通信原理国防第六版第5章 模拟调制系统1.ppt

1、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（角度调制）的原理 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(FDM),第 5 章 模拟调制系统,第5章学习目标 1、掌握幅度调制（AM、DSB、SSB与VSB） 信号的时域与频域表达式、调制器一般模型，信号频谱的特点、掌握线性调制的抗噪声性能的分析方法； 2、理解角度调制原理、大信噪比情况下角度调制的噪声性能分析方法； 3、了解频分复用、复合调制。,作业P128 2、5、6、7、9、13、16、17,角度调制的基本概念 角度调制信号的一般表达式为,A是载波的恒定振幅； ct+(t

2、) 是信号的瞬时相位； (t)称为相对于载波相位ct的瞬时相位偏移； dct+ (t)/dt是信号的瞬时频率； d(t)/dt称为相对于载频c的瞬时频率偏移。,相位调制,Kp是调相灵敏度，单位rad/V。,KF是调频灵敏度，rad/（sV）。,频率调制,直接和间接调频,(t),直接和间接调相,单频信号（单音信号）PM,设调制信号为单频余弦波， m(t)=Amcosmt 则 sPM(t)= Acosct+KPAmcosmt = Acosct+ mP cosmt 其中, mP=KpAm=PM调相指数， -最大瞬时相位偏移 PM=KpAmm 最大瞬时角频率偏移,单频信号FM,其中,最大瞬时角频率偏移

3、,m f 调频指数，-最大瞬时相位偏移。, fFM= m f fm,设调制信号为单频余弦波，,窄带调频（NBFM） 如果FM信号的最大瞬时相位偏移满足：,称为窄带调频，这时，信号占据带窄。 (NBFM ：Narrow-Band Frequency Modulation) 反之，是宽带调频 (WBFM ：Wide-Band Frequency Modulation) 。,窄带调频信号的时域表达式为：,窄带调频信号的频域表达式,宽带调频（WBFM） 不满足,卡森公式：,5.3.4 调频信号的产生与解调 1、 调频信号的产生 产生调频波的方法通常有两种： 直接法和间接法。 （1） 直接法。直接法就是

4、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。 压控振荡器（VCO），振荡频率正比于输入控制电压，即 (t)=c+Km(t),（2） 间接法 （阿姆斯特朗（Armstrong）法） 原理框图：,间接调频框图,窄带调频信号：,因此，可采用下图所示的方框图来实现窄带调频。,原理：,倍频器： 作用：将窄带信号的瞬时频率（即载频和相位偏移） 均倍频n倍 目的：为提高调频指数，从而获得宽带调频。 输入信号为调频信号 以理想平方律器件为例，其输出-输入特性为,滤除直流成分后，得到一个新的调频信号，其载频和相位偏移均增为2倍，由于相位偏移增为2倍，因而调频指数也必然增为2倍。 同理，经n次倍

5、频后可以使调频信号的载频、相位偏移、调频指数增为n倍。,典型实例 调频广播发射机。载频：f1 = 200kHz ，调制信号最高频率 fm = 15kHz， 间接法产生的最大频偏 f1 = 25 Hz ，调频广播要求的最终频偏 f =75 kHz，发射载频在88-108MHz频段内。 要满足最终频偏 f =75kHz的要求，需要倍频 倍频后新的载波频率(nf1 )高达600MHz 不符合 fc =88-108MHz的要求 因此需用混频器进行下变频来解决,图5-27 Armstrong法产生宽带调频,混频只改变载频而不影响频偏及调频指数,例：在上述宽带调频方案中，设调制信号是fm =15 kHz的

6、单频余弦信号，NBFM信号的载频f1 =200 kHz，最大频偏f1 =25 Hz；混频器参考频率f2 = 10.9 MHz，选择倍频次数n1 = 64，n2 =48。 (1) 求NBFM信号的调频指数； (2) 求调频发射信号（即WBFM信号）的载频、最大频偏和调频指数。 解：（1）NBFM信号的调频指数为 （2）调频发射信号的载频为,最大频偏为 调频指数为,（1） 相干解调 （仅适用于NBFM信号）,BPF的作用是取出信号，抑制噪声； LPF的作用是滤除二倍频载频分量。,2、调频信号的解调,相乘器的输出为 ,经低通滤波器取出其低频分量,再经微分器，得输出信号,（2） 非相干解调（NBFM和

7、WBFM均适用）,解调器的输出应为： ,即解调器应产生正比于输入频率的输出电压，最简单的解调器是具有频率-电压转换特性的频率检波器，即鉴频器。,调频信号的一般表达式为：,经微分器 包络检波器则将其幅度变化检出并滤去直流，再经低通滤波后即得解调输出 式中Kd 为鉴频器灵敏度，单位为V/(rad/s) 。,调频信号,调幅调频信号,5.6 频分复用(FDM),将若干路独立的信号在同一信道上互不干扰地传输的技术称为复用技术。它可以提高信道的利用率。 通信系统按照信号的复用方式,分类,频分复用(FDM)通信系统 时分复用(TDM)通信系统 码分复用(CDM)通信系统,频分复用(FDM，Frequency

8、 Division Multiplexing) 是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，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，分别解调接收。 特点：多路信号在频域上是分离的，但在时域上是重叠的。它是模拟通信的主要手段 。,以SSB为例来说明FDM的基本原理 设信道中传输n路信号，第i 路为mi(t)，频谱分别为M1()、M2()、M3 ( )、，带宽均为m，为了避免各路信号频谱重叠，每路信号之间都留有一个间隔为g，即防护频带为g，这样便于滤波器的设计。 采用经SSB调制及频分复用后，合成信号的频谱下图所示：,LPF作用：限制各路信号的最

9、高频率 BPF作用：取出信号，抑制噪声,三路话音信号频分复用原理,相邻载波之间的间隔为： f=Bs+fg 式中Bs为已调信号带宽，对于SSB， Bs = fm ， fg为防护频带。 第i+1路载波的频率：,n路单边带信号复用后总频带宽度为：,B1=Bs+fg ，是一路占用的带宽。,复用信号原则上可以在信道中传输，但有时为了更好地利用信道的传输特性，也可以再进行一次调制。 FDM的优点是信道利用率高，允许复用的路数多，分路也很方便。 FDM的缺点是设备复杂，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干载波。,例：设有一个频分多路复用系统，副载波用DSB/SC调制，主载波用F

10、M调制。如果有60路等幅的音频输入通路，每路频带限制在3.3KHz，防护频带为0.7KHz； （1）如果最大频偏为800KHz，试求传输信号的带宽； （2）试分析与第1路相比时第60路输入信噪比降低的程度。,解：（1）分两种情况讨论： (a) 各路信号经过DSB调制后，在相邻两路信号 之间加防护频带fg，FDM信号的频谱结构：,(b) 各路音频信号加上防护带之后，再进行DSB调制，频分复用信号的频谱结构,设频分复用之后的60路DSB信号总带宽为fm，则有 fm=n2 fm+(n-1) fg =60 2 3.3+59 0.7=437.3kHz 对该信号进行FM调制，最终所得传输信号的带宽： B = 2(f+ fm) = 2 (800+437.3)=2474.6kHz2.48MHz,(a),（b）,DSB信号复用后带宽 fm=n(2 fm+ 2 fg)-2fg =60 2 (3.3+0.7)-1.4=