如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)m(t)的具體形式，則無(wú)法判斷已調(diào)信號(hào)是調(diào)相信號(hào)還是調(diào)頻信號(hào)。用它對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制時(shí)，將上式代入 得到式中，mp=KpAm

－調(diào)相指數(shù)，表示最大的相位偏移。2、單音調(diào)制FM與PM設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的正弦波，即

用它對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，將代入得到FM信號(hào)的表達(dá)式

式中 －調(diào)頻指數(shù)，表示最大的相位偏移；

－最大角頻偏； －最大頻偏。 單音PM信號(hào)和FM信號(hào)波形PM波形FM波形頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，所以FM與PM之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。比較下面兩式如果將調(diào)制信號(hào)先積分，而后進(jìn)行調(diào)相，則得到的是調(diào)頻波，這種方式叫間接調(diào)頻。如果將調(diào)制信號(hào)先微分，而后進(jìn)行調(diào)頻，則得到的是調(diào)相波，這種方式叫間接調(diào)相。3、FM與PM之間的關(guān)系調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)參數(shù)說(shuō)明調(diào)制方式瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)角頻率偏移FMPM特點(diǎn):

相位調(diào)制適合窄帶調(diào)制頻率調(diào)制適合寬帶調(diào)制小結(jié)定義：如果FM信號(hào)的最大瞬時(shí)相位偏移滿(mǎn)足下式條件

則稱(chēng)為窄帶調(diào)頻；反之，稱(chēng)為寬帶調(diào)頻。5.3.2窄帶調(diào)頻（NBFM）時(shí)域表示式

將FM信號(hào)一般表示式展開(kāi)得到：當(dāng)滿(mǎn)足窄帶調(diào)頻條件時(shí)：故上式可簡(jiǎn)化為：≈1頻域表示式利用以下傅里葉變換對(duì)可得NBFM信號(hào)的頻域表達(dá)式（設(shè)m(t)的均值為0）

NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較帶寬相同：兩者都含有一個(gè)載波和位于處的兩個(gè)邊帶；不同的是：NBFM的兩個(gè)邊頻分別乘了因式[1/(-c)]和[1/(+c)]，所以這種加權(quán)是頻率加權(quán)，加權(quán)的結(jié)果引起調(diào)制信號(hào)頻譜的失真。另外：NBFM的一個(gè)邊帶和AM反相。NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較舉例以單音調(diào)制為例。設(shè)調(diào)制信號(hào)則NBFM信號(hào)為AM信號(hào)為按照上兩式畫(huà)出的頻譜圖和矢量圖如下：頻譜圖矢量圖(a)AM (b)NBFM

NBFM和AM的本質(zhì)區(qū)別在AM中，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波同相，所以只有幅度的變化，無(wú)相位的變化；而在NBFM中，由于下邊頻為負(fù)，兩個(gè)邊頻的合成矢量與載波則是正交相加，所以NBFM不僅有相位的變化，幅度也有很小的變化。由于NBFM信號(hào)最大頻率偏移較小，占據(jù)的帶寬較窄，但是其抗干擾性能比AM系統(tǒng)要好得多，因此得到較廣泛的應(yīng)用。5.3.3寬帶調(diào)頻1、調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式設(shè)：?jiǎn)我粽{(diào)制信號(hào)為則單音調(diào)制FM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為將上式利用三角公式展開(kāi)，有將上式中的兩個(gè)因子分別展成傅里葉級(jí)數(shù)，式中Jn(mf)－第一類(lèi)n階貝塞爾函數(shù)Jn(mf)曲線(xiàn)調(diào)頻信號(hào)的頻域表達(dá)式對(duì)上式進(jìn)行傅里葉變換，即得FM信號(hào)的頻域表達(dá)式推導(dǎo)調(diào)頻信號(hào)的頻域表達(dá)式將展開(kāi)的傅里葉級(jí)數(shù)代入，即得FM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式討論：由上式可見(jiàn)調(diào)頻信號(hào)的頻譜由載波分量c和無(wú)數(shù)邊頻(cnm)組成。當(dāng)n=0時(shí)是載波分量c

，其幅度為AJ0(mf)當(dāng)n0時(shí)是對(duì)稱(chēng)分布在載頻兩側(cè)的邊頻分量(cnm)

，其幅度為AJn(mf)，相鄰邊頻之間的間隔為m；且當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，上下邊頻極性相反；當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)極性相同。由此可見(jiàn)，F(xiàn)M信號(hào)的頻譜不再是調(diào)制信號(hào)頻譜的線(xiàn)性搬移，而是一種非線(xiàn)性過(guò)程。頻譜圖調(diào)頻信號(hào)帶寬說(shuō)明理論上調(diào)頻信號(hào)的頻帶寬度為無(wú)限寬。實(shí)際上邊頻幅度隨著n的增大而逐漸減小，因此調(diào)頻信號(hào)可近似認(rèn)為具有有限頻譜。通常采用的原則是，信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波的10%以上的邊頻分量。當(dāng)mf

1以后，取邊頻數(shù)n=mf+1即可。因?yàn)閚>mf+1以上的邊頻幅度均小于0.1。被保留的上、下邊頻數(shù)共有2n=2(mf+1)個(gè)，相鄰邊頻之間的頻率間隔為fm，所以調(diào)頻波的有效帶寬為

它稱(chēng)為卡森（Carson）公式。

2、調(diào)頻信號(hào)的帶寬頻譜圖當(dāng)mf<<1時(shí)，上式可以近似為這就是窄帶調(diào)頻的帶寬。當(dāng)mf>>1時(shí)，上式可以近似為這就是寬帶調(diào)頻的帶寬。當(dāng)任意限帶信號(hào)調(diào)制時(shí)，mf是最大頻偏f與fm之比。例如，調(diào)頻廣播中規(guī)定的最大頻偏f為75kHz，最高調(diào)制頻率fm為15kHz，故調(diào)頻指數(shù)mf＝5，由上式可計(jì)算出此FM信號(hào)的頻帶寬度為180kHz。帶寬與調(diào)頻指數(shù)的關(guān)系調(diào)頻信號(hào)的功率分配調(diào)頻信號(hào)的平均功率為由帕塞瓦爾定理可知利用貝塞爾函數(shù)的性質(zhì) 得到結(jié)論：調(diào)頻信號(hào)的平均功率等于未調(diào)載波的平均功率；即調(diào)制后總的功率不變，只是將原來(lái)載波功率中的一部分分配給每個(gè)邊頻分量。3、調(diào)頻信號(hào)的功率分配調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生方法：直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法直接調(diào)頻法原理：用調(diào)制信號(hào)直接去控制載波振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律線(xiàn)性地變化。壓控振蕩器：每個(gè)壓控振蕩器(VCO)自身就是一個(gè)FM調(diào)制器，因?yàn)樗恼袷庮l率正比于輸入控制電壓，即方框圖LC振蕩器：用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。5.3.4調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)1、調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生直接調(diào)頻法的主要優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可以獲得較大的頻偏。缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度不高改進(jìn)途徑：采用如下鎖相環(huán)（PLL）調(diào)制器

間接法調(diào)頻（阿姆斯特朗（Armstrong）法）原理：先將調(diào)制信號(hào)積分，然后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，即可產(chǎn)生一個(gè)窄帶調(diào)頻(NBFM)信號(hào)，再經(jīng)n次倍頻器得到寬帶調(diào)頻(WBFM)信號(hào)。方框圖間接法產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào)窄帶調(diào)頻公式：窄帶調(diào)頻信號(hào)可看成由正交分量與同相分量合成的?？梢杂孟聢D產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào)：倍頻：目的：為提高調(diào)頻指數(shù)，從而獲得寬帶調(diào)頻。方法：倍頻器可以用非線(xiàn)性器件實(shí)現(xiàn)。原理：以理想平方律器件為例，其輸出-輸入特性為當(dāng)輸入信號(hào)為調(diào)頻信號(hào)時(shí)，有由上式可知：濾除直流成分后，可得到一個(gè)新的調(diào)頻信號(hào)，其載頻和相位偏移均增為2倍，由于相位偏移增為2倍，因而調(diào)頻指數(shù)也必然增為2倍。同理，經(jīng)n次倍頻后可以使調(diào)頻信號(hào)的載頻和調(diào)頻指數(shù)增為n倍。典型實(shí)例：調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)載頻：f1=200kHz調(diào)制信號(hào)最高頻率：fm=15kHz間接法產(chǎn)生的最大頻偏：f1=25Hz調(diào)頻廣播要求的最終頻偏：f

=75kHz發(fā)射載頻在88-108MHz頻段內(nèi)倍頻數(shù)：倍頻后新的載波頻率(nf1)高達(dá)600MHz，不符合

fc=88-108MHz的要求；因此需用混頻器進(jìn)行下變頻來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。典型實(shí)例NBFM下混頻【例5-1，P113】

在上述寬帶調(diào)頻方案中，設(shè)調(diào)制信號(hào)是fm=15kHz的單頻余弦信號(hào)，NBFM信號(hào)的載頻f1=200kHz，最大頻偏f1=25Hz；混頻器參考頻率f2=10.9MHz，選擇倍頻次數(shù)n1=64，n2=48。

(1)求NBFM信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)；

(2)求調(diào)頻發(fā)射信號(hào)（即WBFM信號(hào)）的載頻、最大頻偏和調(diào)頻指數(shù)。

【解】（1）NBFM信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)為

（2）調(diào)頻發(fā)射信號(hào)的載頻為

（3）最大頻偏為（4）調(diào)頻指數(shù)為（相當(dāng)于寬帶指數(shù)）解調(diào)方法及適用范圍方法：非相干解調(diào)和相干解調(diào)適用范圍：非相干解調(diào)：NBFM,WBFM相干解調(diào)：NBFM2、調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)非相干解調(diào)調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式為解調(diào)器的輸出應(yīng)為說(shuō)明：完成這種頻率-電壓轉(zhuǎn)換的器件是頻率檢波器，簡(jiǎn)稱(chēng)鑒頻器；鑒頻器的種類(lèi)很多，例如振幅鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器、正交鑒頻器、斜率鑒頻器、頻率負(fù)反饋解調(diào)器、鎖相環(huán)(PLL)鑒頻器等；下面以振幅鑒頻器為例介紹：

振幅鑒頻器方框圖說(shuō)明：微分電路和包絡(luò)檢波器：構(gòu)成了具有近似理想鑒頻特性的鑒頻器；限幅器的作用：消除信道中噪聲等引起的調(diào)頻波的幅度起伏；微分器的作用：幅度恒定的調(diào)頻波sFM(t)

→

幅度和頻率都隨調(diào)制信號(hào)m(t)變化的調(diào)幅調(diào)頻波sd(t)，即包絡(luò)檢波器則將其幅度變化檢出并濾去直流，再經(jīng)低通濾波后即得解調(diào)輸出

鑒頻器靈敏度，單位為V/rad/s相干解調(diào)：相干解調(diào)僅適用于NBFM信號(hào)NBFM信號(hào)可分解成同相分量與正交分量之和，可以采用線(xiàn)性調(diào)制中的相干解調(diào)法來(lái)進(jìn)行解調(diào)，如下圖所示。設(shè)窄帶調(diào)頻信號(hào)并設(shè)相干載波則相乘器的輸出為經(jīng)低通濾波器取出其低頻分量再經(jīng)微分器，即得解調(diào)輸出可見(jiàn)，相干解調(diào)可以恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。

前言5.4.1輸入信噪比5.4.2大信噪比時(shí)的解調(diào)增益5.4.3小信噪比時(shí)的門(mén)限效應(yīng)5.4.4預(yù)加重和去加重5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能前言重點(diǎn)討論FM非相干解調(diào)時(shí)的抗噪聲性能分析模型

n(t)

－均值為零，單邊功率譜密度為n0的高斯白噪聲;BPF–抑制調(diào)頻信號(hào)帶寬外的噪聲；限幅器

–消除信道中噪聲及其他原因引起的調(diào)頻波的幅度起伏。輸入信噪比設(shè)輸入調(diào)頻信號(hào)為故其輸入信號(hào)功率為輸入噪聲功率為式中，BFM

－調(diào)頻信號(hào)的帶寬，即帶通濾波器的帶寬因此輸入信噪比為5.4.1輸入信噪比輸出信噪比在輸入信噪比足夠大的條件下，信號(hào)和噪聲的相互作用可以忽略，這時(shí)可以把信號(hào)和噪聲分開(kāi)來(lái)計(jì)算。計(jì)算輸出信號(hào)平均功率輸入噪聲為0時(shí)，解調(diào)輸出信號(hào)為故輸出信號(hào)平均功率為5.4.2大信噪比時(shí)的解調(diào)增益計(jì)算輸出噪聲平均功率假設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)=0，則加到解調(diào)器輸入端的是未調(diào)載波與窄帶高斯噪聲之和，即最終可推出解調(diào)器輸出（LPF輸出）的噪聲功率（圖中陰影部分）為噪聲平均功率計(jì)算計(jì)算輸出信噪比于是，F(xiàn)M非相干解調(diào)器輸出端的輸出信噪比為簡(jiǎn)明情況考慮m(t)為單一頻率余弦波時(shí)的情況，即這時(shí)的調(diào)頻信號(hào)為式中將這些關(guān)系代入上面輸出信噪比公式，得到：制度增益考慮在寬帶調(diào)頻時(shí)，信號(hào)帶寬為所以，上式還可以寫(xiě)成當(dāng)mf>>1時(shí)有近似式上式結(jié)果表明：在大信噪比情況下，寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的制度增益很高，抗噪聲性能好。加大調(diào)制指數(shù)，可使調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能迅速改善。調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)比較在大信噪比情況下，AM信號(hào)包絡(luò)檢波器的輸出信噪比為

若設(shè)AM信號(hào)為100%調(diào)制。且m(t)為單頻余弦波信號(hào)，則m(t)的平均功率為 因而式中，B為AM信號(hào)的帶寬，它是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即B=2fm，故有將兩者相比，得到討論在大信噪比情況下，若系統(tǒng)接收端的輸入A和n0相同，則寬帶調(diào)頻系統(tǒng)解調(diào)器的輸出信噪比是調(diào)幅系統(tǒng)的3mf2倍。例如，mf=5時(shí)，寬帶調(diào)頻的S0/N0是調(diào)幅時(shí)的75倍。調(diào)頻系統(tǒng)的這一優(yōu)越性是以增加其傳輸帶寬來(lái)?yè)Q取的。因?yàn)?，?duì)于AM信號(hào)而言，傳輸帶寬是2fm，而對(duì)WBFM信號(hào)而言，相應(yīng)于mf=5時(shí)的傳輸帶寬為12fm

，是前者的6倍。

WBFM信號(hào)的傳輸帶寬BFM與AM信號(hào)的傳輸帶寬BAM之間的一般關(guān)系為當(dāng)mf>>1時(shí)，上式可近似為 故有 在上述條件下， 變?yōu)?/p>

結(jié)論：寬帶調(diào)頻輸出信噪比相對(duì)于調(diào)幅的改善與它們帶寬比的平方成正比。調(diào)頻是以帶寬換取信噪比的改善。什么叫門(mén)限效應(yīng)？在大信噪比情況下，調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能將比調(diào)幅系統(tǒng)優(yōu)越，且其優(yōu)越程度將隨傳輸帶寬的增加而提高。調(diào)頻系統(tǒng)中以帶寬換取性能改善并不是無(wú)止境的，隨著帶寬的增加，輸入噪聲功率增大，在輸入信號(hào)功率不變的條件下，輸入信噪比降低；當(dāng)輸入信噪比降到一定程度時(shí)，輸出信噪比將急劇惡化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為門(mén)限效應(yīng)。門(mén)限值：出現(xiàn)門(mén)限效應(yīng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入信噪比值稱(chēng)為門(mén)限值，記為(Si/Ni)b。5.4.3小信噪比時(shí)的門(mén)限效應(yīng)

起伏噪聲：

當(dāng)只發(fā)載波信號(hào)時(shí)（即無(wú)調(diào)制信號(hào)時(shí)），觀察鑒頻器的輸出信號(hào)可以看到門(mén)限效應(yīng)的產(chǎn)生。當(dāng)輸入信噪比很高，可以觀察到鑒額器的輸出噪聲呈現(xiàn)為高斯噪聲形狀，如圖所示：高信噪比時(shí)的輸出噪聲典型波形低信噪比時(shí)的輸出噪聲典型波形

這種尖脈沖的產(chǎn)生意味著門(mén)限效應(yīng)已經(jīng)發(fā)生。由于尖脈沖所包含的能量很大，因而發(fā)生門(mén)限效應(yīng)時(shí)輸出信噪比大為下降。尖峰噪聲：當(dāng)輸入信噪比下降到某一數(shù)值以下時(shí)，輸出噪聲波形中會(huì)出現(xiàn)一種尖脈沖。如圖所示，收聽(tīng)時(shí)會(huì)聽(tīng)到喀喇聲。輸入信噪比愈差，這種尖脈沖就愈多。門(mén)限效應(yīng)特性門(mén)限值與調(diào)制指數(shù)mf有關(guān)。

mf越大，門(mén)限值越高。不過(guò)不同mf時(shí)，門(mén)限值的變化不大，大約在8dB

~11dB的范圍內(nèi)變化一般認(rèn)為門(mén)限值為10dB左右。單音調(diào)制時(shí)，在不同調(diào)制指數(shù)下，調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比與輸入信噪比的關(guān)系曲線(xiàn)。門(mén)限效應(yīng)特性（續(xù)）在門(mén)限值以上時(shí)，(So/No)FM與(Si/Ni)FM呈線(xiàn)性關(guān)系，且mf越大，輸出信噪比的改善越明顯。在門(mén)限值以下時(shí)，(So/No)FM將隨(Si/Ni)FM的下降而急劇下降。且mf越大，(So/No)FM下降越快。單音調(diào)制時(shí)，在不同調(diào)制指數(shù)下，調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比與輸入信噪比的關(guān)系曲線(xiàn)。說(shuō)明：門(mén)限效應(yīng)是FM系統(tǒng)存在的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。尤其在采用調(diào)頻制的遠(yuǎn)距離通信和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域中，對(duì)調(diào)頻接收機(jī)的門(mén)限效應(yīng)十分關(guān)注，希望門(mén)限點(diǎn)向低輸入信噪比方向擴(kuò)展。降低門(mén)限值（也稱(chēng)門(mén)限擴(kuò)展）的方法有很多，例如，可以采用鎖相環(huán)解調(diào)器和負(fù)反饋解調(diào)器，它們的門(mén)限比一般鑒頻器的門(mén)限電平低6~10dB。還可以采用“預(yù)加重”和“去加重”技術(shù)來(lái)進(jìn)一步改善調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比。這也相當(dāng)于改善了門(mén)限。目的高頻端的輸出信噪比明顯下降：鑒頻器輸出噪聲功率譜隨f呈拋物線(xiàn)形狀增大。因此，在頻率高端的信號(hào)譜密度最小，而噪聲譜密度卻是最大，致使高頻端的輸出信噪比明顯下降，這對(duì)解調(diào)信號(hào)質(zhì)量會(huì)帶來(lái)很大的影響。5.4.4預(yù)加重和去加重“預(yù)加重和“去加重”：為了改善調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比，針對(duì)鑒頻器輸出噪聲譜呈拋物線(xiàn)形狀這一特點(diǎn)，在調(diào)頻系統(tǒng)中廣泛采用了加重技術(shù)。其設(shè)計(jì)思想是保持輸出信號(hào)不變，有效降低輸出噪聲，以達(dá)到提高輸出信噪比的目的。原理去加重：就是在解調(diào)器輸出端接一個(gè)傳輸特性隨頻率增加而滾降的線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)Hd(f)，將調(diào)制頻率高頻端的噪聲衰減，使總的噪聲功率減小。預(yù)加重：必須在調(diào)制器前加入一個(gè)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)Hp(f)，人為地提升調(diào)制信號(hào)的高頻分量，以抵消去加重網(wǎng)絡(luò)的影響。顯然，為了使傳輸信號(hào)不失真，應(yīng)該有

這是保證輸出信號(hào)不變的必要條件方框圖：加有預(yù)加重和去加重的調(diào)頻系統(tǒng)性能由于采用預(yù)加重/去加重系統(tǒng)的輸出信號(hào)功率與沒(méi)有采用預(yù)加重/去加重系統(tǒng)的功率相同，所以調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比的改善程度可用加重前的輸出噪聲功率與加重后的輸出噪聲功率的比值確定，即

進(jìn)一步說(shuō)明，輸出信噪比的改善程度取決于去加重網(wǎng)絡(luò)的特性

實(shí)用電路：一種實(shí)際中常采用的預(yù)加重和去加重電路，它在保持信號(hào)傳輸帶寬不變的條件下，可使輸出信噪比提高6dB左右。設(shè)濾波器3dB帶寬為f1=1/RC，其傳遞函數(shù)和模值平方分別為：預(yù)加重和去加重技術(shù)在調(diào)頻系統(tǒng)中得到了實(shí)際應(yīng)用。預(yù)加重和去加重技術(shù)還在音頻傳輸系統(tǒng)中，例如杜比降噪系統(tǒng)。調(diào)制方式傳輸帶寬

制度增益設(shè)備復(fù)雜程度主要應(yīng)用AM2fm簡(jiǎn)單中短波無(wú)線(xiàn)電廣播DSB2fm中等應(yīng)用較少SSBfm復(fù)雜短波無(wú)線(xiàn)電廣播、話(huà)音頻分復(fù)用、載波通信、數(shù)據(jù)傳輸VSB略大于fm

復(fù)雜電視廣播、數(shù)據(jù)傳輸FM中等超短波小功率電臺(tái)（窄帶FM）；調(diào)頻立體聲廣播等高質(zhì)量通信（寬帶FM）5.5各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較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。右圖畫(huà)出了各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能曲線(xiàn),圖中的圓點(diǎn)表示門(mén)限點(diǎn)。門(mén)限點(diǎn)以下，曲線(xiàn)迅速下跌；門(mén)限點(diǎn)以上，DSB、SSB的信噪比比AM高4.7dB以上，而FM（mf=6）的信噪比比AM高22dB。當(dāng)輸入信噪比較高時(shí)，F(xiàn)M的調(diào)頻指數(shù)mf越大，抗噪聲性能越好。1、抗噪聲性能SSB的帶寬最窄，其頻帶利用率最高；FM占用的帶寬隨調(diào)頻指數(shù)mf的增大而增大，其頻帶利用率最低?？梢哉f(shuō)，F(xiàn)M是以犧牲有效性來(lái)?yè)Q取可靠性的。因此，mf值的選擇要從通信質(zhì)量和帶寬限制兩方面考慮。對(duì)于高質(zhì)量通信（高保真音樂(lè)廣播，電視伴音、雙向式固定或移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信和蜂窩電話(huà)系統(tǒng)）采用WBFM，mf值選大些。對(duì)于一般通信，要考慮接收微弱信號(hào)，帶寬窄些，噪聲影響小，常選用mf較小的調(diào)頻方式。2、頻帶利用率AM：優(yōu)點(diǎn)是接收設(shè)備簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是功率利用率低，抗干擾能力差。主要用在中波和短波調(diào)幅廣播。DSB調(diào)制：優(yōu)點(diǎn)是功率利用率高，且?guī)捙cAM相同，但設(shè)備較復(fù)雜。應(yīng)用較少，一般用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專(zhuān)用通信。SSB調(diào)制：優(yōu)點(diǎn)是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力和抗選擇性衰落能力均優(yōu)于AM，而帶寬只有AM的一半；缺點(diǎn)是發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜。SSB常用于頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中。VSB調(diào)制：抗噪聲性能和頻帶利用率與SSB相當(dāng)。在電視廣播、數(shù)傳等系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。FM：FM的抗干擾能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離高質(zhì)量的通信系統(tǒng)中。缺點(diǎn)是頻帶利用率低，存在門(mén)限效應(yīng)。3、特點(diǎn)與應(yīng)用目的：多路復(fù)用是指在一條信道中同時(shí)傳輸多路信號(hào)。充分利用信道的頻帶資源，提高信道利用率。頻分復(fù)用原理頻分制傳輸方法的基礎(chǔ)是用各路信號(hào)對(duì)不同頻率的副載波進(jìn)行調(diào)制；各路有限頻譜的信號(hào)調(diào)制到不同頻率的副載波上，使調(diào)制后的各路副載波信號(hào)的頻譜不重疊，而且有一定的保護(hù)間隔，這些已調(diào)信號(hào)通過(guò)線(xiàn)性相加網(wǎng)絡(luò)形成多路信號(hào)，再對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行調(diào)制；在接收端，載波解調(diào)后，分路濾波器把各路副載波信號(hào)分離出來(lái)，再進(jìn)行副載波解調(diào)，恢復(fù)出原來(lái)的調(diào)制信號(hào)。5.6頻分復(fù)用(FDM)和調(diào)頻(FM)立體聲5.6.1頻分復(fù)用（FDM）組成框圖

系統(tǒng)體制：副載波可以采用AM、FM、PM任何一種調(diào)制方式。為了與載波調(diào)制相區(qū)別，通常把這次調(diào)制稱(chēng)為副載波調(diào)制。載波調(diào)制也可以采用AM、FM、PM。兩次調(diào)制可以組成9種體制：AM-AM，AM-FM，AM-PMFM-AM，F(xiàn)M-FM，F(xiàn)M-PMPM-AM，PM-FM，PM-PM舉例：以AM-AM線(xiàn)性調(diào)制為例典型實(shí)際系統(tǒng)：多路載波電話(huà)系統(tǒng)每路電話(huà)信號(hào)的頻帶限制在300—3400Hz，在各路已調(diào)信號(hào)間留有防護(hù)頻帶，每路電話(huà)信號(hào)取4kHz作為標(biāo)準(zhǔn)帶寬層次結(jié)構(gòu)：12路電話(huà)復(fù)用為一個(gè)基群；5個(gè)基群復(fù)用為一個(gè)超群，共60路電話(huà)；由10個(gè)超群復(fù)用為一個(gè)主群，共600路電話(huà)。如果需要傳輸更多路電話(huà)，可以將多個(gè)主群進(jìn)行復(fù)用，組成巨群。基群頻譜結(jié)構(gòu)圖 載波頻率FDM的特點(diǎn)主要用于模擬信號(hào)，普遍應(yīng)用在多路載波電話(huà)系統(tǒng)中。優(yōu)點(diǎn)：信道利用率高，技術(shù)成熟；缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，濾波器難以制作，并且在復(fù)用和傳輸過(guò)程中，調(diào)制、解調(diào)等過(guò)程會(huì)不同程度地引入非線(xiàn)性失真，而產(chǎn)生各路信號(hào)的相互干擾。原理：FM立體聲廣播中，聲音分成兩路音頻信號(hào)，一個(gè)左聲道信號(hào)L，一個(gè)右聲道信號(hào)R，頻率都在50Hz到15kHz之間。左聲道與右聲道相加形成和信號(hào)(L+R)，相減形成差信號(hào)(L-R)。在調(diào)頻之前，差信號(hào)(L-R)先對(duì)38kHz的副載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶(DSB-SC)調(diào)制，然后與和信號(hào)(L+R)進(jìn)行頻分復(fù)用后，作為FM立體聲廣播的基帶信號(hào)，其形成過(guò)程如下圖所示：5.6.2調(diào)頻立體聲廣播頻譜結(jié)構(gòu)0~15kHz用于傳送(L+R)信號(hào)23kHz~53kHz用于傳送(L-R)信號(hào)59kHz~75kHz則用作輔助通道

(L-R)信號(hào)的載波頻率為38kHz在19kHz處發(fā)送一個(gè)單頻信號(hào)（導(dǎo)頻）立體聲與單聲道兼容，在普通調(diào)頻廣播中，只發(fā)送0—15kHz的(L+R)信號(hào)。立體聲廣播信號(hào)的解調(diào)接收立體聲廣播后先進(jìn)行鑒頻，得到頻分復(fù)用信號(hào)。對(duì)頻分復(fù)用信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的分離，以恢復(fù)出左聲道信號(hào)L和右聲道信號(hào)R。廣播電視圖像信號(hào)：0～6MHz

殘留邊帶調(diào)制插入強(qiáng)載波包絡(luò)檢波伴音：寬帶調(diào)頻

fH=15kHz

Δfmax=50kHzB=130kHz彩色電視與黑白電視兼容色差信號(hào)

R－Y，B－Y對(duì)4.43MHz彩色副載波進(jìn)行正交抑制載波雙邊帶調(diào)制R－Y逐行導(dǎo)相PAL制5.7小結(jié)調(diào)制的目的：基帶信號(hào)變換、多路復(fù)用、改善抗噪聲性能；模擬調(diào)制分為：幅度調(diào)制和角度調(diào)制幅度調(diào)制，是指載波振幅隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)制方法。包括：調(diào)幅（AM）、雙邊帶（DSB）、單邊帶（SSB）和殘留邊帶（VSB）；線(xiàn)性調(diào)制的通用模型：濾波法和依相法；解調(diào)分為：相干解調(diào)和非相干解調(diào)；角度調(diào)制是指載波的頻率或相位隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)制方法。包括調(diào)頻（FM）、調(diào)相（PM）；調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻偏與調(diào)制信號(hào)幅度成正比；調(diào)相信號(hào)的瞬時(shí)相偏與調(diào)制信號(hào)幅度成正比；角度調(diào)制的頻譜和調(diào)制信號(hào)的頻譜是非線(xiàn)性關(guān)系；調(diào)頻信號(hào)帶寬角度調(diào)制的抗噪聲性能比幅度調(diào)制好；但占用更寬的帶寬；在大信噪比情況下，單音調(diào)制時(shí)寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的制度增益為：FM信號(hào)的平均功率等于未調(diào)載波的平均功率；調(diào)制的過(guò)程只是功率重新分配的過(guò)程；加重技術(shù)的目的是提高頻率