1、西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院課件制作：曹麗娜課件制作：曹麗娜美工設(shè)計：陳英技術(shù)支持：張嘉等人第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)通信原理（第7版）樊昌信 曹麗娜 編著課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 本章內(nèi)容:第5章模擬調(diào)制調(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(fù)用（FDM）課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院調(diào) 制 簡 介何謂調(diào)制？ 調(diào)制定義課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院為什么要進行調(diào)制？課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 進行頻譜搬移，匹配信道特性，

2、減小天線尺寸； 實現(xiàn)多路復(fù)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n 調(diào)制目的認(rèn)識一下調(diào)制過程所涉及的三種信號 調(diào)制分類sm (t)m(t)sm (t)m(t)c(t)多種形式同義詞西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院運載工具課件制作：曹麗娜調(diào)制信號載 波已調(diào)信號調(diào)制器- 可從不同角度分類：都有哪些調(diào)制方式？sm (t)m(t)c(t)課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院調(diào)制器本章研究的模擬調(diào)制方式：是以正弦信號 c(t) = Acos(wc t +j ) 作為載波的課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理5.1n 一般模型h(t) H

3、 (w)課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院邊帶濾波器m (t )sm (t )coswcth ( t )5.1.1常規(guī)調(diào)幅（AM） AM表達式 AM調(diào)制器(t )m (t )A0 sAMcoswct載波項邊帶項m(t ) = 0 和 m(t )max A0條件：課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 AM波形和頻譜西西安安電電子科子技科大技學(xué)大學(xué)通信通工信程工學(xué)院程學(xué)院課件制作：曹麗娜 AM信號的特點課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 m (t ) A0時，AM波的包絡(luò)正比于調(diào)制信號m(t)，max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

4、輸帶寬是調(diào)制信號帶寬的兩倍： AM的優(yōu)勢在于簡單，廣泛用于中短調(diào)幅廣播。BAM= 2 fH AM信號的缺點！課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 AM信號功率：A2m2 (t)P= 0 +=P+PAM22cs載波功率邊帶功率 調(diào)制效率（功率利用率）：m(t) A0m2 (t) A 2故h50%AM功率利用率低max0AM載邊帶m1過調(diào)幅m=1臨界狀態(tài)，滿調(diào)幅（100%）課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院波-不含有用信息 ，卻“浪費”大部分的發(fā)射功率。當(dāng)然課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院設(shè)m(t) = Acosw （t則m2 (t) = A2/ 2單音正弦）mmm課

5、件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院A0和 m(t ) A0maxQ&A抑制載波！(t )m (t )smcoswctm(t ) = 0條件：課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院如何提高調(diào)制效率？雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）double-sideband suppressed carrier5.1.2 DSB調(diào)制器m (t ) sDSB (t ) DSB表達式coswctm (t ) = 0條件：課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 DSB波形和頻譜課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院Q&A西西安安電電子科子技科大技學(xué)大學(xué)通信通工信程工學(xué)院程學(xué)院課件課制件制作作：曹

6、曹麗麗娜娜 包絡(luò)不再與m(t)成正比；當(dāng)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。：BDSB = BAM = 2 fH能否只傳輸一個邊帶？n DSB信號的特點單邊帶調(diào)制（SSB）5.1.3 SSB信號的產(chǎn)生（1）濾波法m (t )sSSB (t ) s(t)DSBcoswct技術(shù)難點之一課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院HSSB (w)邊帶濾波特性 HSSB(w)課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院（2）相

7、移法設(shè) m(t ) = Am coswmtsDSB (t ) = Am coswmt coswct載波c (t ) = coswct= 1 Acos(w- w)t + 1 Acos (w+ w)tmcmmcm22(t ) = 1 Acos(w- w)tsc +mLSBm2USB= 1 Acoswt cosw t1 Asin wt sin w t-+mmcmmc22= 1 m (t )cosw t12( )mtsin w t+-cc2課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院下邊帶上邊帶1 m (t )cosw t1m (t )2m (t ) 是 m(t) 的希爾伯特變換含義：幅度不變，相移

8、/22c coswctsSSB (t)傳遞函數(shù)：112m (t )m (t )sin w t2c要求：Hh(w) 對 m(t) 的所有頻率分量精確相移 /2技術(shù)難點之二課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院sgn w = 1， w 0-1， w 0H(w) = M (w) = - j sgn whM (w)-p/2 Hh (w)S(t ) = 1 m (t )cosw t1 m(t )sin w tSSB2c2c SSB信號的特點西西安安電電子科子技科大技學(xué)大學(xué)通信通工信程工學(xué)院程學(xué)院課件課制件制作作：曹曹麗麗娜娜BSSB = BAM /2 = fH殘留邊帶調(diào)制（VSB）介于SSB與DS

9、B之間的折中方案。5.1.4課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院應(yīng)該具有怎樣的濾波特性？ VSB信號的產(chǎn)生sVSB (t )sDSB (t )m (t )coswtc VSB信號的解調(diào)sVSB (t )sp(t )(t )sdc(t) = 2 coswct(w ) H (w ) = 1 M (w + w ) + M (w - w ) H (w )(w ) = SS2 VSBDSBcc課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院LPF應(yīng)該具有怎樣的濾波特性？H (w)sVSB (t )sp(t )(t )sd(t ) = s(t ) 2cosw tc(t) = 2 coswct相乘： s

10、pVSBcSp (w) = SVSB (w + wc ) + SVSB (w -wc )LPF解調(diào)輸出：S(w ) = 1 M (w ) H (w + w) + H (w - w)dcc2課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院S(w ) = 1 M (w + w) + M (w - w) H (w )VSB2 ccLPFS(w ) = 1 M (w ) H (w + w) + H (w - w)dcc2若要無失真恢復(fù) m(t)， VSB濾波器的傳輸函數(shù)必須滿足：含義：課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 殘留邊帶濾波器的幾何解釋：課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 VS

11、B信號的特點課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 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H BVSB n2 (t) + n2 (t)0csno (t )mo (t )隔掉()() S= mt=22mtoo= n2 (t ) = N Noci課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院2G=2m(t)AM22A0+ m(t)E (t ) A0 + m(t ) + nc (t )討論：課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院SoSi 由于|m(t)|max A0 ，所以GAM 1，即NNoi 100%調(diào)制，且 m(t) 為單頻正弦

12、時： 相干解調(diào)的GAM 如同上式，但不受信噪比條件的限制。G= 2AM32m2 (t)GAM=A 2 + m2 (t)0（2）小信噪比時A+ m(t) n2 (t) + n2 (t)0cs AE (t ) =2+m(t) + n2 (t)n (t)0cs(t )(t )q (t ) = arctan nsR (t ) =( )( )nt+ nt22nccs可見：課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院E (t ) = R (t ) + A + m(t )cosq (t )歸納AM-包絡(luò)檢波系統(tǒng)的抗噪聲性能：u 大信噪比時100%單音正弦u 小信噪比時：門限效應(yīng)課件制作：曹麗娜西安電子科技大

13、學(xué)通信工程學(xué)院G= 2AM3：2m2 (t)GAM =A 2 + m2 (t)0非線性調(diào)制（角度調(diào)制）原理5.3n 概述課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院5.3.1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wct +j(t) 已調(diào)信號的瞬時相位相對于wct的瞬時相位偏移 wc +dj(t)/dt 已調(diào)信號的瞬時角頻率相對于wc的瞬時角頻偏課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院sm (t) = A coswct +j(t)角調(diào)信號：j(t) = Kpm(t)PM：Kp=rad/VFM：dj(t) = K dtm(t)K =rad/(sV)ff課件制作：曹麗娜西安電子科

14、技大學(xué)通信工程學(xué)院sm (t) = A coswct +j(t) 2PM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?課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院寬帶 調(diào)頻5.3.3dj(t) = Km(t)fdtj(t) = K f m(t )dt若最大瞬時相位偏移滿足：課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 最大角頻偏 ， 則 dj (t ) = K設(shè) m(t) = Acosw tAcoswtmmfmmdtcoswt dt = K fAmj (t ) = Kt = msinwsin wtAfmmwmfmm單音調(diào)頻信號：最大相位偏移調(diào)頻指數(shù)= DwDf=

15、mw= 2p fDw = KfA2pfmmmfm課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院sFM (t) = Acoswct + mfsinwmtn 1單音調(diào)頻 FMsFM (t ) = Acoswct + mfsin wmt級數(shù)展開(t ) = A Jn (mfn=-) cos(wc + nwm )tsFM傅里葉變換SFM (w) = p A Jn (mf )d (w -wc - nwm ) + d (w + wc + nwm )-課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院第一類 n 階貝塞爾函數(shù)是調(diào)頻指數(shù) mf 的函數(shù)n 2FM信號的頻譜與帶寬 FM頻譜和傳輸帶寬：討論mf1時：BFM

16、 2Df西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院窄帶調(diào)頻(NBFM)寬帶調(diào)頻(WBFM)課件制作：曹麗娜推廣：對于多音或任意帶限調(diào)制信號時的FM信號：調(diào)制信號的最高頻率例如：FM廣播的最大頻偏Df = 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：= 2(5 +1)15 = 2(75 +15) =180 kHzBFM課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院BFM= 2(mf+1) fm = 2(Df+ fm )(t ) = A Jn (mf ) cos(wc + nwm )tsFMn=-2= A2= An=-2 (t )= P= sJ2 (mP)cFMFMnf2

17、2載波功率=1課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院n 3FM信號的功率分配課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院n 4FM的特點 優(yōu)勢 應(yīng)用5.3.4調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)1)直接法(t )m (t )sFM原理：調(diào)制電壓控制振蕩器的頻率：wi (t ) = w0 + Kf m(t )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。課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院VCOn 1調(diào)頻信號的產(chǎn)生2)間接法(t )(t )m (t )ssNBFMWBFMA coswct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：

18、需要多次倍頻和混頻，因此電路較復(fù)雜。課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院積 分器倍頻器相位調(diào)制1)非相干解調(diào) 鑒頻器適用：NBFM和WBFM2)相干解調(diào)僅適用NBFM思路：完成頻率電壓的轉(zhuǎn)換，即： m(t )dt sFM (t) = Acoswct + K fmo (t) Kf m(t)(t )(t )(t )mosFMsdBPF及限幅包絡(luò)檢波鑒頻器一種振幅鑒頻器課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院LPF微分電路n 2 調(diào)頻信號的解調(diào)(t )(t )(t )sFMmosdBPF及限幅包絡(luò)檢波鑒頻器sFM (t) = Acoswct + K f m(t )dt 原理：幅/頻都隨m

19、(t)變化微分器：把幅度恒定的調(diào)頻波 調(diào)幅調(diào)頻波 ：sd (t) = - Awc + K f m(t)sinwct + K f m(t )dt 包絡(luò)檢波器：檢出包絡(luò)并濾去直流，經(jīng)LPF即得解調(diào)輸出：mo (t) = Kd K f m(t)課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院LPF微分電路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：sFM (t)si (t)mo (t)BPFLPFn (t)n (t)oin(t)n 大信噪比時：單音調(diào)制時mfn 小信噪比時：門限效應(yīng)西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院課件制作：曹麗娜BFM = 2(mf+1) fm = 2(Df + fm

20、 )G= 3m2 (m+1)FMff鑒頻限幅5.5各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較所有系統(tǒng)在“同等條件”下進行比較：調(diào)器輸入信號功率為 S解i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)制信號課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院調(diào)制方式信號帶寬輸出信噪比制度增益設(shè)備AM2 fm1Si3 n0 fm2 / 3簡單DSB2 fmSi n0 fm2中等SSBfmSi n0 fm1復(fù)雜VSB略大于fm近似SSB近似SSB復(fù)雜FM2 (mf +1) fm3 m2Si2fnf0m3m2 (m+1)ff中等n 性能比較：課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院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(fù)雜度：AM最簡，DSB/ FM次之，VSB較復(fù)雜， SSB最復(fù)雜。n 特點與應(yīng)用課件