王兴亮数字通信原理

1、第 2 章模拟信号的调制与解调 第 2 章 模拟信号的调制与解调 2.1 模拟信号的线性调制模拟信号的线性调制 2.2 模拟信号的非线性调制模拟信号的非线性调制 2.3 模拟调制方式的性能比较模拟调制方式的性能比较 第 2 章模拟信号的调制与解调 目的目的 使基带信号经过调制后可以在有线信道上同时传输多路使基带信号经过调制后可以在有线信道上同时传输多路 基带信号，同时也适合于在无线信道中实现频带信号的基带信号，同时也适合于在无线信道中实现频带信号的 传输。传输。调制调制 在发射端把基带信号频谱搬移到给定信道带宽内的过程。在发射端把基带信号频谱搬移到给定信道带宽内的过程。解调解调 在接收端把已搬

2、移到给定信道内频谱还原为基带信号频谱在接收端把已搬移到给定信道内频谱还原为基带信号频谱 的过程。的过程。调制解调系统调制解调系统 包含调制和解调的系统。包含调制和解调的系统。第 2 章模拟信号的调制与解调 2.1 模拟信号的线性调制模拟信号的线性调制 2.1.1 2.1.1 常规双边带调制（常规双边带调制（AMAM） 常规双边带调制就是标准幅度调制，它用调制信号去控制高频载波的振幅，使已调波的振幅按照调制信号的振幅规律线性变化。 AM调制器模型如图所示。 线性调制：线性调制：频谱之间呈线性搬移关系的调制方式。频谱之间呈线性搬移关系的调制方式。第 2 章模拟信号的调制与解调 假设调制信号为x(t

3、)，滤波器H()=，是全通网络，载波信号为c(t)=cosct, 调制信号x(t)叠加直流A0后与载波相乘，经过滤波器后就得到标准调幅（AM）信号。AM信号的时域时域和频域表示式频域表示式分别为 )()(21)()()(cos)(coscos)(cos)()(cccc0AMcc0cc0AMXXAsttxtAttAttxAts第 2 章模拟信号的调制与解调 图2 - 2AM信号的波形和频谱(a) 调制信号； (b) 叠加直流的调制信号； (c) 载波信号； (d) 已调波信号 第 2 章模拟信号的调制与解调 由图由图2-22-2可以看出：可以看出： （1 1） 调幅过程使原始频谱调幅过程使原始频

4、谱X X( () )搬移了搬移了c c，且频谱中且频谱中包含包含载频分量载频分量A A0 0( (+ +c c)+)+( (-c c) )和和边带分量边带分量（1/21/2）X(X(+ +c c)+ )+ X X( (c c) )两部分。两部分。 （2 2）AMAM波的幅度谱波的幅度谱| |X X( ()|)|是对称的。是对称的。 在正频率区域，在正频率区域，高于高于c c的频谱叫的频谱叫上边带（上边带（USBUSB），），低于低于c c的频谱叫的频谱叫下边带下边带（LSBLSB）；）；又由于幅度谱对原点是偶对称的，所以在负频率区又由于幅度谱对原点是偶对称的，所以在负频率区域，上边带应落在低于

5、域，上边带应落在低于- - c c的频谱部分，下边带应落在高于的频谱部分，下边带应落在高于- - c c的频谱部分。的频谱部分。 第 2 章模拟信号的调制与解调 （3）AM波占用的波占用的带宽带宽BAM（Hz）应是基带消息信号带应是基带消息信号带宽宽fm（fm=m/2）的两倍，即的两倍，即BAM=2fm。 （4） 要使已调波不失真，必须在时域和频域满足以下条要使已调波不失真，必须在时域和频域满足以下条件：在件：在时域范围内时域范围内， 对于所有对于所有t，必须必须 已调波的包络和已调波的包络和x( (t t) )的形状完全相同，用包络检波的方法很容易恢复出原的形状完全相同，用包络检波的方法很容

6、易恢复出原始的调制信号。始的调制信号。 否则将会出现过调幅现象而产生包络失真否则将会出现过调幅现象而产生包络失真。在在频域范围内频域范围内， 载波频率应远大于载波频率应远大于x(t)的最高频谱分量，即的最高频谱分量，即若不满足此条件，若不满足此条件， 则会出现频谱交叠，则会出现频谱交叠， 此时的包络形状一定会产生失真。此时的包络形状一定会产生失真。 0max| )(|Atx（2 - 3） mcff （2- 4） 第 2 章模拟信号的调制与解调 调幅度调幅度maminmaxminmaxa)()()()(tAtAtAtAm(2-5) 一般情况，一般情况，ma小于小于1, 只有只有A(t)为负值时，

7、出现过调幅现象，为负值时，出现过调幅现象，ma才大于才大于1。 平均功率平均功率P PAMAM sAM(t)的均方值。222AMAM0c222220cc0c( )( )coscos( )cos2( )cosPstAx ttAtx ttA x tt第 2 章模拟信号的调制与解调 当调制信号无直流分量时，x(t)=0，且当x(t)是与载波无关的较为缓慢变化的信号时， 有 220AMcs( )22Ax tPPP式中，式中，Pc=A20/2为载波功率，为载波功率，为边带功率。为边带功率。 2s( )/2Px t AM信号的平均功率是由载波功率和边带功率组成的，而只有边带功率才与调制信号有关。 载波功率

8、在AM信号中占有大部分能量，即使在满调制(ma=1)条件下，两个边带上的有用信号仍然只占很小能量。因此，从功率上讲，AM信号功率利用率比较低。 第 2 章模拟信号的调制与解调 调制效率调制效率 定义为边带功率与总平均功率之比， 即 )()(2202scsAMtxAtxPPP 对于调制信号为单频余弦信号的情况 x(t)=Amcos(mt+m)，x2(t) =A2m/2, 22mAM22220m0( )2( )Ax tAAAx t(2 - 7) “满调制”ma=1 时， 调制效率达到最大值, AM=1/3。 第 2 章模拟信号的调制与解调 2.1.2 2.1.2 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调

9、幅(DSB-SC)(DSB-SC)将直流分量将直流分量A取掉，得到抑制载波的双边带信号，简称取掉，得到抑制载波的双边带信号，简称双边带信号双边带信号(DSB)。 DSB信号的时域表示时域表示为 ttxtscDSBcos)()(当调制信号x(t)为确知信号时，DSB信号的频谱为 2)(2)()(ccDSBXXs(2-9) (2- 8) 第 2 章模拟信号的调制与解调 图2 - 3 DSB信号的波形和频谱(a) 调制信号； (b) 载波信号； (c) 已调波信号 第 2 章模拟信号的调制与解调 由于DSB频谱中没有载波分量，Pc=0。因此，信号的全部功率都包含在边带上， 即 2)(2SDSBtxP

10、P(2 -10) 这就使得调制效率达到100，即DSB=1。 带宽BDSB=2fm第 2 章模拟信号的调制与解调 2.1.3 单边带调幅单边带调幅(SSB) 1. 1. 滤波法产生单边带信号滤波法产生单边带信号所谓滤波法，就是在双边带调制后接上一个边带滤波器， 保留所需要的边带，滤除不需要的边带。边带滤波器可用高通滤波器产生边带滤波器可用高通滤波器产生USB边带信号，也可用低通滤波器产生边带信号，也可用低通滤波器产生LSB信号。信号。第 2 章模拟信号的调制与解调 图2 - 4 产生SSB信号的滤波和频谱特性（a） 边带滤波特性； (b) 频谱特性 第 2 章模拟信号的调制与解调 2. 2.

11、移相法产生单边带信号移相法产生单边带信号任一调制基带信号，可用n个余弦信号之和来表示， 即 txtxinii1cos)(经双边带调制 ttxttxtsniici1cDSBcoscoscos)()(如果通过上边带滤波器HUSB(), 则得到USB信号 USBc1cc1( )cos()211( )cos( )sin22niiistxtx ttx tt第 2 章模拟信号的调制与解调 如果通过下边带滤波器HLSB(), 则得到LSB信号 ttxttxtsccLSBsin)( 21cos)(21)(式中是将x(t)中所有频率成分均相移90后得到的。 txtxiniisin)( 1把上、下边带信号合并起来

12、， 单边带信号就可写成单边带信号就可写成 ttxttxtsccSSBsin)( 21cos)(21)(3 - 11)式中， “”号表示上边带， “”号表示下边带。 第 2 章模拟信号的调制与解调 图27相移法产生单边带信号原理图 第 2 章模拟信号的调制与解调 单边带信号的解调和双边带一样，不能采用简单的包络检波，因为它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍然需要采用相干解调相干解调。 单边带信号的带宽单边带信号的带宽 BSSB=fm第 2 章模拟信号的调制与解调 2.1.4 残留边带调幅残留边带调幅(VSB)当调制信号当调制信号x(t)的频谱具有丰富的低频分量时，如电视和的频谱具有丰富的低

13、频分量时，如电视和电报信号，已调信号频谱中的上、下边带就很难分离，这时用电报信号，已调信号频谱中的上、下边带就很难分离，这时用单边带就不能很好地解决问题。那么，残留边带就是解决这种单边带就不能很好地解决问题。那么，残留边带就是解决这种问题一个折衷的办法。问题一个折衷的办法。在在VSB中，不是对一个边带完全抑制，而是使它逐渐截止，中，不是对一个边带完全抑制，而是使它逐渐截止， 使其残留一小部分。使其残留一小部分。第 2 章模拟信号的调制与解调 图28调制信号、DSB、SSB和VSB信号的频谱 第 2 章模拟信号的调制与解调 图29VSB调制原理框图及滤波器特性(a)残留边带调制器；(b)残留边带

14、滤波器;(c)残留边带滤波器的互补对称性 滤波法实现残留边带调制的原理如图2-9(a)所示。 第 2 章模拟信号的调制与解调 图中HVSB()是残留边带滤波器传输特性，它的特点是c附近具有滚降特性，如图2-9(b)所示，而且要求这段特性对于|c|上半幅度点呈现奇对称，即互补对称特性。 在边带范围内其他各处的传输特性应当是平坦的。 常数)()(cVSBcVSBHH|m (2- 12) 式中，m是调制信号的最高频率。 第 2 章模拟信号的调制与解调 2.1.5 2.1.5 模拟线性调制的一般模型模拟线性调制的一般模型1. 1. 模拟线性调制信号产生的一般模型模拟线性调制信号产生的一般模型模拟线性调

15、制的一般模型如图所示。 设调制信号设调制信号x(t)的频谱为的频谱为X()，冲激响应，冲激响应h(t)的的滤波器特性为滤波器特性为H()，则其输出已调信号的时域和，则其输出已调信号的时域和频域表示式为频域表示式为 第 2 章模拟信号的调制与解调 c( ) ( )cos( )cs tx tth t另一种形式的时域表示式， 即 ttsttstsQccIcsin)(cos)()(tththtxthtstththtxthtscQQQcIIIsin)()(),()()(cos)()(),()()(式中， 第一项是载波为第一项是载波为cosct的双边带调制信号，与参考载的双边带调制信号，与参考载波同相，称

16、为同相分量，第二项是以波同相，称为同相分量，第二项是以sinct为载波的双边为载波的双边带调制，与参考载波带调制，与参考载波cosct正交，称为正交分量。正交，称为正交分量。sI(t)和和sQ(t)分别称为同相分量幅度和正交分量幅度。分别称为同相分量幅度和正交分量幅度。第 2 章模拟信号的调制与解调 于是，模拟线性调制的模型可换成另一种形式，即模拟线性调制相移法的一般模型。这个模型适用于所有线性调制。 第 2 章模拟信号的调制与解调 2. 2. 模拟线性调制相干解调的一般模型模拟线性调制相干解调的一般模型 调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低

17、频信号的频谱搬到载频位置；解调是调制的反过程，它是将已调信号的频搬到载频位置；解调是调制的反过程，它是将已调信号的频谱中位于载频的信号频谱再搬回到低频上来。谱中位于载频的信号频谱再搬回到低频上来。相干解调的一般模型如图所示 为了不失真地恢复出原始信号，要求相干解调的本地载波和发送载波必须为了不失真地恢复出原始信号，要求相干解调的本地载波和发送载波必须相干或者同步，相干或者同步，即要求本地载波和接收信号的载波同频和同相。即要求本地载波和接收信号的载波同频和同相。 第 2 章模拟信号的调制与解调 相干解调的输入信号应是调制器的输出信号， 这时相干解调的输入信号为 ttsttstscQcIcsin)

18、(cos)()(与同频同相的本地载波相乘后， 得 ttsttststtstspcQcIIcc2sin)(212cos)(212)(cos)()(经低通滤波器（LPF）后， )(2)()(Idtxtsts第 2 章模拟信号的调制与解调 2.1.6 2.1.6 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 1. 1. 分析模型分析模型 加性噪声通常指接收到的已调信号叠加上一个干扰，而加加性噪声通常指接收到的已调信号叠加上一个干扰，而加性噪声中的起伏噪声对已调信号造成连续的影响。性噪声中的起伏噪声对已调信号造成连续的影响。图图2 - 13 解调器抗噪声性能的分析模型解调器抗噪声性能的分析模型 第

19、 2 章模拟信号的调制与解调 图2-13中，sc(t)为已调信号，n(t)为信道叠加的高斯白噪声，经过带通滤波器后到达解调器输入端的有用信号为si(t)，噪声为ni(t)，解调器输出的有用信号为so(t)，噪声为no(t)。 若白噪声的双边功率谱密度为n0/2, 带通滤波器是高度为1、带宽为B的理想矩形函数，则解调器的输入噪声功率为 2i0( )iNn tn B 带宽带宽B通常取已调信号的频带宽度，目的是使已调信号能通常取已调信号的频带宽度，目的是使已调信号能无失真地进入解调器，同时又最大限度地抑制噪声。无失真地进入解调器，同时又最大限度地抑制噪声。 第 2 章模拟信号的调制与解调 带通滤波器

20、带宽远小于中心频率c时，可视带通滤波器为窄带滤波器，平稳高斯白噪声通过窄带滤波器后，可得到平稳高斯窄带噪声。于是ni(t)即为窄带高斯噪声， 其表示式为 ttnttntncQcIisin)(cos)()(（2- 21） 或者 )(cos)()(citttVtn（2 22） 第 2 章模拟信号的调制与解调 其中 )()()(2Q2ItntntV)()(arctan)(ItntntQV(t)的一维概率密度为瑞利分布，(t)的一维概率密度函数是平均分布。ni(t)、nI(t)和nQ(t)的均值均为零，但平均功率不为零且具有相同值，即 i2Q2I2)()()(Ntntntni(2- 23) 第 2 章

21、模拟信号的调制与解调 模拟通信系统的可靠性指标就是系统的输出信噪比，其定义为 率解调器输出噪声的平均平均功率解调器输出有用信号的ooNS当然，也有对应的输入信噪比， 其定义为 率解调器输入噪声的平均平均功率解调器输入有用信号的iiNS第 2 章模拟信号的调制与解调 为了便于衡量同类调制系统采用不同解调器时输入信噪比的影响，还可用输出信噪比和输入信噪比的比值G来度量解调器的抗噪声信能， 比值G称为调制制度增益， 定义为 iioo/NSNSG (2- 25) 显然，调制制度增益越大，表明解调器的抗噪声性能越好。 第 2 章模拟信号的调制与解调 2.DSB2.DSB调制系统的性能调制系统的性能DSB

22、调制系统中的解调器是相干解调器，由乘法器和低通滤波器组成。输入信号与噪声分别为由相干解调的一般模型可知，经低通滤波器输出后的信号与原始信号成正比例关系。因此， 解调器输出端的有用信号功率为 22oo1( )( )4Ss tx tttnttntncQcIisin)(cos)()(ttxtscicos)()(第 2 章模拟信号的调制与解调 解调器输出端的噪声功率是根据解调器输入噪声与本地载波cosct相干后，再经低通滤波器而得到输出噪声no(t)的平均功率而推出的。因此，解调器最终的输出噪声为 )(21)(Iotntn故输出噪声功率为 )(41)(2I_2ootntnN(2- 27) _2oii0

23、111( )444Nn tNn B(2-28) 对于DSB, 带宽B=2fm。 第 2 章模拟信号的调制与解调 解调器输入信号平均功率为 )(21cos)()(22c2iitxttxtsS这时，可求得 BntxNS02ii2/ )(_22ooi0( )/4( )/4x tx tSNNn B第 2 章模拟信号的调制与解调 于是调制制度增益为 2/iiooDSBNSSSG(3 - 32) 上式说明，DSB调制系统的调制制度增益为2，DSB调制使系统信噪比改善了一倍。 第 2 章模拟信号的调制与解调 3.SSB3.SSB调制系统的性能调制系统的性能 在SSB相干解调中，与DSB相比较，所不同的是SS

24、B解调器之前的带通滤波器的带宽是DSB带宽的一半，即B=fm。这时，单边带解调器的输入信噪比为 BntxBntxNS0202ii4)(4/ )(2-33)输出信噪比为BntxBntxNS0202oo4)(4/16/ )(2 - 34) 第 2 章模拟信号的调制与解调 因此，SSB的调制制度增益为 1/iiooSSBNSNSG(2- 35) 这里GSSB=1并不说明DSB抗噪声性能好于SSB。这是因为双边带已调信号的平均功率是单边带信号的两倍，所以两者的输出信噪比是在不同的输入信号功率情况下得到的。如果我们在相同的输入信号功率Si、相同输入噪声功率谱密度n0、相同基带信号宽带fm条件下，对这两种

25、调制方式作比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。 DSB和SSB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。 第 2 章模拟信号的调制与解调 4. AM4. AM调制系统的性能调制系统的性能 AM信号可采用相干解调和包络检波两种方式。相干解调时AM调制系统的性能分析与前面几个的分析方法相同， 在此无需赘述。这里，仅就常用的简单的包络检波解调性能作一分析， 其分析模型如图2-所示。 设包络检波器的输入信号为 ttxAtsc0icos)()(2- 36) 且假设x(t)均值为零，A0|x(t)|max。 第 2 章模拟信号的调制与解调 图2-14 AM包络检波抗噪声性能分

26、析模型第 2 章模拟信号的调制与解调 输入噪声为 ttnttntncQcIisin)(cos)()(2 - 37) 包络检波器输入端的信噪比为 BntxAtntsNS02202i2iii2)()()(2 38) 当包络检波器输入端的信号是有用信号和噪声的混合波形时， 即 )(cos)(sin)(cos)()()()(cccIiitttAttnttntxAtntsQ第 2 章模拟信号的调制与解调 其中, 合成包络为 22I( )( )( )( )QA tAx tn tnt(2 - 39) 合成相位为 )()()(arctan)(ItntxAtntQ(2 40) 包络检波的作用就是输出A(t)中的

27、有用信号。实际上，检波器输出的有用信号与噪声混合在一起，无法完全分开，因此， 计算输出信噪比十分困难。这里，考虑两种特殊情况。 第 2 章模拟信号的调制与解调 1) 大信噪比情况大信噪比指的是输入信号幅度远大于噪声幅度， 即 )()()(2Q2ItntntxA这时，式(2-39)可简化为 )()()(I0tntxAtA(2- 41) 由于A0被电容器阻隔，有用信号与噪声独立分成两项，可类似前面的分析方法进行。系统输出信噪比为 BntxtntxNS022I2oo)()()(2 - 42) 第 2 章模拟信号的调制与解调 由式(2 - 38)和式(2 - 42)可得调制制度增益为 )()(2/22

28、02iiooAMtxAtxNSNSG(2-43) 上式表明，AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增大。由于A0 |x(t)|max，所以GAM总是小于，可见包络检波器对输入信噪比没有改善，而是恶化了。 对于100%调制，x(t)为单频正弦信号，GAM最大值为。 第 2 章模拟信号的调制与解调 2) 小信噪比情况小信噪比指的是输入信号幅度远小于噪声幅度， 即 )()()(22ItntntxAQ这时，式(2-39)变为 )(cos)()()()(cos)(1)()(00ttxAtRtRttxAtRtA(2-44) 式中，R(t)及(t)代表噪声ni(t)的包络和相位。其中 第 2 章模拟信号

29、的调制与解调 )()()(cos)()(arctan)()()()(II2Q2ItRtnttntnttntntRQ由此可见，A(t)中没有与x(t)成正比或单独信号项, 只有受cos(t)调制的x(t)cos(t)项，由于cos(t)是随机噪声，因而x(t)被噪声扰乱， 结果 x(t)cos(t)仍然被视为噪声。这表明，在小信噪比情况下， 信号不能通过包络检波器恢复出来。 第 2 章模拟信号的调制与解调 有资料分析表明，小信噪比输入情况下，包络检波器的输出信噪比基本上与输入信噪比的平方成正比，即 1ii2iiAMooNSNSNS(2- 45) 因此, 小信噪比输入情况下，包络检波器不能正常解调

30、。 由于大信噪比条件下，检波输出信噪比So/No与输入信噪比Si/Ni成正比，能够实现正常解调。可以预料，应该存在一个临界值， 当输入信噪比大于此临界值时包络检波器能正常地工作， 而小于此临界值时，不能正常工作， 这个临界状态的输入信噪比叫做门限值。 第 2 章模拟信号的调制与解调 门限值的意义表示，当Si/Ni降到此值以下时，So/No恶化的速度比Si/Ni迅速得多。包络检波器存在门限值这一现象叫做门限效应。门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的，因此，所有非相干解调都存在着门限效应。门限效应在输入噪声功率接近载波功率时开始明显。在小信噪比输入情况下，包络检波器的性能较相干解调器差，所

31、以在噪声条件恶劣下常采用相干解调。 第 2 章模拟信号的调制与解调 2.2 模拟信号的非线性调制模拟信号的非线性调制 用调制信号去控制高频载波信号的频率和相位，使其按照调制信号的的规律变化而保持振幅恒定，称为频率调制（FM）和相位调制（PM）,分别简称为调频和调相，有统称为角度调制。频率和相位的变化都可以看成是载波角度的变化。 已调信号的频谱不再是原信号频谱的线性搬移，而是频谱的已调信号的频谱不再是原信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变化，它会产生与频谱搬移不同的频率成份。非线性变化，它会产生与频谱搬移不同的频率成份。第 2 章模拟信号的调制与解调 式中，A是载波的恒定幅度，ct+(t)是信

32、号的瞬时相位(t)，而(t)称为相对于载波相位ct的瞬时相位偏移。而瞬时相位的导数d ct+(t) /dt就是瞬时频率，瞬时相位偏移的导数d(t)/dt就称为相对于载频c的瞬时频偏。 )(cos)(cttAts(2 - 46) 2.2.1 基本概念基本概念 角度调制信号的一般表示式为 第 2 章模拟信号的调制与解调 所谓相位调制，就是指瞬时相位偏移随调制信号x(t)作线性变化，相应的已调信号称为相位调制信号，当起始相位为零时， 其时域表示式为 )(cos)(pcPMtxKtAts（2 - 47） txKtAtsd)(cos)(fcFM式中，Kp为常数，称为相移常数。 所谓频率调制，就是指瞬时频

33、率偏移随调制信号x(t)作线性变化，相应的已调信号称为调频信号，调频信号的域表示式为 （2 48） 第 2 章模拟信号的调制与解调 式中，Kf为常数，称为频偏常数，因为 )(d)(dftxKtt（2 - 49） 所以 d )()(ftxKt（2 - 50） 第 2 章模拟信号的调制与解调 图 2 -15 调相法 由式由式(2-47)(2-47)可知，如果将调制信号先微分，然后进行调频，可知，如果将调制信号先微分，然后进行调频， 则可得到调相信号，这种方法称为间接调相法，如图则可得到调相信号，这种方法称为间接调相法，如图2-152-15所示，所示，同样，也可用相位调制器来产生调频信号，这时调制信

34、号必须同样，也可用相位调制器来产生调频信号，这时调制信号必须先积分然后送入相位调制器，这种方法称为间接调频法，先积分然后送入相位调制器，这种方法称为间接调频法， 如图如图2-162-16所示。所示。 图 2-16 调频法 第 2 章模拟信号的调制与解调 2.2.2 2.2.2 窄带调频窄带调频(NBFM)(NBFM) 通常认为调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30， 即 6d)(ftxK（2 - 51） 称为窄带调频。 将调频信号时域表示式展开， 并将式（ - ）代入， 可得 txAKtAtstcfcNBFMsind)(cos)(（2-52） 第 2 章模拟信号的调制与解调 利用傅氏变换公式，

35、可将窄带调频信号的频域表示为 ccccfccNBFM)()(2)()(A)(XXAKS（2-53） )()(21)()()(cos)(coscos)(cos)()(cccc0AMcc0cc0AMXXAsttxtAttAttxAts第 2 章模拟信号的调制与解调 3.2.3 3.2.3 宽带调频宽带调频(WBFM)(WBFM)当调频引起的最大相位偏移不满足式（-）时，调频信号为宽带调频，这时，调频信号的时域表示不能简化，因而宽带调频系统的频谱分析就显得困难一些。为使问题简化， 我们只研究单音调制的情况， 并将其推广到多音情况。 若单音调制信号为 tfAtAtxmmmm2coscos)(调频信号的

36、瞬时相偏为 mfmfmmmfm( )cosdsinsintA KtA Ktmt （2-57）第 2 章模拟信号的调制与解调 式中，AmKf为最大角频偏，记为。mf为调频指数，它表示为 mmmfmfffKAm（2-58） mf表示最大频率偏移f相对于中心频率fm的相对变化值。于是， 单音宽带调频的时域表示式可写为 )sincos()(mfcFMtmtAts（2-59） 将上式用三角函数展开， 则有 )sinsin(sin)sincos(cos)(mfcmfcFMtmtAtmtAts（2-60） 第 2 章模拟信号的调制与解调 进一步利用贝塞尔(Bessel)函数为系数的三角函数， 有 )2cos

37、)(2)()sincos(mf12f0mftnmJmJtmnntnmJtmnnmf112mf) 12cos()(2)sinsin(有关贝塞尔函数知识， 请参阅相关参考书。 (261) (262) 第 2 章模拟信号的调制与解调 调频信号的级数展开式为 tnmJAtsnn)cos()()(mcfFM其相应的傅氏变换所得到的频谱为 )()()()(mcmcfFMnnmJAsnn（2-64） (263) 某单音宽带调频波的频谱某单音宽带调频波的频谱第 2 章模拟信号的调制与解调 以上分析可以看出，调频波的频谱包含无穷多个分量，从理论上讲，它的频带宽度为无限宽。实际上，边频幅度Jn（mf) 随着n的增

38、大而逐渐减小，因此只要适当选取n值，使得边频分量减小到可以忽略的程度，调频信号的带宽可近似认为是有限频谱。 第 2 章模拟信号的调制与解调 当mf时，取边频数n=mf，这时n mf以上的边频幅度Jn（mf)均小于.1，相应产生的功率均在总功率以下，可以忽略不计。这时调频波的带宽为 )(2) 1(2mmfFMfffmB（2-65） 当mf时, BFM2f，这就是大指数宽带调频的情况， 带宽由最大频偏所决定。 第 2 章模拟信号的调制与解调 根据式（2-65），将其推广于任意信号调制的调频波， 可得到任意限带信号调制时的调频信号带宽，实际应用的估计公式为 mFM)2(2fDB(2 - 66) 式中，fm是调制信号的最高频率，D是最大频偏f与fm的比值，D通常大于。 对于宽带调相（WBPM）的情况， 其分析方法同上，仍考虑单频调相。 第 2 章模拟信号的调制与解调 2.2.4 2.2.4 调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调1. 1. 调频信号的产生调频信号的产生 产生调频信号的方法通常有两种：直接法和间接法。 直接法就是用调制信号直接控制振荡器的频率， 使其按调制信号的规律线性变化。举例：压控振荡器举例：压控振荡器 优点是可以得到较大的频偏，主要缺点是频率稳定度不高，优点是可以得到较