通信原理研讨_FM广播技术

1、nTony Chou 走进模拟调制系统的世界 从广播说开去 2 2 2 3 3 3 People who werent around in the twenties when radio exploded cant know what it meant, this milestone for mankind. Suddenly, with radio, there was instant human communication. No longer were our homes isolated and lonely and silent. The world came into our ho

2、mes for the first time. Music came pouring in. Laughter came in. News came in. The world shrank, with radio. Red Barber, sportscaster 4 4 19201940Golden Age of Radio 4 5 5 1940 Age of FM 5 6 6 6 问问 题题 AM与FM有何差异？ 如何从原理上理解AM与FM的差异？ FM如何实现立体声广播？ 7 7 7 问问 题题 AM与FM有何差异？ 如何从原理上理解AM与FM的差异？ FM如何实现立体声广播？ 8 8

3、 8 覆盖范围声音质量抗干扰 AM广较差弱 FM有限好强 9 9 模拟调制系统 线性调制（幅度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 非线性调制（角度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 各模拟调制系统比较 频分复用 模拟调制系统 线性调制（幅度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 非线性调制（角度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 各模拟调制系统比较 频分复用 1010 幅 度 调 制 标准幅度调制AM 双边带抑制载波调 幅DSB-SC 单边带调幅 SSB 残留边带调幅VSB 1111 幅 度 调 制 标准幅度调制AM 双边带抑制载波调 幅DSB-SC 单边带调幅 SSB 残留边带调幅VSB

4、 1212 AM已调信号频谱分析 0 0 1 () ( ( )( )cos )()()() 2 AMcc AM cc c S stAm tt AMM H =2 AM Bf 1313 0 max ( )mtA( ) AM St当 时， 包络与m(t)完全相同。 1414 0 max 0.8,( )1Am t 0 max 2,( )1Am t 1515 定义： 00 ii SN G SN 调制制度增益： 2 00 2 0 0 ( ) ( ) Smt N nt 输 出 信 噪 比 ： 2 2 ( ) ( ) im i i Sst N nt 输 入 信 噪 比 ： 1616 2 00 2 0 2( )

5、 ( ) AM ii SNmt G SN Amt ( )100%m t若单频正弦波，调制 2 3 AM G则有： 相干解调时的制度增益 1717 结论： 在大信噪比情况下，采用包络检波， AM系统的抗噪声性能几乎与同步 解调的相同。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 剧变坏。 包络检波包络检波器器 i i S N o o S N o o S N i i S N G G 门限值 0 0 非相干解调时的制度增益 大信噪比 小信噪比 2 00 2 0 2( ) ( ) AM ii SNmt G SN Amt 信号淹没在

6、噪声中 1818 模拟调制系统 线性调制（幅度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 非线性调制（角度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 各模拟调制系统比较 频分复用 模拟调制系统 线性调制（幅度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 非线性调制（角度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 各模拟调制系统比较 频分复用 1919 角度调制 基本原理 频率调制FM 相位调制PM FM与PM关系窄带调频 宽带调频 FM频域表达式 FM带宽 功率分配 调制与解调实现 调频 直接法 间接法（Armstrong） 解调 相干法 非相干法 抗噪性能分析 FM中的加重技术 2020 角度调制 基本原理 频率调制

7、FM 相位调制PM FM与PM关系窄带调频 宽带调频 FM频域表达式 FM带宽 功率分配 调制与解调实现 调频 直接法 间接法（Armstrong） 解调 相干法 非相干法 抗噪性能分析 FM中的加重技术 2121 卡森(Carson)公式 调频信号带宽调频信号带宽 FM B2(1) fm mf2() m ff 是最大频偏与 的比值 fm ffm 宽带调频（WBFM） 2222 角 度 调 制 基本原理 频率调制FM 相位调制PM FM与PM关系窄带调频 宽带调频 FM频域表达式 FM带宽 功率分配 调制与解调实现 调频 直接法 间接法（Armstrong） 解调 相干法 非相干法 抗噪性能分

8、析 FM中的加重技术 2323 调频系统的抗噪声性能分析 BPFLPF n(t) oo m (t)n (t) 理想带通 加限幅 理想低通 i i S N o o S N 窄带高斯 高斯白噪声 频率调制信号 输出信号输出噪声 解调输入 信噪比 解调输出 信噪比 鉴频器鉴频器 FM s(t) FMi s(t)n (t) oo ii GSNS N 2424 2 FMFM AM AM oo oo SN B 3 SNB 大信噪比下调频系统的制度增益 以带宽换取信噪比 调频系统的抗噪声性能分析 2 00 3+1 FMff ii SN Gmm SN 2525 小信噪比时的门限效应 f m 门限值与mf有关

9、门限值以上时，成线性关系 门限值以下时，急剧恶化 NBFMNBFM采用相干调制解调时不存在门限效应。采用相干调制解调时不存在门限效应。 调频系统的抗噪声性能分析 2626 角 度 调 制 基本原理 频率调制FM 相位调制PM FM与PM关系窄带调频 宽带调频 FM频域表达式 FM带宽 功率分配 调制与解调实现 调频 直接法 间接法（Armstrong） 解调 相干法 非相干法 抗噪性能分析 FM中的加重技术 2727 预加重与去加重 输出噪声功率的特点 高频信号功率不大，而噪声功率急剧增大 所以要刻意的将高频段的噪声衰减，但同时也衰减了传输信号的高频段 因此要用一个预加重网络来处理调制信号的高

10、频分量因此要用一个预加重网络来处理调制信号的高频分量 f 0 0 n0 -BFM/2BFM/2 -BFM/2BFM/2fm-fm Ps( f )Pd( f ) f 0 2 ( ) d Pff 2828 输出噪声功率的特点 BPFLPF n(t) 理想低通 频率调制 FM s(t) 鉴频器 预加重 高通 Hp(f) 低通 Hd(f) 去加重 m(t) p d 1 =Hf Hf 预加重与去加重 2929 1 p 1Hzz 预加重与去加重 预加重 3030 预加重与去加重 1 p 1Hzz 预加重 3131 预加重与去加重 3232 预加重与去加重 d 1 1 1 Hz z 去加重 3333 预加重

11、与去加重 3434 34 问问 题题 AM与FM有何差异？ 如何从原理上理解AM与FM的差异？ FM如何实现立体声广播？ 3535 模拟调制系统 线性调制（幅度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 非线性调制（角度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 各模拟调制系统比较 频分复用 模拟调制系统 线性调制（幅度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 非线性调制（角度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 各模拟调制系统比较 频分复用 3636 调制 方式 传输带宽 设备复杂程 度 调制与解调主要应用 AM2fm简单通常包络检波中短波无线电广播 DSB2fm中等相干解调应用较少，立体声广播 SSBfm

12、复杂 调制复杂，相干 解调 短波无线电广播、话音频 分复用、载波通信 VSB略大于fm中等 调制器要求对称 滤波，相干解调 电视广播、传真 FM中等 调制复杂，解调 简单 超短波小功率电台（窄带 FM）；调频立体声广播等 高质量通信（宽带FM）， 微波中继，卫星通信 )(2 m ff 各模拟调制系统比较 3737 抗噪声性能比较 WBFM杭噪声性能最好， AM抗噪声性能最差。 FM的调频指数mf越大， 抗噪声性能越好，但占 据的带宽越宽，频带利 用率低。 各种模拟调制系统的性能曲线 各模拟调制系统比较 3838 38 频带特性比较 国际上规定中波广播的频道间隔国际上规定中波广播的频道间隔 为为

13、 9 千赫千赫 调幅波带宽有限 调频波带宽复杂 音频信号的高音频率扩大至音频信号的高音频率扩大至 15 千赫千赫 高音丰富、清晰、逼真高音丰富、清晰、逼真 好的FM接收机+优质天线=接近CD音质的音质 3939 模拟调制系统 线性调制（幅度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 非线性调制（角度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 各模拟调制系统比较 频分复用 模拟调制系统 线性调制（幅度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 非线性调制（角度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 各模拟调制系统比较 频分复用 4040 频分复用 按频率分割多路信号的方法，即将信道的可用 频带分成若干互不交叠的频段

14、，每路信号占据其中 的一个频段。在接收端用适当的滤波器将多路信号 分开,分别进行解调和终端处理。 4141 4242 4343 4444 各路载频的间隔除了考虑信号频谱不重叠外， 还应考虑到传输过程中邻路信号的相互干扰，以及 带通滤波器制作的困难程度。因此在选择各路载波 信号的频率时，在保证各路信号的带宽以外，还应 留有一定的防卫间隔，一般要求相邻载波之间的间 隔为 式中Bs为已调信号带宽，Bg为防卫间隔。 gs BBB 4545 频分复用的优点: 信道的利用率高，允许复用的路数多，分 路也很方便。 频分复用的缺点: 设备复杂，不仅需要大量的调制器、解调 器和带通滤波器，而且还要求接收端提供相

15、干 载波。 会因滤波器件特性不够理想和信道内存在 非线性而产生路间干扰。因此频分复用信号的 抗干扰性能较差。 4646 多级调制 两级单边带调制的复用系统（基带组成） 4747 47 如果需要复用的路数为n，采用二级调制方 式，将n路分为n2组，每组中有n1路信号这时有 21n nn 两级调制所需载频数及相应部件的类型数为 但调制部件所需的数目为 nnn 21 nnnn 221 4848 48 如12路载波电话。 若采用一级调制，需载频12种、调制器12种、 滤波器12种。 若采用二级调制，n1=3, n2=4 需载频n1+n2=7 种、调制器种类n1+n2=7种，调制器个数 n1n2+n2=

16、16 个、滤波器个数16个。 4949 复合调制 49 采用两种或两种以上调制方式形成的复用系 统称为复合调制系统。 模拟调制中，通常先形成频分复用信号，然 后再进行第二种调制。 例： DSB/FM复合调制系统 5050 各模拟调制系统比较 模拟调制系统 线性调制（幅度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 非线性调制（角度调制） 原理 调制 解调 抗噪声性能 频分复用 5151 51 问问 题题 AM与FM有何差异？ 如何从原理上理解AM与FM的差异？ FM如何实现立体声广播？ 5252 调频立体声广播 n原理：FM立体声广播中，声音在空间上被分成两路音频信号，一个左声道 信号L，一个右声道信号R，频率都在50Hz到15kHz之间。左声道与右声道 相加形成和信号和信号(L+R)，相减形成差信号差信号(L-R)。在调频之前，差信号差信号(L-R) 先对38kHz的副载波进行抑制载波双边带 (DSB-SC) 调制，然后与和信号和信号 (L+R)进行频分复用后，作为FM立体声广播的基带信号