c7-第5章模擬調(diào)制第一頁，共88頁。調(diào)制簡介—定義目的

分類線性調(diào)制（幅度調(diào)制）原理

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能非線性調(diào)制（角度調(diào)制）原理

各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較

頻分復用（FDM）

本章內(nèi)容:

第5章模擬調(diào)制

第二頁，共88頁。調(diào)制簡介

調(diào)制定義何謂調(diào)制？第三頁，共88頁。進行頻譜搬移，匹配信道特性，減小天線尺寸；實現(xiàn)多路復用，提高信道利用率；改善系統(tǒng)性能（有效性、可靠性）；實現(xiàn)頻率分配

調(diào)制目的為什么要進行調(diào)制？第四頁，共88頁。

調(diào)制信號

載波已調(diào)信號運載工具多種形式同義詞認識一下調(diào)制過程所涉及的三種信號

調(diào)制分類第五頁，共88頁。---可從不同角度分類：都有哪些調(diào)制方式？第六頁，共88頁。本章研究的模擬調(diào)制方式：

——是以正弦信號作為載波的

第七頁，共88頁。

一般模型§5.1

幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理邊帶濾波器第八頁，共88頁?！?.1.1

常規(guī)調(diào)幅（AM）AM表達式AM調(diào)制器條件：邊帶項載波項第九頁，共88頁。AM波形和頻譜

西安電子科技大學通信工程學院

第十頁，共88頁。AM信號的特點時，AM波的包絡(luò)正比于調(diào)制信號m(t)，故可采用包絡(luò)檢波。

AM的頻譜由載頻分量、上邊帶和下邊帶組成。AM傳輸帶寬是調(diào)制信號帶寬的兩倍：

AM的優(yōu)勢在于接收機簡單，廣泛用于中短調(diào)幅廣播。第十一頁，共88頁。AM信號功率：AM信號的缺點邊帶功率載波功率AM功率利用率低！調(diào)制效率（功率利用率）：第十二頁，共88頁。---不含有用信息

，卻“浪費”大部分的發(fā)射功率。

m<1

正常調(diào)幅m=1

臨界狀態(tài)，滿調(diào)幅（100）

m>1

過調(diào)幅載波邊帶當然第十三頁，共88頁。第十四頁，共88頁。第十五頁，共88頁。條件：如何提高調(diào)制效率？——抑制載波！

QA第十六頁，共88頁?！?.1.2

雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）條件：DSB表達式DSB調(diào)制器double-sidebandsuppressedcarrier第十七頁，共88頁。DSB波形和頻譜第十八頁，共88頁。DSB信號的特點包絡(luò)不再與m(t)成正比；當m(t)改變符號時載波相位反轉(zhuǎn)，故不能采用包絡(luò)檢波，需相干解調(diào)。

無載頻分量，只有上、下邊帶。帶寬與AM的相同：調(diào)制效率100，即功率利用率高。主要用作SSB、VSB的技術(shù)基礎(chǔ)，調(diào)頻立體聲中的差信號調(diào)制等。

能否只傳輸一個邊帶？

QA課件制作：曹麗娜

西安電子科技大學通信工程學院

第十九頁，共88頁?！?.1.3

單邊帶調(diào)制（SSB）SSB信號的產(chǎn)生（1）濾波法技術(shù)難點之一第二十頁，共88頁。邊帶濾波特性HSSB()第二十一頁，共88頁。（2）相移法USB

+

-

-

第二十二頁，共88頁。傳遞函數(shù)：是m(t)的希爾伯特變換

含義：幅度不變，相移π/2

Hh()對m(t)的所有頻率分量精確相移π/2

技術(shù)難點之二＋下邊帶－上邊帶

要求：第二十三頁，共88頁。SSB信號的特點課件制作：曹麗娜

西安電子科技大學通信工程學院

第二十四頁，共88頁?！?.1.4

殘留邊帶調(diào)制（VSB）——介于SSB與DSB之間的折中方案。第二十五頁，共88頁。VSB信號的產(chǎn)生應(yīng)該具有怎樣的濾波特性？VSB信號的解調(diào)應(yīng)該具有怎樣的濾波特性？

第二十六頁，共88頁。相乘：LPF—解調(diào)輸出：第二十七頁，共88頁。若要無失真恢復m(t)，

VSB濾波器的傳輸函數(shù)必須滿足：含義：第二十八頁，共88頁。殘留邊帶濾波器的幾何解釋：第二十九頁，共88頁。VSB信號的特點僅比SSB所需帶寬有很小的增加，卻換來了電路的簡單。應(yīng)用：商業(yè)電視廣播中的電視信號傳輸?shù)取５谌?，?8頁。濾波法§5.1.5

線性調(diào)制（幅度調(diào)制）的一般模型相移法第三十一頁，共88頁?！庹{(diào)的任務(wù)!第三十二頁，共88頁?！?.1.6

相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)第三十三頁，共88頁。包絡(luò)檢波第三十四頁，共88頁。第三十五頁，共88頁。分析模型§5.2

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能高斯白噪聲已調(diào)信號BPF§5.2.1

模型與指標第三十六頁，共88頁。窄帶高斯噪聲輸出噪聲輸出信號高斯白噪聲已調(diào)信號BPF解調(diào)器相干解調(diào)包絡(luò)檢波第三十七頁，共88頁。分析模型解調(diào)器性能指標制度增益：輸出信噪比：BPF第三十八頁，共88頁?！?.2.2

DSB-相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能相干解調(diào)器Si

So

No

Ni

DSB第三十九頁，共88頁。B=2fH

第四十頁，共88頁。原因正交分量第四十一頁，共88頁?！?.2.2DSB-相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能相干解調(diào)器SiSo

No

Ni§5.2.3

SSB

第四十二頁，共88頁。B=2fH

B=fH

SSBDSB第四十三頁，共88頁。相干解調(diào)抑制正交分量（無論信號還是噪聲）原因正交分量第四十四頁，共88頁。

能否說：DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于

SSB

系統(tǒng)呢？

在相同的Si，n0，fH條件下：

B=2fH

B=fH

∴

DSB和SSB的抗噪聲性能相同。

QA第四十五頁，共88頁。合成包絡(luò)§5.2.4

AM–包絡(luò)檢波系統(tǒng)的抗噪聲性能第四十六頁，共88頁。（1）大信噪比時隔掉檢波輸出：第四十七頁，共88頁。

討論：由于|m(t)|max

A0

，所以GAM<1，即100%調(diào)制，且m(t)為單頻正弦時：相干解調(diào)的GAM如同上式，但不受信噪比條件的限制。第四十八頁，共88頁。（2）小信噪比時

可見：第四十九頁，共88頁。大信噪比時：小信噪比時：門限效應(yīng)AM-包絡(luò)檢波系統(tǒng)的抗噪聲性能：歸納第五十頁，共88頁。§5.3

非線性調(diào)制（角度調(diào)制）原理概述第五十一頁，共88頁?！?.3.1

角度調(diào)制的基本概念1

角調(diào)信號一般表達式載波的恒定振幅[ct

+(t)]–已調(diào)信號的瞬時相位

相對于ct的瞬時相位偏移[c+d(t)/dt

]–已調(diào)信號的瞬時角頻率

相對于c的瞬時角頻偏第五十二頁，共88頁。Kf=rad/(s?V)Kp=rad/VPM：FM：角調(diào)信號：第五十三頁，共88頁。

2

PM與FM的關(guān)系若預(yù)先不知m(t)形式，能否判斷已調(diào)信號是PM還是FM信號?第五十四頁，共88頁。若最大瞬時相位偏移滿足：§5.3.3

寬帶

調(diào)頻

第五十五頁，共88頁。最大相位偏移1

單音調(diào)頻FM

——調(diào)頻指數(shù)最大角頻偏???單音調(diào)頻信號：，

則

設(shè)第五十六頁，共88頁。2

FM信號的頻譜與帶寬第一類n階貝塞爾函數(shù)是調(diào)頻指數(shù)mf的函數(shù)傅里葉變換級數(shù)展開第五十七頁，共88頁。討論——窄帶調(diào)頻(NBFM)——寬帶調(diào)頻(WBFM)——FM頻譜和傳輸帶寬：第五十八頁，共88頁。對于多音或任意帶限調(diào)制信號時的FM信號：

FM廣播的最大頻偏f=75kHz，最高調(diào)制頻率fm=15kHz，故調(diào)頻指數(shù)mf

＝5，F(xiàn)M信號的頻帶寬度為：推廣：調(diào)制信號的最高頻率例如：第五十九頁，共88頁。3

FM信號的功率分配載波功率=1第六十頁，共88頁。4

FM的特點優(yōu)勢應(yīng)用第六十一頁，共88頁。§5.3.4

調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)1

調(diào)頻信號的產(chǎn)生1)直接法原理：調(diào)制電壓控制振蕩器的頻率：優(yōu)點：電路簡單、可獲得較大的頻偏；缺點：頻率穩(wěn)定度不高，可采用PLL調(diào)頻器進行改進。第六十二頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)直接調(diào)頻法的主要優(yōu)缺點： 優(yōu)點：可以獲得較大的頻偏。 缺點：頻率穩(wěn)定度不高改進途徑：采用如下鎖相環(huán)（PLL）調(diào)制器63第六十三頁，共88頁。2)間接法原理：積分?調(diào)相(NBFM)?n次倍頻?WBFM優(yōu)點：頻率穩(wěn)定度好；缺點：需要多次倍頻和混頻，因此電路較復雜。第六十四頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)間接法產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號 由窄帶調(diào)頻公式 可知，窄帶調(diào)頻信號可看成由正交分量與同相分量合成的。所以可以用下圖產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號：65第六十五頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)倍頻： 目的：為提高調(diào)頻指數(shù)，從而獲得寬帶調(diào)頻。 方法：倍頻器可以用非線性器件實現(xiàn)。 原理：以理想平方律器件為例，其輸出-輸入特性為 當輸入信號為調(diào)頻信號時，有 由上式可知，濾除直流成分后，可得到一個新的調(diào)頻信號，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)頻信號的載頻和調(diào)頻指數(shù)增為n倍。66第六十六頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)典型實例：調(diào)頻廣播發(fā)射機 載頻：f1=200kHz

調(diào)制信號最高頻率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)，所以需要經(jīng)過 次的倍頻，以滿足最終頻偏=75kHz的要求。 但是，倍頻器在提高相位偏移的同時，也使載波頻率提高了，倍頻后新的載波頻率(nf1)高達600MHz，不符合fc=88-108MHz的要求，因此需用混頻器進行下變頻來解決這個問題。67第六十七頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)具體方案68第六十八頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)【例5-1】在上述寬帶調(diào)頻方案中，設(shè)調(diào)制信號是fm=15kHz的單頻余弦信號，NBFM信號的載頻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信號的調(diào)頻指數(shù)；

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

【解】（1）NBFM信號的調(diào)頻指數(shù)為 （2）調(diào)頻發(fā)射信號的載頻為69第六十九頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)(3)最大頻偏為(4)調(diào)頻指數(shù)為70第七十頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)

調(diào)頻信號的解調(diào)非相干解調(diào)：調(diào)頻信號的一般表達式為 解調(diào)器的輸出應(yīng)為完成這種頻率-電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系的器件是頻率檢波器，簡稱鑒頻器。鑒頻器的種類很多，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：71第七十一頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)振幅鑒頻器方框圖圖中，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。限幅器的作用是消除信道中噪聲等引起的調(diào)頻波的幅度起伏72第七十二頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)

微分器的作用是把幅度恒定的調(diào)頻波sFM(t)變成幅度和頻率都隨調(diào)制信號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 式中Kd

為鑒頻器靈敏度，單位為V/rad/s73第七十三頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)相干解調(diào)：相干解調(diào)僅適用于NBFM信號 由于NBFM信號可分解成同相分量與正交分量之和，因而可以采用線性調(diào)制中的相干解調(diào)法來進行解調(diào)，如下圖所示。74第七十四頁，共88頁。第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)設(shè)窄帶調(diào)頻信號并設(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，相干解調(diào)可以恢復原調(diào)制信號。75第七十五頁，共88頁。2

調(diào)頻信號的解調(diào)1)非相干解調(diào)2)相干解調(diào)適用：NBFM和WBFM思路：完成頻率~電壓的轉(zhuǎn)換，即：——鑒頻器?一種振幅鑒頻器僅適用NBFM第七十六頁，共88頁。微分器：把幅度恒定的調(diào)頻波

?調(diào)幅調(diào)頻波：

包絡(luò)檢波器：檢出包絡(luò)并濾去直流，

原理：幅/頻都隨m(t)變化經(jīng)LPF即得解調(diào)輸出：第七十七頁，共88頁。§5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能模型和方法與線性調(diào)制系統(tǒng)相似。解---鑒頻器：單音調(diào)制時大信噪比時：小信噪比時：門限效應(yīng)mf

第七十八頁，共88頁。所有系統(tǒng)在“同等條件”下進行比較：

解調(diào)器輸入信號功率為Si

信道噪聲均值為0，單邊功率譜密度為n0

基帶信號帶寬為fm其中AM的調(diào)幅度為100%，正弦型調(diào)制信號§5.5各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較第七十九頁，共88頁。調(diào)制方式信號帶寬輸出信噪比制度增益設(shè)備AMDSBSSB

VSBFM21簡單中等中等復雜復雜第八十頁，共88頁。性能比較：

1）抗噪聲性能：FM最好，DSB/SSB、

VSB次之，AM最差；2）頻譜利用率：SSB最高，VSB較高，

DSB/AM次之，F(xiàn)M最差；3）功率利用率：FM最高，DSB/SSB、

VSB次之，AM最差；4）設(shè)備復雜度：AM最簡，DSB/FM次之，

VSB較復雜，SSB最復雜。第八十一頁，共88頁。特點與應(yīng)用

1）AM：優(yōu)點是接收設(shè)備簡單；缺點是功率利用率低，抗干擾能力差。主要用在中波和短波調(diào)幅廣播。2）DSB：優(yōu)點是功率利用率高，帶寬與AM相同。主要用于調(diào)頻立體聲中的差信號調(diào)制，彩色TV中的色差信號調(diào)制。3）SSB：優(yōu)點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；缺點是收發(fā)設(shè)備都復雜。常用于頻分多路復用系統(tǒng)中。4）VSB：抗