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1、1.幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理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3.非线性调制（角调制）的原理非线性调制（角调制）的原理4.调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能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模拟调制系统的抗噪声性能模拟调制系统的抗噪声性能基础知识：基础知识：1 1、调制定义、调制定义2 2、线形调制和非线形调制的区别、线形调制和非线形调制的区别3 3、调制的三要素、调制的三要素调制信号、被调制信号、已调信号调制信号、被调制信号、已调信号4 4、模拟调制的分类、模拟调制的分类 幅度调制和角度调制幅度调制和角度调制1.幅度调
2、制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理幅幅度度调调制制是是用用调调制制信信号号去去控控制制高高频频载载波波的的振振幅幅，使使其其按按调调制制信信号号的的规规律律而而变变化化的的过过程程。幅幅度度调调制制器器的的一一般般模模型型：设设调调制制信信号号m(t)的的频频谱谱为为M()，冲冲激激响响应应为为h(t)的的滤滤波波器器特特性性为为H(),则则该该模模型型输输出出已已调调信信号号的的时时域域和和频频域域一一般般表表示式为示式为s(t)=m(t)cosct*h(t)S()=M(+c)+M(-c)H()式中，式中，c为载波角频率，为载波角频率，H()h(t)。由由以以上上表表示示式式可可
3、见见，对对于于幅幅度度调调制制信信号号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；上上图图之之所所以以称称为为调调制制器器的的一一般般模模型型，是是因因为为在在该该模模型型中中，若若适适当当选选择择滤滤波波器器的的特特性性H()，便便可可以以得得到到各各种种幅幅度度调调制制信信号号。例例如如，调调幅幅、双边带、单边带及残留边带信号双边带、单边带及残留边带信号等。等。若若调调制制信信号号m(t)叠叠加加直直流流A0后后与与载载波波相相乘乘（即即在在一一般般模模型型中中，滤滤波波器器为为全全通通网网络络，其其中中，H()=1，h(t)=(t)），就就可可形形成成
4、调调幅幅(AM)信号，其信号，其时域时域和和频域频域表示式分别为表示式分别为sAM(t)=A0+m(t)cosct=A0cosct+m(t)cosctSAM()=A0(+c)+(-c)+0.5M(+c)+M(-c)式式中中，A0为为外外加加的的直直流流分分量量；m(t)可可以以是是确确知知信信号号，也也可可以以是是随随机机信信号号，并并且且可可以以认认为为其其平平均均值值m(t)=0。另另请请注注意意：信信号号m(t)是带宽有限的，其最高频率为是带宽有限的，其最高频率为 H或或fH。1.1调幅调幅(AM-amplitudemodulation)AM信号的波形和频谱信号的波形和频谱AM信信号号在
5、在1电电阻阻上上的的平平均均功功率率应应等等于于sAM(t)的的均均方方值值。当当m(t)为确知信号时，为确知信号时，sAM(t)的均方值即为其平方的时间平均，的均方值即为其平方的时间平均，即即通常假设调制信号没有直流分量，通常假设调制信号没有直流分量，即即=0。因此因此PAM=式中，式中，PC载波功率，载波功率，PS为边带功率。为边带功率。由由此此可可见见，AM信信号号的的总总功功率率包包括括载载波波功功率率和和边边带带功功率率两两部部分分。只只有有边边带带功功率率才才与与调调制制信信号号有有关关。也也就就是是说说，载载波波分分量量不不携携带带信信息息。即即使使在在“满满调调幅幅”（|m(t
6、)|max=A0时时，也也称称100调调制制）条条件件下下，载载波波分分量量仍仍占占据据大大部部分分功功率率，而而含含有有用用信信息息的的两两个个边边带带占占有有的的功功率率较较小。因此，小。因此，从功率上讲，从功率上讲，AM信号的功率利用率比较低。信号的功率利用率比较低。1.2抑制载波双边带调制抑制载波双边带调制（DSBSCDoubleSideBandSuppressedCarrier）双边带信号（双边带信号（DSB）。）。其其时域时域和和频域频域表示式分别为表示式分别为sDSB(t)=m(t)cosctSDSB()=0.5M(+c)+M(-c)其波形和频谱：其波形和频谱：由由时时间间波波形
7、形可可知知，DSB信信号号的的包包络络不不再再与与调调制制信信号号的的变变化化规规律律一一致致，因因而而不不能能采采用用简简单单的的包包络络检检波波来来恢恢复复调调制制信信号号，需需采采用用相相干干解解调调(同同步步检检波波)。另另外外，在在调调制制信信号号m(t)的的过过零零点点处处，高高频频载载波波相相位位有有180的的突变。突变。由由频频谱谱图图可可知知，DSB信信号号虽虽然然节节省省了了载载波波功功率率，功功率率利利用用率率提提高高了了，但但它它的的频频带带宽宽度度仍仍是是调调制制信信号号带带宽宽的的两两倍倍，与与AM信信号号带带宽宽相相同同。由由于于DSB信信号号的的上上、下下两两个
8、个边边带带是是完完全全对对称称的的，它它们们都都携携带带了了调调制制信信号号的的全全部部信信息息，因因此此仅仅传传输输其其中中一一个个边边带带即即可可，这这就就是是单单边带调制边带调制要解决的问题要解决的问题。1.3单边带调制单边带调制(SSBSingleSideBand)DSB信信号号包包含含有有两两个个边边带带，即即上上、下下边边带带。由由于于这这两两个个边边带带包包含含的的信信息息相相同同，因因而而，从从信信息息传传输输的的角角度度来来考考虑虑，传传输输一一个个边边带带就就够够了了。这这种种只只传传输输一一个个边边带带的的通通信信方方式式称称为为单单边边带带通通信信。单边带信号的产生方法
9、通常有单边带信号的产生方法通常有滤波法滤波法和和相移法相移法。（1）用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号SSB信号的频谱信号的频谱（2）用相移法形成单边带信号：用相移法形成单边带信号：综综上上所所述述：SSB调调制制方方式式在在传传输输信信号号时时，不不但但可可节节省省载载波波发发射射功功率率，而而且且它它所所占占用用的的频频带带宽宽度度为为BSSB=fH，只只有有AM、DSB的的一一半半，因因此此，它它目目前前已已成为短波通信中的一种重要调制方式。成为短波通信中的一种重要调制方式。SSB信信号号的的解解调调和和DSB一一样样不不能能采采用用简简单单的的包包络络检检波波，因因为为SSB
10、信信号号也也是是抑抑制制载载波波的的已已调调信信号号，它它的的包包络络不不能能直直接接反反映映调调制制信信号号的的变变化化，所所以以仍仍需需采采用相干解调。用相干解调。1.4残留边带调制残留边带调制(VSBVestigialSideBand)残残留留边边带带调调制制是是介介于于SSB与与DSB之之间间的的一一种种调调制制方方式式，它它既既克克服服了了DSB信信号号占占用用频频带带宽宽的的缺缺点点，又又解解决决了了SSB信信号号实实现现上上的的难题。难题。用滤波法实现残留边带调制的原理如下图。图中,滤波器的特性须按残留边带调制的要求来进行设计。VSB调制和解调器模型调制和解调器模型(a)VSB调
11、制器模型调制器模型(b)VSB解调器模型解调器模型现在我们来确定残留边带滤波器的特性。现在我们来确定残留边带滤波器的特性。残留边带调制信号的频谱为残留边带调制信号的频谱为SVSBi()=通过相干解调后的频谱：通过相干解调后的频谱：SVSBo()=为为了了保保证证相相干干解解调调的的输输出出无无失失真真地地重重现现调调制制信信号号M()，必必须须要要求求HVSB(+c)+HVSB(-c)=常数，常数，|H残留边带滤波器特性残留边带滤波器特性(a)残残留留部部分分上上边边带带的的滤滤波波器器特特性性;b）残残留留部部分分下下边边带带的的滤滤波波器器特特性性上上式式的的几几何何解解释释：必必须须使使
12、HVSB(-c)和和HVSB(+c)在在=0处具有互补对称的处具有互补对称的滚降特性滚降特性。满满足足这这种种要要求求的的滚滚降降特特性性曲曲线线并并不不是是惟惟一一的的,而是有无穷多个。由此得到如下重要概念：而是有无穷多个。由此得到如下重要概念：只只要要残残留留边边带带滤滤波波器器的的特特性性HVSB()在在c处处具具有有互互补补对对称称（奇奇对对称称）特特性性，那那么么，采采用用相相干干解解调调法法解解调调残残留留边边带带信信号号就就能能够够准准确确地地恢恢复所需的基带信号。复所需的基带信号。残留边带滤波器的几何解释残留边带滤波器的几何解释2.线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性
13、能2.1分析模型分析模型分分析析解解调调器器的的抗抗噪噪声声性性能能的的模模型型如如下下图图所所示示。图图中中，sm(t)为为已已调调信信号号，n(t)为为传传输输过过程程中中叠叠加加的的高高斯斯白噪声。白噪声。解调器抗噪声性能分析模型解调器抗噪声性能分析模型若若白白噪噪声声的的双双边边功功率率谱谱密密度度为为n0/2，带带通通滤滤波波器器传传输输特特性性是是高高度度为为1，带带宽宽为为B的的理理想想矩矩形形函函数数，则则解调器输入噪声解调器输入噪声ni(t)的平均功率：的平均功率：Ni=n0B为为了了使使已已调调信信号号无无失失真真地地进进入入解解调调器器，同同时时又又最最大大限限度度地地抑
14、抑制制噪噪声声，带带宽宽B应应等等于于已已调调信信号号的的频频带带宽宽度，当然也是窄带噪声度，当然也是窄带噪声ni(t)的带宽。的带宽。评评价价一一个个模模拟拟通通信信系系统统质质量量的的好好坏坏，最最终终是是要要看看解调器的输出信噪比解调器的输出信噪比。输出信噪比定义为：。输出信噪比定义为：为为了了便便于于衡衡量量同同类类调调制制系系统统不不同同解解调调器器对对输输入入信信噪噪比比的的影影响响，还还可可用用输输出出信信噪噪比比和和输输入入信信噪噪比比的的比比值值调制制度增益调制制度增益G来表示，即来表示，即2.2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DSB、SSB、VSB系
15、系统统的的解解调调器器为为相相干干解解调调器器，如如下下图图所所示示。相相干干解解调调属属于于线线性性解解调调，故故在在解解调调过过程程中中，输输入入信信号号及及噪噪声声可可以以分分别别单单独独解调。解调。线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型（1 1）DSBDSB调制系统的性能调制系统的性能设解调器输入信号为：设解调器输入信号为：sm(t)=m(t)cosct与相干载波与相干载波cosct相乘后，得：相乘后，得：因此，因此，解调器输出端的有用信号功率为：解调器输出端的有用信号功率为：经低通滤波器后，输出信号为经低通滤波器后，输出信号为:经低通滤波器后，经低通
16、滤波器后，解调器最终的输出噪声为解调器最终的输出噪声为:故输出噪声功率为故输出噪声功率为:解调解调DSB时，接收机中的带通滤波器的中心频率时，接收机中的带通滤波器的中心频率0与调制载频与调制载频c相同，因此解调器输入端的噪声相同，因此解调器输入端的噪声ni(t)，可表示为：，可表示为：ni(t)=nc(t)cosct-ns(t)sinct它与相干载波它与相干载波cosct相乘后，得：相乘后，得：这里，这里，BPF的带宽的带宽B=2fH，为双边带信号的带宽。，为双边带信号的带宽。于是，解调器的输入信噪比为：于是，解调器的输入信噪比为：根据高斯白噪声的特性，则有：根据高斯白噪声的特性，则有：而解调
17、器输入信号平均功率为：而解调器输入信号平均功率为：所以，解调器的输出信噪比为：所以，解调器的输出信噪比为：因而调制制度增益为：因而调制制度增益为：由由此此可可见见，DSB调调制制系系统统的的制制度度增增益益为为2。这这就就是是说说，DSB信信号号的的解解调调器器使使信信噪噪比比改改善善一一倍倍。这这是是因因为为采采用用同同步步解解调调，使使输输入入噪噪声声中中的的一一个个正正交交分分量量ns(t)被消除的缘故。被消除的缘故。单边带信号解调器的输出噪声功率：单边带信号解调器的输出噪声功率：这这里里，B=fH为为单单边边带带的的带带通通滤滤波波器器的的带带宽宽。对对于于单单边边带带解解调调器器的的
18、输输入入及及输输出出信信号号功功率率，不不能能简简单单地地照照搬搬双双边边带带时时的的结结果果。这这是是因因为为单单边边带带信信号号的的表表示示式式与与双双边边带带的的不不同同。单单边边带带信信号号的的表表示示式由下式给出，式由下式给出，即即（2）SSB调制系统的性能调制系统的性能单边带信号的解调方法与双边带信号相同，单边带信号的解调方法与双边带信号相同，其区别仅在于其区别仅在于解调器之前的带通滤波器的带宽和中心频率不同。解调器之前的带通滤波器的带宽和中心频率不同。前者的带通滤前者的带通滤波器的带宽是后者的一半。波器的带宽是后者的一半。与相干载波相乘后，与相干载波相乘后，再经低通滤波可得解调器
19、输出：再经低通滤波可得解调器输出：而输入信号平均功率：而输入信号平均功率：因因为为m(t)与与m(t)幅幅度度相相同同，所所以以两两者者具具有有相相同同的的平均功率，故上式变为：平均功率，故上式变为：因此，输出信号平均功率：因此，输出信号平均功率：于是，于是，单边带解调器的输入信噪比为：单边带解调器的输入信噪比为：输出信噪比为：输出信噪比为：因而调因而调制制制度增益为：制度增益为：这这是是因因为为在在SSB系系统统中中，信信号号和和噪噪声声有有相相同同表表示示形形式式（即即信信号号也也有有正正弦弦分分量量），所所以以，相相干干解解调调过过程程中中，信信号号和和噪噪声声的的正弦分量均被抑制掉，正
20、弦分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。故信噪比没有改善。与与DSB系系统统的的调调制制制制度度增增益益相相比比较较可可知知，GDSB=2GSSB。这这能否说明双边带系统的抗噪声性能比单边带系统好呢？能否说明双边带系统的抗噪声性能比单边带系统好呢？回回答答是是否否定定的的。因因为为双双边边带带已已调调信信号号的的平平均均功功率率是是单单边边带带信信号号的的2倍倍，所所以以两两者者的的输输出出信信噪噪比比是是在在不不同同的的输输入入信信号号功功率率情情况况下下得得到到的的。如如果果我我们们在在相相同同的的输输入入信信号号功功率率Si，相相同同输输入入噪噪声声功功率率谱谱密密度度n0，相相同同基基带带
21、信信号号带带宽宽fH条条件件下下，对对这这两两种种调调制制方方式式进进行行比比较较，可可以以发发现现它它们们的的输输出出信信噪噪比比是是相相等等的的。因因此此两两者者的的抗抗噪噪声声性性能能是是相相同同的的，但但双双边边带带信信号号所所需需的的传传输输带带宽宽是单边带的是单边带的2倍。倍。（3）VSB调制系统的性能调制系统的性能VSB调调制制系系统统的的抗抗噪噪声声性性能能的的分分析析方方法法与与上上面面的的相相似似。但但是是，由由于于采采用用的的残残留留边边带带滤滤波波器器的的频频率率特特性性形形状状不不同同，所所以以，抗抗噪噪声声性性能能的的计计算算是是比比较较复复杂杂的的。但但是是残残留
22、留边边带带不不是是太太大大的的时时候候，近似认为与近似认为与SSB调制系统的抗噪声性能相同。调制系统的抗噪声性能相同。2.3 2.3 调幅信号包络检波的抗噪声性能调幅信号包络检波的抗噪声性能AM信信号号可可采采用用相相干干解解调调和和包包络络检检波波。相相干干解解调调时时AM系系统统的的性性能能分分析析方方法法与与前前面面双双边边带带（或或单单边边带带）的的相相同同。实实际际中中，AM信信号号常常用用简简单单的的包包络络检检波波法法解解调调，此此时时，系系统统的的解解调调器器为为包络检波器，其检波输出正比于输入信号的包络变化。包络检波器，其检波输出正比于输入信号的包络变化。图中，图中，sm(t
23、)=A0+m(t)cos ct，其中，其中，A0为直流分量，为直流分量，m(t)为调制信号。这里仍假设为调制信号。这里仍假设m(t)的均值为的均值为0，且且A0|m(t)|max。输入噪声依旧为窄带高斯的：输入噪声依旧为窄带高斯的：显然，解调器输入的信号功率显然，解调器输入的信号功率Si和噪声功率和噪声功率Ni为：为：Si=s2m(t)=(A02+m2(t)/2Ni=n0B输入信噪比：输入信噪比：解调器输入是信号加噪声的混合波形，解调器输入是信号加噪声的混合波形，即即sm(t)+ni(t)=A+m(t)+nc(t)cosct-ns(t)sinct=E(t)cosct+(t)其中合成包络其中合成
24、包络E(t)=合成相位合成相位(t)=arctan理理想想包包络络检检波波器器的的输输出出就就是是E(t)，可可见见，检检波波输输出出中中有有用用信信号号与与噪噪声声无无法法完完全全分分开开。因因此此，计计算算输输出出信信噪噪比比是是件件困困难难的的事。我们来考虑两种特殊情况。事。我们来考虑两种特殊情况。1）大信噪比情况大信噪比情况此时，此时，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，即即A0+m(t)因而因而合成包络合成包络可简化为可简化为:这里利用了近似公式这里利用了近似公式:E(t)中的直流分量中的直流分量A0被电容器阻隔，有用信号与噪声被电容器阻隔，有用信号与噪声独立地分
25、成两项，因而可分别计算出输出有用信号功独立地分成两项，因而可分别计算出输出有用信号功率及噪声功率：率及噪声功率：输出信噪比：输出信噪比：显显然然，AM信信号号的的调调制制制制度度增增益益GAM随随A0的的减减小小而而增增加加。但但对对包包络络检检波波器器来来说说,为为了了不不发发生生过过调调制制现现象象，应应有有A0|m(t)|max，所所以以GAM总总是是小小于于1。例例如如：100%的的调调制制（即即A0=|m(t)|max）且且m(t)又又是是正正弦弦型型信信号时，号时，有：有：可得：可得：这这是是AM系系统统的的最最大大信信噪噪比比增增益益。这这说说明明解解调调器对输入信噪比没有改善，
26、器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。而是恶化了。可可以以证证明明，若若采采用用相相干干法法解解调调AM信信号号，则则得得到到的的调调制制制制度度增增益益GAM与与上上面面的的结结论论相相同同。由由此此可可见见，对对于于AM调调制制系系统统，在在大大信信噪噪比比时时，采采用用包包络络检检波波器器解解调时的性能与相干解调法时的性能几乎一样。调时的性能与相干解调法时的性能几乎一样。2）小信噪比情况：小信噪比情况：小信噪比指的是噪声幅度远大于信号幅度，小信噪比指的是噪声幅度远大于信号幅度，即即这时合成包络这时合成包络E(t)变成为：变成为：其中，其中，R(t)及及(t)代表噪声代表噪声ni(t)的包络
27、及相位：的包络及相位：因为因为R(t)A0+m(t)，所以可以利用数学近似式：，所以可以利用数学近似式：近一步把近一步把E(t)近似表示为：近似表示为：这这时时，E(t)中中没没有有单单独独的的信信号号项项，只只有有受受到到cos(t)调调制制的的m(t)cos(t)项项。但但cos(t)是是一一个个随随机机噪噪声声，因因而而，有有用用信信号号m(t)被被噪噪声声扰扰乱乱，致致使使m(t)cos(t)也也只只能能看看作作是是噪噪声声。因因此此，输输出出信信噪噪比比急急剧剧下下降降，这这种种现现象象称称为为解解调调器器的的门门限限效效应应。开开始始出出现现门门限限效效应应的的输输入入信信噪噪比比
28、称称为为门门限限值值。门门限限效效应应是是由由包包络络检检波波器器的的非非线线性性解解调调作作用用所引起的。所引起的。有有必必要要指指出出，用用相相干干解解调调的的方方法法解解调调各各种种线线性性调调制制信信号号时时不不存存在在门门限限效效应应。原原因因是是信信号号与与噪噪声声可可分分别别进进行行解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项。解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项。由由此此可可下下结结论论：大大信信噪噪比比情情况况下下，AM信信号号包包络络检检波波器器的的性性能能几几乎乎与与相相干干解解调调法法相相同同；但但随随着着信信噪噪比比的的减减小小，包包络络检检波波器器将将在在一一个个特
29、特定定输输入入信信噪噪比比值值上上出出现现门门限限效应，此后，解调器的输出信噪比将急剧恶化。效应，此后，解调器的输出信噪比将急剧恶化。3.非线性调制（角度调制）的原理非线性调制（角度调制）的原理幅幅度度调调制制属属于于线线性性调调制制，它它是是通通过过改改变变载载波波的的幅幅度度，以以实实现现调调制制信信号号频频谱谱的的平平移移及及线线性性变变换换的的。一一个个正正弦弦载载波波有有幅幅度度、频频率率和和相相位位三三个个参参量量，因因此此，不不仅仅可可以以把把调调制制信信号号的的信信息息寄寄于于载载波波的的幅幅度度变变化化中中，还还可可以以寄寄在在载载波波的的频频率率或或相相位位变变化化中中。这
30、这种种使使高高频频载载波波的的频频率率或或相相位位按按调调制制信信号号的的规规律律变变化化而而振振幅幅保保持持恒恒定定的的调调制制方方式式，称称为为频频率率调调制制（FM）和和相相位位调调制制(PM)，分分别别简简称称为为调调频频和和调调相相。因因为为频频率率或或相相位位的的变变化化都都可可以以看看成成是是载载波波角角度度的的变变化化，故故调调频频和和调调相相又又统统称称为为角角度度调制调制。角角度度调调制制与与线线性性调调制制不不同同，已已调调信信号号频频谱谱不不再再是是原原调调制制信信号号频频谱谱的的线线性性搬搬移移，而而是是频频谱谱的的非非线线性性变变换换，会会产产生生与与频频谱谱搬搬移
31、移不不同同的的新新的的频频率率成成分分，故故又又称称为为非非线性调制线性调制。由由于于频频率率和和相相位位之之间间存存在在微微分分与与积积分分的的关关系系，故故调调频频与与调调相相之之间间存存在在密密切切的的关关系系，即即调调频频必必调调相相，调调相相必必调调频频。鉴鉴于于FM用用的的较较多多，本本节节将将主主要要讨讨论论频频率率调制。调制。3.1 3.1 角调制的基本概念角调制的基本概念任任何何一一个个正正弦弦时时间间函函数数，如如果果它它的的幅幅度度不不变变,则则可可用用下下式表示：式表示：c(t)=Acos(t)式式中中，(t)称称为为正正弦弦波波的的瞬瞬时时相相位位，将将(t)对对时时
32、间间t求求导导可可得瞬时频率：得瞬时频率：因此因此未调制的正弦波可以写成未调制的正弦波可以写成c(t)=Acosct+0即瞬时相位即瞬时相位(t)=ct+0,0为初相位，是常数。为初相位，是常数。是是载载频频，也也是是常常数数。而而在在角角调调制制中中，正正弦弦波波的的频频率率和和相相位位都都要要随随时时间间变变化化，可可把把瞬瞬时时相相位位表表示示为为(t)=ct+(t)，因因此此，角角度度调调制制信信号号的的一一般表达式为：般表达式为：sm(t)=Acosct+(t)式式中中，A是是载载波波的的恒恒定定振振幅幅；ct+(t)是是信信号号的的瞬瞬时时相相位位(t)，而而(t)称称为为相相对对
33、于于载载波波相相位位ct的的瞬瞬时时相相位位偏偏移移；dct+(t)/dt是是信信号号的的瞬瞬时时频频率率，而而d(t)/dt称为相对于载频称为相对于载频c的的瞬时频偏。瞬时频偏。所所谓谓相相位位调调制制，是是指指瞬瞬时时相相位位偏偏移移随随调调制制信信号号m(t)而线性变化而线性变化，即，即(t)=Kpm(t)其中其中Kp是常数。于是，调相信号可表示为：是常数。于是，调相信号可表示为：sPM(t)=Acosct+Kpm(t)所所谓谓频频率率调调制制，是是指指瞬瞬时时频频率率偏偏移移随随调调制制信信号号m(t)而线性变化而线性变化，即，即其中其中Kf是一个常数，这时相位偏移为：是一个常数，这时
34、相位偏移为：则可得调频信号为：则可得调频信号为：可可见见，FM和和PM非非常常相相似似，如如果果预预先先不不知知道道调调制制信信号号m(t)的的具具体体形形式式，则则无无法法判判断断已已调调信信号号是是调调相相信信号号还还是调频信号。是调频信号。还还可可看看出出，如如果果将将调调制制信信号号先先微微分分，而而后后进进行行调调频频，则则得得到到的的是是调调相相波波，这这种种方方式式叫叫间间接接调调相相；同同样样，如如果果将将调调制制信信号号先先积积分分，而而后后进进行行调调相相，则则得得到到的的是是调调频频波波，这这种种方方式式叫叫间间接接调调频频。直直接接和和间间接接调调相相、调调频频如如下下
35、图所示。图所示。直接和间接调相直接和间接调相直接和间接调频直接和间接调频 由由于于实实际际相相位位调调制制器器的的调调制制范范围围不不大大，所所以以直直接接调调相相和和间间接接调调频频仅仅适适用用于于相相位位偏偏移移和和频频率率偏偏移移不不大大的的窄窄带带调调制制情情况况，而而直直接接调调频频和和间接调相常用于宽带调制情况。间接调相常用于宽带调制情况。从从以以上上分分析析可可见见，调调频频与与调调相相并并无无本本质质区区别别，两两者者之之间间可可相相互互转转换换。鉴鉴于于在在实实际际应应用用中中多多采采用用FMFM波波，下下面面将将集集中中讨讨论论频频率率调调制制。3.3调频信号的产生与解调调
36、频信号的产生与解调（1）调频信号的产生调频信号的产生产产生生调调频频波波的的方方法法通通常常有有两两种种：直直接接法法和和间间接接法法。*直接法。直接法。直直接接法法就就是是用用调调制制信信号号直直接接控控制制振振荡荡器器的的频频率率，使使其按调制信号的规律线性变化。其按调制信号的规律线性变化。振振荡荡频频率率由由外外部部电电压压控控制制的的振振荡荡器器叫叫做做压压控控振振荡荡器器（VCO）。每每个个压压控控振振荡荡器器自自身身就就是是一一个个FM调调制制器器，因因为它的振荡频率正比于输入控制电压，即为它的振荡频率正比于输入控制电压，即i(t)=0+Kfm(t)若用调制信号作控制信号，就能产生
37、若用调制信号作控制信号，就能产生FM波。波。控控制制VCO振振荡荡频频率率的的常常用用方方法法是是改改变变振振荡荡器器谐谐振振回回路路的的电电抗抗元元件件L或或C。L或或C可可控控的的元元件件有有电电抗抗管管、变变容容管管。变变容容管管由由于于电电路路简简单单，性性能能良良好好，目目前前在调频器中广泛使用。在调频器中广泛使用。直直接接法法的的主主要要优优点点是是在在实实现现线线性性调调频频的的要要求求下下，可可以以获获得得较较大大的的频频偏偏。缺缺点点是是频频率率稳稳定定度度不不高高。因因此往往需要采用自动频率控制系统来稳定中心频率。此往往需要采用自动频率控制系统来稳定中心频率。*间间接接法法
38、。间间接接法法是是先先对对调调制制信信号号积积分分后后对对载载波波进进行行相相位位调调制制，从从而而产产生生窄窄带带调调频频信信号号(NBFM)。然然后后，利利用用倍倍频频器器把把NBFM变变换换成成宽宽带带调调频频信信号号(WBFM)。n窄带调频窄带调频前提条件前提条件时域表达式时域表达式同相分量同相分量正交分量正交分量窄带近似窄带近似1（2）调频信号的解调调频信号的解调(i)相干解调相干解调-窄带调频窄带调频输入信号输入信号相干解调相干解调LPF微分微分(ii)非相干解调非相干解调微分微分包络检波包络检波信号信号4.调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能 调调频频系系统统抗抗噪噪声声性性
39、能能的的分分析析方方法法和和分分析析模模型型与与线线性性调调制制系系统统相相似似，只只是是其其中中的的解解调调器器应应是是调调频频解解调调器器。调频系统抗噪声性能分析模型调频系统抗噪声性能分析模型我们先来计算解调器的输入信噪比。我们先来计算解调器的输入信噪比。设输入调频信号为设输入调频信号为sFM(t)=Acosct+因而输入信号功率因而输入信号功率Si=理理想想带带通通滤滤波波器器的的带带宽宽与与调调频频信信号号的的带带宽宽BFM相相同同，所所以输入噪声功率以输入噪声功率Ni=n0BFM因此因此,输入信噪比：输入信噪比：计计算算输输出出信信噪噪比比时时，由由于于非非相相干干解解调调不不满满足
40、足叠叠加加性性，无无法法分分别别计计算算信信号号与与噪噪声声功功率率，因因此此，也也和和AM信信号号的的非非相相干干解解调调一一样样，考考虑虑两两种种极极端端情情况况，即即大大信信噪噪比比情情况况和和小小信信噪噪比比情况，使计算简化，以便得到一些有用的结论。情况，使计算简化，以便得到一些有用的结论。（1）大信噪比情况大信噪比情况在在大大信信噪噪比比条条件件下下，信信号号和和噪噪声声的的相相互互作作用用可可以以忽忽略略，这这时时可可以以把把信信号号和和噪噪声声分分开开来来算算，经经过过分分析析，我我们们直直接接给给出出解调器的输出信噪比解调器的输出信噪比为为使使上上式式具具有有简简明明的的结结果
41、果，我我们们考考虑虑m(t)为为单单一一频频率率余余弦波时的情况，即弦波时的情况，即m(t)=cosmt这时的调频信号为这时的调频信号为sFM(t)=Acosct+mfsinmt式中式中将这些关系式代入上式可得：将这些关系式代入上式可得：因此，因此，可得解调器的制度增益：可得解调器的制度增益：又因在宽带调频时，又因在宽带调频时，信号带宽为信号带宽为BFM=2(mf+1)fm=2(f+fm)所以，制度增益还可以写成所以，制度增益还可以写成GFM=3m2f(mf+1)3m3f上上式式表表明明，大大信信噪噪比比时时宽宽带带调调频频系系统统的的制制度度增增益益是是很很高高的的，它它与与调调制制指指数数
42、的的立立方方成成正正比比。例例如如调调频频广广播播中中常常取取mf=5，则则制制度度增增益益GFM=450。也也就就是是说说，加加大大调调制制指指数数mf，可可使使调调频频系系统的抗噪声性能迅速改善。统的抗噪声性能迅速改善。例例41设设调调频频与与调调幅幅信信号号均均为为单单音音调调制制，调调制制信信号号频频率率为为fm，调调幅幅信信号号为为100%调调制制。当当两两者者的的接接收收功功率率Si相相等等，信信道道噪噪声声功功率率谱谱密密度度n0相相同同时时，比比较较调调频频系系统统与与调调幅幅系系统统的的抗噪声性能。抗噪声性能。解解调幅波的输出信噪比为调幅波的输出信噪比为调频波的输出信噪比为调
43、频波的输出信噪比为由由此此可可见见，在在高高调调频频指指数数时时，调调频频系系统统的的输输出出信信噪噪比比远远大大于于调调幅幅系系统统。例例如如，mf=5时时，宽宽带带调调频频的的So/No是是调调幅幅时时的的75倍倍。这这也也可可理理解解成成当当两两者者输输出出信信噪噪比比相相等等时时，调调频频信信号号的的发发射功率可减小到调幅信号的射功率可减小到调幅信号的1/75。应应当当指指出出，调调频频系系统统的的这这一一优优越越性性是是以以增加传输带宽来换取的。增加传输带宽来换取的。BFM=2(mf+1)fm=(mf+1)BAM当当mf1时时BFMmfBAM代入调频制度增益有代入调频制度增益有这这说
44、说明明宽宽带带调调频频输输出出信信噪噪比比相相对对于于调调幅幅的的改改善善与与它它们们带带宽宽比比的的平平方方成成正正比比。这这就就意意味味着着，对对于于调调频频系系统统来来说说，增增加加传传输输带带宽宽就就可可以以改改善善抗抗噪噪声声性性能能。调调频频方方式式的的这这种种以以带带宽宽换换取取信信噪噪比比的的特特性性是是十十分分有有益益的的。在在调调幅幅制制中中，由由于于信信号号带带宽宽是是固固定定的的，无无法法进进行行带带宽宽与与信信噪噪比比的的互互换换，这这也也正正是是在在抗抗噪噪声声性性能能方方面面调调频系统优于调幅系统的重要原因。频系统优于调幅系统的重要原因。（2）小信噪比情况与门限效
45、应小信噪比情况与门限效应应应该该指指出出，以以上上分分析析都都是是在在(Si/Ni)FM足足够够大大的的条条件件下下进进行行的的。当当(Si/Ni)FM减减小小到到一一定定程程度度时时，解解调调器器的的输输出出中中不不存存在在单单独独的的有有用用信信号号项项，信信号号被被噪噪声声扰扰乱乱，因因而而(So/No)FM急急剧剧下下降降。这这种种情情况况与与AM包包检检时时相相似似，我我们们称称之之为为门门限限效效应应。出出现现门门限限效效应应时时所所对对应应的的(Si/Ni)FM值被称为门限值（点），记为值被称为门限值（点），记为(Si/Ni)b。下下图图示示出出了了在在单单音音调调制制的的不不同
46、同调调制制指指数数mf下下，调调频频解解调调器器的的输输出信噪比与输入信噪比近似关系曲线。由图可见：出信噪比与输入信噪比近似关系曲线。由图可见：（i）mf不不同同，门门限限值值不不同同。mf越越大大，门门限限点点(Si/Ni)b越越高高。(Si/Ni)FM(Si/Ni)b时时，(So/No)FM与与(Si/Ni)FM呈呈线线性性关关系系，且且mf越越大大，输出信噪比的改善越明显。输出信噪比的改善越明显。非相干解调的门限效应非相干解调的门限效应（ii）(Si/Ni)FM(Si/Ni)b时时，(So/No)FM将将随随(Si/Ni)FM的的下下降降而而急急剧剧下下降降。且且mf越越大大，(So/N
47、o)FM下下降降得得越越快快，甚甚至至比比DSB或或SSB更差。更差。这这表表明明，FM系系统统以以带带宽宽换换取取输输出出信信噪噪比比改改善善并并不不是是无无止止境境的的。随随着着传传输输带带宽宽的的增增加加（相相当当mf加加大大），输输入入噪噪声声功功率率增增大大，在在输输入入信信号号功功率率不不变变的的条条件件下下，输输入入信信噪噪比比下下降降，当当输输入入信信噪噪比比降降到到一一定定程程度度时时就就会会出出现现门门限限效效应应，输输出出信信噪噪比比将将急急剧剧恶化。恶化。在在空空间间通通信信等等领领域域中中，对对调调频频接接收收机机的的门门限限效效应应十十分分关关注注，希希望望在在接接
48、收收到到最最小小信信号号功功率率时时仍仍能能满满意意地地工工作作，这这就就要要求求门门限限点点向向低低输输入入信信噪噪比比方方向向扩扩展展。采采用用比比鉴鉴频频器器更更优优越越的的一一些些解解调调方方法法可可以以达达到到改改善善门门限限效效应应的的要要求求，目目前前用用的的较较多多的的有有锁锁相相环环鉴频法和调频负回授鉴频法。鉴频法和调频负回授鉴频法。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综综合合前前面面的的分分析析，各各种种模模拟拟调调制制方方式式的的性性能能如如下下表表所所示示。表表中中的的So/No是是在在相相同同的的解解调调器器输输入入信信号号功功率率Si、相相同同噪
49、噪声声功功率率谱谱密密度度n0、相相同同基基带带信信号号带带宽宽fm的的条条件件下下，所所得得的的相相应应公公式。其中式。其中AM为为100%调制，调制信号为单音正弦。调制，调制信号为单音正弦。1.性能比较性能比较WBFM抗抗噪噪声声性性能能最最好好，DSB、SSB、VSB抗抗噪噪声声性性能能次次之，之，AM抗噪声性能最差。抗噪声性能最差。NBFM和和AM的性能接近的性能接近各种模拟调制系统的性能曲线各种模拟调制系统的性能曲线2.特点与应用特点与应用AM调调制制的的优优点点是是接接收收设设备备简简单单；缺缺点点是是功功率率利利用用率率低低，抗抗干干扰扰能能力力差差，在在传传输输中中如如果果载载
50、波波受受到到信信道道的的选选择择性性衰衰落落，则则在在包包检检时时会会出出现现过过调调失失真真，信信号号频频带带较较宽宽，频频带带利利用用率率不不高高。因因此此AM制制式式用用于于通通信信质质量量要要求求不不高高的的场场合合，目目前前主主要要用用在在中中波和短波的调幅广播中。波和短波的调幅广播中。DSB调调制制的的优优点点是是功功率率利利用用率率高高，但但带带宽宽与与AM相相同同，接接收收要要求求同同步步解解调调，设设备备较较复复杂杂。只只用用于于点点对对点点的的专专用用通通信信，运运用不太广泛。用不太广泛。SSB调调制制的的优优点点是是功功率率利利用用率率和和频频带带利利用用率率都都较较高高