现代通信原理(04-1).ppt

1、2020/7/15，1，现代通信原理，第4章模拟角度调制(1)，2020/7/15，2，单元概述，调频信号理论上有一个无限宽的频带，在实际应用中通常用卡森公式计算。调频信号占据了很宽的频带，但其抗噪声性能远远优于线性调制，因此得到了广泛的应用。2020/7/15，3，单元学习大纲，(1)单频调制下宽带调频信号的时域和频域表达；(2)窄带调频信号的时域和频域表示，以及窄带调频信号与常规调幅信号的区别；(3)调频指数和频偏的定义和物理意义；(4)调频信号的解调方法；(5)调频信号在5)AWGN信道中的抗噪声性能，了解信噪比增益与调频指数的关系；2020/7/15，4，(6)调频信号非相干解调中阈值

2、效应的物理解释；(7)通过预加重/去加重提高信噪比的原理；(8)提高阈效应的方法和基本原则；(9)调频在广播电视中的应用。2020年7月15日，第4章模拟角度调制，4.1基本概念1。基本概念1。非线性调制：光谱之间的非线性2。相位调制载波频率=Acos瞬时相位偏移=KPMF；瞬时相位(t)=KPMf(t) 0，其中KPM相移常数取决于实现电路的时域表达式：SPM (t)=acosct kpmf (t)，2020/7/15，6，第4章模拟角度调制，4.1基本概念1。基本概念在第三章模拟线性调制中，调制信号的频谱仅与调制信号的频谱成线性关系。本章介绍的模拟角度调制是一种非线性调制。与调制信号相比，

3、调制信号具有新的频率成分。2020/7/15，7，第4章模拟角度调制，假设未调制载波C(t)=Acos(c 0)振幅a、频率f(角频率C)和相位角(c 0)(初始相位0)可以携带信息，产生三种模拟调制模式：振幅调制、频率调制和相位调制。2020/7/15，8，第4章，模拟角度调制。在模拟通信中，常用调频方法，如调频广播、电视伴音、卫星通信等。在数字通信中，经常使用相位调制，如PSK和QPSK。2020/7/15，9，1。调频的定义：调制信号的瞬时角频率(或频率)随着调制信号的幅度而变化。时间表达式：SFM=频率偏移=频率偏移；瞬时角频率=kfmf (t)频率偏移常数KFM，2020/7/15，

4、10，调频波的另一个时域表达式：由于瞬时角频率和瞬时相角是微分和积分的，即2020/7/15，11，调频波的另一个时域表达式是：2000时域表达式：SPM=Acocct KPmf(t)KFM称为相移常数，2020/7/15，13，3。间接相位调制/频率调制由于相位和频率是微分和积分的，所以相位调制可以通过频率调制器来实现，这就是间接相位调制。您也可以使用相位调制器来实现频率调制，这称为间接频率调制。间接相位调制，间接频率调制，2020/7/15，14，通常相位调制器的调节范围不能超过(-，)，因此直接相位调制和间接频率调制仅适用于窄带角度调制。对于宽带角度调制，通常使用直接频率调制和间接相位调

5、制。2020/7/15，15，2。单频余弦调制信号f(t)=Amcosmt，相位调制信号，相位调制指数PM=KPMAm，2020/7/15，16，频率调制信号，频率调制指数为FM，用瞬时角频率表示，其中max=KFMAM为最大角频率偏移。2020/7/15，17，2020/7/15，18，4.2。根据调制载波的瞬时相位偏移，角度调制可分为宽带和窄带。，2020/7/15，19，1。窄带调频，1。时域，根据三角函数公式，当满足窄带条件时，有，窄带调频信号可以表示为：2020/7/15，20，2。频域，如果调制信号f(t)的频谱为f()，则窄带调频信号的频域表达式为：2020/7/15，22。将窄

6、带调频信号与调幅信号进行比较，以单频调制为例，f(t)=AMCOST，标准调幅信号，2020/7/15，23，2020/7/15，24，两者都有载波的两个边带，合成矢量始终与载波同相，M旋转的变化不会引起载波频率的变化，只会引起幅度的变化。2020/7/15，26，(4)窄带调频改变载波频率。合成矢量总是垂直于载波矢量，并且载波频率由于M旋转的改变而改变，而不改变载波幅度。2020/7/15，27，2。窄带相位调制，时域，频域，2020/7/15，28，窄带相位调制与常规幅度调制的比较，窄带相位调制与常规幅度调制相似，其频谱包括载波频率C和C附近的两个边带，在窄带相位调制中，F(-c)向C位置

7、偏移应偏移90O。通过窄带相位调制移动到-c位置的F(c)应该移动-90O。2020/7/15，29，4.3宽带频率调制当正弦信号被调制时，让调制信号为单频余弦f(t)=Amcosmt=Amcos2fmt，其中频率调制指数，如果窄带条件不满足，三角函数的近似表达式不成立，而2020/7/15，30，4.3宽带当正弦信号被调制时。公式中的系数称为贝塞尔函数，可以用无穷级数计算。2020/7/15，32，2020/7/15，33，2020/7/15，34。以下公式是用贝塞尔函数表示的宽带调频信号。贝塞尔函数具有以下性质：奇次谐波关于=c轴是奇次对称的，偶次谐波关于=c轴是偶次对称的，2020/7/

8、15，35，这相当于窄带频率调制。对于任意调频值，每阶贝塞尔函数的平方和总是等于1，即调制波的谐波能量之和等于载波能量，满足能量守恒。2020/7/15，36，使用cos xcosy=cos(x-y)cos(x-y)/2 sinx siny=cos(x-y)-cos(x-y)/2j-n(FM)=(1)njn(FM)得出结论。33390.00000000006奇数谐波关于=c轴是奇数对称的，偶数谐波关于=c轴具有无限带宽偶数对称调频信号。2020/7/15，37，2。单频调频信号的特性，1。宽带调频信号的频谱是在载波频率两侧对称分布的无限对边频分量。2.由于贝塞尔系数随着阶数的增加而减小，所以功

9、率较高的频率分量主要集中在低阶频谱，只有在调频带宽内的信号才能传输。通常，|Jn(FM)|0.01A的边带频率被认为是有效谐波，其中a是未调制载波的幅度。2020/7/15，38，2。单频调制调频信号的特性。能够传递有效谐波的带宽就是有效带宽。在BFM=2nmaxfm公式中，nmax是有效谐波数，即2020/7/15、39、4 . 3 . 2-卡森公式中的单频调制带宽，有效计算带宽的公式称为卡森公式。其中调频是频率调制指数。Fm是调制信号的带宽。2020/7/15，40，4.3.2，单频调制带宽-卡森公式。上述公式表明，边频分量只计算到调频一次。图4-8示出了调频信号带宽与调频指数之间的关系曲

10、线。当fm1和BFM=2fm时，这是窄带频率调制的情况。当FM1，BFM=2fmax，2020/7/15，41，4.3.3为单频调制时，调频信号中所有频率分量(包括载波)的平均功率之和为常数。当调频=0时，即无调制时，J0(N)=1，总功率为载波功率A02/2。当FM0，即调制为J0(N)1时，载波功率下降，能量分配到边频，但总功率为A02/2。例4-1，2020/7/15，400一个双频和多频正弦信号调制双频调制信号f(t)=Am1cosm1t Am2cosm2t，其中频率调制指数2020/7/15，43被引入到复信号表示中，其中2020/7/15，44，2020/7/15，45，n个频率正

11、弦信号被调制，这可以通过相同的方式获得。在双频正弦和多频正弦调制的频谱中，不仅有c nm1和cnkm2的无限线性分量，还有c nm1和cnk m2的无限非线性分量，称为交叉分量，它们大大增加了频率分量。2020/7/15/47/4/4/1，周期信号被频率调制，并且周期信号可以通过傅立叶级数分解成无限频率分量。它可以通过多频调制来计算，但是太复杂了。下面讨论一个更简洁的方法。2020/7/15，48，调频波可以表示为：2020/7/15，49，因为调制信号f(t)是周期信号，所以q(t)也是周期信号，可以用傅里叶级数展开：2020/7/15，50，调频波可以表示为：见例4-3，2020/7/15

12、，51，4.4.2随机信号的频率调制，随机信号f(t)，其概率密度函数因为调制信号的频率与调制信号的幅度成正比，所以pf(t)和FM(FM。如下图所示。2020/7/15，52，图4-11，随机信号的幅度概率密度，2020/7/15，53，图4-12，频率调制后随机信号的功率谱，2020/7/15，54，4.4.3，带宽，频偏比，最大值如何计算任何带限信号的带宽。首先，定义频率偏移比，2020/7/15，55，用DFM代替卡森公式中的调频指数。调频带宽的计算公式为BFM=2(DFM 1)fmax。实际应用表明，上述公式计算的带宽较窄。对于DFM2，由以下公式计算的带宽通常更好。BFM=2 (D

13、FM 2) fmax，2020/7/。4.5.1单频宽带相位调制的推导与单频宽带频率调制信号的推导相同，包括：2020/7/15，57，4.5宽带相位调制。相位调制信号的频谱与频率调制信号的频谱之间的差别在于各边频率分量的相移。当PM 1为B PM=2PMfm，2020/7/15，58时，相位调制信号的带宽为B PM B PM=2(PM 1)fm，与宽带fm相比，对于宽带FM: B FM 2FMfm=2(KFMAm/m)*fm当调制信号的频谱变宽时，调频信号的带宽不会改变。对于宽带相位调制：B PM 2PMfm=2(KPMAm)*fm当调制信号的频谱变宽时，调制信号的带宽也会变宽，这对频分复用

14、系统非常不利，因此很少使用模拟宽带相位调制。2020/7/15，59，4.6调频信号生成和解调，1。调频信号产生：两种方法1。直接方法：利用调制信号改变压控振荡器的频率。2020/7/15，60，振荡器的瞬时频率，其中载波频率为2020/7/15，61。通常，压控振荡器的电容器中只有一个变容二极管，调制信号作为偏置电压加到变容二极管上。当信号幅度改变时，偏置电压的改变将导致变容二极管的电容改变，这又将导致本地振荡器的频率改变。2020/7/15，62，2020/7/15，63，2。窄带调频信号可以用下面的公式表示：2020/7/15，64，然后用理想的平方律非线性器件实现倍频。窄带调频调制器框图，2020/7/15，65，理想平方律非线性器件So(t)=As2(t)输入调频信号Si (t)=ACOSCT()。经过N次倍频后，调频指数增加了N倍，实现了宽带调频。202