大學(xué)-通信原理-第05章-模擬調(diào)制系統(tǒng)學(xué)習(xí)內(nèi)容幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理12345第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)非線性（角度調(diào)制）的原理調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較6頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】2學(xué)習(xí)目標(biāo)

學(xué)習(xí)要點(diǎn)1、調(diào)制的定義、功能和分類；

2、線性調(diào)制的原理（表示式、頻譜、帶寬、產(chǎn)生與解調(diào)）；

3、線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能，門限效應(yīng)；

4、調(diào)頻（FM）、調(diào)相（PM）的基本概念；5、調(diào)頻信號頻帶寬度的計(jì)算——卡森公式；6、調(diào)頻信號的生產(chǎn)與解調(diào)方法；7、預(yù)加重和去加重的概念；8、FM、DSB、SSB、VSB、AM的性能比較；9、頻分復(fù)用、復(fù)合調(diào)制和多級調(diào)制的概念。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】3學(xué)習(xí)目標(biāo)

重點(diǎn)1、概念：AM、DSB、VSB和PM、FM的基本概念、特點(diǎn)和應(yīng)用；產(chǎn)生與解調(diào)方法（會畫原理框圖）；AM、DSB波形和頻譜（會畫）；VSB邊帶濾波特性；可靠性比較，有效性比較；門限的概念；多級調(diào)制、復(fù)合調(diào)制和FDM的概念。2、計(jì)算：AM、DSB、SSB、PM、FM的表達(dá)式；功率和帶寬的計(jì)算；AM、DSB、SSB、FM抗噪聲性能分析和G的計(jì)算與比較；單音調(diào)頻的調(diào)頻指數(shù)、相偏及頻偏；卡森公式。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】4學(xué)習(xí)目標(biāo)

難點(diǎn)1、調(diào)制信號、載波和已調(diào)信號。

2、抗噪性能分析。3、相干解調(diào)是否存在門限效應(yīng)。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】5學(xué)習(xí)內(nèi)容幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理12345第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)非線性（角度調(diào)制）的原理調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較6頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】6

引言一、基本概念1、調(diào)制：把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。1）廣義調(diào)制：分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。2）狹義調(diào)制：僅指帶通調(diào)制，在無線通信和其他大多數(shù)場合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。2、調(diào)制信號：指來自信源的基帶信號。3、載波調(diào)制：用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程。4、載波：未受調(diào)制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】75、已調(diào)信號：載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號。6、解調(diào)（檢波）：調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復(fù)出來。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理二、調(diào)制的目的1、把基帶信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。2、把多個(gè)基帶信號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。3、改善系統(tǒng)的抗噪聲性能，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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】8三、調(diào)制方式1、模擬調(diào)制常見的模擬調(diào)制：1）幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶調(diào)制。2）角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制。2、數(shù)字調(diào)制常見的數(shù)字調(diào)制：ASK、FSK、PSK、DPSK調(diào)制等。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】9

引言——什么是線性調(diào)制？1、表示式：設(shè)正弦載波為第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理式中，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（已調(diào)信號）可表示為：式中，m（t）—基帶調(diào)制信號（調(diào)制信號）。可見，在波形上，已調(diào)信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律而正比地變化。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】102、頻譜設(shè)調(diào)制信號m（t）頻譜為M（

），則已調(diào)信號的頻譜為第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理可見，在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。由于這種搬移是線性的，因此，幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制。注意，這里的“線性”并不意味著已調(diào)信號與調(diào)制信號之間符合線性變換關(guān)系。事實(shí)上，任何調(diào)制過程都是一種非線性的變換過程。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】11一、調(diào)幅（AM）1、AM調(diào)制器模型第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理2、時(shí)域表達(dá)式式中，m（t）——調(diào)制信號，均值為0；

A0——常數(shù)，表示疊加的直流分量。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】12波形圖第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理當(dāng)滿足條件：|m（t）|

A0時(shí)，其包絡(luò)與調(diào)制信號波形相同，因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號。否則，出現(xiàn)“過調(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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】133、頻譜若m（t）為確知信號，則AM信號的頻譜為第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理若m（t）為隨機(jī)信號，則AM信號的頻域必須用功率譜描述。可見，AM信號的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成，并且上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。頻譜如下圖所示。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】14載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理頻譜圖通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】151）帶寬AM信號是帶有載波分量的雙邊帶信號，帶寬是基帶信號帶寬fH的兩倍：。4、AM信號的特性第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理2）功率：當(dāng)m（t）為確知信號時(shí)通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】16當(dāng)m（t）=Amcos

mt時(shí)，代入上式，則得到5、調(diào)制效率AM信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)，載波分量并不攜帶信息。有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號總功率的比例稱為調(diào)制效率：第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理當(dāng)|m（t）|max=A0時(shí)（100％調(diào)制），調(diào)制效率最高，此時(shí)

max＝1/3通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】17二、雙邊帶調(diào)制（DSB）1、DSB調(diào)制器模型第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理×2、時(shí)域表達(dá)式:無直流分量。3、頻譜表示式:無載頻分量。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】18第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理時(shí)域波形圖和頻譜圖通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】19第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理4、DSB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。5、DSB特點(diǎn)：1）有上下兩邊帶（頻帶利用率低）；2）無載波分量；3）符號變化時(shí)，載波相位倒相；4）幅度由控制；5）若帶寬為B，則帶寬為2B。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】20三、單邊帶調(diào)制（SSB）1、問題的提出：DSB信號兩個(gè)邊帶中的任意一個(gè)都包含了調(diào)制信號頻譜的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個(gè)邊帶即可（既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶）這種方式稱為單邊帶調(diào)制。通常，產(chǎn)生SSB信號的方法有兩種：濾波法和相移法。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理2、濾波法原理方框圖：用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶。H（

）為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】21若H（

）具有如下理想高通特性：第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理，則可濾除下邊帶。若H（

）具有如下理想低通特性：，則可濾除上邊帶。3、SSB信號的頻譜通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】22SSB信號的頻譜（取上邊帶）第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】23＊濾波法技術(shù)難點(diǎn)：濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性。例如：若經(jīng)過濾波后的話音信號的最低頻率為300Hz，則上下邊帶之間的頻率間隔為600Hz，即允許過渡帶為600Hz。在600Hz過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)，采用一級調(diào)制直接濾波的方法已不可能實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制。通常采用多級（一般采用兩級）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)制信號中含有直流及低頻分量時(shí)濾波法就不適用了。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】244、SSB信號的時(shí)域表達(dá)式設(shè)單頻調(diào)制信號為第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理，載波為則DSB信號的時(shí)域表達(dá)式為若保留上邊帶，則有若保留下邊帶，則有兩式僅正負(fù)號不同通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】25

希爾伯特變換上式中Amsin

mt可以看作是Amcos

mt相移/2的結(jié)果，把這一相移過程稱為希爾伯特變換，記為“^”，則有則，上式可以改寫為將上兩式合并：式中，“－”表示上邊帶信號，“+”表示下邊帶信號。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】26把上式推廣到一般情況，則得到第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理式中，若M（

）是m（t）的傅里葉變換，則式中符號函數(shù)上式中的[-jsgn

]可以看作是希爾伯特濾波器傳遞函數(shù)，即實(shí)質(zhì)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】275、移相法SSB調(diào)制器方框圖第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理優(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)，通常采用維弗法來實(shí)現(xiàn)。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】286、SSB信號的解調(diào)SSB信號的解調(diào)和DSB一樣，不能采用簡單的包絡(luò)檢波，因?yàn)镾SB信號也是抑制載波的已調(diào)信號，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理7、SSB信號的性能SSB信號的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但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。SSB目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】29殘留邊帶（VSB）調(diào)制頻譜四、殘留邊帶（VSB）調(diào)制第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理1、原理：殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號實(shí)現(xiàn)中的困難。VSB不像SSB那樣完全抑制DSB信號的一個(gè)邊帶，而是逐漸切割，使其殘留—小部分，如下圖所示：通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】302、VSB調(diào)制模型用濾波法實(shí)現(xiàn)，原理與濾波法SBB調(diào)制器相同。圖中濾波器的特性按殘留邊帶調(diào)制的要求來進(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。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理3、殘留邊帶信號的頻譜通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】314、VSB信號解調(diào)器模型（如何不失真地恢復(fù)原來的基帶信號）第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理圖中根據(jù)頻域卷積定理可知，乘積Sp（t）對應(yīng)的頻譜為因?yàn)橥ㄐ旁怼镜谖逭拢耗M調(diào)制系統(tǒng)】32第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理將代入得到式中，M（

+2

c）及M（

-2

c）是搬移到+2

c和-2

c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通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】33顯然，為保證解調(diào)輸出無失真地恢復(fù)調(diào)制信號m（t），上式中的傳遞函數(shù)必須滿足：第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理式中，

H——調(diào)制信號的截止角頻率。

收端是如何不失真地恢復(fù)出原基帶信號：

殘留邊帶濾波器的特性H（

）在

c處必須具有互補(bǔ)對稱（奇對稱）特性，相干解調(diào)時(shí)才能無失真地從殘留邊帶信號中恢復(fù)所需的調(diào)制信號。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】345、殘留邊帶濾波器特性的兩種形式第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理殘留“部分上邊帶”的濾波器特性殘留“部分下邊帶”的濾波器特性通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】35五、線性調(diào)制的一般模型1、濾波法模型：可歸納出濾波法線性調(diào)制的一般模型如下：第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理輸出信號時(shí)域表示式為：輸出信號頻域表達(dá)式為：式中，可見，只要適當(dāng)選擇H（

），便可以得到各種幅度調(diào)制信號。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】362、移相法模型將展開，可得到另一種形式的時(shí)域表示式，即。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理其中可見，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性調(diào)制的一般模型如下：通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】37

移相法模型同樣適用于所有線性調(diào)制第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】38六、相干解調(diào)與包絡(luò)檢波1、相干解調(diào)1）相干解調(diào)器的一般模型第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】39第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理2）相干解調(diào)器原理為了無失真地恢復(fù)原基帶信號，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（稱為相干載波），它與接收的已調(diào)信號相乘后，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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】40因?yàn)镾I（t）是m（t）通過一個(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3）相干解調(diào)器性能分析已調(diào)信號的一般表達(dá)式為第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理與同頻同相的相干載波C（t）相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，得到通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】412、包絡(luò)檢波1）適用條件：AM信號，且要求|m（t）|max

A0。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理2）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。例如，通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】423）性能分析設(shè)輸入信號是第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理選擇RC滿足如下關(guān)系：式中，fH——調(diào)制信號的最高頻率。在大信號檢波時(shí)（一般大于0.5V），二極管處于受控的開關(guān)狀態(tài)，檢波器的輸出為隔去直流后即可得到原信號m（t）。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】433、插入載波包絡(luò)檢波法在接收端或發(fā)送端插入幅度足夠大的載波，則對于DSB、SSB、VSB等抑制載波的已調(diào)信號也可以采用包絡(luò)檢波器直接從中恢復(fù)原調(diào)制信號。通常要求插入的載波振幅應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號的振幅，同時(shí)要求插入的載波與調(diào)制載波同頻同相。第一節(jié)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】44學(xué)習(xí)內(nèi)容幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理12345第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)非線性（角度調(diào)制）的原理調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較6頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】45一、線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析模型第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能圖中sm（t）——已調(diào)信號，mo（t）——輸出有用信號。

n（t）——信道加性高斯白噪聲。ni

（t）——帶通濾波后的噪聲。

no（t）——輸出噪聲。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】461、噪聲分析

ni（t）為平穩(wěn)窄帶高斯噪聲，它的表示式為第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能或由于式中，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通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】472、解調(diào)器輸出信噪比定義第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能輸出信噪比反映了解調(diào)器的抗噪聲性能。顯然，輸出信噪比越大越好。3、制度增益定義

G便于比較同類調(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。式中輸入信噪比Si/Ni的定義是：通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】48二、DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能1、DSB相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能目標(biāo)：求出解調(diào)器的輸入信噪比和輸出信噪比。由于是線性系統(tǒng)，所以可以分別計(jì)算解調(diào)器輸出的信號功率和噪聲功率。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】492、輸出信噪比計(jì)算設(shè)解調(diào)器輸入信號為第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能與相干載波cos

ct相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，輸出信號為因此，解調(diào)器輸出端的有用信號功率為通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】50經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終的輸出噪聲為解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲為第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能它與相干載波相乘后，得故輸出噪聲功率為或?qū)懗蓜t，輸出信噪比為：通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】513、輸入信噪比計(jì)算解調(diào)器輸入信號平均功率為第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能解調(diào)器輸入噪聲平均功率為則，輸入信噪比為：通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】524、制度增益第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能由此可見，DSB調(diào)制系統(tǒng)的制度增益為2。也就是說，DSB信號的解調(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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】53三、SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能1、輸出信噪比2、輸入信噪比3、制度增益結(jié)論：因?yàn)樵赟SB系統(tǒng)中，信號和噪聲有相同表示形式，所以相干解調(diào)過程中，信號和噪聲中的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒有改善。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】54

討論上述表明，GDSB=2GSSB，這能否說明DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能比SSB系統(tǒng)好呢？第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能回答是否定的。因?yàn)閮烧叩妮斎胄盘柟β什煌?、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，所以兩者的輸出信噪比是在不同條件下得到的。如果我們在相同的輸入信號功率，相同的輸入噪聲功率譜密度，相同的基帶信號帶寬條件下，對這兩種調(diào)制方式進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。即：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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】55四、AM包絡(luò)檢波的性能1、包絡(luò)檢波器分析模型第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2、輸入信噪比通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】563、包絡(luò)E（t）計(jì)算由于解調(diào)器輸入是信號加噪式中檢波器的輸出就是E（t），而E（t）中的信號和噪聲存在非線性關(guān)系，因此計(jì)算輸出信噪比顯得非常困難。第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】574、輸出信噪比（大信噪比情況）輸入信號幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度，即第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能由上式可見，有用信號與噪聲獨(dú)立地分成兩項(xiàng)，因而可分別計(jì)算它們的功率。5、制度增益通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】58

討論1、AM信號的調(diào)制制度增益GAM隨A0的減小而增加。2、GAM總是小于1，說明包絡(luò)檢波器對輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。3、對于100%的調(diào)制，且m（t）是單頻正弦信號，這時(shí)AM的最大信噪比增益為第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能4、可以證明，采用同步檢測法解調(diào)AM信號時(shí)，得到的調(diào)制制度增益與上式給出的結(jié)果相同。5、對于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)的性能與同步檢測器時(shí)的性能幾乎一樣。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】595、輸出信噪比（小信噪比情況）輸入信號幅度遠(yuǎn)小于噪聲幅度，即第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能由上式可知，E（t）中沒有單獨(dú)的信號項(xiàng)，有用信號m（t）被噪聲擾亂，只能看作是噪聲。此時(shí)，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)象稱為解調(diào)器的門限效應(yīng)。開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】60

討論1、門限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用引起的。2、用相干解調(diào)的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號時(shí)不存在門限效應(yīng)。原因是信號與噪聲可分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器輸出端總是單獨(dú)存在有用信號項(xiàng)。3、大信噪比情況下，AM信號包絡(luò)檢波器的性能幾乎與相干解調(diào)法相同。但當(dāng)輸入信噪比低于門限值時(shí)，會出現(xiàn)門限效應(yīng)，這時(shí)解調(diào)器的輸出信噪比將急劇惡化，系統(tǒng)無法正常工作。第二節(jié)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】61學(xué)習(xí)內(nèi)容幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理12345第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)非線性（角度調(diào)制）的原理調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較6頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】62引言頻率調(diào)制簡稱調(diào)頻（FM），相位調(diào)制簡稱調(diào)相（PM）。這兩種調(diào)制中，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。已調(diào)信號頻譜不再是原調(diào)制信號頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制。與幅度調(diào)制技術(shù)相比，角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢是其較高的抗噪聲性能。第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】63一、角度調(diào)制的基本概念1、FM和PM信號的一般表達(dá)式角度調(diào)制信號的一般表達(dá)式為第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理式中，A——載波的恒定振幅；[

ct+

（t）]＝

（t）——信號的瞬時(shí)相位；

（t）——瞬時(shí)相位偏移。d[

ct+

（t）]/dt=

（t）——稱為瞬時(shí)角頻率；d

（t）/dt——稱為瞬時(shí)頻率偏移。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】642、相位調(diào)制（PM）瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號作線性變化，即第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理式中，Kp——調(diào)相靈敏度，含義是單位調(diào)制信號幅度引起PM信號的相位偏移量，單位是rad/V。將上式代入一般表達(dá)式得到PM信號表達(dá)式通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】653、頻率調(diào)制（FM）瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號成比例變化，即第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理式中，Kf——調(diào)頻靈敏度，單位是rad/s

V。這時(shí)瞬時(shí)相位偏移為將上式代入一般表達(dá)式得到FM信號表達(dá)式通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】664、PM與FM的區(qū)別第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理比較上兩式可見，PM是相位偏移隨m（t）線性變化，F(xiàn)M是相位偏移隨m（t）的積分呈線性變化。如果預(yù)先不知道調(diào)制信號m（t）的具體形式，則無法判斷已調(diào)信號是調(diào)相信號還是調(diào)頻信號。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】675、單音調(diào)制FM與PM設(shè)調(diào)制信號為單一頻率的正弦波，即第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理1）用它對載波進(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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】682）對載波進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，將第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理代入得到FM信號的表達(dá)式式中 ——調(diào)頻指數(shù)，表示最大的頻率偏移?！畲蠼穷l偏；—最大頻偏。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】696、PM信號和FM信號波形第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理（a）PM信號波形（b）FM信號波形

通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】707、FM與PM之間的關(guān)系由于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。第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理比較下面兩式可見，如果將調(diào)制信號先微分，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；同樣，如果將調(diào)制信號先積分，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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】71如圖所示：

（a）直接調(diào)頻（b）間接調(diào)頻（c）直接調(diào)相（d）間接調(diào)相第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】72二、窄帶調(diào)頻（NBFM）1、定義：如果FM信號的最大瞬時(shí)相位偏移滿足下式條件第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理則稱為窄帶調(diào)頻；反之，稱為寬帶調(diào)頻。2、時(shí)域表示式3、頻域表示式通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】734、NBFM和AM信號頻譜的比較第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理兩者都含有一個(gè)載波和位于處的兩個(gè)邊帶，所以它們的帶寬相同。不同的是，NBFM的兩個(gè)邊頻分別乘了因式[1/（-c）]和[1/（+c）]，由于因式是頻率的函數(shù)，所以這種加權(quán)是頻率加權(quán)，加權(quán)的結(jié)果引起調(diào)制信號頻譜的失真。另外，NBFM的一個(gè)邊帶和AM反相。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】74AM和NBFM頻譜圖對比第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】75第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理（a）AM（b）NBFM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，這正是兩者的本質(zhì)區(qū)別。由于NBFM信號最大頻率偏移較小，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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】76三、寬帶調(diào)頻1、調(diào)頻信號時(shí)域表達(dá)式設(shè)單音調(diào)制信號為將上式中的兩個(gè)因子分別展成傅里葉級數(shù)，第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理則單音調(diào)制FM信號的時(shí)域表達(dá)式為將上式利用三角公式展開，有式中，Jn（mf）——第一類n階貝塞爾函數(shù)。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】77Jn（mf）貝塞爾函數(shù)曲線第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】78將代入第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理+—=得通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】792、調(diào)頻信號的頻域表達(dá)式第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理

討論：1）FM的頻譜由載波分量

c和無數(shù)邊頻（

c

nm）組成。2）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。可見，F(xiàn)M信號的頻譜不再是調(diào)制信號頻譜的線性搬移，而是一種非線性過程。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】80第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理調(diào)頻信號頻譜通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】813、調(diào)頻信號的帶寬理論上FM信號頻帶寬度為無限寬，實(shí)際上邊頻幅度隨n的增大而逐漸減小，因此FM信號可近似認(rèn)為具有有限頻譜。通常采用的原則是，信號的頻帶寬度應(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)頻波的有效帶寬為第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理它稱為卡森（Carson）公式。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】821）當(dāng)mf<<1時(shí)，上式可以近似為第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理，稱為窄帶調(diào)頻的帶寬。2）當(dāng)mf>>1時(shí)，上式可以近似為上式中fm是FM的最高頻率，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信號的頻帶寬度為180kHz。，稱為寬帶調(diào)頻的帶寬。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】834、調(diào)頻信號的功率分配調(diào)頻信號的平均功率為第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理由帕塞瓦爾定理可知利用貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)得到可見，調(diào)頻信號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，只是將原來載波功率中的一部分分配給每個(gè)邊頻分量。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】84四、調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)1、調(diào)頻信號的產(chǎn)生1）直接調(diào)頻法：用調(diào)制信號直接去控制載波振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號的規(guī)律線性地變化。第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理壓控振蕩器：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LC振蕩器：用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】85＊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。第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理＊改進(jìn)途徑：采用如下鎖相環(huán)（PLL）調(diào)制器通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】862）間接法調(diào)頻【阿姆斯特朗（Armstrong）法】原理：先將調(diào)制信號積分，然后對載波進(jìn)行調(diào)相，即可產(chǎn)生一個(gè)窄帶調(diào)頻（NBFM）信號，再經(jīng)n次倍頻器得到寬帶調(diào)頻（WBFM）信號。第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】87＊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(shí)現(xiàn)。原理：以理想平方律器件為例，其輸出-輸入特性為第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理當(dāng)輸入信號為調(diào)頻信號時(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，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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】88具體方案第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理

通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】89＊典型實(shí)例：調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)。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，要求頻偏

f

=75kHz，發(fā)射載頻在88-108MHz頻段內(nèi)，所以需要經(jīng)過第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理次的倍頻，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(shí)，也使載波頻率提高了，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)行下變頻來解決這個(gè)問題。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】90【例5-1】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WBFM信號的載頻、最大頻偏和調(diào)頻指數(shù)。第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理解：1）NBFM信號的調(diào)頻指數(shù)為2）WBFM信號的載頻為通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】91WBFM的最大頻偏為第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理WBFM的調(diào)頻指數(shù)為＊間接調(diào)頻法的主要優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度好。缺點(diǎn)：需要多次倍頻和混頻，電路較復(fù)雜。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】923）間接法產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號由窄帶調(diào)頻公式第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理可知，窄帶調(diào)頻信號可看成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：通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】932、調(diào)頻信號的解調(diào)1）非相干解調(diào)：適用于NBFM和WBFM。調(diào)頻信號的一般表達(dá)式為第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理解調(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(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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】94＊振幅鑒頻器方框圖第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理圖中，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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】95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），即第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理包絡(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/s。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】962）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(jìn)行解調(diào)，如下圖所示。第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】97設(shè)窄帶調(diào)頻信號第三節(jié)非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理并設(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可見，相干解調(diào)可以恢復(fù)原調(diào)制信號。再經(jīng)微分器，即得解調(diào)輸出通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】98學(xué)習(xí)內(nèi)容幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理12345第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)非線性（角度調(diào)制）的原理調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較6頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】99

引言：重點(diǎn)討論FM非相干解調(diào)時(shí)的抗噪聲性能。第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能FM非相干解調(diào)分析模型圖中，n（t）是均值為零、單邊功率譜密度為n0的高斯白噪聲。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】100一、輸入信噪比設(shè)輸入調(diào)頻信號為第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能故其輸入信號功率為輸入噪聲功率為式中，BFM為調(diào)頻信號的帶寬，即帶通濾波器的帶寬。因此輸入信噪比為通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】101輸入噪聲為0時(shí)，解調(diào)輸出信號為二、大信噪比時(shí)的解調(diào)增益在輸入信噪比足夠大的條件下，信號和噪聲的相互作用可以忽略，這時(shí)可以把信號和噪聲分開來計(jì)算。第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能1、計(jì)算輸出信號平均功率故輸出信號平均功率為通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】1022、計(jì)算輸出噪聲平均功率假設(shè)調(diào)制信號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，即第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能式中，——包絡(luò)——相位偏移通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】103在大信噪比時(shí)，即A>>nc（t）和A>>ns（t）時(shí)，相位偏移第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能可近似為當(dāng)x<<1時(shí)，有arctanx

x，故由于鑒頻器的輸出正比于輸入的頻率偏移，故鑒頻器的輸出噪聲（在假設(shè)調(diào)制信號為零時(shí)，解調(diào)結(jié)果只有噪聲）為式中，ns（t）是窄帶高斯噪聲ni（t）的正交分量。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】104由于dns（t）/dt實(shí)際上就是ns（t）通過理想微分電路的輸出，故它的功率譜密度應(yīng)等于ns（t）的功率譜密度乘以理想微分電路的功率傳輸函數(shù)。第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能設(shè)ns（t）的功率譜密度為Pi（f）=n0，理想微分電路的功率傳輸函數(shù)為則鑒頻器輸出噪聲nd（t）的功率譜密度為通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】105鑒頻器前、后的噪聲功率譜密度示意圖第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】106

可見，鑒頻器輸出噪聲的功率譜密度已不再是均勻分布，而是與f2成正比。該噪聲再經(jīng)過低通濾波器的濾波，濾除調(diào)制信號帶寬fm以外的頻率分量，故最終解調(diào)器輸出（LPF輸出）的噪聲功率（圖中陰影部分）為第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】1073、計(jì)算輸出信噪比（FM非相干解調(diào)器輸出端的輸出信噪比）第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能設(shè)m（t）為單一頻率余弦波信號，即則調(diào)頻信號為式中將這些關(guān)系代入上面的輸出信噪比公式，得到：通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】1084、制度增益第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能又寬帶調(diào)頻時(shí)，信號帶寬為所以，上式還可以寫成當(dāng)為寬帶調(diào)頻，即mf>>1時(shí)有近似式上式表明，在大信噪比情況下，寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的制度增益是很高的，即抗噪聲性能好。例如，調(diào)頻廣播中常取mf=5，則制度增益GFM=450。即，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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】109若設(shè)AM信號為100%調(diào)制。且m（t）為單頻余弦波信號，則m（t）的平均功率為5、調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)比較第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能因而式中，B為AM信號的帶寬，且B=2fm，故有將兩者相比，得到在大信噪比情況下，AM信號包絡(luò)檢波器的輸出信噪比為通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】110

討論大信噪比情況下，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換取的。因?yàn)?，對于AM信號而言，傳輸帶寬是2fm，而對WBFM信號而言，相應(yīng)于mf=5時(shí)的傳輸帶寬為12fm，是前者的6倍。WBFM信號的傳輸帶寬BFM與AM信號的傳輸帶寬BAM之間的一般關(guān)系為第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】111當(dāng)mf>>1時(shí)，上式可近似為第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能故有在上述條件下， 變?yōu)榭梢?，寬帶調(diào)頻輸出信噪比相對于調(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。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】112

結(jié)論：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。但是，F(xiàn)M系統(tǒng)以帶寬換取輸出信噪比改善并不是無止境的。隨著傳輸帶寬的增加，輸入噪聲功率增大，在輸入信號功率不變的條件下，輸入信噪比下降，當(dāng)輸入信噪比降到一定程度時(shí)就會出現(xiàn)門限效應(yīng)，輸出信噪比將急劇惡化。第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】113三、小信噪比時(shí)的門限效應(yīng)第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能當(dāng)（Si/Ni）低于一定數(shù)值時(shí)，解調(diào)器輸出信噪比（So/No）急劇惡化，這種現(xiàn)象稱為調(diào)頻信號解調(diào)的門限效應(yīng)。門限值——出現(xiàn)門限效應(yīng)時(shí)所對應(yīng)的輸入信噪比值稱為門限值，記為（Si/Ni）b。右圖畫出了單音調(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。可見，門限值與調(diào)制指數(shù)mf有關(guān)。mf越大，門限值越高。不同mf時(shí)，門限值的變化不大，大約在8~11dB的范圍內(nèi)變化，一般認(rèn)為門限值為10dB左右。在門限值以上時(shí)，（So/No）FM與（Si/Ni）FM呈線性關(guān)系，且mf越大，輸出信噪比的改善越明顯。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】114在門限值以下時(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。門限效應(yīng)是FM系統(tǒng)存在的一個(gè)實(shí)際問題。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，對調(diào)頻接收機(jī)的門限效應(yīng)十分關(guān)注，希望門限點(diǎn)向低輸入信噪比方向擴(kuò)展。降低門限值（也稱門限擴(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，它們的門限比一般鑒頻器的門限電平低6~10dB。還可以采用“預(yù)加重”和“去加重”技術(shù)來進(jìn)一步改善調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比。這也相當(dāng)于改善了門限。第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】115四、預(yù)加重和去加重1、問題的提出：如何改善調(diào)頻解調(diào)器的輸出信噪比。鑒頻器輸出噪聲功率譜隨f呈拋物線形狀增大。但在調(diào)頻廣播中所傳送的語音和音樂信號的能量卻主要分布在低頻端，且其功率譜密度隨頻率的增高而下降。因此，在調(diào)制頻率高頻端的信號譜密度最小，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，這對解調(diào)信號質(zhì)量會帶來很大的影響。第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能2、解決辦法：在調(diào)頻系統(tǒng)中采用“預(yù)加重”/“去加重”。保持輸出信號不變，有效降低輸出噪聲，以達(dá)到提高輸出信噪比的目的（通?？商岣?dB左右）。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】1163、原理1）去加重網(wǎng)絡(luò)（低通特性）“去加重”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。第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能去加重網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)特性通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】117第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能2）預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)（高通特性）但是，由于去加重網(wǎng)絡(luò)的加入，在有效地減弱輸出噪聲的同時(shí)，必將使傳輸信號產(chǎn)生頻率失真。因此，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)制信號的高頻分量，以抵消去加重網(wǎng)絡(luò)的影響。預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)特性通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】1183）預(yù)加重/去加重的調(diào)頻系統(tǒng)第四節(jié)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能顯然，為了使傳輸信號不失真，應(yīng)該有4）性能分析由于采用預(yù)加重/去加重系統(tǒng)的輸出信號功率與沒有采用預(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，即上式說明，輸出信噪比的改善程度取決于去加重網(wǎng)絡(luò)的特性。通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】119學(xué)習(xí)內(nèi)容幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理12345第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)非線性（角度調(diào)制）的原理調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較6頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】120第五節(jié)各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較一、各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的綜合比較

調(diào)制方式傳輸帶寬制度增益設(shè)備復(fù)雜性應(yīng)用場合AM2B02/3簡單無線廣播DSB2B02中等立體聲廣播SSBB01較復(fù)雜載波通信VSB略大于B01較復(fù)雜數(shù)據(jù)傳輸FM2（mf+1）B04.5中等立體聲廣播通信原理【第五章：模擬調(diào)制系統(tǒng)】121WBFM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。＊門限點(diǎn)以下，曲線迅速下跌；＊門限點(diǎn)以上，DSB、SSB的信噪比要比AM高4.7dB以上；FM的信噪比要比AM高22dB（mf=6）。

＊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。二、抗噪聲性能第五節(jié)各種模擬