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1、CCEE第四章第四章 模拟调制系统模拟调制系统通信原理概述概述 调制的定义调制的定义1 调制的分类调制的分类2通信原理通信原理调制的定义调制的定义调制：调制：将基带信号的频带搬移至适合信道将基带信号的频带搬移至适合信道传输的频谱位置的过程。传输的频谱位置的过程。解调：解调：是调制的反变换，是将调制的信号是调制的反变换，是将调制的信号还原成基带信号的过程。还原成基带信号的过程。通常未调制的信号（基带信号）称为通常未调制的信号（基带信号）称为调制调制信号信号，而调制后的信号称为，而调制后的信号称为已调信号已调信号，完，完成频带搬移的则为成频带搬移的则为载波信号载波信号。调制是通过调制信号调制是通过
2、调制信号(基带信号基带信号)控制载波控制载波的某个的某个(或某些或某些)参数来实现的。参数来实现的。通信原理通信原理4.1 概述概述 调制的定义调制的定义1 调制的分类调制的分类2通信原理通信原理调制的分类调制的分类调制正弦波调制脉冲调制t模拟调制数字调制t通信原理通信原理调制的分类调制的分类按基带信号对载波的控制参量按基带信号对载波的控制参量(幅度、频率幅度、频率或相位或相位)分类：分类：分为调幅、调频、调相。分为调幅、调频、调相。按已调信号的频谱结构分类：按已调信号的频谱结构分类：线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号的线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同。频谱结构相同。非
3、线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号非线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同。的频谱结构不同。通信原理通信原理主要内容主要内容 4.1 4.1 幅度调制的原理幅度调制的原理4.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 4.3 非线性调制的原理非线性调制的原理4.4 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能4.5 各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较通信原理通信原理4.1 幅度调制幅度调制幅度调制幅度调制:正弦载波正弦载波幅度幅度随调制信号变化的调制随调制信号变化的调制方式。方式。调制信号调制信号已调信号已调信号载波信号载波信号频谱特性频谱特性是基带信
4、号频谱在频域内的简单搬移是基带信号频谱在频域内的简单搬移 通信原理通信原理幅度调制的一般模型幅度调制的一般模型幅度调制的一般模型由一个相乘器和一个幅度调制的一般模型由一个相乘器和一个冲激响应为冲激响应为h(t)h(t)的带通滤波器组成，选择的带通滤波器组成，选择不同的不同的h(t)h(t)，可以得到各种线性调制信号，可以得到各种线性调制信号 通信原理通信原理4.1 幅度调制幅度调制 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅2 单边带调制单边带调制3 残留边带调制残留边带调制4 常规双边带调幅常规双边带调幅1通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅(AMAM)调制调制调制模型调制模型设调制信号设
5、调制信号通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅(AMAM)调制各点波形调制各点波形tt通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅(AMAM)调制各点波形调制各点波形ttt属于频带信号属于频带信号通信原理通信原理 调制的逆过程叫做解调。调制的逆过程叫做解调。AMAM信号的解调信号的解调方法有两种：相干解调和非相干解调。方法有两种：相干解调和非相干解调。（1 1）相干解调）相干解调 用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制信号：始的调制信号：常规双边带调幅常规双边带调幅解调解调通信原理通信原理（2 2）非相干解调）非相干解调-包络检波法包络检波法 通
6、信原理通信原理通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅AMAM特点：特点：常规双边带调幅信号中的载波不携带任常规双边带调幅信号中的载波不携带任何信息，而且占据了信号一半以上的功何信息，而且占据了信号一半以上的功率，非常浪费，其调制效率也很低。率，非常浪费，其调制效率也很低。带宽为带宽为为了提高效率，将功率充分地应用到有为了提高效率，将功率充分地应用到有用的边带去，可把载波抑制掉，即可得用的边带去，可把载波抑制掉，即可得到抑制载波的双边带调幅到抑制载波的双边带调幅通信原理通信原理4.1 幅度调制幅度调制 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅2 单边带调制单边带调制3 残留边带调制残留边带调制
7、4 常规双边带调幅常规双边带调幅1通信原理通信原理调制原理调制原理抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅调制调制通信原理通信原理乘法器输出为：乘法器输出为：经低通滤波器滤除高次项，得经低通滤波器滤除高次项，得:抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅解调解调解调原理解调原理:相干解调相干解调通信原理通信原理通信原理通信原理抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制特点：特点：（1 1）抑制载波的双边带调幅节省了载波功率。）抑制载波的双边带调幅节省了载波功率。（2 2）频带宽度仍为调制信号的两倍，与常规）频带宽度仍为调制信号的两倍，与常规双边带调幅时相同。双边带调幅时相同。（3 3）上、下两个边
8、带是完全对称的，用一个）上、下两个边带是完全对称的，用一个边带就可以传输全部信息边带就可以传输全部信息 通信原理通信原理4.1 幅度调制幅度调制 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅2 单边带调制单边带调制3 残留边带调制残留边带调制4 常规双边带调幅常规双边带调幅1通信原理通信原理单边带调制单边带调制:滤波法滤波法为了取出双边带调制信号的一个边带。最直为了取出双边带调制信号的一个边带。最直接的方法是用滤波器取出一个边带接的方法是用滤波器取出一个边带 HSSB()通信原理通信原理希尔波特（希尔波特（Hilbert）变换）变换单边带调制：相移法单边带调制：相移法通信原理通信原理希尔波特滤波器希尔
9、波特滤波器希尔波特（希尔波特（Hilbert）变换）变换希尔波特（希尔波特（Hilbert）反变换）反变换通信原理通信原理希尔波特滤波器冲激响应及传递函数希尔波特滤波器冲激响应及传递函数F.T.希尔伯特滤波器实际上是一个宽带移相网络，表示把输入信号的所有频率分量移相90度，幅度不变。通信原理通信原理单边带调制：相移法单边带调制：相移法上边带上边带下边带下边带通信原理通信原理单边带调制单边带调制解调解调单边带信号包络不能反映调制信号的波形，单边带信号包络不能反映调制信号的波形，解调不能采用简单的包络检波解调不能采用简单的包络检波单边带信号采用相干解调单边带信号采用相干解调 同相载波同相载波解调后
10、的基带信号解调后的基带信号通信原理通信原理4.1 幅度调制幅度调制 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅2 单边带调制单边带调制3 残留边带调制残留边带调制4 常规双边带调幅常规双边带调幅1通信原理通信原理残留边带调制残留边带调制残留边带调制是介于单边残留边带调制是介于单边带调制与抑制载波双边带带调制与抑制载波双边带调制之间的一种调制方式调制之间的一种调制方式克服了双边带调制信号占用克服了双边带调制信号占用频带宽的缺点频带宽的缺点解决了单边带信号实现上的解决了单边带信号实现上的难题。难题。产生残留边带信号的关键产生残留边带信号的关键是形成滤波器，可将理想是形成滤波器，可将理想高通滤波器或理想低
11、通滤高通滤波器或理想低通滤波器特性按照残余对称原波器特性按照残余对称原理进行修改，即进行滚降理进行修改，即进行滚降 上边带传递函数上边带传递函数下边带传递函数下边带传递函数通信原理通信原理残留边带调制残留边带调制结论：结论：只要残留边带滤只要残留边带滤波器的截止待性波器的截止待性在在载频处有互补载频处有互补对称特性对称特性，采用，采用同步解调法解调同步解调法解调残留边带信号就残留边带信号就能够准确地恢复能够准确地恢复所需的基所需的基带带信号信号 上边带传递函数上边带传递函数下边带传递函数下边带传递函数通信原理通信原理残留边带调制残留边带调制适用于低频成分丰富的原始信息信号适用于低频成分丰富的原
12、始信息信号二者叠加，恢复原频谱二者叠加，恢复原频谱通信原理通信原理残留边带调制残留边带调制通信原理通信原理小结：各种线性调制方法的比较小结：各种线性调制方法的比较通信原理通信原理通信原理通信原理主要内容主要内容 4.1 4.1 幅度调制的原理幅度调制的原理4.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 4.3 非线性调制的原理非线性调制的原理4.4 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能4.5 各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较通信原理通信原理4.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型 线性调制相干解
13、调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能 常规调幅包络检波的抗噪声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能 通信原理通信原理通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型信道信道带通滤波器带通滤波器(BPF)解调器解调器通信原理通信原理线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型 线性调制线性调制相干相干解调的抗噪声性能解调的抗噪声性能 常规调幅包络检波的抗噪声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能 通信原理通信原理线性调制相干解调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能DSBDSB调制系统的性能调制系统的性能 SSBSSB调制系统的性能调制系
14、统的性能 VSBVSB调制系统的性能调制系统的性能 通信原理通信原理DSB相干解调的信噪比增益相干解调的信噪比增益+带通滤波器带通滤波器(BPF)低通滤波器低通滤波器(LPF)解调器解调器信道信道通信原理通信原理1.解调器输入信号平均功率解调器输入信号平均功率 DSB相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能通信原理通信原理2.解调器输入噪声平均功率解调器输入噪声平均功率 DSB相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能解调器输入端信噪比解调器输入端信噪比通信原理通信原理3.3.输出信号的功率输出信号的功率解调器输入信号解调器输入信号相干载波相干载波相乘相乘经过低通滤波输出经过低通滤波输出解调器输
15、出端有用信号功率解调器输出端有用信号功率DSB相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能通信原理通信原理DSB相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能通信原理通信原理DSB相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能通信原理通信原理线性调制相干解调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能DSBDSB调制系统的性能调制系统的性能 SSBSSB调制系统的性能调制系统的性能 VSBVSB调制系统的性能调制系统的性能 通信原理通信原理线性调制相干解调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能通信原理通信原理SSB调制系统的性能调制系统的性能相干载波相干载波相乘相乘解调器输入信号解调器输入信号经过低通滤波输出经
16、过低通滤波输出解调器输出信号功率解调器输出信号功率输入信噪比输入信噪比调制制度增益调制制度增益通信原理通信原理SSB调制系统的性能调制系统的性能DSBDSB解调器的调制制度增益是解调器的调制制度增益是SSBSSB的二倍。的二倍。但不能因此就说，双边带系统的抗噪性能但不能因此就说，双边带系统的抗噪性能优于单边带系统。优于单边带系统。信号所需带宽为信号所需带宽为SSBSSB的二倍，因而在输入噪的二倍，因而在输入噪声功率谱密度相同的情况下，声功率谱密度相同的情况下，DSBDSB解调器的解调器的输入噪声功率将是输入噪声功率将是SSBSSB的二倍的二倍 通信原理通信原理线性调制相干解调的抗噪声性能线性调
17、制相干解调的抗噪声性能DSBDSB调制系统的性能调制系统的性能 SSBSSB调制系统的性能调制系统的性能 VSBVSB调制系统的性能调制系统的性能 通信原理通信原理VSB调制系统的性能调制系统的性能VSBVSB调制系统所采用的残留边带滤波器的频率特性调制系统所采用的残留边带滤波器的频率特性形状可能不同，难以确定抗噪性能的一般计算公形状可能不同，难以确定抗噪性能的一般计算公式。式。在残留边带滤波器滚降范围不大的情况下，可将在残留边带滤波器滚降范围不大的情况下，可将VSBVSB信号近似看成信号近似看成SSBSSB信号信号 在这种情况下，在这种情况下，VSBVSB调制系统的抗噪性能与调制系统的抗噪性
18、能与SSBSSB系系统相同统相同 通信原理通信原理线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型 线性调制相干解调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能 常规调幅包络检波的抗噪声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能 通信原理通信原理常规调幅包络检波的抗噪声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能解调器输入信号解调器输入信号解调器输入噪声解调器输入噪声解调器输入信号功率解调器输入信号功率解调器输入噪声功率解调器输入噪声功率输入信噪比输入信噪比通信原理通信原理常规调幅包络检波的抗噪声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能分析分析大信噪比情况大信噪比情况小信噪比
19、情况小信噪比情况信号加噪声的合成波形信号加噪声的合成波形合成包络合成包络合成相位合成相位通信原理通信原理大信噪比情况大信噪比情况输入信号幅度远大于噪声幅度输入信号幅度远大于噪声幅度 信号功率信号功率噪声功率噪声功率输出信噪比输出信噪比合成包络合成包络通信原理通信原理大信噪比情况大信噪比情况输入信号幅度远大于噪声幅度输入信号幅度远大于噪声幅度 输出信噪比输出信噪比调制制度增益调制制度增益合成包络合成包络输入信噪比输入信噪比通信原理通信原理常规调幅包络检波的抗噪声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能分析分析大信噪比情况大信噪比情况小信噪比情况小信噪比情况通信原理通信原理小信噪比情况小信噪比情况噪声幅度
20、远大于输入信号幅度噪声幅度远大于输入信号幅度 合成包络合成包络通信原理通信原理分析结论分析结论小信噪比时调制信号无法与噪声分开，包络中不存小信噪比时调制信号无法与噪声分开，包络中不存在单独的信号项在单独的信号项m(t)m(t)，只有，只有m(t)cosm(t)cos(t)(t)。coscos(t)(t)是一个随机噪声，是一个随机噪声，m(t)cosm(t)cos(t)(t)也只能看也只能看作是噪声。输出信噪比不是按比例地随着输入信噪作是噪声。输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化。这种现象称为比下降，而是急剧恶化。这种现象称为门限效应门限效应。开始出现门限效应的输入信噪比称为门
21、限值。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。同步解调器不存在门限效应。同步解调器不存在门限效应。结论：结论：大信噪比情况下，大信噪比情况下，AMAM信号包络检波器的性能几乎与同步检信号包络检波器的性能几乎与同步检测器相同；测器相同；随着信噪比的减小，包络检波器将在一个特定输入信噪比随着信噪比的减小，包络检波器将在一个特定输入信噪比值上出现门限效应。一旦出现了门限效应，解调器的输出值上出现门限效应。一旦出现了门限效应，解调器的输出信噪比将急剧变坏。信噪比将急剧变坏。通信原理通信原理主要内容主要内容 4.1 4.1 幅度调制的原理幅度调制的原理4.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声
22、性能 4.3 非线性调制的原理非线性调制的原理4.4 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能4.5 各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较通信原理通信原理4.3 非线性调制技术非线性调制技术非线性调制信号的频谱与基带信号的频谱非线性调制信号的频谱与基带信号的频谱结构不呈线性关系，它们之间是结构不呈线性关系，它们之间是非线性变非线性变换过程换过程，变换要产生一些新的频率成分。，变换要产生一些新的频率成分。非线性调制是通过基带信号控制载波的非线性调制是通过基带信号控制载波的频频率率或或相位相位来完成的，所以载波的振幅保持来完成的，所以载波的振幅保持不变。而载波的频率或相位则随基带信
23、号不变。而载波的频率或相位则随基带信号变化。变化。因频率或相位的变化都可以看成是因频率或相位的变化都可以看成是载波角度的变化载波角度的变化，所以这种调制又称，所以这种调制又称角度角度调制调制。角度调制可分为角度调制可分为相位调制相位调制和和频率调制频率调制通信原理通信原理4.3 非线性调制技术非线性调制技术 角度调制的基本概念角度调制的基本概念1 窄带调频与宽带调频窄带调频与宽带调频2 调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调3通信原理通信原理角度调制的基本概念角度调制的基本概念角度调制的一般表达式角度调制的一般表达式相位调制相位调制频率调制频率调制通信原理通信原理角度调制的一般表达式角度调制
24、的一般表达式信号瞬时频率信号瞬时频率信号瞬时相位信号瞬时相位通信原理通信原理角度调制的一般表达式角度调制的一般表达式角调制：设角调制：设瞬时频率偏移瞬时频率偏移瞬时相位偏移瞬时相位偏移瞬时相位瞬时相位瞬时频率瞬时频率通信原理通信原理角度调制的基本概念角度调制的基本概念角度调制的一般表达式角度调制的一般表达式相位调制相位调制频率调制频率调制通信原理通信原理相位调制相位调制相位调制是相位调制是瞬时相位偏移瞬时相位偏移随调制信号随调制信号m(t)m(t)线性变化的调制方式线性变化的调制方式瞬时相位偏移瞬时相位偏移瞬时相位瞬时相位初相初相相移常数相移常数通信原理通信原理角度调制的基本概念角度调制的基本
25、概念角度调制的一般表达式角度调制的一般表达式相位调制相位调制频率调制频率调制通信原理通信原理频率调制频率调制频率调制是频率调制是瞬时频率偏移瞬时频率偏移随调制信号随调制信号m(t)m(t)线性变化的调制方式线性变化的调制方式 瞬时角频率偏移瞬时角频率偏移瞬时角频率瞬时角频率频偏常数频偏常数通信原理通信原理频率调制实现框图频率调制实现框图直接调相直接调相间接调相间接调相直接调频直接调频间接调频间接调频调相波：调相波：调频波调频波通信原理通信原理频率调制实现框图频率调制实现框图实际相位调制器的调节范围不可能超出实际相位调制器的调节范围不可能超出(-(-,)直接调相和间接调频适用于相位偏移和频率偏移
26、不大的直接调相和间接调频适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形窄带调制情形直接调频和间接调相适用于宽带调制情形直接调频和间接调相适用于宽带调制情形调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。通信原理通信原理调频与调相的比较调频与调相的比较（1 1）频率与相位的变化方式）频率与相位的变化方式通信原理通信原理通信原理通信原理4.3 非线性调制技术非线性调制技术 角度调制的基本概念角度调制的基本概念1 窄带调频与宽带调频窄带调频与宽带调频2 调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调3通信原理通信原理窄带调频与宽带调频窄带调频与宽带调频根据调制后载波瞬时相位
27、偏移的大小根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可，可将频率调制分为将频率调制分为宽带调频宽带调频（WBFMWBFM）与）与窄带窄带调频调频（NBFMNBFM）。）。调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于3030时，时，称为窄带调频，否则，称为宽带调频。称为窄带调频，否则，称为宽带调频。窄带调频（窄带调频（NBFMNBFM）宽带调频（宽带调频（WBFMWBFM）通信原理通信原理窄带调频窄带调频（NBFM）调频信号表达式调频信号表达式窄带调频窄带调频频域表达式频域表达式通信原理通信原理窄带调频窄带调频（NBFM）与与AMAM信号频谱比较信号频谱比较带宽相同带宽相同分析差
28、别分析差别通信原理通信原理单频调制时单频调制时NBFM与与AM的差别的差别 单频调制信号单频调制信号载波信号载波信号NBFMNBFM信号信号AMAM信号信号通信原理通信原理单频调制时单频调制时NBFM与与AM的差别的差别NBFMNBFM与与AMAM的时间表示式和频谱式非常相似的时间表示式和频谱式非常相似都是线性调制都是线性调制差别差别单频调幅频谱中各分量的幅度都是正值，频谱中的边带单频调幅频谱中各分量的幅度都是正值，频谱中的边带分量幅度为分量幅度为A Am m/2/2，当，当A Am m为为l l时，边带的最大幅度为时，边带的最大幅度为1/21/2，是载波幅度的一半。是载波幅度的一半。窄带调频
29、时，频谱中的下边带分量幅度为负值，其边带窄带调频时，频谱中的下边带分量幅度为负值，其边带分量的幅度比载波分量幅度小很多。分量的幅度比载波分量幅度小很多。频谱图频谱图通信原理通信原理频谱图频谱图频频谱谱图图通信原理通信原理窄带调频与宽带调频窄带调频与宽带调频窄带调频（窄带调频（NBFMNBFM）宽带调频（宽带调频（WBFMWBFM）通信原理通信原理宽带调频宽带调频（WBFM）单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达 单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度 任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽 宽带调频宽带调频通信原理通信原理单频调制时
30、宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制信号单频调制信号单音调频信号单音调频信号调频指数调频指数 展开展开通信原理通信原理单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达展开为以贝塞尔函数为系数的三角级数展开为以贝塞尔函数为系数的三角级数 以贝塞尔函数特性化简以贝塞尔函数特性化简频谱特性频谱特性含有无穷多个频谱分量含有无穷多个频谱分量通信原理通信原理调频波的频谱调频波的频谱 通信原理通信原理宽带调频宽带调频（WBFM）单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达 单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度 任意限带信号调制时宽带调频信号的
31、带宽任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽 通信原理通信原理单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度调频信号的频谱包含无穷多个频率分量，理调频信号的频谱包含无穷多个频率分量，理论带宽为无限宽。论带宽为无限宽。实际上各次边频幅度随着实际上各次边频幅度随着n n的增大而减小，的增大而减小，因此只要取适当的因此只要取适当的n n值，使边频分量小到可值，使边频分量小到可以忽略的程度，调频信号可以近似认为具有以忽略的程度，调频信号可以近似认为具有有限频谱有限频谱 带宽公式带宽公式调制信号频率调制信号频率最大频偏最大频偏通信原理通信原理卡森公式卡森公式边频分量只取到边频分量只取到(m(mf f+1)+1)次
32、，计算表明大于次，计算表明大于(m(mf f+1)+1)次次的边频分量，其幅度小于未调载波幅度的的边频分量，其幅度小于未调载波幅度的1515。卡森公式是忽略了边频幅度小于未调载波幅度卡森公式是忽略了边频幅度小于未调载波幅度1515的边频后得到的。的边频后得到的。大于大于(m(mf f+2)+2)次的边频分量其幅度小于未调载波幅度次的边频分量其幅度小于未调载波幅度1010。NBFMNBFM的带宽的带宽大指数大指数WBFMWBFM的带宽的带宽通信原理通信原理宽带调频宽带调频（WBFM）单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达 单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度 任意限
33、带信号调制时宽带调频信号的带宽任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽 通信原理通信原理任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽对于多音或其它任意信号调制的调频波的对于多音或其它任意信号调制的调频波的频谱分析极其复杂。频谱分析极其复杂。经验表明，对卡森公式做适当修改，即可经验表明，对卡森公式做适当修改，即可得到任意限带信号调制时调频信号带宽的得到任意限带信号调制时调频信号带宽的估算公式估算公式频偏比频偏比通信原理通信原理 调频和调相是相对于调制信号而言的，调频和调相是相对于调制信号而言的，从波形上看，调频波和调相波非常相似，从波形上看，调频波和调相波非常相似，都是等
34、幅的疏密相间的正弦波，如果预先都是等幅的疏密相间的正弦波，如果预先不知道调制信号不知道调制信号m(t)m(t)的具体形式，则难以的具体形式，则难以判断已调信号是调相信号还是调频信号。判断已调信号是调相信号还是调频信号。调频与调相的比较调频与调相的比较通信原理通信原理4.3 非线性调制技术非线性调制技术 角度调制的基本概念角度调制的基本概念1 窄带调频与宽带调频窄带调频与宽带调频2 调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调3通信原理通信原理调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调调频信号的产生调频信号的产生 调频信号的解调调频信号的解调 通信原理通信原理调频信号的产生调频信号的产生产生调频信号的
35、方法通常有两种：直接法产生调频信号的方法通常有两种：直接法和间接法和间接法 直接法直接法间接法间接法通信原理通信原理直接法直接法直接法利用调制信号直接控制振荡器的频直接法利用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。率，使其按调制信号的规律线性变化。振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器（控振荡器（VCOVCO），它产生的输出频率正比），它产生的输出频率正比于所加的控制电压于所加的控制电压优点：在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。优点：在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。优点：在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏
36、。优点：在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。缺点：频率稳定度不高，往往需要附加稳频电路来稳定中心缺点：频率稳定度不高，往往需要附加稳频电路来稳定中心缺点：频率稳定度不高，往往需要附加稳频电路来稳定中心缺点：频率稳定度不高，往往需要附加稳频电路来稳定中心频率。频率。频率。频率。压控振荡器中心频率压控振荡器中心频率通信原理通信原理调频信号的产生调频信号的产生直接法直接法间接法间接法通信原理通信原理间接法间接法间接调频法是先对调制信号积分，再对载波进行间接调频法是先对调制信号积分，再对载波进行相位调制，从而产生调频信号相位调制，从而产生调频信号只能获得窄带只能获得窄带调频信号。调频信号。为了
37、获得宽带调频信号，可利用倍频器再把为了获得宽带调频信号，可利用倍频器再把NBFMNBFM信号变换成信号变换成WBFMWBFM信号。信号。间接调频间接调频通信原理通信原理间接法间接法NBFMNBFM信号信号输入信号输入信号倍频后输出信号倍频后输出信号滤出上式的直流分量后，可得到新的调频信号滤出上式的直流分量后，可得到新的调频信号积分器积分器/2移相移相m(t)窄带调频信号的产生窄带调频信号的产生通信原理通信原理调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调调频信号的产生调频信号的产生 调频信号的解调调频信号的解调 通信原理通信原理调频信号的解调调频信号的解调非相干解调非相干解调相干解调相干解调通信原理
38、通信原理非相干解调非相干解调输入调频信号输入调频信号解调器输出解调器输出理想鉴频特性理想鉴频特性鉴频器鉴频器通信原理通信原理非相干解调非相干解调微分器输出微分器输出包络检波器输出包络检波器输出鉴频器灵敏度鉴频器灵敏度上述方法又称为包络检测（非相干解调）上述方法又称为包络检测（非相干解调）。缺点缺点包络检波器对于由信道噪声和其它原因引起的幅包络检波器对于由信道噪声和其它原因引起的幅度起伏也有反应。因此，使用中常在微分器之前度起伏也有反应。因此，使用中常在微分器之前加一个限幅器和带通滤波器。加一个限幅器和带通滤波器。通信原理通信原理调频信号的解调调频信号的解调非相干解调非相干解调相干解调相干解调通
39、信原理通信原理相干解调相干解调窄带调频信号窄带调频信号相干载波相干载波低通滤波器滤除高频分量低通滤波器滤除高频分量乘法器输出乘法器输出微分后输出微分后输出通信原理通信原理主要内容主要内容 4.1 4.1 幅度调制的原理幅度调制的原理4.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 4.3 非线性调制的原理非线性调制的原理4.4 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能4.5 各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较通信原理通信原理调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能输入信噪比输入信噪比输出信噪比及调制制度增益输出信噪比及调制制度增益 通信原理通信原理输入信噪比输入信噪比
40、输入调频信号输入调频信号信号功率信号功率噪声功率噪声功率输入信噪比输入信噪比通信原理通信原理非线性调制系统的抗噪声性能非线性调制系统的抗噪声性能输入信噪比输入信噪比输出信噪比及调制制度增益输出信噪比及调制制度增益 分析分析大信噪比情况大信噪比情况小信噪比情况小信噪比情况通信原理通信原理大信噪比情况大信噪比情况解调器输出信噪比解调器输出信噪比通信原理通信原理单频调制情况分析单频调制情况分析大信噪比宽带调频解调器的制度增益很高大信噪比宽带调频解调器的制度增益很高 调制信号调制信号调频信号调频信号解调器输出信噪比解调器输出信噪比制度增益制度增益宽带调频信号带宽宽带调频信号带宽通信原理通信原理通信原理
41、通信原理输出信噪比及调制制度增益输出信噪比及调制制度增益分析分析大信噪比情况大信噪比情况小信噪比情况小信噪比情况通信原理通信原理小信噪比情况与门限效应小信噪比情况与门限效应 在相同输入信噪比情况下，在相同输入信噪比情况下，FMFM输出信噪比优于输出信噪比优于AMAM输出输出信噪比；信噪比；当输入信噪比降到某一门当输入信噪比降到某一门限时，限时，FMFM开始出现门限效开始出现门限效应；若继续降低输入信噪应；若继续降低输入信噪比，则比，则FMFM解调器的输出信解调器的输出信噪比将急剧变坏，甚至比噪比将急剧变坏，甚至比DSBDSB的性能还要差的性能还要差 解调器性能曲线解调器性能曲线通信原理通信原理
42、主要内容主要内容4.2 幅度调制幅度调制 4.3 非线性调制技术非线性调制技术 4.4 模拟调制系统的抗噪声性能模拟调制系统的抗噪声性能4.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较 4.1 4.1 概概 述述通信原理通信原理4.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较 各种模拟调制方式的性能各种模拟调制方式的性能1 特点与应用特点与应用2通信原理通信原理各种模拟调制方式的性能各种模拟调制方式的性能类别类别AMAMDSBDSBSSBSSBVSBVSBFMFM信号带宽信号带宽制度增益制度增益设备复设备复杂度杂度2/32/32 21 1近似近似SSBSSB近似近似SSBSSB简单简单
43、中等中等复杂复杂复杂复杂中等中等主要应用主要应用中短波无线电广播中短波无线电广播 较少应用较少应用 短波无线电广播，语短波无线电广播，语音频分多路音频分多路 商用电视广播商用电视广播 超短波小功率电台超短波小功率电台微波微波中继、调频立体声广播中继、调频立体声广播通信原理通信原理各种模拟调制方式的性能各种模拟调制方式的性能门限电平以下，曲门限电平以下，曲线将迅速跌落；线将迅速跌落；在门限值以上，在门限值以上，DSBDSB、SSBSSB的信噪比比的信噪比比AMAM优优越越4.7dB4.7dB以上，而以上，而FMFM的信噪比比的信噪比比AMAM优越优越22dB22dB。当输入信噪比较高当输入信噪比
44、较高时，采用时，采用FMFM方式可方式可以得到更大好处。以得到更大好处。通信原理通信原理4.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较 各种模拟调制方式的性能各种模拟调制方式的性能1 特点与应用特点与应用2通信原理通信原理特点与应用特点与应用AMAM调制的优点是接收设备简单；缺点是是功率利调制的优点是接收设备简单；缺点是是功率利用率低，抗干扰能力差，通信质量要求不高的场用率低，抗干扰能力差，通信质量要求不高的场合，目前主要用在中波和短波的调幅广播中。合，目前主要用在中波和短波的调幅广播中。DSBDSB调制的优点是功率利用率高，但带宽与调制的优点是功率利用率高，但带宽与AMAM相同，相同，
45、接收要求同步解调，设备较复杂。只用于点对点接收要求同步解调，设备较复杂。只用于点对点的专用通信的专用通信SSBSSB调制的优点是功率利用率和频带利同率都比较调制的优点是功率利用率和频带利同率都比较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AMAM，但带宽只有但带宽只有AMAM的一半；缺点是发送和接收设备都的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。鉴于这些特点，复杂。鉴于这些特点，SSBSSB制式普遍用在频带比较制式普遍用在频带比较拥挤的场合，如短波波段的无线电广播和频分多拥挤的场合，如短波波段的无线电广播和频分多路复用系统中。路复用系统中。通信原理通信原理特点与应用
46、特点与应用VSBVSB的性能与的性能与SSBSSB相当。相当。(VSB+C)(VSB+C)方式综合了方式综合了AMAM、SSBSSB和和DSBDSB三者的优点。三者的优点。VSBVSB对商用电视广播系统特对商用电视广播系统特别具有吸引力。别具有吸引力。FMFM波的幅度恒定不变，这使它对非线性器件不甚波的幅度恒定不变，这使它对非线性器件不甚敏感，给敏感，给FMFM带来了抗快衰落能力。宽带带来了抗快衰落能力。宽带FMFM的缺点的缺点是频带利用率低，存在门限效应，窄带是频带利用率低，存在门限效应，窄带FMFM采用相采用相干解调时不存在门限效应。干解调时不存在门限效应。通信原理通信原理通信原理通信原理
47、通信原理通信原理通信原理通信原理通信原理通信原理通信原理通信原理通信原理通信原理窄带高斯噪声窄带高斯噪声窄带系统符合大多窄带系统符合大多数信道的实际情况。数信道的实际情况。窄带高斯噪声的窄带高斯噪声的频频谱谱局限在局限在c c附近附近很窄的频率范围内，很窄的频率范围内，其其包络和相位包络和相位都在都在作缓慢随机变化。作缓慢随机变化。是一个频率近似为是一个频率近似为f fc c，包络和相位随，包络和相位随机变化的正弦波。机变化的正弦波。缓慢变化的包络缓慢变化的包络频率近似为频率近似为f f0 0返回通信原理通信原理 若对某一信号用若对某一信号用DSBDSB进行传输，设加至接收机的调进行传输，设加
48、至接收机的调制信号制信号m(t)m(t)的功率谱密度为的功率谱密度为试求：试求：1)1)接收机的输入信号功率；接收机的输入信号功率；2)2)接收机的输出信号功率；接收机的输出信号功率；3)3)若叠加于若叠加于DSBDSB信号的白噪声具有双边功率谱密度为信号的白噪声具有双边功率谱密度为n n0 0/2/2，那么，输出信噪功率比为多少？，那么，输出信噪功率比为多少？举例举例通信原理通信原理输入信号功率输入信号功率0fm-fmfnm/2通信原理通信原理输出信号功率输出信号功率输出信噪比输出信噪比通信原理通信原理试证明当试证明当AM信号采用同步检测法进行解调时，其制信号采用同步检测法进行解调时，其制度
49、增益度增益G与包络检验的结果相同。与包络检验的结果相同。证明：设证明：设AMAM已调信号为已调信号为解调器输入的信号功率为解调器输入的信号功率为解调器输入的噪声功率为解调器输入的噪声功率为AMAM信号经相乘和低通滤波后信号经相乘和低通滤波后输出噪声为输出噪声为解调器输出的信号功率为解调器输出的信号功率为解调器输出的噪声功率为解调器输出的噪声功率为所以调制制度增益为所以调制制度增益为通信原理通信原理 对抑制载波的双边带信号进行相干解调，设接对抑制载波的双边带信号进行相干解调，设接收信号功率为收信号功率为2mW,2mW,载波为载波为100kHz100kHz，并设调制信号，并设调制信号m(t)m(t
50、)的频带限制在的频带限制在4kHz4kHz，信道噪声双边功率谱密，信道噪声双边功率谱密度度 （1 1）画出该理想带通滤波器传输函数）画出该理想带通滤波器传输函数H(w);H(w);（2 2）求解调器输入端的信噪比；）求解调器输入端的信噪比；（3 3）求解调器输出端的信噪比；）求解调器输出端的信噪比；（4 4）求解调器输出端的噪声功率谱密度，并用图形）求解调器输出端的噪声功率谱密度，并用图形表示出来表示出来例题：例题：通信原理通信原理解：解：（1 1）为保证信号顺利通过，尽可能滤除带外噪声，）为保证信号顺利通过，尽可能滤除带外噪声，带通滤波器的宽度等于已调信号带宽，即：带通滤波器的宽度等于已调信