1、西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章第四章第四章 模擬調制系統模擬調制系統西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章2內容提要內容提要4.1 幅度調制幅度調制(線性調制線性調制)的原理的原理4.2 線性調制系統的抗噪聲性能線性調制系統的抗噪聲性能4.3 非線性調制（角度調制）的原理非線性調制（角度調制）的原理4.4 各種模擬調制的性能比較各種模擬調制的性能比較4.5 頻分復用（頻分復用（FDM）作業：作業：1、2、5、6、7、8、11、12、13、14、17、10-1、10-2西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章3引言引言調制的目的和分類調制的目的和分類n調制調制n目的：將原

2、始電信號變換成頻帶適合信道傳輸的信號目的：將原始電信號變換成頻帶適合信道傳輸的信號n方式：按調制信號的變化規律去改變載波的某些參數方式：按調制信號的變化規律去改變載波的某些參數n作用作用(正弦波調制正弦波調制)：n將調制信號（基帶信號）轉換成適合于信道傳輸的已調信號（頻帶信將調制信號（基帶信號）轉換成適合于信道傳輸的已調信號（頻帶信號）；號）；n實現信道的多路復用，提高信道利用率；實現信道的多路復用，提高信道利用率；n減小干擾，提高系統抗干擾能力；減小干擾，提高系統抗干擾能力；n實現傳輸帶寬與信噪比之間的互換。實現傳輸帶寬與信噪比之間的互換。n調制信號：原始基帶信號調制信號：原始基帶信號n模擬

3、調制：調制信號取值連續模擬調制：調制信號取值連續n數字調制：調制信號取值離散數字調制：調制信號取值離散n載波：攜帶調制信號的信號載波：攜帶調制信號的信號n正弦波調制：正弦型信號作為載波正弦波調制：正弦型信號作為載波n脈沖調制：脈沖串作為載波脈沖調制：脈沖串作為載波西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章4正弦波模擬調制正弦波模擬調制西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章4.1 幅度調制幅度調制(線性調制線性調制)的原理的原理返回返回西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章6n幅度調制（線性調制）是用調制信號去控幅度調制（線性調制）是用調制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調制信號的

4、規制高頻載波的振幅，使其按調制信號的規律而變化的過程律而變化的過程。 n分類：分類：n調幅（調幅（AM）n雙邊帶抑制載波調幅（雙邊帶抑制載波調幅（DSB-SC）n單邊帶調制（單邊帶調制（SSB）n殘留邊帶調制（殘留邊帶調制（VSB）西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章7一、幅度調制器的一般模型一、幅度調制器的一般模型)(cos)()(thttmtscm)()(21)(HMMSccm適當選擇，可以得到適當選擇，可以得到各種幅度調制信號各種幅度調制信號 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章8二、二、AM信號信號n調制信號疊加直流后調制信號疊加直流后與載波相乘，就可形與載波相乘，就可

5、形成調幅（成調幅（AM）信號）信號 0)(tmttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)()(00)()(21)()()(0ccccAMMMAS西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章9AM信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜上邊帶上邊帶max0( )1m taA調幅指數a1 過調幅過調幅西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章10AM調制信號仿真波形調制信號仿真波形(a=0.5)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章11AM調制信號仿真波形調制信號仿真波形(a=1)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章12AM調制信號仿真波形調制信號仿真波形(a=1.5)西安電

6、子科技大學西安電子科技大學第四章第四章13結論結論n可以看出當滿足條件可以看出當滿足條件 時，時，AM信號的包絡與調信號的包絡與調制信號成制信號成正比正比，所以用包絡檢波的方法很容易恢復出原始的，所以用包絡檢波的方法很容易恢復出原始的調制信號，否則，將會出現過調幅現象而產生包絡失真。調制信號，否則，將會出現過調幅現象而產生包絡失真。nAM信號的頻譜由信號的頻譜由載頻分量載頻分量和上、下兩個邊帶組成，上邊帶和上、下兩個邊帶組成，上邊帶的頻譜結構與原調制信號的頻譜結構相同。的頻譜結構與原調制信號的頻譜結構相同。n 0( )maxm tA2AMHBf22202222200( )( ) coscos(

7、 )cos2( )cosAMAMccccPstAm ttAtm ttA m tt( )0m t =0220( )22SMcAm tAPPP載波功率載波功率 邊帶功率邊帶功率 =ScSPPP功率西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章14舉例舉例n設設 ，滿量（，滿量（100%）調幅）調幅n也即也即n由此可見，由此可見，AM信號的總功率包括載波功率和邊帶信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。載波分量不攜帶信息，仍占據大部功率兩部分。載波分量不攜帶信息，仍占據大部分功率，因此，分功率，因此，AM信號的功率利用率比較低。信號的功率利用率比較低。( )cosmmm tAt0max( )mAAm

8、 t2211( )24smPm tA2201122cmPAA1=3scSPPP功率西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章15AM信號的解調信號的解調n包絡檢波包絡檢波n條件：條件：n特點：不需要同步載波，輸出幅度大特點：不需要同步載波，輸出幅度大0( )( )om tAm t0( )maxm tA西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章16AM信號的相干解調信號的相干解調n實際中提取載波，會不可避免地存在有載波相位偏實際中提取載波，會不可避免地存在有載波相位偏差，此時解調器的輸出為差，此時解調器的輸出為0( )( )2oAm tm t0cos( )( )2oAm tm t載波相位偏差

9、載波相位偏差西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章17三、抑制載波雙邊帶調制（三、抑制載波雙邊帶調制（DSB）n在在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。全由邊帶傳送。n如果將載波抑制，只需將直流如果將載波抑制，只需將直流A0去掉，去掉， 即可輸即可輸出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號（DSB）( )( )cosDSBcstm tt0)(tm1( )()()2DSBccSMM西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章18DSB信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜DSB信號的包絡不再與調制信號的變化規律

10、一致，因而不能采用簡單的信號的包絡不再與調制信號的變化規律一致，因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復調制信號，包絡檢波來恢復調制信號， 需采用相干解調（同步檢波）。需采用相干解調（同步檢波）。西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章19DSB信號的調制與解調信號的調制與解調( )( )2om tm t 特點：特點：DSB信號不含載波分量，功率利用率高信號不含載波分量，功率利用率高包絡不再正比于調制信號包絡不再正比于調制信號m(t)變化，只能采用相干解調變化，只能采用相干解調帶寬同帶寬同AM信號信號西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章20四、單邊帶調制四、單邊帶調制(SSB)nDSB信號

11、包含有兩個邊帶，即信號包含有兩個邊帶，即上、下邊帶上、下邊帶。n由于這兩個邊帶包含的信息相同，因而，從信息傳輸的角度由于這兩個邊帶包含的信息相同，因而，從信息傳輸的角度來考慮，傳輸一個邊帶就夠了。來考慮，傳輸一個邊帶就夠了。n這種只傳輸一個邊帶的通信方式稱為單邊帶通信。這種只傳輸一個邊帶的通信方式稱為單邊帶通信。n單邊帶信號的產生方法通常有單邊帶信號的產生方法通常有濾波法濾波法和和相移法相移法。用用濾波法濾波法形成單邊帶信號形成單邊帶信號方法是讓雙邊帶信號通過一個邊帶濾波器，方法是讓雙邊帶信號通過一個邊帶濾波器，保留所需要的一個邊帶，濾除不要的邊帶。保留所需要的一個邊帶，濾除不要的邊帶。西安電

12、子科技大學西安電子科技大學第四章第四章21形成形成SSB信號的濾波特性信號的濾波特性H()10ccH()0cc1(a)(b)上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章22SSB信號的頻譜信號的頻譜特點：特點：SSB信號不含載波信號不含載波分量，功率利用率分量，功率利用率高高只能采用相干解調只能采用相干解調帶寬為帶寬為AM、DSB信號的一半信號的一半西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章23用相移法形成單邊帶信號用相移法形成單邊帶信號n調制信號為任意信號的調制信號為任意信號的SSB信號的時域表示式為信號的時域表示式為n 是是 的希爾伯特變換的希爾伯特變換n它實質上

13、是一個寬帶相移網絡它實質上是一個寬帶相移網絡n表示把表示把 幅度不變，幅度不變， 所有的頻率分量均相移所有的頻率分量均相移 ，n即可得到即可得到 。 11( )( )cos( )sin22SSBccstm ttm tt)(tm)(tm)(tm2)(tm“-”： 上邊帶上邊帶“+”：下邊：下邊帶帶西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章24相移法形成相移法形成SSB信號示意圖信號示意圖相移法形成相移法形成SSB信號的困難在于寬帶相移網絡的制作，信號的困難在于寬帶相移網絡的制作， 該網絡要對調制信號該網絡要對調制信號m(t)的所有頻率分量嚴格相移的所有頻率分量嚴格相移/2，這，這一點即使近似達

14、到也是困難的。一點即使近似達到也是困難的。為解決這個難題，可以采用混合法（也叫維弗法）。為解決這個難題，可以采用混合法（也叫維弗法）。西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章25殘留邊帶調制殘留邊帶調制(VSB)n殘留邊帶調制是介于殘留邊帶調制是介于SSB與與DSB之間的一種調制方式，之間的一種調制方式，n它既克服了它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信信號實現上的難題。號實現上的難題。n在在VSB中，不是完全抑制一個邊帶（如同中，不是完全抑制一個邊帶（如同SSB中那樣），中那樣），而是逐漸切割，使其殘留一小部分。而是逐漸切割，使其殘留一小部分

15、。n從實現上考慮，邊帶完全抑制從實現上考慮，邊帶完全抑制 邊帶逐漸截止邊帶逐漸截止西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章26殘留邊帶調制殘留邊帶調制(VSB)信號的頻譜信號的頻譜M()2B2BODSB()ccO(a)(b)SSB()OccccVSB()O(c)(d)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章27殘留邊帶濾波器特性的確定殘留邊帶濾波器特性的確定n假設假設 是所需的殘留邊帶濾波器的傳輸特性是所需的殘留邊帶濾波器的傳輸特性n殘留邊帶信號的頻譜為殘留邊帶信號的頻譜為nVSB信號必須采用相干解調信號必須采用相干解調 n殘留邊帶信號與相干載波的乘積為殘留邊帶信號與相干載波的乘積為

16、n則低通濾波器的輸出為則低通濾波器的輸出為 )(VSBH1( )()()( )2VSBccVSBSMMH( )c2osVSBcstt)()(cVSBcVSBSS1( )( )()()2oVSBcVSBcMMHH常數常數西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章28殘留邊帶濾波器特性殘留邊帶濾波器特性HVSB()10.50cccc00.51HVSB()(a)(b)(a) 殘留部分上邊帶的濾波器特性; （b） 殘留部分下邊帶的濾波器特性()()VSBcVSBcHHH常數，在在c處具有處具有互補對稱互補對稱（奇對稱）特性（奇對稱）特性 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章29殘留邊帶濾波器

17、的幾何解釋殘留邊帶濾波器的幾何解釋cOcHVSB()HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc(a)(b)(c)(d)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章4.2 線性調制系統的抗噪聲性能線性調制系統的抗噪聲性能返回返回西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章31n本節將要研究的問題是信道存在加性高斯白噪聲時，各本節將要研究的問題是信道存在加性高斯白噪聲時，各種線性調制系統的抗噪聲性能。種線性調制系統的抗噪聲性能。n解調器抗噪聲性能分析模型解調器抗噪聲性能分析模型 nn(t)對接收端有影響，對接收端有影響，n(t)為高斯白噪聲，雙邊功率譜為高斯白噪聲，雙

18、邊功率譜密度為密度為n0/2。nni(t)平穩窄帶高斯噪聲平穩窄帶高斯噪聲已調信號已調信號 ttnttntnsci00sin)(cos)()(西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章32帶通濾波器傳輸特性帶通濾波器傳輸特性西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章33一、解調器性能的評價一、解調器性能的評價n窄帶噪聲及其同相分量窄帶噪聲及其同相分量 和正交分量和正交分量 的均值都為的均值都為0，且具有相同，且具有相同的方差，即的方差，即n n解調器輸入端信號功率：解調器輸入端信號功率：n解調器輸入端噪聲功率：解調器輸入端噪聲功率：n解調器輸出端信號功率：解調器輸出端信號功率：n解調器輸出

19、端噪聲功率：解調器輸出端噪聲功率：n輸出信噪比定義為：輸出信噪比定義為：)(tnc)(tns2220( )( )( )icsin tn tn tNn B2( )imSst2( )iiNn t2( )ooNn t2( )ooSm t)()(202000tntmNS功率解調器輸出噪聲的平均平均功率解調器輸出有用信號的西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章34n在已調信號平均功率相同，而且信道噪聲功率譜密度也相在已調信號平均功率相同，而且信道噪聲功率譜密度也相同的情況下，輸出信噪比反映了系統的抗噪聲性能。同的情況下，輸出信噪比反映了系統的抗噪聲性能。n為了便于衡量為了便于衡量同類調制系統不同解

20、調器同類調制系統不同解調器對輸入信噪比的影對輸入信噪比的影響，還可用輸出信噪比和輸入信噪比的比值響，還可用輸出信噪比和輸入信噪比的比值G來表示。來表示。 nG越大，表明解調器的抗噪聲性能越好。越大，表明解調器的抗噪聲性能越好。n不是同等條件，不能簡單比較。不是同等條件，不能簡單比較。00/iiSNGSN調制制度增益調制制度增益 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章35二、二、DSB調制系統的性能調制系統的性能 ( )( )cosDSBcStm tt( )0m t 01( )( )2m tm t21( )cos( )cos( )cos21( )22DSBcccSttm ttm tmttt

21、tnttntncsccisin)(cos)( )(tttnttnttnccscccicossin)(cos)(cos)( 01( )( )2cn tn t西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章36n可見：可見：)(21cos)()(222tmttmtsScmi)(41)(2200tmtmS2200011( )(14)44ciNNn tn tn BBnNi0抑制正交載波抑制正交載波對所有相干解調都成立對所有相干解調都成立BntmNSii02)(21BntmNtmNSi02200)(41)(4100/2/DSBiiSNGSN西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章37三、三、SSB調制系

22、統的性能調制系統的性能n單邊帶信號的解調方法與雙邊帶信號相同，單邊帶信號的解調方法與雙邊帶信號相同，n其區別僅在于解調器之前的帶通濾波器的帶寬和中心頻其區別僅在于解調器之前的帶通濾波器的帶寬和中心頻率不同。率不同。nSSB的帶通濾波器的帶寬是的帶通濾波器的帶寬是DSB的一半。的一半。 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章38n與相干載波相乘后，再經低通濾波可得解調器輸出信號為：與相干載波相乘后，再經低通濾波可得解調器輸出信號為：n可見：可見：11( )( )cos( )sin22SSBccStm ttm tt)(41)(0tmtm2222211 111( ) ( )cos( )sin(

23、 )( )( )44 224iSSBccSstm ttm ttmtmtmt)(161)(2200tmtmSBnNNi004141西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章39n在在SSB系統中，信號和噪聲有相同表示形式，所以，相干系統中，信號和噪聲有相同表示形式，所以，相干解調過程中，信號和噪聲的正交分量均被抑制掉，故信噪解調過程中，信號和噪聲的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒有改善。比沒有改善。 nGDSB=2GSSBn能否說明雙邊帶系統的抗噪聲性能比單邊帶系統好呢？能否說明雙邊帶系統的抗噪聲性能比單邊帶系統好呢？n回答是否定的回答是否定的BntmBntmNSii02024)()(41Bnt

24、mBntmNS0202004)(41)(16100/1/SSBiiSNGSN西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章40DSB與與SSB抗噪聲性能的比較抗噪聲性能的比較n在相同的輸入信號功率在相同的輸入信號功率 ，相同輸入噪聲功率譜密，相同輸入噪聲功率譜密度度 ，相同基帶信號帶寬，相同基帶信號帶寬 條件下，對這兩種調制方條件下，對這兩種調制方式進行比較式進行比較n它們的輸出信噪比是相等的。因此兩者的抗噪聲性能是相它們的輸出信噪比是相等的。因此兩者的抗噪聲性能是相同的，但雙邊帶信號所需的傳輸帶寬是單邊帶的兩倍。同的，但雙邊帶信號所需的傳輸帶寬是單邊帶的兩倍。iS0nHf00022()2()2

25、oiiiiDSBDSBoiDSBHHSSSSSNNn Bnfn f00()()oiiiSSBSSBoiSSBHSSSSNNn Bn f西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章41四、四、 AM相干解調的性能相干解調的性能n解調器輸入是信號加噪聲的混合波形解調器輸入是信號加噪聲的混合波形 0( )( )cosAMcstAm tt2220( )( )22iAMAm tSstBntnNii02)(BntmANSii02202)(ttnttntmAtntstrcscciAMsin)(cos)()()()()(0西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章42n若采用相干解調若采用相干解調BntmA

26、NSii02202)(20( )4m tS 01( )( )2m tm t01( )( )2cn tn tBnNNi004141200220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm tBntmNtmNSi02200)(41)(41西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章43舉例舉例n100%調幅，調幅，n這是這是AM系統的最大信噪比增益。這說明解系統的最大信噪比增益。這說明解調器對輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。調器對輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。( )cosmmm tA0max( )mAm tA2)(202Atm202222200022( )223( )2AMAm tGAAm t

27、A西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章44五、五、AM包絡檢波的性能包絡檢波的性能n解調器輸入是信號加噪聲的混合波形解調器輸入是信號加噪聲的混合波形 0( )( )cosAMcstAm tt2220( )( )22iAMAm tSstBntnNii02)(BntmANSii02202)(0( )( )( )( )cos( )sin( )cos( )AMiccsccstn tAm tn ttn ttE ttt西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章45n合成包絡合成包絡n合成相位合成相位n可見，有用信號與噪聲無法完全分開。計算輸出信噪比是可見，有用信號與噪聲無法完全分開。計算輸出信噪

28、比是件困難的事。件困難的事。 n考慮兩種特殊情況考慮兩種特殊情況n大信噪比情況：輸入信號幅度遠大于噪聲幅度大信噪比情況：輸入信號幅度遠大于噪聲幅度 220( )( )( )( )csE tAm tn tn t0( )( )( )( )scn ttarctgAm tn t)()()(220tntntmAsc西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章46大信噪比條件大信噪比條件n可見可見AM的調制制度增益隨的調制制度增益隨A0的減小而增加。的減小而增加。n但對包絡檢波器來說但對包絡檢波器來說,為了不發生過調制現象為了不發生過調制現象,應應有有 ，所以，所以GAM總是小于總是小于1 222000(

29、 )( )2( )( )( )( )( )( )ccscE tAm tAm t n tn tn tAm tn t)(20tmS BntntnNic0220)()(BntmNS0200)(200220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm tmax0)(tmA 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章47小信噪比條件小信噪比條件nE(t)中沒有單獨的信號項，只有受到中沒有單獨的信號項，只有受到 調制的調制的 項。項。n由于由于 是一個隨機噪聲。因而，有用信號是一個隨機噪聲。因而，有用信號 被噪聲被噪聲擾亂，致使擾亂，致使 也只能看作是噪聲。也只能看作是噪聲。n因此，輸出信噪比急劇下降

30、，這種現象稱為解調器的因此，輸出信噪比急劇下降，這種現象稱為解調器的門限效門限效應應。 220( )( )( )csAm tn tn t22200( )( )( )( )2( )( )( )( ) 1cos ( )( )cscE tAm tn tn tn tAm tAm tR ttR t)()()(cos)()()()()()(22tRtnttntnarctgttntntRccssc)(cost)(cos)(ttm)(cost)(cos)(ttm)(tm西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章48結論結論n用用相干解調相干解調的方法解調各種線性調制信號時的方法解調各種線性調制信號時不存不存

31、在門限效應在門限效應。原因是信號與噪聲可分別進行解調，。原因是信號與噪聲可分別進行解調，解調器輸出端總是單獨存在有用信號項。解調器輸出端總是單獨存在有用信號項。n在大信噪比情況下，在大信噪比情況下，AM信號包絡檢波器的性能幾信號包絡檢波器的性能幾乎與相干解調法相同。乎與相干解調法相同。n但隨著信噪比的減小，包絡檢波器將在一個特定但隨著信噪比的減小，包絡檢波器將在一個特定輸入信噪比值上出現門限效應。輸入信噪比值上出現門限效應。n一旦出現門限效應，解調器的輸出信噪比將急劇一旦出現門限效應，解調器的輸出信噪比將急劇惡化。惡化。 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章4.3非線性調制（角度調制）

32、的非線性調制（角度調制）的原理原理返回返回西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章50n使高頻載波的頻率或相位按調制信號的規律變化而振幅保使高頻載波的頻率或相位按調制信號的規律變化而振幅保持恒定的調制方式，稱為持恒定的調制方式，稱為頻率調制頻率調制（FM）和）和相位調制相位調制(PM)， 分別簡稱為調頻和調相。分別簡稱為調頻和調相。n因為頻率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故因為頻率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故調頻和調相又統稱為角度調制調頻和調相又統稱為角度調制。n角度調制與線性調制不同，已調信號頻譜不再是原調制信角度調制與線性調制不同，已調信號頻譜不再是原調制信號頻

33、譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會產生與頻號頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會產生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調制非線性調制。n由于頻率和相位之間存在微分與積分的關系，故調頻與調由于頻率和相位之間存在微分與積分的關系，故調頻與調相之間存在密切的關系，即調頻必調相，調相必調頻。相之間存在密切的關系，即調頻必調相，調相必調頻。 鑒鑒于于FM用的較多，本節將主要討論頻率調制。用的較多，本節將主要討論頻率調制。西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章51一、角調制的基本概念一、角調制的基本概念 n角度調制信號的一般表達式為角度調制信號的一

34、般表達式為 ( )cos( )mcStAtt恒定振幅恒定振幅 ( )( )cttt瞬時相位瞬時相位 )(ttc載波相位載波相位 相對于載波相位相對于載波相位的瞬時相位偏移的瞬時相位偏移 c載波角頻率載波角頻率 ( )cdttdt瞬時角頻率瞬時角頻率 ( )dtdt瞬時角頻偏瞬時角頻偏 西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章52相位調制相位調制 （PM）n是指瞬時相位偏移隨調制信號是指瞬時相位偏移隨調制信號m(t)而線性變化。而線性變化。n調相信號可表示為調相信號可表示為 )()(tmKtp)(cos)(tmKtAtspcPM常數常數調相靈敏度調相靈敏度(rad/V) 最大相偏最大相偏ma

35、x)(tmKP最大角頻偏最大角頻偏max)(dttdmKP西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章53頻率調制頻率調制 （FM）n是指瞬時角頻率偏移隨調制信號是指瞬時角頻率偏移隨調制信號m(t)而線性變化。而線性變化。n調頻信號可表示為調頻信號可表示為 )()(tmKdttdftfdmKt)()(tfcFMdmKtAts)(cos)(常數常數調頻靈敏度調頻靈敏度 可見，可見，FM和和PM非常相似。非常相似。如果預先不知道調制信號如果預先不知道調制信號的具體形式，則無法判斷已調的具體形式，則無法判斷已調信號是調相信號還是調頻信號。信號是調相信號還是調頻信號。 西安電子科技大學西安電子科技大學

36、第四章第四章54調頻與調相的關系調頻與調相的關系n如果將調制信號先微分，而后進行調頻，則得到的是調相波，這種如果將調制信號先微分，而后進行調頻，則得到的是調相波，這種方式叫方式叫間接調相間接調相；n同樣，如果將調制信號先積分，而后進行調相，同樣，如果將調制信號先積分，而后進行調相， 則得到的是調頻波，則得到的是調頻波，這種方式叫這種方式叫間接調頻間接調頻。d()dtm(t)gFMsPM(t)(b)PMsPM(t)m(t)(a) ()d tm(t)gPMsFM(t)(b)FMsFM(t)m(t)(a)西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章55二、寬帶調頻與窄帶調頻二、寬帶調頻與窄帶調頻n當

37、最大相位偏移及相應的最大頻率偏移較小時，即一般認當最大相位偏移及相應的最大頻率偏移較小時，即一般認為滿足為滿足 n可求出它的任意調制信號的頻譜表示式。這時，信號占據可求出它的任意調制信號的頻譜表示式。這時，信號占據帶寬窄，屬于帶寬窄，屬于窄帶調頻（窄帶調頻（NBFM）。n反之，是反之，是寬帶調頻（寬帶調頻（WBFM）。( )(0.5)6tfKmd或西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章56窄帶調頻窄帶調頻n單音調制信號單音調制信號n調頻信號的瞬時相偏調頻信號的瞬時相偏 n單音調頻的時域表達式單音調頻的時域表達式 tfAtAtmmmmm2coscos)(tmtKAdKAtmfmmFmtmF

38、msinsincos)(mFA K最大頻偏最大頻偏 調頻指數調頻指數 mFmmfmfA Kmf( )cossinWBFMcfmstAtmt11ffmNBFMmWBFM( )coscos()cos() 2fNBFMccmcmmStttt西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章57窄帶調頻窄帶調頻n有近似式n可簡化為 tFctFctFcFMdmKtdmKtdmKtts)(sinsin)(coscos)(cos)(tFtFtFdmKdmKdmK)()(sin1)(costdmKttsctFcNBFMsin)(cos)(西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章58窄帶調頻窄帶調頻窄帶調頻信號的

39、頻域表達式 )()(ccNBFMSccccFMMK)()(2西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章59單音調制的單音調制的AM與與NBFM頻譜頻譜sAM()OmmF()OcmccmcmccmsNBFM()Ocmccmcmccm2NBFMmBf西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章單音調頻波形示意圖單音調頻波形示意圖n單頻頻率單頻頻率0.5Hz，載波頻率，載波頻率50Hz，Kf=5， Kp=560西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章n由于由于NBFM信號最大相位偏移較小，占據的信號最大相位偏移較小，占據的帶寬較窄，帶寬較窄， 使得調制制度的抗干擾性能強使得調制制度的抗干擾性能

40、強的優點不能充分發揮，因此目前僅用于抗的優點不能充分發揮，因此目前僅用于抗干擾性能要求不高的短距離通信中。干擾性能要求不高的短距離通信中。n在長距離高質量的通信系統中，如微波或在長距離高質量的通信系統中，如微波或衛星通信、調頻立體聲廣播、超短波電臺衛星通信、調頻立體聲廣播、超短波電臺等多采用寬帶調頻。等多采用寬帶調頻。61西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章WBFM信號的頻譜信號的頻譜n調頻波的頻譜包含無窮多個分量。調頻波的頻譜包含無窮多個分量。n理論上調頻波的頻帶寬度為無限寬。理論上調頻波的頻帶寬度為無限寬。n實際上邊頻幅度實際上邊頻幅度 隨著隨著n的增大而逐漸減小，因此調頻信號的增

41、大而逐漸減小，因此調頻信號可近似認為具有有限頻譜。可近似認為具有有限頻譜。62)()()()(mcmcfnFMnnmJS1( )cossin()cos()WBFMcfmAnfcmnstAtmtJmnt西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章調頻信號的帶寬調頻信號的帶寬n單音單音調頻波的帶寬調頻波的帶寬為為n它說明調頻信號的帶寬取決于最大頻偏和調制信號的頻率它說明調頻信號的帶寬取決于最大頻偏和調制信號的頻率，該式稱為，該式稱為卡森公式卡森公式。n根據經驗把卡森公式推廣，即可得到任意帶限信號調制時根據經驗把卡森公式推廣，即可得到任意帶限信號調制時的調頻信號帶寬的估算公式的調頻信號帶寬的估算公式

42、63)(2) 1(2mmfFMfffmBmFMfDB) 1(2mfDf西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章三、調頻信號的產生三、調頻信號的產生n直接法：直接法：用調制信號直接控制振蕩器的頻率，使其按調制信用調制信號直接控制振蕩器的頻率，使其按調制信號的規律線性變化。號的規律線性變化。n振蕩頻率由外部電壓控制的振蕩器叫做振蕩頻率由外部電壓控制的振蕩器叫做壓控振蕩器（壓控振蕩器（VCO）n每個壓控振蕩器自身就是一個每個壓控振蕩器自身就是一個FM調制器，因為它的振蕩頻調制器，因為它的振蕩頻率正比于輸入控制電壓，即率正比于輸入控制電壓，即n i(t)=0+Kfm(t)n直接法的主要優點直接法的

43、主要優點是在實現線性調頻的要求下，可以獲得較是在實現線性調頻的要求下，可以獲得較大的頻偏。大的頻偏。缺點缺點是頻率穩定度不高。因此往往需要采用自動是頻率穩定度不高。因此往往需要采用自動頻率控制系統來穩定中心頻率。直接調頻法得到的信號多為頻率控制系統來穩定中心頻率。直接調頻法得到的信號多為窄帶調頻信號。窄帶調頻信號。64西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章n間接法：間接法：先對調制信號積分后對載波進行相位調制，從而先對調制信號積分后對載波進行相位調制，從而產生窄帶調頻信號產生窄帶調頻信號(NBFM)。然后，利用倍頻器把。然后，利用倍頻器把NBFM變換成寬帶調頻信號變換成寬帶調頻信號(WB

44、FM)。n倍頻器的作用是提高調頻指數倍頻器的作用是提高調頻指數 ，從而獲得寬帶調頻，從而獲得寬帶調頻n經經n次倍頻后可以使調頻信號的載頻和調頻指數增為次倍頻后可以使調頻信號的載頻和調頻指數增為n倍。倍。n間接法的優點是頻率穩定度好。缺點是需要多次間接法的優點是頻率穩定度好。缺點是需要多次倍頻和混倍頻和混頻頻，因此電路較復雜。，因此電路較復雜。65積分器N倍頻器相位調器m(t)sNBFM(t)sWBFM(t) Acosctfm西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章四、調頻信號的解調四、調頻信號的解調n非相干解調：非相干解調：n由于調頻信號的瞬時頻率正比于調制信號的幅度，由于調頻信號的瞬時頻

45、率正比于調制信號的幅度， 因而調因而調頻信號的解調器必須能產生正比于輸入頻率的輸出電壓。頻信號的解調器必須能產生正比于輸入頻率的輸出電壓。n最簡單的解調器是具有頻率最簡單的解調器是具有頻率-電壓轉換特性的電壓轉換特性的鑒頻器鑒頻器n相干解調：相干解調：n由于窄帶調頻信號可分解成同相分量與正交分量之和，因由于窄帶調頻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制中的相干解調法來進行解調而可以采用線性調制中的相干解調法來進行解調66西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章鑒頻器特性與組成鑒頻器特性與組成Kd鑒頻器靈敏度鑒頻器靈敏度67西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章五、調

46、頻系統的抗噪聲性能五、調頻系統的抗噪聲性能n大信噪比情況大信噪比情況n對于調頻系統來說，增加傳輸帶寬就可以改善抗噪聲性能對于調頻系統來說，增加傳輸帶寬就可以改善抗噪聲性能。調頻方式的這種以帶寬換取信噪比的特性是十分有益的。調頻方式的這種以帶寬換取信噪比的特性是十分有益的。n在調幅制中，由于信號帶寬是固定的，在調幅制中，由于信號帶寬是固定的， 無法進行帶寬與信無法進行帶寬與信噪比的互換，這也正是在抗噪聲性能方面調頻系統優于調噪比的互換，這也正是在抗噪聲性能方面調頻系統優于調幅系統的重要原因。幅系統的重要原因。68)1(32ffFMmmG)(2) 1(2mmfFMfffmB西安電子科技大學西安電子

47、科技大學第四章第四章小信噪比情況與門限效應小信噪比情況與門限效應n當當 減小到一定程度時，解調器的輸出減小到一定程度時，解調器的輸出中不存在單獨的有用信號項，信號被噪聲中不存在單獨的有用信號項，信號被噪聲擾亂，因而擾亂，因而 急劇下降。這種情況與急劇下降。這種情況與AM包檢時相似，我們稱之為門限效應。包檢時相似，我們稱之為門限效應。n 不同，門限值不同。不同，門限值不同。 門限門限n小于門限時，小于門限時， 急劇下降。急劇下降。n 下降越快下降越快nFM以帶寬換取信噪比的改善不是無止境的以帶寬換取信噪比的改善不是無止境的nB Ni 門限效應門限效應69iiFMSNooFMSNfmfmooFMS

48、NfmooFMSNiiFMSN西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章非相干解調的門限效應非相干解調的門限效應70西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章4.4 各種模擬調制系統的性能比各種模擬調制系統的性能比較較返回返回西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章n在相同的解調器輸入信號功率在相同的解調器輸入信號功率 、相同噪聲功率譜密度、相同噪聲功率譜密度 、相同基帶信號帶寬、相同基帶信號帶寬 的條件下，比較的條件下，比較72iS0nmf西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章結論結論nWBFM抗噪聲性能最好，抗噪聲性能最好，DSB、SSB、VSB抗噪聲性能次抗噪聲性能次之，之

49、，AM抗噪聲性能最差。抗噪聲性能最差。NBFM和和AM的性能接近的性能接近73西安電子科技大學西安電子科技大學第四章第四章特點與應用特點與應用nAM調制的優點是接收設備簡單；缺點是功率利用率低，調制的優點是接收設備簡單；缺點是功率利用率低，抗干擾能力差。抗干擾能力差。nDSB調制的優點是功率利用率高，但帶寬與調制的優點是功率利用率高，但帶寬與AM相同，相同， 接收要求同步解調，設備較復雜。接收要求同步解調，設備較復雜。nSSB調制的優點是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗調制的優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于干擾能力和抗選擇性衰落能力均優于AM, 而帶寬只有

50、而帶寬只有AM的一半；的一半； 缺點是發送和接收設備都復雜。缺點是發送和接收設備都復雜。nVSB調制的訣竅在于部分抑制了發送邊帶，調制的訣竅在于部分抑制了發送邊帶， 同時又利用同時又利用平緩滾降濾波器補償了被抑制部分。平緩滾降濾波器補償了被抑制部分。 VSB的性能與的性能與SSB相當。相當。nFM波的幅度恒定不變，波的幅度恒定不變， 這使它對非線性器件不甚敏感這使它對非線性器件不甚敏感， 給給FM帶來了抗快衰落能力。寬帶帶來了抗快衰落能力。寬帶FM的缺點是頻帶利的缺點是頻帶利用率低，存在門限效應，因此在接收信號弱，干擾大的用率低，存在門限效應，因此在接收信號弱，干擾大的情況下宜采用窄帶情況下宜采用窄帶FM，窄帶，窄帶FM采用相干解調時不存在采用相干解