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1、会计学1现代通信现代通信(tng xn)原理资料原理资料第一页，共71页。2023/2/272n n （6）调频信号非相干(xinggn)解调时门限效应的物理解释；n n （7）预加重/去加重改善信噪比的原理；n n （8）改善门限效应的方法及基本原理；n n （9）调频在广播、电视中的应用。第2页/共71页第二页，共71页。2023/2/273第四章第四章第四章第四章 模拟模拟模拟模拟(mn)(mn)(mn)(mn)角度调制角度调制角度调制角度调制4.1 4.1 基本概念基本概念一一.基本概念基本概念在第三章模拟线性调制中，已调信号的频谱与调制信在第三章模拟线性调制中，已调信号的频谱与调制信
2、号的频谱只存在线性对应关系（搬移）。号的频谱只存在线性对应关系（搬移）。本章中介绍的模拟角度调制，是一种非线性调制，已本章中介绍的模拟角度调制，是一种非线性调制，已调信号相对调信号相对(xingdu)(xingdu)于调制信号有新的频率成于调制信号有新的频率成分产生。分产生。第3页/共71页第三页，共71页。2023/2/274第四章第四章第四章第四章 模拟模拟模拟模拟(mn)(mn)(mn)(mn)角度调制角度调制角度调制角度调制设一个未调载波设一个未调载波 C(t)=Acos(C(t)=Acos(ct+ct+0)0)振幅振幅A A，频率频率f(f(角频率角频率c)c)相角相角(ct+ct+
3、0)0)（初相（初相0 0）都可以携带信息，产生了调幅、调频和调相都可以携带信息，产生了调幅、调频和调相三种三种(sn zhn)(sn zhn)模拟调制方式。模拟调制方式。第4页/共71页第四页，共71页。2023/2/275第四章第四章第四章第四章 模拟模拟模拟模拟(mn)(mn)(mn)(mn)角度调制角度调制角度调制角度调制n n在模拟(mn)通信中，常用调频方式，如调频收音机、电视伴音、卫星通信等。n n在数字通信中，常采用调相方式，如PSK，QPSK等。第5页/共71页第五页，共71页。2023/2/2761.频率调制(Frequency Modulation,FM)定义(dngy)
4、：已调信号的瞬时角频率（或频率）随调制信号的幅度变化而变化。时域表达式：SFM=Acosc+KFMf(t)t 频偏=KFMf(t)；瞬时角频率=c+KFMf(t)频偏常数KFM第6页/共71页第六页，共71页。2023/2/277调频波的另一种(y zhn)时域表达式：因瞬时角频率和瞬时相位角之间是微分和积分的关系，即：所以(suy)：第7页/共71页第七页，共71页。2023/2/278调频(dio pn)波的另一种时域表达式为：第8页/共71页第八页，共71页。2023/2/2792.相位调制(tiozh)(Phase Modulation,PM)定义：已调信号的瞬时相角（或初相）随调制(
5、tiozh)信号的幅度变化而变化。时域表达式：SPM=Acosct+KPMf(t)瞬时相位偏移：=KPMf(t)KFM称为相移常数，取决于实现电路第9页/共71页第九页，共71页。2023/2/2710调相波的另一种时域表达式：因瞬时(shn sh)角频率和瞬时(shn sh)相位角之间是微分和积分的关系，所以：SPM=Acosc+KPMdf(t)/dtt第10页/共71页第十页，共71页。2023/2/27113.间接调相/调频(dio pn)由于相位和频率互为微分和积分的关系,可以用调频(dio pn)器来实现调相，称为间接调相。也可以用调相器来实现调频(dio pn)，称为间接调频(di
6、o pn)。间接(jin ji)调相间接(jin ji)调频第11页/共71页第十一页，共71页。2023/2/2712 通常(tngchng)情况下，调相器的调节范围不能超过（-，），所以直接调相和间接调频只适用于窄带角度调制。对于宽带角度调制，常用直接调频和间接调相。第12页/共71页第十二页，共71页。2023/2/2713二.单频余弦情况调制(tiozh)信号f(t)=Amcosmt调相信号(xnho)调相指数(zhsh)PM=KPMAm第13页/共71页第十三页，共71页。2023/2/2714调频(dio pn)信号调频(dio pn)指数为FM用瞬时(shn sh)角频率表示式中
7、max=KFMAM为最大角频偏。第14页/共71页第十四页，共71页。2023/2/2715第15页/共71页第十五页，共71页。2023/2/27164.2 4.2 4.2 4.2 窄带窄带窄带窄带(zhi di)(zhi di)(zhi di)(zhi di)角调制角调制角调制角调制 根据调制后载波瞬时相位(xingwi)偏移的大小，可以将角度调制分为宽带和窄带两种。第16页/共71页第十六页，共71页。2023/2/2717一一.窄带窄带(zhi di)(zhi di)调调频频1.时域根据(gnj)三角函数公式,当满足窄带条件时,有 窄带调频信号(xnho)可以表示为:第17页/共71页
8、第十七页，共71页。2023/2/27182.频域 若调制(tiozh)信号f(t)的频谱为F（），f(t)的平均值为0，即 则由傅氏变换(binhun)理论可知第18页/共71页第十八页，共71页。2023/2/2719窄带调频(dio pn)信号的频域表达式为：第19页/共71页第十九页，共71页。2023/2/2720窄带调频窄带调频(dio pn)(dio pn)与与AM AM 信号的比较信号的比较以单频调制(tiozh)为例，f(t)=Amcosmt标准(biozhn)AM信号第20页/共71页第二十页，共71页。2023/2/2721第21页/共71页第二十一页，共71页。2023
9、/2/2722两者都具有(jyu)载波+两个边带：单频载频c、上边频c+m、下边频c-m两者有相同的带宽BNBFM=BAM=2fm第22页/共71页第二十二页，共71页。2023/2/2723标准AM 中，f(t)改变载波的幅度；合成矢量永远与载波同相，m旋转变化的结果不会(b hu)造成载波频率的变化，只引起幅度变化。第23页/共71页第二十三页，共71页。2023/2/2724（4）窄带FM 改变(gibin)的是载波的频率。合成矢量永远与载波矢量垂直，m旋转变化的结果造成载波频率变化，不改变(gibin)载波幅度。第24页/共71页第二十四页，共71页。2023/2/2725二二.窄带窄
10、带(zhi di)(zhi di)调调相相时域频域第25页/共71页第二十五页，共71页。2023/2/2726窄带调相与常规调幅窄带调相与常规调幅(dio f)的的比较比较 窄带调相与常规调幅相似，在它的频谱中窄带调相与常规调幅相似，在它的频谱中包括载频包括载频cc和围绕和围绕cc的两个边带的两个边带(bin di)(bin di)。窄带调相搬移到窄带调相搬移到cc位置的位置的F F（-c-c）要相移）要相移90O90O。窄带调相搬移到窄带调相搬移到-c-c位置的位置的F F（+c+c）要相移）要相移-90O-90O。第26页/共71页第二十六页，共71页。2023/2/27274.3 4.
11、3 正弦信号正弦信号(xnho)(xnho)调制时的宽带调频调制时的宽带调频设调制信号(xnho)为单频余弦f(t)=Amcosmt=Amcos2fmt其中，调频(dio pn)指数 对于不满足窄带条件的情况，三角函数近似式不成立第27页/共71页第二十七页，共71页。2023/2/27284.3 4.3 4.3 4.3 正弦信号调制时的宽带正弦信号调制时的宽带正弦信号调制时的宽带正弦信号调制时的宽带(kun(kun(kun(kun di)di)di)di)调频调频调频调频表达式可以(ky)写成下式可以展开下式可以展开(zhn ki)(zhn ki)成以贝塞尔函数为系数的三角级数成以贝塞尔函数
12、为系数的三角级数第28页/共71页第二十八页，共71页。2023/2/2729 贝塞尔函数被制成表格数据或绘成曲线(qxin)供工程查阅。式中的系数(xsh)被称为贝塞尔函数，可以用无穷级数计算。第29页/共71页第二十九页，共71页。2023/2/2730第30页/共71页第三十页，共71页。2023/2/2731第31页/共71页第三十一页，共71页。2023/2/2732下式是用贝塞尔函数表示的宽带调频下式是用贝塞尔函数表示的宽带调频(dio pn)(dio pn)信号。信号。贝塞尔函数贝塞尔函数(hnsh)(hnsh)有如下性质：有如下性质：即奇次谐波(xi b)关于=c轴奇对称 偶次
13、谐波(xi b)关于=c轴偶对称第32页/共71页第三十二页，共71页。2023/2/2733 这相当于窄带(zhi di)调频。对于任意FM值，各阶贝塞尔函数的平方和恒等于(dngy)1，即已调波的各次谐波能量之和等于(dngy)载波能量，满足能量守恒。第33页/共71页第三十三页，共71页。2023/2/2734利用(lyng)cosxcosy=cos(x-y)+cos(x+y)/2 sinxsiny=cos(x-y)-cos(x+y)/2 J-n(FM)=(-1)nJn(FM)有 结论:调频信号的频谱中含有无穷多个频率分量，其幅度正比于各自对应的贝塞尔系数。奇次谐波关于(guny)=c轴
14、奇对称,偶次谐波关于(guny)=c轴偶对称 调频信号的带宽是无穷的。第34页/共71页第三十四页，共71页。2023/2/2735二二二二.单频调制单频调制单频调制单频调制(tiozh)FM(tiozh)FM(tiozh)FM(tiozh)FM信号性质信号性质信号性质信号性质 1.1.宽带调频信号的频谱为载频宽带调频信号的频谱为载频+无穷多对对无穷多对对称分布在载频两边的边频分量。称分布在载频两边的边频分量。2.2.由于贝塞尔系数的大小随阶数上升而下降，由于贝塞尔系数的大小随阶数上升而下降，所以功率较大的频率分量主要集中在低阶频谱，所以功率较大的频率分量主要集中在低阶频谱，可以只传输带宽可以
15、只传输带宽FMFM以内的信号。以内的信号。一般一般(ybn)(ybn)认为认为|Jn(FM)|0.01A|Jn(FM)|0.01A的边频的边频为有效谐波，式中为有效谐波，式中A A为未调载波幅度。为未调载波幅度。第35页/共71页第三十五页，共71页。2023/2/2736二二二二.单频调制单频调制单频调制单频调制FM FM FM FM 信号信号信号信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)性质性质性质性质 3.3.能通过有效谐波能通过有效谐波(xi b)(xi b)的带宽为有效带宽。的带宽为有效带宽。BFM=2nmaxfm BFM=2nmaxfm 式中式中nmaxnmax为有效谐波
16、为有效谐波(xi b)(xi b)的次数的次数 第36页/共71页第三十六页，共71页。2023/2/27374.3.24.3.2单频调制单频调制(tiozh)(tiozh)时的频带宽时的频带宽度度-卡森公式卡森公式n n有效(yuxio)计算频带宽度的公式称为卡森公式。式中FM为调频指数。fm为调制(tiozh)信号的带宽。第37页/共71页第三十七页，共71页。2023/2/27384.3.24.3.2单频调制单频调制(tiozh)(tiozh)时的频带宽时的频带宽度度-卡森公式卡森公式 上式表明其边频分量只计算到FM+1次。图4-8所示为调频信号带宽与调频指数之间的关系曲线(qxin).
17、当FM1,BFM=2fm，这就是窄带调频的情况。当FM1,BFM=2fmax，第38页/共71页第三十八页，共71页。2023/2/27394.3.3单频调制时的功率单频调制时的功率(gngl)分配分配 在调频信号中，所有频率分量（包括载波）的平均功率之和为常数(chngsh)。当FM=0,即不调制时，J0（N）=1,此时总功率为载波功率A02/2.当FM0,即有调制时,J0（N）1,载波功率下降,能量分配到边频上,但总功率为A02/2.例4-1第39页/共71页第三十九页，共71页。2023/2/27404.4 任意(rny)信号调制一双频及多频正弦信号(xnho)调制 双频调制信号(xnh
18、o)f(t)=Am1cosm1t+Am2cosm2t其中(qzhng)调频指数第40页/共71页第四十页，共71页。2023/2/2741引入复信号(xnho)表示其中(qzhng)第41页/共71页第四十一页，共71页。2023/2/2742第42页/共71页第四十二页，共71页。2023/2/2743n 个频率正弦(zhngxin)信号调制同理可得例4-2第43页/共71页第四十三页，共71页。2023/2/2744 双频正弦及多频正弦调制频谱中，除有无穷多个c+nm1和c+km2线性分量以外，还有无穷多个c+nm1+km2非线性分量，称为交叉(jioch)分量，大大增加了频率成份。第44
19、页/共71页第四十四页，共71页。2023/2/27454.4.14.4.14.4.14.4.1周期性信号周期性信号周期性信号周期性信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)调频调频调频调频n n周期性信号可以用傅氏级数分解为无穷多个频率分量。n n只取其中的有限项，可以用多频调制来计算，但是太繁琐。n n以下讨论一种更为简洁(jinji)的方法。第45页/共71页第四十五页，共71页。2023/2/2746调频波可以(ky)表示为：第46页/共71页第四十六页，共71页。2023/2/2747 因调制(tiozh)信号f(t)是周期信号，所以q(t)也是周期信号，可以用傅氏级数展开
20、：第47页/共71页第四十七页，共71页。2023/2/2748调频波可以(ky)表示为：这里的主要问题(wnt)是求Cn，对于某些简单的周期信号是容易的。见例题4-3第48页/共71页第四十八页，共71页。2023/2/27494.4.2随机随机(su j)信号的调频信号的调频n n一个随机(su j)信号f(t),其概率密度函数为pf(t)n n由它产生的调频信号，其功率谱密度函数为FM().n n由于已调频信号的频率和调制信号的幅度成正比，所以pf(t)和FM()具有相同的形状。如下图所示。第49页/共71页第四十九页，共71页。2023/2/2750图4-11 随机(su j)信号的幅
21、度概率密度第50页/共71页第五十页，共71页。2023/2/2751图4-12 随机信号调频(dio pn)后的功率谱第51页/共71页第五十一页，共71页。2023/2/27524.4.3.任意(rny)限带调制时的频带宽度频偏比最大角频偏 max=KFM|f(t)|max 对于(duy)单频调制信号，用卡森公式计算频宽。怎样计算任意限带信号的频宽。首先定义频偏比第52页/共71页第五十二页，共71页。2023/2/2753用DFM来代替卡森公式中的调频(dio pn)指数FM带宽计算式为：BFM=2(DFM+1)fmax 实际应用表明，由上式计算得到的带宽偏窄对于DFM2的情况，通常用下
22、式计算带宽更好一些 BFM=2(DFM+2)fmax第53页/共71页第五十三页，共71页。2023/2/27544.5 4.5 4.5 4.5 宽带宽带宽带宽带(kun di)(kun di)(kun di)(kun di)调相调相调相调相4.5.1 单频宽带调相 与单频宽带调频(dio pn)信号的推导相同，有：第54页/共71页第五十四页，共71页。2023/2/27554.5 4.5 4.5 4.5 宽带宽带宽带宽带(kun di)(kun di)(kun di)(kun di)调相调相调相调相 调相信号频谱与调频信号频谱的差别仅在于(ziy)各边频分量的相移不同。调相信号的带宽B P
23、M B PM=2（PM+1）fm 当PM1时 B PM=2PMfm第55页/共71页第五十五页，共71页。2023/2/2756与宽带调频与宽带调频(dio pn)(dio pn)比较比较对于宽带对于宽带(kun di)(kun di)调频：调频：B FM B FM 2FMfm=2(KFMAm/2FMfm=2(KFMAm/m)*fmm)*fm 当调制信号的频谱变宽时，调频信号的带宽不会发当调制信号的频谱变宽时，调频信号的带宽不会发生变化。生变化。对于宽带调相：对于宽带调相：B PM B PM 2PMfm=2(KPMAm)*fm2PMfm=2(KPMAm)*fm 当调制信号的频谱变宽时，调相信号
24、的带宽也要当调制信号的频谱变宽时，调相信号的带宽也要变宽变宽,这对于频分复用系统是非常不利这对于频分复用系统是非常不利(bl)(bl)的的,故故模拟宽带调相很少使用。模拟宽带调相很少使用。第56页/共71页第五十六页，共71页。2023/2/27574.6 调频信号的产生(chnshng)与解调一.调频信号的产生:两种方法1.直接法：用调制信号去改变(gibin)压控振荡器（VCO）的频率。第57页/共71页第五十七页，共71页。2023/2/2758振荡器的瞬时(shn sh)频率其中载波(zib)频率第58页/共71页第五十八页，共71页。2023/2/2759第59页/共71页第五十九页
25、，共71页。2023/2/2760 通常，在压控振荡器的电容里有一只是变容二极管，调制信号加在变容二极管作为偏置电压，当信号幅度变化时，偏置电压的改变将引起变容二极管的容量发生改变，进而引起本地(bnd)振荡器的频率发生改变，实现了调频的目的。第60页/共71页第六十页，共71页。2023/2/27612.倍频法 将窄带调频(dio pn)信号倍频后即得到宽带调频(dio pn)信号。窄带(zhi di)调频信号可以表示为下式：第61页/共71页第六十一页，共71页。2023/2/2762然后用理想的平方律非线性器件来实现然后用理想的平方律非线性器件来实现(shxin)(shxin)倍频倍频
26、窄带(zhi di)调频调制器方框图第62页/共71页第六十二页，共71页。2023/2/2763理想平方律非线性器件 So(t)=aSi2(t)输入调频(dio pn)信号 Si(t)=Acosct+(t)输出(shch)滤出直流分量后可以得到新的调频信号，其载频和频偏均增加了2倍，调频指数也增加2倍。经过(jnggu)n倍频后的调频信号,调频指数也增加了n倍，实现了宽带调频。第63页/共71页第六十三页，共71页。2023/2/2764二二.调频信号调频信号(xnho)(xnho)的解调的解调n n两种解调方式：非相干两种解调方式：非相干(xinggn)(xinggn)解调和相解调和相干干
27、(xinggn)(xinggn)解调。解调。n n1.1.非相干非相干(xinggn)(xinggn)解调解调鉴频鉴频第64页/共71页第六十四页，共71页。2023/2/2765调频(dio pn)信号的非相干解调第65页/共71页第六十五页，共71页。2023/2/2766低通滤波后得到(d do)第二项，随f(t)变化的量。第66页/共71页第六十六页，共71页。2023/2/2767其中(qzhng)=RC|K(j)|=当输入为FM 波，即(t)=c+KFMf(t)时 微分器输出(t)f(t)微分器：频率(pnl)-幅度变换电路第67页/共71页第六十七页，共71页。2023/2/2768n n如图所示的平衡(pnghng)鉴频的得到了广泛应用第68页/共71页第六十八页，共71页。2023/2/2769 2.相干解调：对于窄带调频(dio pn)，可以采用相干解调的的方式进行解调。窄带调频(dio pn)信号的相干解调第69页/共71页第六十九页，共71页。2023/2/2770第70页/共71页第七十页，共71页。2023/2/2771感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第71页/共71页第七十一页，共71页。