第5章模拟调制系统ppt课件.ppt

第5章模拟调制系统 第5章模拟调制系统 5 1幅度调制 线性调制 的原理5 2线性调制系统的抗噪声性能5 3非线性调制 角度调制 原理5 4调频系统的抗噪声性能5 5各种模拟调制系统的比较5 6频分复用 本章学习目标 了解调制的定义 功能和分类 掌握线性调制 AM DSB SSB和VSB 原理 表达式 频谱 带宽 产生与解调 掌握调频和调相的基本概念 了解频分复用 复合调制和多级调制的概念 重点 1 线性调制原理 2 各种调制方式的性能比较 难点 各种调制方式的抗噪声性能 第5章模拟调制系统 基带信号具有较低的频率分量 不宜通过无线信道传输 因此 在通信系统的发送端需要由一个载波来运载基带信号 也就是使载波信号的某一个 或几个 参量随基带信号改变 这一过程就称为调制 在通信系统的接收端则需要有解调过程 第5章模拟调制系统 调制的目的是 1 将调制信号 基带信号 转换成适合于信道传输的已调信号 频带信号 2 实现信道的多路复用 提高信道利用率 3 减小干扰 提高系统抗干扰能力 4 实现传输带宽与信噪比之间的互换 调制的分类 载波信号不同 调制信号不同 模拟调制 调制信号是连续变化的模拟信号 数字调制 调制信号是离散的数字信号 连续波调制 载波信号是连续波形 脉冲调制 载波信号是脉冲波形 调制的分类 被调制载波参数不同 幅度调制 载波幅度随调制信号变化 频率调制 载波频率随调制信号变化 相位调制 载波相位随调制信号变化 频谱的变化 已调信号与输入信号频谱之 间呈线性搬移已调信号与输入信号频谱之间呈非线性搬移 线性调制 非线性调制 模拟调制 线性调制 非线性调制 角度调制 常规调幅AM 双边带DSB调幅 单边带SSB调幅 残留边带VSB调幅 相位调制 频率调制 本章重点讨论用取值连续的调制信号去控制正弦载波参数的模拟调制 主要内容有 各种已调信号的时域波形和频谱结构 调制和解调的原理及系统的抗噪声性能 5 1幅度调制 线性调制 原理 幅度调制是用调制信号去控制高频载波的幅度 使之随调制信号作线性变化的过程 幅度调制器的一般模型如图所示 图5 0幅度调制器的一般模型 图中 m t 是基带信号 h t 是滤波器的冲激响应 为载波幅度 为载波角频率 为载波初始相位 为方便分析 一般假定 5 1幅度调制 线性调制 原理 更为一般的情况是滤波器的冲激响应 或者不采用滤波器 这时幅度调制信号可以表示为 如果调制信号m t 的频谱为 则容易得到已调信号的频谱为 幅度调制信号 在波形上 它的幅度 包络 随基带信号规律而变化 在频谱结构上 它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移 5 1幅度调制 线性调制 原理 由于这种搬移是线性的 因此 幅度调制通常又称为线性调制 这里的 线性 并不意味着已调信号和信号之间符合线性变换关系 事实上 任何调制过程都是一种非线性的变换过程 5 1幅度调制 线性调制 原理 其中 这里假设m t 为确知信号 如果m t 为随机信号 则已调信号的频域须用功率谱来描述 5 1幅度调制 线性调制 原理 图5 2 AM信号的波形和频谱 5 1幅度调制 线性调制 原理 通过调制信号的波形可以看出 如果 则AM波的包络与调制信号m t 的形状完全一样 因此用包络检波的方法就很容易从已调信号中恢复出原始调制信号 如果调制信号 就会出现 过调幅 现象 这时用包络检波将会发生失真 需要采用其他的解调方法 5 1幅度调制 线性调制 原理 调制效率 已调信号中 有用功率 承载信息所用的功率 占信号总功率的比例称为调制效率 用表示 式中 Pc为载波功率 Ps为边带功率 5 1幅度调制 线性调制 原理 调制效率 由此可见 AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分 载波分量不携带信息 仍占据大部分功率 因此 AM信号的功率利用率比较低 优点 可以采用包络检波法解调 不需本地同步载波信号 接收机成本很低 缺点 AM信号的调制效率比较低 AM调制的优缺点 问题 能否去掉不带信息的载波 提高调制效率 抑制载波双边带调制 5 1幅度调制 线性调制 原理 5 1 2双边带调制 DSB 在AM信号中 载波分量并不携带信息 信息完全由边带传送 如果在AM调制模型中将直流A0去掉 即可得到一种高调制效率的调制方式 抑制载波双边带信号 DSB SC 简称双边带信号 DSB DSB的频谱与AM相近 只是没有了在处的函数 其时域和频域表示式分别为 5 1幅度调制 线性调制 原理 图5 3 DSB信号的波形和频谱 5 1幅度调制 线性调制 原理 与AM信号比较 因为不存在载波分量 DSB信号的调制效率是100 即全部功率都用于信息传输 由时间波形可知 DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致 因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号 需采用相干解调 同步检波 由频谱图可知 DSB信号虽然节省了载波功率 但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍 上 下两个边带是完全对称的 它们都携带了调制信号的全部信息 因此仅传输其中一个边带即可 这样既节省发送功率 还可以节省一半传输频带 称为单边带调幅 SSB 5 1幅度调制 线性调制 原理 单边带信号的产生方法通常有滤波法和相移法 1 滤波法及SSB信号的频域表示 产生SSB信号最直观的方法是先产生一个双边带信号 然后让其通过一个边带滤波器 滤除不要的边带 即可得到单边带信号 技术难点是 由于调制信号常具有丰富的低频成分 使得DSB信号的上 下边带之间的间隔很窄 这要求单边带滤波器在fc附近具有陡峭的截止特性 这就使滤波器的设计和制作很困难 5 1 3单边带调制 SSB 5 1幅度调制 线性调制 原理 5 1幅度调制 线性调制 原理 图5 5滤波法形成上 下边带信号的频谱图 5 1幅度调制 线性调制 原理 SSB信号的频域表示 上边带 USB 滤波器 下边带 LSB 滤波器 SSB信号的频域表示 滤波器实现的技术难点 实际的滤波器从通带到阻带总有一个过渡带 这就要求上下边带之间有一定的频率间隔 只有当时 滤波器方可以实现 定义滤波器的归一化值 fc为载频 归一化值反映了滤波器衰减特性的陡峭程度 归一化的值愈小 滤波器愈难以实现 一般要求不低于10 3 5 1幅度调制 线性调制 原理 多级调制滤波 5 1幅度调制 线性调制 原理 2 相移法和SSB信号的时域表示 在单频调制情况下 可简单推导出SSB信号的时域表示式 而任意一个基带波形总可以表示成许多正弦信号之和 所以可进行推广 5 1幅度调制 线性调制 原理 上边带信号时域表达式为 下边带信号时域表达式为 5 1幅度调制 线性调制 原理 把上下边带表达式合并起来可以写成 符号函数 5 1幅度调制 线性调制 原理 式中符号函数 Hilber变换的含义 对中所有的频率分量均相移 即得到其Hilber变换 Hilber变换的性质 5 1幅度调制 线性调制 原理 运用Hilbert变换 上面SSB信号的时域表达式可以写成 5 1幅度调制 线性调制 原理 相移法得到SSB信号 图5 6相移法SSB信号调制器 5 1幅度调制 线性调制 原理 相移法得到SSB信号的几何解释 5 1幅度调制 线性调制 原理 相移法形成SSB信号的困难在于Hilbert滤波器的制作 要求对m t 的所有频率分量都必须严格相移 2 这一点即使近似达到也是困难的 为解决该难题 可采用混合法 也叫维弗法 SSB调制方式在传输信号时 不但可节省载波发射功率 而且它所占用的频带宽度为BSSB fH 因此目前已成为短波通信中一种重要调制方式 SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波 仍需采用相干解调 5 1幅度调制 线性调制 原理 5 1 4残留边带调制 VSB 用滤波法实现残留边带调制的原理与图5 4相同 不过滤波器的特性应按残留边带调制的要求来进行设计 而不再要求十分陡峭的截止特性 因而相对容易实现 残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方式 它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点 又解决了SSB信号实现中的难题 在VSB中 不是完全抑制一个边带 如同SSB中那样 而是逐渐切割 使其残留一小部分 5 1幅度调制 线性调制 原理 图5 7 DSB SSB和VSB信号的频谱 5 1幅度调制 线性调制 原理 图5 8 VSB调制和解调器模型 a 调制器 b 解调器 将式 5 1 24 代入上式 得到 5 1 24 5 1幅度调制 线性调制 原理 选择合适的低通滤波器 消掉 2 c处的频谱 则低通滤波器的输出为 5 1幅度调制 线性调制 原理 a 残留部分上边带的滤波器特性 b 残留部分下边带的滤波器特性图5 9残留边带的滤波器特性 两种形式 5 1幅度调制 线性调制 原理 残留边带滤波器的几何解释 以残留上边带的滤波器为例 它是一个低通滤波器 使上边带小部分残留 而使下边带绝大部分通过 在 0处具有互补对称的滚降特性 残留边带滤波器的特性 在 c处具有互补对称 奇对称 特性 那么 采用相干解调法解调残留边带信号就能够准确地恢复所需的基带信号 5 1幅度调制 线性调制 原理 5 1 5线性调制的一般模型 图5 10线性调制 滤波法 一般模型 滤波法一般模型 适当选择滤波器的特性 便可得到各种幅度调制信号 5 1幅度调制 线性调制 原理 设 相移法一般模型 不作要求 5 1幅度调制 线性调制 原理 图5 11线性调制 相移法 一般模型 AM DSB SSB VSB 2fH 时域表达式 带宽 2fH fH fH 2fH 调制方式 各种线性调制方式 5 1幅度调制 线性调制 原理 5 1 6相干解调与包络检波 调是调制的逆过程 其作用是从接收到得已调信号中恢复出原基带信号 调制信号 解调的方法可以分为两类 相干解调和非相干解调 包络检波 5 1幅度调制 线性调制 原理 相干解调时 为了无失真地恢复原基带信号 接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步 同频同相 的本地载波 称为相干载波 相干解调器适用于所有线性调制信号的解调 以DSB信号的解调为例 5 1幅度调制 线性调制 原理 5 1幅度调制 线性调制 原理 以SSB信号的解调为例 高频分量 5 1幅度调制 线性调制 原理 以AM信号的解调为例 高频分量 直流分量需要滤除 5 1幅度调制 线性调制 原理 2 包络检波 图5 13包络检波器 AM信号在满足 m t max A0的条件下 其包络与调制信号m t 的形状完全一样 因此AM信号除了可以采用相干解调外 一般都采用简单的包络检波法来恢复信号 5 1幅度调制 线性调制 原理 利用包络检波器对AM信号解调时的各点波形 包络检波器结构简单 且解调出的信号是相干解调时输出的两倍 因此一般AM信号均采用包络检波的方法进行解调 5 1幅度调制 线性调制 原理 包络检波器结构简单 且解调出的信号是相干解调时输出的两倍 因此一般AM信号均采用包络检波的方法进行解调 5 2线性调制系统的抗噪声性能 前面的分析 解调 都是在没有噪声的条件下进行的 而实际的系统都避免不了噪声的影响 因此本节将要研究的问题是 在信道加性高斯白噪声的背景下 各种线性调制系统的抗噪声性能 5 2 1分析模型 5 2线性调制系统的抗噪声性能 带通滤波器的作用是滤除已调信号频带以外的噪声 因此 经过带通滤波器后到达解调器输入端的信号仍可认为是sm t 噪声为ni t sm t 为已调信号 n t 为信道加性高斯白噪声 解调器输出的有用信号为mo t 噪声为no t 5 2线性调制系统的抗噪声性能 当带通滤波器带宽远小于其中心频率时 窄带滤波器 ni t 为平稳窄带高斯白噪声 或者 Ni为解调器输入噪声ni t 的平均功率 5 2线性调制系统的抗噪声性能 这里的带宽B应等于已调信号的频带宽度 以保证已调信号无失真地进入解调器 同时又最大限度地抑制噪声 若白噪声的双边功率谱密度为n0 2 带通滤波器传输特性是高度为1 带宽为B的理想矩形函数 则 通信系统的性能指标有两个 有效性和可靠性 有效性指的是系统传输信号效率的高低 可靠性指的是系统传输信号抗干扰能力的强弱 调制系统的抗噪声性能主要由解调器的抗噪声性能体现 具体来说是指解调后的输出信噪比与解调前相比是改善还是恶化了 可靠性通常用输出信噪比来衡量 输出信噪比指信号的平均功率与噪声平均功率的比值 5 2线性调制系统的抗噪声性能 为衡量同类调制系统不同解调器对输入信噪比的影响 可用输出和输入信噪比的比值G来表示 即 G称为调制制度增益 G越大 表明解调器的抗噪声性能越好 5 2线性调制系统的抗噪声性能 5 2 2DSB调制系统的性能 在分析DSB SSB VSB系统的抗噪声性能时 应采用相干解调器 如图所示 相干解调属线性解调 所以可以分别计算解调器输出的信号功率和噪声功率 5 2线性调制系统的抗噪声性能 设解调器输入信号为 与相干载波相乘后 经低通滤波器后 5 2线性调制系统的抗噪声性能 解调DSB时 接收机中的带通滤波器的中心频率 0与调制载频 c相同 即 0 c 经低通滤波器后 正交分量被抑制 5 2线性调制系统的抗噪声性能 低通滤波器的带宽B 2fH 为双边带信号的带宽 解调器输入信号平均功率为 制度增益为 DSB信号解调器使信噪比改善一倍 这是因为同步解调使输入噪声的一个正交分量ns t 被消除的缘故 5 2线性调制系统的抗噪声性能 通信原理2008年 5 2 3SSB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 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 前者带通滤波器的带宽是后者的一半 与相干载波相乘后 再经低通滤波可得 单边带信号表示式 单边带带通滤波器带宽 解调器输出噪声与输入噪声的功率 正交分量被抑制 5 2线性调制系统的抗噪声性能 输入信号平均功率 于是 单边带解调器的输入信噪比为 制度增益为 5 2线性调制系统的抗噪声性能 这是因为 在SSB系统中 信号和噪声有相同表示形式 所以 相干解调过程中 信号和噪声的正交分量均被抑制掉 故信噪比没有改善 若在相同输入信号功率Si 相同输入噪声功率谱密度n0 相同基带信号带宽fH条件下 对这两种调制方式进行比较 它们的输出信噪比是相等的 因此两者的抗噪声性能是相同的 但双边带信号所需的传输带宽是单边带的两倍 GDSB 2GSSB 这是否说明双边带系统的抗噪声性能比单边带系统好呢 5 2线性调制系统的抗噪声性能 VSB调制系统的性能 VSB调制系统的抗噪声性能的分析方法与上面的相似 但是 由于采用的残留边带滤波器的频率特性形状不同 所以抗噪声性能的计算是比较复杂的 但是残留边带不是太大的时候 近似认为与SSB调制系统的抗噪声性能相同 5 2 4AM包络检波的性能 AM信号可采用相干解调和包络检波 相干解调时 分析方法与前面双边带 或单边带 的相同 实际中 AM信号常用简单的包络检波法解调 5 2线性调制系统的抗噪声性能 图5 16AM包络检波的抗噪声性能分析模型 5 2线性调制系统的抗噪声性能 解调器输入是信号加噪声的混合波形 即 合成包络 合成相位 E t 是理想包络检波器的输出 有用信号与噪声无法完全分开 因此 计算输出信噪比是困难的 我们来考虑两种特殊情况 5 2线性调制系统的抗噪声性能 4 2线性调制系统的抗噪声性能 大信噪比情况 合成包络 5 2线性调制系统的抗噪声性能 式中直流分量A0被电容器阻隔 有用信号与噪声独立地分成两项 因而可分别计算出输出有用信号功率及噪声功率 输出信噪比 制度增益 显然 AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加 5 2线性调制系统的抗噪声性能 但对包络检波器来说 为了不发生过调制现象 应有A0 m t max 所以GAM总是小于1 例如 100 的调制 即A0 m t max 且m t 又是正弦型信号时 有 代入上式可得 这是AM系统的最大信噪比增益 这说明解调器对输入信噪比没有改善 而是恶化了 5 2线性调制系统的抗噪声性能 可以证明 若采用同步检波法解调AM信号 则得到的调制制度增益GAM与式 5 2 38 给出的结果相同 由此可见 对于AM调制系统 在大信噪比时 采用包络检波器解调的性能与同步检波器时的性能几乎一样 但应该注意 后者的调制制度增益不受信号与噪声相对幅度假设条件的限制 5 2线性调制系统的抗噪声性能 小信噪比情况 5 2线性调制系统的抗噪声性能 噪声包络 噪声相位 再利用 5 2线性调制系统的抗噪声性能 因此 输出信噪比急剧下降 这种现象称为解调器的门限效应 开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值 这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的 这时 E t 中没有单独的信号项 只有受到调制的项 由于是一个随机噪声 因而有用信号m t 被噪声扰乱 致使也只能看作是噪声 5 2线性调制系统的抗噪声性能 用相干解调的方法解调各种线性调制信号时 不存在门限效应 原因是信号与噪声可分别进行解调 解调器输出端总是单独存在有用信号项 以上分析可得如下结论 大信噪比情况下 AM信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同 但随着信噪比的减小 包络检波器将在一个特定输入信噪比值上出现门限效应 一旦出现门限效应 解调器的输出信噪比将急剧恶化 AM系统调制解调电路简单 但功率利用率低 抗噪声性能差 SSB系统的功率利用率为100 抗噪声性能好 频带利用率高 所占用的频带只是AM和DSB的一半 但调制 解调电路复杂 DSB系统的功率利用率为100 抗噪声性能好 但所占用的带宽仍和AM相同 都是2fm 且相干解调电路复杂 总结 VSB系统的性能基本和SSB系统性能相近 VSB信号比较容易产生 占用的频带比SSB稍宽 不能因为DSB的G值为2 SSB为1 而说前者优于后者 因为SSB信号的带宽仅为DSB的一半 所以DSB的输入噪声功率Ni是SSB的两倍 就信噪比而言 DSB SSB具有相同的性能 例1 对抑制载波的双边带信号进行相干解调 设接收信号的功率为2mW 载波为100KHz 并设调制信号m t 的频带限制在4kHz 信道具有均匀的噪声的双边功率谱密度P f 1 求该理想带通滤波器的传输特性H W 2 求解调器输入端的信噪功率比 3 求解调器输出端的信噪功率比 解 1 带通滤波器的宽度等于已调信号的宽度 即KHZ 其中心频率为100kHz 故有 例2 发射功率为0 1W 信道噪声的单边带功率谱密度n0 10 8 调制信号带宽为5kHz 分别对DSB和SSB计算S0 N0和S0 N0 5 3非线性调制 角度调制 原理 相位与频率 其中 称为瞬时相位 称为初始相位 即当时的瞬时相位值 频率是瞬时相位对时间的导数 反映了瞬时相位的变化速度 因此有 当瞬时相位为时间的一次函数时 其导数为一个常数 也就是说频率是一个和时间t无关的常数 瞬时相位以恒定的速率随时间变化 例如上面的函数 5 3非线性调制 角度调制 原理 幅度调制属于线性调制 它是通过改变载波的幅度 以实现调制信号频谱的平移及线性变换的 使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式 称为频率调制 FM 和相位调制 PM 分别简称为调频和调相 因为频率或相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化 故调频和调相又统称为角度调制 角度调制与线性调制不同 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 5 3非线性调制 角度调制 原理 5 3 1角度调制的基本概念 1 FM和PM信号的一般表达式 5 3非线性调制 角度调制 原理 所谓相位调制 是指瞬时相位偏移随调制信号m t 作线性变化 即 调相信号 所谓频率调制 是指瞬时频率偏移随调制信号m t 作线性变化 即 调相灵敏度rad V 调频灵敏度rad s V 5 3非线性调制 角度调制 原理 瞬时相偏与瞬时频偏 假设调制信号和载波分别为 在没有进行调制之前 载波信号的瞬时相位以固定的速率随时间增长 而频率则为一个常数 5 3非线性调制 角度调制 原理 相位调制PM 经过调制之后 瞬时相位变为 5 3非线性调制 角度调制 原理 由于频率是瞬时相位的导数 而相位调制导致载波瞬时相位的变化速率随调制信号的规律变化 所以也必将导致频率发生变化 由此可见 调相的同时频率也被 调制 了 对于PM信号来说 其频率的变化规律与调制信号的导数一致 因此 调相和调频实际上是同时存在的 5 3非线性调制 角度调制 原理 可见 FM和PM非常相似 其区别仅在于PM是相位偏移随调制信号m t 线性变化 FM是相位偏移随m t 的积分呈线性变化 如果预先不知道调制信号m t 的具体形式 则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号 5 3非线性调制 角度调制 原理 2 单音调制FM与PM 设调制信号为单一频率的正弦波 当它对载波进行相位调制时 式中 称为调相指数 表示最大的相位偏移 5 3非线性调制 角度调制 原理 如果进行频率调制 则 5 3非线性调制 角度调制 原理 5 3非线性调制 角度调制 原理 3 FM与PM之间的关系 5 3非线性调制 角度调制 原理 5 3 2窄带调频 如果FM信号的最大瞬时相位偏移满足以下条件 此时FM信号的频谱宽度比较窄 称为窄带调频 NBFM 反之 当不满足上述条件时 FM信号的频谱宽度比较宽 称为宽带调频 WBFM 由于FM信号的频谱相对于线性调制来说比较复杂 因此下面分别讨论窄带调频和宽带调频情况下的FM信号的带宽问题 5 3非线性调制 角度调制 原理 窄带调频时FM信号的带宽 当满足窄带调频的条件时 5 3非线性调制 角度调制 原理 对上面窄带调频信号的时域表达式作傅里叶变换 与AM信号的频谱比较 5 3非线性调制 角度调制 原理 当调制信号为单音信号时 即 可以分别得到NBFM和AM信号的时域表达式为 5 3非线性调制 角度调制 原理 图5 20AM与NBFM的矢量表示 在AM中 两个边频的矢量与载波相同 所以载波只有幅度的变化 无相位变化 而在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 5 3非线性调制 角度调制 原理 相关总结 NBFM与AM都含有一个载波和位于处得两个边带 所以它们的带宽相同 都是调制信号最高频率的两倍 NBFM属于非线性调制 它的两个边带不是基带信号频谱的简单搬移 而是分别乘了因式和 NBFM的一个边带和AM反相 NBFM的抗干扰能力比AM系统要好得多 5 3非线性调制 角度调制 原理 5 3 3宽带调频 当不满足窄带调频条件时 FM信号的时域表达式不能化简 则其频谱的分析将非常困难 为使问题简化 只研究单音调制的情况 然后把分析的结论推广到多音调制的情况 第5章模拟调制系统 5 3 3宽带调频调频信号表达式设 单音调制信号为则单音调制FM信号的时域表达式为将上式利用三角公式展开 有将上式中的两个因子分别展成傅里叶级数 式中Jn mf 第一类n阶贝塞尔函数 第5章模拟调制系统 Jn mf 曲线 第5章模拟调制系统 将代入并利用三角公式及贝塞尔函数的性质则得到FM信号的级数展开式如下 第5章模拟调制系统 调频信号的频域表达式对上式进行傅里叶变换 即得FM信号的频域表达式 第5章模拟调制系统 讨论 由上式可见调频信号的频谱由载波分量 c和无数边频 c n m 组成 当n 0时是载波分量 c 其幅度为AJ0 mf 当n 0时是对称分布在载频两侧的边频分量 c n m 其幅度为AJn mf 相邻边频之间的间隔为 m 且当n为奇数时 上下边频极性相反 当n为偶数时极性相同 由此可见 FM信号的频谱不再是调制信号频谱的线性搬移 而是一种非线性过程 调频信号的带宽 理论上调频信号的频带宽度为无限宽 边频幅度随n增大而减小 所以认为频谱有限 通常信号频带宽度应包括幅度大于未调载波10 以上的边频分量 有效带宽 5 4调频系统的抗噪声性能 调频系统抗噪声性能的分析方法和分析模型与线性调制系统相似 在大信噪比条件下 可证明解调器的输出信噪比 调频系统的制度增益 上式表明 大信噪比时宽带调频系统的制度增益是很高的 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 已调波振幅 调制信号带宽 第5章模拟调制系统 结论 在大信噪比情况下 调频系统的抗噪声性能将比调幅系统优越 且其优越程度将随传输带宽的增加而提高 但是 FM系统以带宽换取输出信噪比改善并不是无止境的 随着传输带宽的增加 输入噪声功率增大 在输入信号功率不变的条件下 输入信噪比下降 当输入信噪比降到一定程度时就会出现门限效应 输出信噪比将急剧恶化 第5章模拟调制系统 5 4 3小信噪比时的门限效应当 Si Ni 低于一定数值时 解调器的输出信噪比 So No 急剧恶化 这种现象称为调频信号解调的门限效应 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 5 5各种模拟调制系统的比较 5 5各种模拟调制系统的比较 1 抗噪声性能 WBFM抗噪声性能最好 DSB SSB VSB抗噪声性能次之 AM抗噪声性能最差 2 频带利用率 SSB的带宽最窄 其频带利用率最高 FM占用的带宽随调频指数的增大而增大 其频带利用率最低 可以说 FM是以牺牲有效性来换取可靠性的 3 特点与应用 第5章模拟调制系统 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