通信原理 第五章 模拟调制系统

1、第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统5.1 幅度调制的原理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 频分复用和调频立体声通信原理课件通信原理课件 调制调制 把信号转换成适合在信道中传输的形式把信号转换成适合在信道中传输的形式的过程。的过程。 调制信号调制信号 指来自信源的基带信号指来自信源的基带信号 。 载波载波 未受调制的周期性振荡信号。未受调制的周期性振荡信号。 已调信号已调信号 载波受调制后称为已调信号。载波受调制后称为已调信号。 解调（检波）解调（检波） 调制的逆过程，其作用是将调制的逆过程，其作用是将

2、已调信号中的调制信号恢复出来。已调信号中的调制信号恢复出来。 基本概念基本概念通信原理课件通信原理课件 调制的目的调制的目的 提高无线通信时的天线辐射效率。提高无线通信时的天线辐射效率。把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以 实现信道的多路复用，提高信道利用率。实现信道的多路复用，提高信道利用率。扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能 力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。通信原理课件通信原理课件 调制的定义调制的定义：按调制信号（基带信号）的变：按调制信号（基带信号）的变

3、化规律去改变载波某些参数的过程。化规律去改变载波某些参数的过程。 调制可以分为调制可以分为模拟调制模拟调制和和数字调制数字调制，常用模，常用模拟调制有用正弦波作为载波的拟调制有用正弦波作为载波的幅度调制（线性调幅度调制（线性调制）制）和和角度调制（非线性调制）角度调制（非线性调制）。 常见的幅度调制有调幅（常见的幅度调制有调幅（AMAM）、双边带（）、双边带（DSB)DSB)、残留边带、残留边带(VSB)(VSB)和单边带和单边带(SSB)(SSB)等；而角度等；而角度调制有频率调制调制有频率调制(FM)(FM)和相位调制（和相位调制（PMPM）等。）等。通信原理课件通信原理课件5.15.1幅

4、度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理 一般原理一般原理设：正弦型载波为设：正弦型载波为式中，式中，A A 载波幅度；载波幅度； c c 载波角频率；载波角频率； 0 0 载波初始相位（假定载波初始相位（假定 0 0 0 0）。）。 则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成一般可表示成式中，式中， m m( (t t) ) 基带调制信号。基带调制信号。0( )coscc tAt( )( )cosmcstAm tt通信原理课件通信原理课件设调制信号设调制信号m m( (t t) )的频谱为的频谱为M M( ( ) )，则已调信号的，

5、则已调信号的频谱为频谱为 在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是而正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。因此，幅度基带信号频谱在频域内的简单搬移。因此，幅度调制通常又称为线性调制。调制通常又称为线性调制。( )()2mccASMM通信原理课件通信原理课件图图5-1 5-1 调制器的一般模型调制器的一般模型调制器调制器 基带信号基带信号 载波信号载波信号 已调信号已调信号 )(tf)(tc)(tSm 载波信号载波信号 经过调制后，它的参数发生经过调制后，它的参数发生了变化，变化规

6、律受基带信号了变化，变化规律受基带信号 的控制，输的控制，输出的已调信号出的已调信号 的幅度或者角度都可能随基的幅度或者角度都可能随基带信号的变化而变化。带信号的变化而变化。)(tf)(tc)(tSm通信原理课件通信原理课件调制在通信系统中具有十分重要的作用：调制在通信系统中具有十分重要的作用： 1 1、调制可以实现基带信号的频谱搬移，使、调制可以实现基带信号的频谱搬移，使之适合所指定的传输信道；之适合所指定的传输信道； 2 2、调制可以实现信道的多路复用；、调制可以实现信道的多路复用； 3 3、调制可以减小信号传输过程中的噪声或、调制可以减小信号传输过程中的噪声或干扰；干扰； 4 4、根据信

7、道的条件，可以使通信系统的性、根据信道的条件，可以使通信系统的性能在有效性和可靠性之间取得平衡。能在有效性和可靠性之间取得平衡。通信原理课件通信原理课件5.1.1 5.1.1 调幅调幅 幅幅度调制度调制: : 用基带信号用基带信号 去迫使高频载波的去迫使高频载波的瞬瞬时幅度随时幅度随 的变化而变化的变化而变化. . 常规调幅信号常规调幅信号AMAM：)cos()()(0ttfAtsccAM 为载波为载波角频率角频率; ; 为载波为载波起始相位起始相位; ; 为载波为载波幅度幅度c0cA)(tf)(tf通信原理课件通信原理课件)cos()()(0ttfAtsccAM图图3-1 AM3-1 AM信

8、号的数学模型信号的数学模型 通信原理课件通信原理课件假设假设 ，则，则00ttfAtsccAMcos)()(若调制信号为一个正弦波，即若调制信号为一个正弦波，即则已调信号为则已调信号为tAtfmmcos)(ttAAtscmmcAMcoscos)(ttAAAcmcmccos)cos1 ( 当当 ，为，为正常调幅正常调幅；当当 ，为，为满调幅满调幅；当当 ，为，为过调幅过调幅。mcAA mcAA mcAA 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件 为防止过调制现象的出现为防止过调制现象的出现, ,必须满足必须满足 ,

9、, 即即 0)(tfAccAtfmax)(通信原理课件通信原理课件常规调幅信号的频谱常规调幅信号的频谱已调信号为已调信号为ttfAtsccAMcos)()(已调信号的频谱为：已调信号的频谱为：)()(21)()()(cccccAMFFAs通信原理课件通信原理课件 1 1、将、将 搬移到载波频率附近；搬移到载波频率附近； 2 2、 部分是上边带，部分是上边带， 部分是下部分是下边带，以载波频率为对称，携带同样的信息；边带，以载波频率为对称，携带同样的信息； 3 3、已调信号带宽、已调信号带宽B B为调制信号带宽为调制信号带宽WW的的2 2倍；倍； 4 4、存在两个冲激。、存在两个冲激。)(Fcc

10、通信原理课件通信原理课件ttAtAcmmcccoscoscos)cos(21)cos(21costAtAtAmcmmcmcc假设调制信号假设调制信号 为为 tAtfmmcos)()(tf则已调信号为：则已调信号为： ttAAtscmmcAMcos)cos()(通信原理课件通信原理课件)()(coscccccAtA)()(21)cos(21mcmcmcmAtA)()(21)cos(21mcmcmcmAtA)(AMsCA载波mA21mA21上边带上边带cc0下边带下边带根据傅立叶变换性质：根据傅立叶变换性质： mcmc下边带下边带上边带上边带通信原理课件通信原理课件常规调幅信号的解调常规调幅信号的

11、解调 1 1、包络检波、包络检波 包络检波在接收端解调信号时不需要本地载包络检波在接收端解调信号时不需要本地载波，而是利用已调信号中的包络信息来恢复原基波，而是利用已调信号中的包络信息来恢复原基带信号，利用二极管的非线性就可完成信号包络带信号，利用二极管的非线性就可完成信号包络的提取。的提取。图图3-16 3-16 串联型包络检波器电路串联型包络检波器电路 通信原理课件通信原理课件2 2、相干解调、相干解调 相干解调就是在接收端用一个与载波相干解调就是在接收端用一个与载波同频同相同频同相的参考载波与接收到的的参考载波与接收到的AMAM信号相乘，再通过低通信号相乘，再通过低通滤波器将调制信号恢复

12、出来。滤波器将调制信号恢复出来。相乘后输出：相乘后输出：低通滤波后得：低通滤波后得：tttfAteccccos.cos)()(ttfAtfAccc2cos)(21)(21)(21)()(0tfAteLPFtec通信原理课件通信原理课件5.1.2 5.1.2 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅 调制信号直接调制载波就可产生调制信号直接调制载波就可产生DSBDSB信号。信号。 抑制载波双边带调幅（抑制载波双边带调幅（DSBDSB）：）：在常规调幅在常规调幅中不发射载波，使得已调信号的功率全部集中中不发射载波，使得已调信号的功率全部集中在携带信息的上在携带信息的上/ /下边带信号上。下边带信号上。

13、)(tf)(tSDSB通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件ttfscDSBcos)()()(21cCDSBFFS已调信号已调信号已调信号频谱已调信号频谱 DSB DSB信号的频谱只有连续谱，没有冲激分量，信号的频谱只有连续谱，没有冲激分量，因此已调信号的功率的等于两个边带的总功率，带因此已调信号的功率的等于两个边带的总功率，带宽也等于宽也等于2 2倍的调制信号带宽。倍的调制信号带宽。通信原理课件通信原理课件抑制载波双边带调幅信号的解调抑制载波双边带调幅信号的解调)(tsDSB)(te)(0te相干解调相干解调通信原理课件通信原理课件设收到的信号为：设收到的信号为：ttftscDSB

14、cos)()(与本地相干载波相乘后为：与本地相干载波相乘后为：)2cos1 (21)(cos.cos)()(ttftttftecccttftfc2cos)(21)(21经低通滤波器滤去高频量：经低通滤波器滤去高频量：)(21)()(0tfteLPFte通信原理课件通信原理课件)(DSBs0)(21cF)(21cF)(41F)(21cDSBs)2(41cF)2(41cF)(41F)(21cDSBsc2c2)(21F)2(41cF)2(41cFc2c2000通信原理课件通信原理课件5.1.3 5.1.3 单边带调幅单边带调幅 单边带调幅：单边带调幅：用一个边带来传输信息的调制方用一个边带来传输信息

15、的调制方式，比式，比AMAM和和DSBDSB节省一半的频带，使系统具有较节省一半的频带，使系统具有较高的有效性。高的有效性。 单边带调幅可以采用单边带调幅可以采用滤波法滤波法和和相移法相移法。通信原理课件通信原理课件滤波法产生单边带调幅信号滤波法产生单边带调幅信号)(F)(tf 当当 为高通滤波器时，选择为高通滤波器时，选择上边带上边带； 当当 为低通滤波器时，选择为低通滤波器时，选择下边带下边带。)(SSBH)(SSBH通信原理课件通信原理课件1 1、高通滤波，产生上边带、高通滤波，产生上边带)()()()(USBDSBUSBSSBHSSS)(DSBS0)(USBH)(USBHccHcHc)

16、(USBS0ccHc11W通信原理课件通信原理课件2 2、低通滤波，产生下边带、低通滤波，产生下边带)()()()(LSBDSBLSBSSBHSSS)(DSBS0)(LSBHccHcHc)(LSBS0ccHc11W通信原理课件通信原理课件相移法产生单边带调幅信号相移法产生单边带调幅信号)cos()(nnntAtfttAttftscnnncDSBcos).cos(cos)()()cos(21nnctAn)cos(21nnctAnttfttfccsin)(21cos)(21ttfttfccsin)(21cos)(21上边带信号上边带信号 下边带信号下边带信号（调制信号相移（调制信号相移 所得）所得

17、）)2/cos()(nnntAtf2 USBSSBSL通信原理课件通信原理课件ttfttftSccSSBsin)(21cos)(21)(单边带信号表达式单边带信号表达式幅度特性幅度特性)(hH)(h2/2/)(21tf)(21tf 希尔伯特希尔伯特变换器变换器 相移特性相移特性通信原理课件通信原理课件单边带调幅信号的解调单边带调幅信号的解调)(tsSSB)(te)(0teSSBSSB信号的相干解调信号的相干解调ttfttftSccSSBsin)(21cos)(21)(ttStecSSBcos).()(ttfttftftttfttfccccc2sin)(212cos)(21)(21cos)sin

18、)(cos)(经低通滤波后经低通滤波后)(21)()(0tfteLPFte通信原理课件通信原理课件5.1.4 5.1.4 残留边带调幅残留边带调幅 单边带调制具有单边带调制具有节约频谱节约频谱和和功率功率的优点，代的优点，代价是设备制作困难，如用滤波法则边带滤波器不价是设备制作困难，如用滤波法则边带滤波器不容易得到陡峭的频率特性，用相移法则基带信号容易得到陡峭的频率特性，用相移法则基带信号各频率成分不可能都做到相移相等。各频率成分不可能都做到相移相等。 为了解决这个问题，可以采用残留边带调制为了解决这个问题，可以采用残留边带调制（VSBVSB）。在这种调制中，一个边带绝大部分顺）。在这种调制中

19、，一个边带绝大部分顺利通过，而另一个边带残留一小部分。利通过，而另一个边带残留一小部分。通信原理课件通信原理课件残留边带信号的产生残留边带信号的产生)(F)(tf通信原理课件通信原理课件0)(FH)(DSBS000H)(VSBH)(VSBS残留下边带残留下边带残留下边带残留下边带通信原理课件通信原理课件0)(FH)(DSBS000H)(VSBH)(VSBS残留上边带残留上边带残留上边带残留上边带通信原理课件通信原理课件残留边带信号解调残留边带信号解调)(te)(0te)(E)(0E)(tsVSB)(VSBS)cos(tc)(E)()(2()()(2(41cVSBccVSBcHFHF)()()(

20、41cVSBcVSBHHF低频分量低频分量所以对残留边带滤波器提出要求所以对残留边带滤波器提出要求)()()()(41kFHHFcVSBcVSB通信原理课件通信原理课件残留边带滤波器特性的两种形式残留边带滤波器特性的两种形式 残留残留“部分上边带部分上边带”的滤波器特性：下图的滤波器特性：下图(a)(a) 残留残留“部分下边带部分下边带”的滤波器特性的滤波器特性 ：下图：下图(b)(b)通信原理课件通信原理课件 结论：结论：只要残留边带滤波器的特性只要残留边带滤波器的特性H HVSBVSB()()在在 c c处具有互补对称（奇对称）特性，那么采用相处具有互补对称（奇对称）特性，那么采用相干解调

21、法解调残留边带信号就能够准确地恢复所需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。的基带信号。 通信原理课件通信原理课件5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 5.2.1 5.2.1 分析模型分析模型图中图中 s sm m( (t t) ) 已调信号已调信号 n n( (t t) ) 信道加性高斯白噪声信道加性高斯白噪声 n ni i( (t t) ) 带通滤波后的噪声带通滤波后的噪声 m m( (t t) ) 输出有用信号输出有用信号 n no o( (t t) ) 输出噪声输出噪声通信原理课件通信原理课件噪声分析噪声分析设白噪声的单边功率谱密度为设白噪

22、声的单边功率谱密度为n n0 0，带通滤波器，带通滤波器是高度为是高度为1 1、带宽为、带宽为B B的理想矩形函数，则解调的理想矩形函数，则解调器的输入噪声功率为器的输入噪声功率为BnNi0输入信噪比输入信噪比Si /Ni 的定义是：的定义是：)()(22tntsNSimii功率解调器输入噪声的平均平均功率解调器输入已调信号的通信原理课件通信原理课件解调器输出信噪比定义解调器输出信噪比定义输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。显然，输出信噪比越大越好。显然，输出信噪比越大越好。信噪比增益定义：信噪比增益定义： 用用G G便于比较同类调制系统采用不同解调器便于比

23、较同类调制系统采用不同解调器 时的性能。时的性能。2oo2oo( )( )Sm tNn t解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平均功率iiNSNSG/00通信原理课件通信原理课件 5.2.2 DSB5.2.2 DSB调制系统的性能调制系统的性能DSBDSB相干解调抗噪声性能分析模型相干解调抗噪声性能分析模型 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 通信原理课件通信原理课件输出信噪比计算输出信噪比计算设解调器输入信号为设解调器输入信号为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2o0111( )444ii

24、Nn tNn Bttmtscmcos)()(22oo1( )( )4Sm tm t输出噪声功率为输出噪声功率为22oo01( )( )414im tSm tNn BN输出信噪比输出信噪比通信原理课件通信原理课件输入信噪比计算输入信噪比计算解调器输入信号平均功率为解调器输入信号平均功率为输入信噪比输入信噪比)(21cos)()(222tmttmtsScmiBntmNSii02)(21通信原理课件通信原理课件信噪比增益信噪比增益DSBDSB信号的解调器使信噪比改善一倍。信号的解调器使信噪比改善一倍。oo/2/DSBiiSNGSN通信原理课件通信原理课件单边带解调器的输入信噪比为单边带解调器的输入信

25、噪比为BntmBntmNSii02024)()(41SSBSSB调制系统的性能调制系统的性能22oo001( )( )16144m tSm tNn Bn B单边带解调器的输出信噪比为单边带解调器的输出信噪比为通信原理课件通信原理课件信噪比增益信噪比增益SSBSSB信号的解调器使得信噪比没有改善。信号的解调器使得信噪比没有改善。oo/1/SSBiiSNGSN通信原理课件通信原理课件 上述表明，上述表明，G GDSBDSB = 2 = 2G GSSBSSB，这能否说明，这能否说明DSBDSB系统系统的抗噪声性能比的抗噪声性能比SSBSSB系统好呢？系统好呢？回答是否定的。回答是否定的。 如果我们在

26、相同的输入信号功率，相同的输入如果我们在相同的输入信号功率，相同的输入噪声功率谱密度，相同的基带信号带宽条件下，两噪声功率谱密度，相同的基带信号带宽条件下，两者的抗噪声性能是相同的。但者的抗噪声性能是相同的。但SSBSSB所需的传输带宽所需的传输带宽仅是仅是DSBDSB的一半，因此的一半，因此SSBSSB得到普遍应用。得到普遍应用。通信原理课件通信原理课件 5.2.4 AM5.2.4 AM包络检波的性能包络检波的性能包络检波器分析模型包络检波器分析模型检波输出电压正比于输入信号的包络变化。检波输出电压正比于输入信号的包络变化。 ( )mst BPF )(tn ( )mst )(tni )(tn

27、o o( )m t 包络检波 通信原理课件通信原理课件2oo220/2( )/( )AMiiSNm tGSNAm t大信噪比情况：大信噪比情况： 1. AM1. AM信号的调制制度增益信号的调制制度增益G GAMAM随随A A0 0的减小而增加。的减小而增加。2. 2. G GAMAM总是小于总是小于1 1，这说明包络检波器对输入信噪，这说明包络检波器对输入信噪 比没有改善，而是恶化了。比没有改善，而是恶化了。3. 3. 可以证明，采用同步检测法解调可以证明，采用同步检测法解调AMAM信号时，信号时， 得到的调制制度增益与上式给出的结果相同。得到的调制制度增益与上式给出的结果相同。 结论：结论

28、：通信原理课件通信原理课件小信噪比情况小信噪比情况 当输入信号小到一定程度时，输出信噪比当输入信号小到一定程度时，输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，通常把这种现象称为解调器的恶化，通常把这种现象称为解调器的门限效应门限效应。开始出现门限效应的输入信噪比称为开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值门限值。 通信原理课件通信原理课件 讨论讨论1. 1. 门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。 2. 2. 用相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存在门用相干解调的方法解调各种线性调制信号

29、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。出端总是单独存在有用信号项。3. 3. 在大信噪比情况下，在大信噪比情况下，AMAM信号包络检波器的性能几乎与信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同。但当输入信噪比低于门限值时，将会相干解调法相同。但当输入信噪比低于门限值时，将会出现门限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧恶化，出现门限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。系统无法正常工作。通信原理课件通信原理课件5.3 5.3 非线性调制（角度调制）原理非线性调制（角度调制）原理 角度调制

30、角度调制可分为可分为频率调制频率调制和和相位调制，相位调制，是是已已调信号的频率或相位随调制信号变化而变化调信号的频率或相位随调制信号变化而变化。 角度调制后信号会产生新的频率成分，而且角度调制后信号会产生新的频率成分，而且调制后信号的带宽一般要比调制信号的带宽大得调制后信号的带宽一般要比调制信号的带宽大得多，多，故又称为故又称为非线性调制非线性调制。 通信原理课件通信原理课件5.3.1 5.3.1 角度调制的基本概念角度调制的基本概念)(cos)(cos()(tAttAtsccc 为角度调制的幅度；为角度调制的幅度； 称作瞬时相位，称作瞬时相位，角度调制：角度调制：)(t其对时间的导数为其对

31、时间的导数为瞬时角频率瞬时角频率 ：)()()()(tdttddttdtcc)(t瞬时角频率瞬时角频率cA瞬时相位偏移瞬时相位偏移瞬时相位瞬时相位瞬时角频率偏移瞬时角频率偏移通信原理课件通信原理课件)(cos()(tfKtAtsPMccPM 相位调制（相位调制（PMPM）：）：已调信号的瞬时相位偏移随已调信号的瞬时相位偏移随调制信号调制信号 变化而作线性变化。变化而作线性变化。其瞬时角频率为其瞬时角频率为)(tfPMK 称作称作相移常数相移常数，代表了调相器的灵敏度，代表了调相器的灵敏度，单位为弧度单位为弧度/ /伏（伏（rad/V)rad/V)。dttdfKtfKtdtdtPMcPMc)()

32、()(通信原理课件通信原理课件)(cos()(dttfKtAtsFMccFMFMK 称作称作频偏常数频偏常数，代表了调频器的灵敏度，代表了调频器的灵敏度，单位为弧度单位为弧度/ /秒秒/ /伏（伏（rad/s/V)rad/s/V)。 频率调制（频率调制（PMPM）：）：已调信号的瞬时频率偏移已调信号的瞬时频率偏移随调制信号随调制信号 变化而作线性变化。变化而作线性变化。)(tf其瞬时相位偏移为其瞬时相位偏移为dttfKdttfKtFMFM)()()(通信原理课件通信原理课件频率调制（频率调制（PMPM）与相位调制（）与相位调制（PMPM）区别：）区别： 相位调制是相位偏移随调制信号相位调制是相

33、位偏移随调制信号 线性线性变化，频率调制是相位偏移随调制信号变化，频率调制是相位偏移随调制信号 的的积分呈线性变化。积分呈线性变化。 如果预先不知道调制信号如果预先不知道调制信号 的具体形式，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。则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。 )(tf)(tf)(tf通信原理课件通信原理课件tAtfmmcos)(单音角度调制信号单音角度调制信号设调制信号为：设调制信号为：调相信号为：调相信号为：)coscos()(tAKtAtsmmPMccPM调频信号为：调频信号为：)(cos()(t dtfKtAtsFMccFM)sincos(tAKtAmmmF

34、Mcc调相指数调相指数调频指数调频指数 最大的最大的相位偏移相位偏移 最大的最大的频率偏移频率偏移通信原理课件通信原理课件 (a) PM (a) PM 信号波形信号波形 (b) FM (b) FM 信号波形信号波形 通信原理课件通信原理课件调频和调相的关系调频和调相的关系 角频率角频率和和相位相位互为互为微分微分和和积分积分的关系，若将调的关系，若将调制信号制信号先积分后调相先积分后调相，结果输出，结果输出调频调频信号；而若信号；而若将将调制信号调制信号先微分后调频先微分后调频，结果输出，结果输出调相调相信号信号。)(cos()(tfKtAtsPMccPM)(cos()(dttfKtAtsFM

35、ccFM通信原理课件通信原理课件 直接和间接调相直接和间接调相d()dtm(t)gFMsPM(t)(b)PMsPM(t)m(t)(a)通信原理课件通信原理课件直接和间接调频直接和间接调频 ()d tm(t)gPMsFM(t)(b)FMsFM(t)m(t)(a)通信原理课件通信原理课件5.3.2 5.3.2 窄带调频窄带调频 角度调制信号的带宽和角度调制信号的带宽和调制信号带宽、幅度调制信号带宽、幅度有关，和有关，和调制器的参数调制器的参数有关。有关。)(cos()(ttAtscc 若若 ，调制信号的频谱较窄，称，调制信号的频谱较窄，称作作窄带角度调制窄带角度调制，反之则称为，反之则称为宽带角度

36、调制宽带角度调制。6)(max 1 1时有近似时有近似式式 在在大信噪比情况下，宽带调频系统的制大信噪比情况下，宽带调频系统的制度增益是很高的，即抗噪声性能好度增益是很高的，即抗噪声性能好。2ooFMFM/3/2fiimSNBGmSNf)(2) 1(2mmfFMfffmB23(1)FMffGmm33FMfGm通信原理课件通信原理课件94调频调频系统与调幅系统比较系统与调幅系统比较 在大信噪比情况下，若若设设AMAM信号为信号为100%100%调制，调制，且为且为单频余弦波信号单频余弦波信号，有，有将两者相比，得到将两者相比，得到2oo0/22mSANn foo2FMooAM/3/fSNmSN通

37、信原理课件通信原理课件 在在大信噪比情况下大信噪比情况下，宽带，宽带调频系统解调器调频系统解调器的的输出输出信噪比是调幅系统的信噪比是调幅系统的3 3m mf f2 2倍倍。 调频调频系统系统的这的这一优越性是以增加其传输一优越性是以增加其传输带宽带宽来来换取的换取的。oo2FMooAM/3/fSNmSN通信原理课件通信原理课件96当当m mf f 1 1时，上式可近似为时，上式可近似为 可见可见，宽带调频输出信噪比相对于调幅，宽带调频输出信噪比相对于调幅的的改善改善与它们带宽比的平方成正比。调频是以与它们带宽比的平方成正比。调频是以带带宽宽换取信噪比的改善。换取信噪比的改善。2ooFMFMo

38、oAMAM/3/SNBSNB通信原理课件通信原理课件97结论：结论：在大信噪比情况下，调频系统的抗在大信噪比情况下，调频系统的抗噪声噪声性能性能将比调幅系统优越，且其优越程度将随将比调幅系统优越，且其优越程度将随传传输输带宽的增加而提高。带宽的增加而提高。 但是但是，FMFM系统以带宽换取输出信噪比系统以带宽换取输出信噪比改善改善并不是并不是无止境的。随着传输带宽的增加，无止境的。随着传输带宽的增加，输入输入噪声功率噪声功率增大，在输入信号功率不变的条件下增大，在输入信号功率不变的条件下，输入输入信噪比下降，当输入信噪比降到一定信噪比下降，当输入信噪比降到一定程度程度时时就会出现门限效应，输出

39、信噪比将急剧恶化。就会出现门限效应，输出信噪比将急剧恶化。通信原理课件通信原理课件98 5.4.3 5.4.3 小信噪比时的门限小信噪比时的门限效应效应 当当( (S Si i / /N Ni i) )低于一定数值时，解调器的低于一定数值时，解调器的输出输出信噪比信噪比( (S So o / /N No o) )急剧恶化，这种现象称为调频急剧恶化，这种现象称为调频信信号号解调的解调的门限效应门限效应。 门限值门限值 出现门限效应时所对应的出现门限效应时所对应的输入输入信噪比信噪比值称为门限值，记为值称为门限值，记为( (S Si i / /N Ni i) ) b b。通信原理课件通信原理课件9

40、9 下图画下图画出了单音调制时在出了单音调制时在不同调制指数不同调制指数下，下，调调频频解调器的解调器的输出输出信噪比与输入信噪比的信噪比与输入信噪比的关系曲线关系曲线。 通信原理课件通信原理课件100 降低门限值的降低门限值的方法有方法有很多很多，例如，可以，例如，可以采用采用锁相环锁相环解调器和负反馈解调器和负反馈解调器解调器，它们的门限比，它们的门限比一一般般鉴频器的门限电平低鉴频器的门限电平低610dB610dB。 还还可以采用可以采用“预加重预加重”和和“去加重去加重”技术技术来来进一步进一步改善调频解调器的输出信噪比。这也改善调频解调器的输出信噪比。这也相当相当于于改善了门限。改善

41、了门限。 通信原理课件通信原理课件5.4.3 5.4.3 加重去加重技术加重去加重技术 鉴频器输出噪声的鉴频器输出噪声的功率谱密度随频率的平方而功率谱密度随频率的平方而增加增加，造成信号的低频信噪比较高，而高频信噪比很，造成信号的低频信噪比较高，而高频信噪比很低，使高频信号传输困难，因此通常采用加重去加重低，使高频信号传输困难，因此通常采用加重去加重技术来解决。技术来解决。 加重去加重加重去加重就是在发送端的调频器前面接入一就是在发送端的调频器前面接入一个加重网络，在接收端的鉴频器输出端接入一个去个加重网络，在接收端的鉴频器输出端接入一个去加重网络，使调频系统的输出噪声功率谱变得平坦。加重网络

42、，使调频系统的输出噪声功率谱变得平坦。通信原理课件通信原理课件 如果在解调器输出端接一个输出特性随如果在解调器输出端接一个输出特性随f f的增加的增加而滚降的线性网络，将高端的噪声衰减，则总的噪而滚降的线性网络，将高端的噪声衰减，则总的噪声功率可以减小，这个网络称为去加重网络。声功率可以减小，这个网络称为去加重网络。通信原理课件通信原理课件 在接收端接入去加重网络后，将会对输出信号在接收端接入去加重网络后，将会对输出信号带来频率失真，因此在调制器前加一个预加重网络带来频率失真，因此在调制器前加一个预加重网络来抵消去加重网络的影响。来抵消去加重网络的影响。 通信原理课件通信原理课件小结：小结：噪

43、声引入之前采用预加重网络，人为地噪声引入之前采用预加重网络，人为地加重发射机输入调制信号的高频分量。然后在接收加重发射机输入调制信号的高频分量。然后在接收机鉴频器的输出端，采用去加重网络把高频分量去机鉴频器的输出端，采用去加重网络把高频分量去加重，恢复原来的信号功率分布。在去加重过程加重，恢复原来的信号功率分布。在去加重过程中，同时也减小了噪声的高频分量，但是预加重对中，同时也减小了噪声的高频分量，但是预加重对噪声并没有影响，因此有效地提高了输出信噪比。噪声并没有影响，因此有效地提高了输出信噪比。 在采用加重去加重电路后，可以使输出信噪比在采用加重去加重电路后，可以使输出信噪比提高提高6dB6

44、dB左右。左右。通信原理课件通信原理课件5.5 5.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较1 1、各种模拟调制方式总结、各种模拟调制方式总结BnSNSiDSB000 设接收机输入端具有相等的信号功率，且加设接收机输入端具有相等的信号功率，且加性噪声均为均值为零，噪声功率谱密度为性噪声均为均值为零，噪声功率谱密度为 的的高斯白噪声。高斯白噪声。20nBnSNSiSSB000BnSNSiAM00031BnSmNSifFM020023通信原理课件通信原理课件 总结各种调制方式的传输带宽、信噪比增益、总结各种调制方式的传输带宽、信噪比增益、设备复杂程度、主要应用等如表。设备复杂程度、主要应用

45、等如表。调制调制方式方式信号带宽信号带宽制度增益制度增益设备复设备复杂度杂度主要应用主要应用DSBDSB2 2中等中等较少应用较少应用SSBSSB1 1复杂复杂短波无线电广播话音短波无线电广播话音频分多路频分多路VSBVSB近似近似SSBSSB复杂复杂商用电视广播商用电视广播AMAM2/32/3简单简单中短波无线电广播中短波无线电广播FMFM中等中等超短波小功率电台微波超短波小功率电台微波中继，调频立体声广播中继，调频立体声广播mf2mf2mf略大于略大于mf mffm) 1(2) 1(32ffmm通信原理课件通信原理课件2 2、各种模拟调制方式性能比较、各种模拟调制方式性能比较 抗噪性能抗噪

46、性能: :WBFMWBFM最好最好，DSBDSB、SSBSSB、VSBVSB次之，次之，AMAM最差最差，NBFMNBFM与与AMAM接近。接近。 就频带利用率而言，就频带利用率而言，SSBSSB最好最好，VSBVSB与与SSBSSB接接近，近，DSBDSB、AMAM、NBFMNBFM次之，次之，WBFMWBFM最差最差。 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件5.6 5.6 频分复用和调频立体声频分复用和调频立体声5.6.1 5.6.1 频分复用频分复用 “ “复用复用”是一种将若干个彼此独立的信号合是一种将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法。并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法。 信道的复用可分为：信道的复用可分为： 按频率区分信号的按频率区分信号的频分复用频分复用（FDM);FDM); 按时间区分信号的按时间区分信号的时分复用时分复用（TDMTDM）