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1、会计学1模拟角调制模拟角调制(tiozh)分析分析第一页，共80页。2008年1月2引引 言言n n频率调制简称调频(FM)，相位调制简称调相(PM)。n n这两种调制中，载波的幅度都保持恒定(hngdng)，而频率和相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化。n n角度调制：频率调制和相位调制的总称。n n已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。n n与幅度调制技术相比，角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能。第1页/共80页第二页，共80页。2008年1月3本章本章(bn zhn)目录目录n n4.1 角调制的基
2、本概念n n4.2 窄带角调制n n4.3 宽带调频n n4.4 宽带调相n n4.5 调频信号的产生与解调n n4.6 调频系统的抗噪声性能(xngnng)n n4.7 采用预加重和去加重改善信噪比n n4.8 频分复用(FDM)n n4.9 模拟通信系统举例第2页/共80页第三页，共80页。2008年1月44.1 角调制角调制(tiozh)的基的基本概念本概念 对任意正弦(zhngxin)信号，若有：则称之为调角信号。瞬时相角：瞬时相角：瞬时频率：瞬时频率：角度调制角度调制(tiozh)信号的一般表达式为：信号的一般表达式为：其中：其中：A，c和和0均为常数均为常数。为瞬时相位偏移，为瞬时
3、相位偏移，为瞬时频率偏移，为瞬时频率偏移，为瞬时相位，或相为瞬时相位，或相位。位。第3页/共80页第四页，共80页。2008年1月5n n相位调制相位调制(PM)(PM)：瞬时相位偏移随调制：瞬时相位偏移随调制信号作线性变化。信号作线性变化。n n式中式中KPMKPM 调相灵敏度，含义调相灵敏度，含义(hny)(hny)是单位调制信号幅度引起是单位调制信号幅度引起PMPM信号的相位偏移量，单位是信号的相位偏移量，单位是rad/Vrad/V。n n将上式代入一般表达式将上式代入一般表达式n n得到得到PMPM信号表达式信号表达式瞬时相角瞬时相角瞬时频率瞬时频率第4页/共80页第五页，共80页。2
4、008年1月6n n频率调制频率调制(FM)(FM)：瞬时：瞬时(shn sh)(shn sh)频率偏移频率偏移随调制信号成比例变化。随调制信号成比例变化。n n式中式中 KFM KFM 调频灵敏度，单位是调频灵敏度，单位是rad/srad/s V V。n n瞬时瞬时(shn sh)(shn sh)角频率角频率n n 瞬时瞬时(shn sh)(shn sh)相位相位n n得到得到FMFM信号表达式信号表达式第5页/共80页第六页，共80页。2008年1月7n nPMPM与与 FM FM的区别的区别n n PM PM是相位偏移随调制信号是相位偏移随调制信号f(t)f(t)线性变化，线性变化，FM
5、FM是相位偏移随是相位偏移随f(t)f(t)的积分呈线性变化。的积分呈线性变化。n n如果预先不知道调制信号如果预先不知道调制信号f(t)f(t)的具体形的具体形式式(xngsh)(xngsh)，则无法判断已调信号是调，则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。相信号还是调频信号。第6页/共80页第七页，共80页。2008年1月8n n单频调制的单频调制的FMFM与与PMPMn n 设调制信号为单频的余弦波，即设调制信号为单频的余弦波，即 n n 用它对载波进行相位调制时，将上式代入用它对载波进行相位调制时，将上式代入 n n 得到得到(d do)(d do)n n其中，其中，为调相指数，表示
6、最大的相位为调相指数，表示最大的相位偏移。偏移。第7页/共80页第八页，共80页。2008年1月9 若对载波调频(dio pn)，则有：其中，称为调频(dio pn)指数。为最大角频偏 为最大频偏。KFM 调频调频(dio pn)灵敏度，单位是灵敏度，单位是rad/s VKFMAm 最大角频率偏移，单位是最大角频率偏移，单位是rad/s第8页/共80页第九页，共80页。2008年1月10 瞬时频率瞬时频率调相波调频(dio pn)波第9页/共80页第十页，共80页。2008年1月11n nFM与PM之间的关系n n由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，所以FM与PM之间是可以相互转换的。n
7、n比较下面两式可见n n如果(rgu)将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相波，这种方式叫间接调相；n n如果(rgu)将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频波，这种方式叫间接调频。第10页/共80页第十一页，共80页。2008年1月12n n方框图方框图 （a a）直接调频）直接调频 （b b）间接调频）间接调频(c)(c)直接调相直接调相 (d)(d)间接调相间接调相第11页/共80页第十二页，共80页。2008年1月13 4.2 4.2 窄带窄带(zh(zh i di)i di)角调制角调制 窄带窄带(zh(zh i di)i di)角调制条件为：角调制条件为：满足上述条
8、件，则称之为窄带满足上述条件，则称之为窄带(zh(zh i di)i di)调频调频（或调相），记为（或调相），记为NBFMNBFM（或（或NBPMNBPM）；）；不满足上述条件的，则称之为宽带调频（或调不满足上述条件的，则称之为宽带调频（或调相），记为相），记为WBFMWBFM（或（或WBPMWBPM）。）。物理意义：物理意义：角调制信号带宽取决于相角调制信号带宽取决于相位位(xingwi)(xingwi)偏移的大小；偏移的大小；调频或调相所引起的最大调频或调相所引起的最大 瞬时相位瞬时相位(xingwi)(xingwi)偏移偏移远小于远小于30o30o；调制后信号带宽变化不大。调制后信号带
9、宽变化不大。第12页/共80页第十三页，共80页。2008年1月14 窄带调频窄带调频 FM FM信号信号(xnho)(xnho)为：为：当满足窄带调制条件时，有：当满足窄带调制条件时，有：因此：因此：设设 的频谱为的频谱为 ，且均值为，且均值为0，即，即 则有：则有：第13页/共80页第十四页，共80页。2008年1月15n nNBFM和AM信号频谱的比较n n相同点：n n两者都含有载波分量和两个边带，所以它们的带宽(di kun)相同n n不同点：n nNBFM的两个边频分别乘了因式1/(-c)和1/(+c)，由于因式是频率的函数，所以这种加权是频率加权，加权的结果引起调制信号频谱的失真
10、。n nNBFM的正负频率分量的符号相反。FF第14页/共80页第十五页，共80页。2008年1月16n nNBFMNBFM和和AMAM信号信号(xnho)(xnho)频谱的比较举例频谱的比较举例n n 以单音调制为例。设调制信号以单音调制为例。设调制信号(xnho)(xnho)n n则则NBFMNBFM信号信号(xnho)(xnho)为为n nAMAM信号信号(xnho)(xnho)为为n n 第15页/共80页第十六页，共80页。2008年1月17 n n AM与NBFM频谱图：n n n n 为使AM波不致过调，边频幅度(fd)不得超过载频幅度(fd)之半；n n为使NBFM满足窄带条件
11、，边频幅度(fd)应远小于载频幅度(fd)。第16页/共80页第十七页，共80页。2008年1月18n n矢量图n n(a)AM (b)NBFMn n区别：n n在AM中，两个边频的合成矢量与载波同相，所以只有幅度的变化，无相位的变化；n n在NBFM中，由于下边频为负，两个边频的合成矢量与载波则是正交相加，所以NBFM不仅有相位的变化，幅度也有很小的变化。n n应用：n n由于NBFM信号最大频率偏移(pin y)较小，占据的带宽较窄，但是其抗干扰性能比AM系统要好得多，因此得到较广泛的应用。第17页/共80页第十八页，共80页。2008年1月19 窄带调相窄带调相 窄带调相可表示为：窄带调
12、相可表示为：其频谱为：其频谱为：NBPMNBPM与与AMAM比较比较(b(b jio)jio)：相似：频谱中有载频和边频，所以二者带宽相等相似：频谱中有载频和边频，所以二者带宽相等区别：区别：NBPMNBPM信号频谱的正负边频要分别移相正负信号频谱的正负边频要分别移相正负9090度。度。第18页/共80页第十九页，共80页。2008年1月20 4.3 4.3 宽带调频宽带调频不满足窄带条件的为宽带调频；不满足窄带条件的为宽带调频；调制调制(tiozh)(tiozh)信号对载波进行频率调制信号对载波进行频率调制(tiozh)(tiozh)将将产生较大频偏；产生较大频偏；已调信号在传输时要占用较宽
13、频带。已调信号在传输时要占用较宽频带。单频信号的宽带调频单频信号的宽带调频 设设 则宽带调频信号为：则宽带调频信号为：利用三角公式展开：利用三角公式展开：第19页/共80页第二十页，共80页。2008年1月21 将上式两个(lin)因子分别展开成付氏级数，则有：其中：其中：称为第一类称为第一类n阶贝塞尔函数，它是阶贝塞尔函数，它是n和和 函数。且：函数。且：第20页/共80页第二十一页，共80页。2008年1月22 利用利用(lyng)(lyng)三角公式和贝塞尔函数的性质，可得调频三角公式和贝塞尔函数的性质，可得调频信号级数展开式：信号级数展开式：其频谱为：其频谱为：v频谱具有非线性的特点频
14、谱具有非线性的特点v有载频，有上下边频有载频，有上下边频 ，边频幅度为，边频幅度为 ，n为奇为奇数时，上下边频极性相反；数时，上下边频极性相反；v当当 时，只有时，只有 和和 有值，其它有值，其它n值时值时 都接近于零，此时的信号只有载频和上下边频，这就是窄带都接近于零，此时的信号只有载频和上下边频，这就是窄带调频。调频。v当当 时，对应宽带调频。时，对应宽带调频。第21页/共80页第二十二页，共80页。2008年1月23调频信号调频信号(xnho)的带宽的带宽n n理论上，调频信号的频带宽度为无限宽。n n实际上，边频幅度随着n的增大(zn d)而逐渐减小，因此调频信号可近似认为具有有限频谱
15、。n n通常采用的原则是，信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波的10%以上的边频分量。n n当FM 1以后，取边频数n=FM+1即可。因为n FM+1以上的边频幅度均小于0.1Ac。n n被保留的上、下边频数共有2n=2(FM+1)个，相邻边频之间的频率间隔为fm，所以调频波的有效带宽为卡森（卡森（Carson）公式）公式(gngsh)第22页/共80页第二十三页，共80页。2008年1月24 n n 当 ，有：。这就是(jish)NBFM的带宽。n n 当 ，有：。n n 调频指数(zhsh)与带宽的关系：第23页/共80页第二十四页，共80页。2008年1月25 FM信号的功率分配 对于F
16、M信号，已调信号和未调载波信号的功率均为 ，与调制过程及调频指数无关。设 ，分别代表载波功率、边频功率和总功率，则有：，其中 功率分布与 有关，而 与调制信号的幅度和频率有关，调制信号虽不提供功率，但却控制着功率的分布。即调制后总的功率不变，只是(zhsh)将原来载波功率中的一部分分配给每个边频分量。第24页/共80页第二十五页，共80页。2008年1月26 例4-1当调频指数 时，求各次边频的幅度，并画出频谱图，求出载波(zib)分量功率和边频分量功率。设未调载波(zib)幅度为A。解：由卡森公式可知，取到4次边频即可。查贝塞尔函数表可得：载波(zib)分量功率为：4次边频分量的功率和为：总
17、功率为：为未调载波(zib)功率的99.4%，被忽略的仅占0.6%。第25页/共80页第二十六页，共80页。2008年1月27 设 ，则调相信号为：其中(qzhng)为调相指数。其最大角频偏为：带宽为：当当 时，时，。注意注意：，与，与 无关。即无关。即PM信号带宽随信号带宽随 的的变化而变化，而变化而变化，而FM信号则基本不变。信号则基本不变。4.4 宽带宽带(kun di)调调相相调相指数：最大相位偏移调相指数：最大相位偏移(pin y)(pin y)数量；对相位数量；对相位偏移偏移(pin y)(pin y)求导得最求导得最大角频偏大角频偏 第26页/共80页第二十七页，共80页。200
18、8年1月28 调频信号的产生 直接调频法和间接调频法（倍频法）直接调频法（参数变值法）用调制信号直接控制电抗元件的参数，改变输出信号瞬时频率来实现调频。实际中，常采用(ciyng)VCO作为调制器。电抗元件可由变容二极管、电抗管、集成VCO及微波速调管等充当。4.5 调频调频(dio pn)信号的产生与解调信号的产生与解调第27页/共80页第二十八页，共80页。2008年1月29n n直接调频法的主要优缺点：n n优点：可以获得较大的频偏n n缺点：频率(pnl)稳定度不高n n改进途径：用自动频率(pnl)控制系统稳定中心频率(pnl)n n采用如下锁相环（PLL）调制器 直接(zhji)调
19、频法分析相位相位(xingwi)检测器检测器环路环路滤波器滤波器第28页/共80页第二十九页，共80页。2008年1月30n n间接法调频n n倍频(bi pn)法 阿姆斯特朗（Armstrong）法 n n原理：n n先将调制信号积分，然后对载波进行调相，即可产生一个窄带调频(NBFM)信号n n再经n次倍频(bi pn)器得到宽带调频(WBFM)信号n n方框图：第29页/共80页第三十页，共80页。2008年1月311.1.产生窄带产生窄带(zh(zh i di)i di)调频信号调频信号窄带窄带(zh(zh i di)i di)调频公式调频公式窄带窄带(zh(zh i di)i di)
20、调频信号可看成由正交分量与同相分调频信号可看成由正交分量与同相分量合成的。所以可以用下图产生窄带量合成的。所以可以用下图产生窄带(zh(zh i di)i di)调调频信号：频信号：第30页/共80页第三十一页，共80页。2008年1月32 2.2.倍频：倍频：目的：为提高调频指数，从而获得宽带调频。目的：为提高调频指数，从而获得宽带调频。方法：倍频器可以用非线性器件方法：倍频器可以用非线性器件(qjin)(qjin)实现。实现。原理：以理想平方律器件原理：以理想平方律器件(qjin)(qjin)为例，其输出为例，其输出-输输入特性为入特性为 当输入信号为调频信号时，有当输入信号为调频信号时，
21、有 分析与推广分析与推广滤除直流成分后，可得到一个新的调频信滤除直流成分后，可得到一个新的调频信号，其载频和相位号，其载频和相位(xingwi)(xingwi)偏移均增偏移均增为为2 2倍，由于相位倍，由于相位(xingwi)(xingwi)偏移增为偏移增为2 2倍，因而调频指数也必然增为倍，因而调频指数也必然增为2 2倍。倍。经经n n次倍频后可以使调频信号的载频和调次倍频后可以使调频信号的载频和调频指数增为频指数增为n n倍。倍。第31页/共80页第三十二页，共80页。2008年1月33n n典型实例：调频广播发射机典型实例：调频广播发射机n n载频：载频：f1=200kHz f1=200
22、kHz n n调制信号最高频率调制信号最高频率 fm=15kHz fm=15kHz n n间接法产生的最大频偏间接法产生的最大频偏 f1=25 Hz f1=25 Hz n n调频广播要求的最终频偏调频广播要求的最终频偏 f=75 kHz f=75 kHz，发射载频，发射载频在在88-108 MHz88-108 MHz频段内，所以需要经过频段内，所以需要经过n n次的倍频，以满足最终频偏次的倍频，以满足最终频偏=75kHz=75kHz的要求。的要求。n n倍频器在提高相位倍频器在提高相位(xingwi)(xingwi)偏移的同时，也使偏移的同时，也使载波频率提高了，倍频后新的载波频率载波频率提高
23、了，倍频后新的载波频率(nf1)(nf1)高高达达600MHz600MHz，不符合，不符合 fc=88-108MHz fc=88-108MHz的要求，因此的要求，因此需用混频器进行下变频来解决这个问题。需用混频器进行下变频来解决这个问题。第32页/共80页第三十三页，共80页。2008年1月34n n阿姆斯特朗（Armstrong）法具体(jt)方案f混频混频(hn pn)取下取下变频：变频：第33页/共80页第三十四页，共80页。2008年1月35例例4-24-2用用先先产产生生窄窄带带调调频频(dio(dio pn)pn)信信号号，再再用用一一级级倍倍频频法法产产生生宽宽带带调调频频(di
24、o(dio pn)pn)信信号号。调调制制信信号号是是频频率率为为15kHz 15kHz 的的单单频频余余弦弦信信号号，窄窄带带调调频频(dio(dio pn)pn)的的载载频频f1=200kHzf1=200kHz，最最大大频频偏偏f1 f1=25Hz=25Hz。若若要要求求最最后后输输出出的的调调频频(dio(dio pn)pn)信信号号的的最最大大频频偏偏f2 f2=75kHz=75kHz，载载频频fc=90MHzfc=90MHz，试试求求倍倍频频器器的的倍倍频次数频次数n n和变频器参考信号的频率和变频器参考信号的频率fr fr。解解：窄窄带带调调频频(dio(dio pn)pn)信信号
25、号的的最最大大频频偏偏f1 f1=25kHz=25kHz，最最后后输输出信号的最大频偏出信号的最大频偏f2=75kHzf2=75kHz，倍频的次数，倍频的次数 n=n=f2f2f1=751000 f1=751000 25=3000 25=3000 倍频后的载频倍频后的载频 f2=n f1=3000200103=600(MHz)f2=n f1=3000200103=600(MHz)发使用下变频方法将频率降到发使用下变频方法将频率降到90MHz90MHz，参考信号频率，参考信号频率 fr=f2 fr=f2f1=600f1=60090=510(MHz)90=510(MHz)第34页/共80页第三十五
26、页，共80页。2008年1月36例4-3用倍频法构成调频发射机。设调制信号(xnho)是频率为 的单频余弦信号(xnho)，NBFM载频 ，最大频偏 ，混频器参考频率 ，倍频次数 。(1)求窄带调频信号(xnho)的调频指数；(2)求调频发射信号(xnho)的载频、最大频偏、调频指数。解：(1)由NBFM最大频偏 和调制信号(xnho)频率可求出调频指数 (2)发射机载频可 ，求出，即发射机最大频偏调频指数 第35页/共80页第三十六页，共80页。2008年1月37 调频信号的解调有相干与非相干解调两种方法(fngf)。相干解调适合于窄带调频非相干解调既适合于窄带调频，也适合于宽带调频。1.非
27、相干解调：用线性频率-电压转换特性产生AMFM波，再进行包络检波。设输入信号为：则解调器输出应为：使用微分器，输出为：上式即为AMFM信号。调频信号调频信号(xnho)的解调的解调第36页/共80页第三十七页，共80页。2008年1月38 包络检波后滤除直流，便可得 。鉴频特性及其组成(z chn)如下图所示。第37页/共80页第三十八页，共80页。2008年1月39 设 及 。则乘法器的输出(shch)为：经低通后输出(shch)为：经微分器后输出(shch)为：2.相干相干(xinggn)解调：解调：第38页/共80页第三十九页，共80页。2008年1月40 非相干解调的抗噪声性能 分析模
28、型见下图。带通滤波器用于抑制带外噪声，设信道引入的高斯白噪声的单边功率谱密度(md)为no 解调器输入信号为：输入信号平均功率为：4.6 调频调频(dio pn)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能第39页/共80页第四十页，共80页。2008年1月41 输入噪声的平均功率为：所以，输入信噪比为：由于(yuy)：或写成合成矢量形式：在高输入SNR时，有 ，可得近似简化形式 经微分器后，输出为：这里：有用(yu yn)信号项噪声(zoshng)项第40页/共80页第四十一页，共80页。2008年1月42 由于 ，所以 所以输出信号功率为：输出噪声项分析(fnx)：由于 ，而 、和 的平均功率相等 ，
29、带宽相差2倍，所以它们 的功率谱密度如右图所示。输出输出(shch)有用项有用项分析分析n0/2n0n0双边双边(shungbin)功率谱密度功率谱密度第41页/共80页第四十二页，共80页。2008年1月43 是窄带噪声的正交分量 ,所以其功率谱密度为n0。微分(wi fn)网络功率传递函数为 所以，经过微分(wi fn)网络后，噪声输出功率谱密度为：可见，输出噪声与输出频率的平方成正比。第42页/共80页第四十三页，共80页。2008年1月44窄带窄带(zhi di)噪声噪声鉴频器输入鉴频器输入(shr)噪声噪声鉴频器输鉴频器输出出(shch)噪声噪声解调过程中噪声功率谱的变化解调过程中噪
30、声功率谱的变化低通滤波后的输出功率低通滤波后的输出功率第43页/共80页第四十四页，共80页。2008年1月45 所以(suy)输出噪声功率为：因此，输出信噪比为：由于 ，所以(suy)所以(suy)，有：所以(suy)，信噪比增益为：第44页/共80页第四十五页，共80页。2008年1月46 当 时，有 此时，有下式成立：在单频调制时，同时(tngsh)还有下式成立：所以，。当 时，。第45页/共80页第四十六页，共80页。2008年1月47调频调频(dio pn)性能分析性能分析n n在大信噪比情况下，宽带调频系统的信噪比增益是很高的，即抗噪声性能好。n n例如，调频广播中常(zhngch
31、ng)取 ，则制度增益GFM=450。也就是说，加大调制指数，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。n n调频系统性能优于线性调制系统的原因：n n以带宽换取信噪比；n n以带宽换取信噪比有一定的限制：n n带宽增大，噪声功率增大，信噪比下降，门限效应，输出信噪比急剧恶化。第46页/共80页第四十七页，共80页。2008年1月48例4-4 设调频与常规调幅信号均为单频调制，调频指数为 ，调幅指数 ，调制信号频率为 。当信道(xn do)条件相同、接收信号功率相同时比较它们的抗噪声性能。解：调频波的输出信噪比常规调幅波的输出信噪比则两种信号输出信噪比之比为第47页/共80页第四十八页，共80页。20
32、08年1月49 由给定条件可列出以下表达式：将以上(yshng)结果代入 的表达式，得：分分 析析 当信道条件相同当信道条件相同(xin(xin tn)tn)、接收信号功率相同、接收信号功率相同(xin tn)(xin tn)时，调频系统时，调频系统输出信噪比是常规调幅系统的输出信噪比是常规调幅系统的4.5FM24.5FM2倍，与调频指数的倍，与调频指数的平方成正比。平方成正比。第48页/共80页第四十九页，共80页。2008年1月50例4-5已知调制信号是8MHz的单频余弦信号，若要求输出信噪比为40 dB，试比较调制效率为1/3的常规调幅系统和调频指数(zhsh)为5的调频系统的带宽和发射
33、功率。设信道噪声的单边功率谱密度为 ，信道损 耗 为60 dB。解：调频系统的带宽和信噪比增益分别为：常规调幅系统的带宽和信噪比增益分别为：信信 道道 接收机接收机sTsTso第49页/共80页第五十页，共80页。2008年1月51 调频调频(dio pn)(dio pn)系统的发射功率为：系统的发射功率为：常规调幅系统的发射功率为：常规调幅系统的发射功率为：第50页/共80页第五十一页，共80页。2008年1月52 调频系统中的门限效应 以上所讨论的是以大信噪比为前提的。随着信噪比的降低(jingd)，将出现门限效应。所谓门限效应是指随输入信噪比降低(jingd)，输出信噪比急剧下降的一种效
34、应。门限值 出现门限效应时所对应的输入信噪比值称为门限值，记为(Si/Ni)b。第51页/共80页第五十二页，共80页。2008年1月53例：例：例：例：单音调制单音调制单音调制单音调制(tiozh)(tiozh)时输入输出信噪比的关系时输入输出信噪比的关系时输入输出信噪比的关系时输入输出信噪比的关系门限值与调制指数有关：门限值与调制指数有关：1.FM越大，门限值越高。越大，门限值越高。2.不同不同FM 时，门限值的变化时，门限值的变化不大，大约在不大，大约在811dB的范围内的范围内变化，一般认为门限值为变化，一般认为门限值为10 dB左右。左右。3.在门限值以上时，在门限值以上时，(So/
35、No)FM与与(Si/Ni)FM呈线性关系，且呈线性关系，且FM越大，输出越大，输出(shch)信噪比信噪比的改善越明显。的改善越明显。4.门限值之下，门限值之下，FM越大，越大，(So/No)FM下降越快。下降越快。第52页/共80页第五十三页，共80页。2008年1月54n n门限效应是FM系统存在的一个实际问题。尤其在采用调频制的远距离通信和卫星通信等领域中，对调频接收机的门限效应十分关注，希望(xwng)门限点向低输入信噪比方向扩展。n n降低门限值（也称门限扩展）的方法有很多，例如，可以采用锁相环解调器和负反馈解调器，它们的门限比一般鉴频器的门限电平低 610dB。n n还可以采用“
36、预加重”和“去加重”技术来进一步改善调频解调器的输出信噪比。这也相当于改善了门限。第53页/共80页第五十四页，共80页。2008年1月55 相干解调的抗噪声(zoshng)性能 窄带相干解调模型如下图所示。经相干解调后，输出：所以输出信号功率为：第54页/共80页第五十五页，共80页。2008年1月56 噪声的功率谱密度为：所以输出噪声功率为：因而，输出信噪比为：由于输入信噪比为：所以，窄带(zhi di)调频信噪比增益为：第55页/共80页第五十六页，共80页。2008年1月57 由于由于(yuy)(yuy)，所以，所以 。故有：故有：对于单频调制信号，对于单频调制信号，并且对窄带调，并且
37、对窄带调频而言，频而言，常取，常取 。所以，有：所以，有：。注意：相干解调虽信噪比增益很低，但不存在非相注意：相干解调虽信噪比增益很低，但不存在非相干解调的门限效应。干解调的门限效应。第56页/共80页第五十七页，共80页。2008年1月584.7 采用(ciyng)预加重和去加重改善信噪比原因：鉴频器输出噪声功率谱随f呈抛物线形状增大。但在调频广播中所传送的语音和音乐信号的能量却主要分布在低频端，且其功率谱密度随频率的增高而下降。在信号高频端的信号谱密度最小，而噪声谱密度却是最大，致使高频端的输出信噪比明显下降，这对解调信号质量会带来很大的影响。目的：为了进一步改善调频解调器的输出信噪比，针
38、对鉴频器输出噪声谱呈抛物线形状这一特点，在调频系统中广泛采用(ciyng)了加重技术，包括“预加重和“去加重”措施。“预加重”和“去加重”的设计思想是保持输出信号不变，有效降低输出噪声，以达到提高输出信噪比的目的。第57页/共80页第五十八页，共80页。2008年1月59n n原理n n“去加重”：就是在解调器输出端接一个传输特性随频率增加而滚降的线性网络Hd(f)，将调制频率高频端的噪声衰减，使总的噪声功率减小。由于去加重网络的加入，在有效(yuxio)地减弱输出噪声的同时，必将使传输信号产生频率失真。n n“预加重”：在调制器前加入一个预加重网络Hp(f)，人为地提升调制信号的高频分量，以
39、抵消去加重网络的影响。显然，为了使传输信号不失真，应该有n n这是保证输出信号不变的必要条件。第58页/共80页第五十九页，共80页。2008年1月60n n方框图：加有预加重和去加重的调频系统n n性能n n由于采用预加重/去加重系统的输出信号功率与没有采用预加重/去加重系统的功率相同，所以调频解调器的输出信噪比的改善程度(chngd)可用加重前的输出噪声功率与加重后的输出噪声功率的比值确定，即n n上式进一步说明，输出信噪比的改善程度(chngd)取决于去加重网络的特性。第59页/共80页第六十页，共80页。2008年1月61n n实用(shyng)电路：下图给出了一种实际中常采用的预加重
40、和去加重电路，它在保持信号传输带宽不变的条件下，可使输出信噪比提高6 dB左右。预加重网络与网络特性预加重网络与网络特性去加重网络与网络特性去加重网络与网络特性第60页/共80页第六十一页，共80页。2008年1月62调制调制方式方式传输带宽传输带宽设备复杂设备复杂程度程度主要应用主要应用AM2fm简单简单中短波无线电广播中短波无线电广播DSDSB B2fm中等中等单独应用较少，主要用单独应用较少，主要用于复合调制中于复合调制中 SSB SSBfm复杂复杂短波无线电广播、话音频分短波无线电广播、话音频分复用、载波通信、数据传输复用、载波通信、数据传输VSVSB B略大于略大于fm 近似近似SS
41、BSSB复杂复杂电视广播、数据传输电视广播、数据传输 FM复杂复杂超短波小功率电台（窄带超短波小功率电台（窄带FMFM）；调频立体声广播等高）；调频立体声广播等高质量通信（宽带质量通信（宽带FMFM）总结(zngji)：各种模拟调制系统的比较第61页/共80页第六十二页，共80页。2008年1月63 一、抗噪声性能一、抗噪声性能(xngnng)(xngnng)WBFM WBFM抗噪声性能抗噪声性能(xngnng)(xngnng)最好，最好，DSBDSB、SSBSSB、VSBVSB抗噪声抗噪声性能性能(xngnng)(xngnng)次之，次之，AMAM抗噪声性抗噪声性能最差。能最差。右图画出了各
42、种模拟调制右图画出了各种模拟调制系统的性能系统的性能(xngnng)(xngnng)曲线曲线,图中的圆图中的圆点表示门限点。点表示门限点。门限点以下，曲线迅速下跌；门限点以上，门限点以下，曲线迅速下跌；门限点以上，DSBDSB、SSBSSB的信噪比比的信噪比比AMAM高高4.7dB4.7dB以上，而以上，而FMFM（FM FM=6=6）的信噪比比）的信噪比比AMAM高高22dB22dB。当输入信噪比较高时，当输入信噪比较高时，FMFM的调频指数越大，抗噪的调频指数越大，抗噪声性能声性能(xngnng)(xngnng)越好。越好。第62页/共80页第六十三页，共80页。2008年1月64 二、频
43、带二、频带(pndi)(pndi)利用率利用率SSBSSB的带宽最窄，其频带的带宽最窄，其频带(pndi)(pndi)利用率最高；利用率最高；FMFM占用的带宽随调频指数的增大而增大，其频占用的带宽随调频指数的增大而增大，其频带带(pndi)(pndi)利用率最低。利用率最低。FMFM是以牺牲有效性来换取可靠性的是以牺牲有效性来换取可靠性的.FMFM值的选择要从通信质量和带宽限制两方面值的选择要从通信质量和带宽限制两方面考虑考虑:对于高质量通信（高保真音乐广播，电视伴音、对于高质量通信（高保真音乐广播，电视伴音、双向式固定或移动通信、卫星通信和蜂窝电双向式固定或移动通信、卫星通信和蜂窝电话系统
44、）采用话系统）采用WBFMWBFM，FM FM值选大些。值选大些。对于一般通信，要考虑接收微弱信号，带宽窄对于一般通信，要考虑接收微弱信号，带宽窄些，噪声影响小，常选用些，噪声影响小，常选用FMFM较小的调频方较小的调频方式。式。第63页/共80页第六十四页，共80页。2008年1月65 三、特点与应用AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播。DSB调制：优点是功率利用率高，且带宽与AM相同，但设备较复杂。应用较少，一般用于点对点专用通信(tng xn)。SSB调制：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽
45、只有AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。SSB常用于频分多路复用系统中。VSB调制：抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电视广播、数传等系统中得到了广泛应用。FM：FM的抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信(tng xn)系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。第64页/共80页第六十五页，共80页。2008年1月66 关于复用关于复用若干路独立信号在同一信道中传送称为复用。若干路独立信号在同一信道中传送称为复用。由于由于(yuy)(yuy)在一个信道传输多路信号而互不在一个信道传输多路信号而互不干扰，因此可以提高信道利用率。干扰，因此可以提高信道利用率。复用主要包括频分复用（复
46、用主要包括频分复用（FDMFDM）和时分复用）和时分复用（TDMTDM）频分复用是按频率分割多路信号的方法。频分复用是按频率分割多路信号的方法。时分复用是按时间分割多路信号的方法。时分复用是按时间分割多路信号的方法。第65页/共80页第六十六页，共80页。2008年1月674.8 频分复用(FDM)频分复用（FDM）目的：充分利用信道的频带资源(zyun)，提高信道利用率原理:第66页/共80页第六十七页，共80页。2008年1月68 频分复用的优缺点频分复用的优缺点优点是信道利用率高，复用路数优点是信道利用率高，复用路数(lsh)(lsh)多，分多，分路方便。路方便。缺点是设备复杂，需大量的
47、调制器、解调器，缺点是设备复杂，需大量的调制器、解调器，还要求接收端提供相干载波。还要求接收端提供相干载波。传输过程中存在非线性失真，如串音，抗干传输过程中存在非线性失真，如串音，抗干扰能力较差。扰能力较差。为了减少载频的数量和各种部件的类型可采为了减少载频的数量和各种部件的类型可采用多级调制。用多级调制。第67页/共80页第六十八页，共80页。2008年1月69 复合调制 采用两种或两种以上调制方式的复用(f yn)方式为复合调制。在模拟调制中，通常是先进行FDM，再进行第二种调制；而在数字调制中，通常是先进行TDM，再进行第二种调制。右图为模拟 SSB/FM复 合调制系统。第68页/共80
48、页第六十九页，共80页。2008年1月70 4.9 模拟通信系统举例载波电话系统 载波电话为充分利用频率资源，一律采用SSB调制方式，且一律采用下边带。下图为载波通信(zi b tn xn)系统连接示意图。第69页/共80页第七十页，共80页。2008年1月71 基群信号(xnho)形成的频谱搬移过程。第70页/共80页第七十一页，共80页。2008年1月72 超群信号形成(xngchng)的频谱搬移过程。第71页/共80页第七十二页，共80页。2008年1月73 调幅广播 调幅广播采用AM调制，分中波和短波。中波载频(zi pn)为535 kHz 1 605 kHz；而短波载频(zi pn)
49、为3.9 MHz 18 MHz。在调幅广播中，调制信号的最高频率取到4.5 kHz，载频(zi pn)间隔为 。调频广播 在单声道FM广播中，取 为15 kHz，最大频偏为75 kHz，所以调频信号带宽为：规定各电台之间的频道间隔为200 kHz。第72页/共80页第七十三页，共80页。2008年1月74 双声道立体声FM广播与单声道FM广播兼容。其信号形成过程(guchng)及其频谱如下图所示。上边带上边带第73页/共80页第七十四页，共80页。2008年1月75 立体声广播信号的解调如下图所示。FM立体声广播的载频为：87 MHz 108 MHz。属于(shy)VHF频段，位于我国电视第5
50、和第6频道之间。第74页/共80页第七十五页，共80页。2008年1月76 地面广播电视 图象信号频率 为：0 6 MHz；伴音(bnyn)最高频率 为：；最大频偏为：；伴音(bnyn)FM带宽 为：130KMHz；图象VSB调制；伴音(bnyn)FM调制。第75页/共80页第七十六页，共80页。2008年1月77 卫星直播(zhb)电视 卫星直播(zhb)电视系统原理见下图。图象传输采用FM方式，单路伴音采用FM方式，多路伴音先形成TDM的PCM信号，再进行四相差分PSK，再与图象信号相加成FDM的 电视基带信 号，该信号 送至70 MHz 调制器进行 FM，最后再 送发射机。第76页/共8