通信原理第三章 模拟调制系统

1、CCEE第三章第三章 模拟调制系统模拟调制系统通信原理电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理主要内容主要内容 3.1 3.1 概概 述述3.2 幅度调制幅度调制 3.3 非线性调制非线性调制 3.4 模拟调制系统的抗噪声性能模拟调制系统的抗噪声性能3.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.1 概述概述231电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理我们知道，通信的目的是为了把信息向远处传递（传播）我们知道，通信的目的是为了把信息向远处传递（传播）, ,那么在传播人声音时，我们可以用话筒把人声变成电信号，那么在传播人声音时，我们可

2、以用话筒把人声变成电信号，通过扩音机放大后再用喇叭（扬声器）播放出去。由于喇通过扩音机放大后再用喇叭（扬声器）播放出去。由于喇叭的功率比人嗓大得多，因此声音可以传得比较远。叭的功率比人嗓大得多，因此声音可以传得比较远。 扩音示意图扩音示意图话筒扩音机扬声器电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理但如果我们还想将声音再传得更远一些，比如几十千米、但如果我们还想将声音再传得更远一些，比如几十千米、几百千米，那该怎么办？几百千米，那该怎么办？大家自然会想到用电缆或无线电进行传输，但会出现两个大家自然会想到用电缆或无线电进行传输，但会出现两个问题，一是铺设一条几十千米甚至上百千米的电缆只传一问题，

3、一是铺设一条几十千米甚至上百千米的电缆只传一路声音信号，其传输成本之高、线路利用率之低路声音信号，其传输成本之高、线路利用率之低, ,人们是人们是无法接受的无法接受的. .二是利用无线电通信时，需满足一个基本条二是利用无线电通信时，需满足一个基本条件，即欲发射信号的波长（件，即欲发射信号的波长（两个相邻波峰或波谷之间的距两个相邻波峰或波谷之间的距离离）必须能与发射天线的几何尺寸可比拟，该信号才能通）必须能与发射天线的几何尺寸可比拟，该信号才能通过天线有效地发射出去（通常认为天线尺寸应大于波长的过天线有效地发射出去（通常认为天线尺寸应大于波长的十分之一）。而音频信号的频率范围是十分之一）。而音频

4、信号的频率范围是20Hz20Hz20kHz20kHz，最，最小的波长为小的波长为式中，式中，为波长（为波长（m m）；）；c c为电磁波传播速度（光速）为电磁波传播速度（光速）（m/sm/s）；）；f f为音频（为音频（HzHz）。）。84331 01 . 51 0()2 01 0cmf电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理可见，要将音频信号直接用天线发射出去，其天线几何尺可见，要将音频信号直接用天线发射出去，其天线几何尺寸即便按波长的百分之一取也要寸即便按波长的百分之一取也要150150米高（不包括天线底米高（不包括天线底座或塔座）。因此，要想把音频信号通过可接受的天线尺座或塔座）。因

5、此，要想把音频信号通过可接受的天线尺寸发射出去，就需要想办法提高欲发射信号的频率（频率寸发射出去，就需要想办法提高欲发射信号的频率（频率越高波长越短）越高波长越短）如何解决？如何解决？1 1、是在一个物理信道中对多路信号进行频分复用（、是在一个物理信道中对多路信号进行频分复用（FDMFDM，Frequency Division MultiplexFrequency Division Multiplex）；）；2 2、是把欲发射的低频信号、是把欲发射的低频信号“搬搬”到高频载波上去（或到高频载波上去（或者说把低频信号者说把低频信号“变变”成高频信号）。两个方法有一个成高频信号）。两个方法有一个共

6、同点就是要对信号进行调制处理。共同点就是要对信号进行调制处理。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.1 概述概述231电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理调制：调制：将基带信号的频带搬移至适合信道将基带信号的频带搬移至适合信道传输的频谱位置的过程。传输的频谱位置的过程。解调：解调：是调制的反变换，是将调制的信号是调制的反变换，是将调制的信号还原成基带信号的过程。还原成基带信号的过程。通常未调制的信号（基带信号）称为通常未调制的信号（基带信号）称为调制调制信号信号，而调制后的信号称为，而调制后的信号称为已调信号已调信号，完，完成频带搬移的则为成频带搬移的则为载波信号载波信号。调

7、制是通过调制信号调制是通过调制信号( (基带信号基带信号) )控制载波控制载波的某个的某个( (或某些或某些) )参数来实现的。参数来实现的。 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.1 概述概述231电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理调制的分类调制的分类按载波信号分类：按载波信号分类：正弦波调制正弦波调制载波为正弦型信号。载波为正弦型信号。脉冲调制脉冲调制载波为脉冲信号。载波为脉冲信号。按基带信号分类：按基带信号分类：模拟调制：基带信号为模拟信号的调制模拟调制：基带信号为模拟信号的调制数字调制：基带信号为数字信号的调制数字调制：基带信号为数字信号的调制电子工业出版社电子工业

8、出版社通信原理通信原理调制的分类调制的分类按基带信号对载波的控制参量按基带信号对载波的控制参量( (幅度、频率幅度、频率或相位或相位) )分类：分类：分为调幅、调频、调相。分为调幅、调频、调相。按已调信号的频谱结构分类：按已调信号的频谱结构分类：线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号的线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同。频谱结构相同。 非线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号非线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同。的频谱结构不同。 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理主要内容主要内容 3.1 3.1 概概 述述3.2 幅度调制幅度调制 3.3 非线性调

9、制非线性调制 3.4 模拟调制系统的抗噪声性能模拟调制系统的抗噪声性能3.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.2 幅度调制幅度调制幅度调制幅度调制: :正弦载波幅度随调制信号变化的正弦载波幅度随调制信号变化的调制方式。调制方式。 调制信号调制信号 m t幅度调制信号幅度调制信号载波信号载波信号频谱特性频谱特性 00cosc tAt 00coss tAm tt00 000cos2jtjtees tAm ttAm t m tM 002ASMM 是基带信号频谱在频域内的简单搬移是基带信号频谱在频域内的简单搬移 电子工业出版社电子工业出版社通

10、信原理通信原理幅度调制的一般模型幅度调制的一般模型幅度调制的一般模型由一个相乘器和一个冲幅度调制的一般模型由一个相乘器和一个冲激响应为激响应为h(th(t) )的带通滤波器组成，选择不同的带通滤波器组成，选择不同的的h(th(t) )，可以得到各种线性调制信号，可以得到各种线性调制信号 m t0cosAt s t s t h t 000000coscoscossinsins ts th thm ttdthm tdthm td 002ASSHMMH 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.2 幅度调制幅度调制123电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅

11、抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制 调制信号调制信号 m t m tM设带宽为设带宽为0 H通过带宽大于等于通过带宽大于等于2 2H H的滤波器的滤波器输出的已调信号为双边带调幅信号输出的已调信号为双边带调幅信号电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅(AMAM)常规双边带调幅未对已调信号的载波进行处理，常规双边带调幅未对已调信号的载波进行处理，通常是含有载波信号的双边带调幅信号。通常是含有载波信号的双边带调幅信号。 否则将会出现过调幅现象而带来失真否则将会出现过调幅现象而带来失真1( )m t1( )0m t设调制信号设调制信号直流分量直流分量交流部分交

12、流部分包络检波不失真条件，必须满足包络检波不失真条件，必须满足电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅(AMAM)信号时域表达信号时域表达 01cosAMstm tAt0A调制信号m(t)1+m(t)载波已调信号由波形可以看出，由波形可以看出，当满足条件：当满足条件：| |mm( (t t)| )| 1 1时，时，其包络与调制信号其包络与调制信号波形相同，波形相同，因此用包络检波法因此用包络检波法很容易恢复出原始很容易恢复出原始调制信号。调制信号。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅(AMAM)变换到频域变换到频域0A由频谱可

13、以看出，由频谱可以看出，AMAM信号信号的频谱由的频谱由载频分量载频分量上边带上边带下边带下边带三部分组成。三部分组成。上边带的频谱结构与原调上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。下边带是上边带的镜像。 00002AMASAMM 载频分量载频分量上边带上边带下边带下边带电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅常规双边带调幅信号在常规双边带调幅信号在11电阻上的平均功电阻上的平均功率应等于率应等于s sAMAM(t(t) )的均方值的均方值 2001cos1cos22tt0cos20t 0m t 22222AMcs

14、A m tAPPP载波功率载波功率边带功率与边带功率与调制信号有关调制信号有关定义调制效率定义调制效率 221sAMcsm tPPPm t222202222222000( )1( ) coscos ( )cos2( )cosAMAMPstAm ttAtA mttA m tt电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅设调制信号为单频余弦设调制信号为单频余弦 0cosmm tAt 222mAm t为防止过调幅为防止过调幅1AMmmA222222smAMAMcsmAMPAmPPAm在各种调制信号中，调制效率最高的是幅度为在各种调制信号中，调制效率最高的是幅度为1 1的方

15、波，此时调制效的方波，此时调制效率为率为0.50.5常规双边带调幅信号中的载波不携带任何信息，而且占据了信号一半常规双边带调幅信号中的载波不携带任何信息，而且占据了信号一半以上的功率，非常浪费，其调制效率也很低。如当以上的功率，非常浪费，其调制效率也很低。如当100%100%调制时调制时( ) ( ) ，双边带功率为载波功率的，双边带功率为载波功率的 1/21/2，只占用了调幅波功率的，只占用了调幅波功率的 1/3 1/3 为了提高效率，将功率充分地应用到有用的边带去，可把载波抑制掉，为了提高效率，将功率充分地应用到有用的边带去，可把载波抑制掉，即可得到抑制载波的双边带调幅即可得到抑制载波的双

16、边带调幅1AMm电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理常规双边带调幅常规双边带调幅 抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调幅节省抑制载波的双边带调幅节省了载波功率，频带宽度仍为了载波功率，频带宽度仍为调制信号的两倍，与常规双调制信号的两倍，与常规双边带调幅时相同。边带调幅时相同。上、下两个边带是完全对称上、下两个边带是完全对称的，用一个边带就可以传输的，用一个边带就可以传输全部信息全部信息 001cosAMstAm tt0若直流分量为 0cosDSBstAm tt 002DSBASM

17、M频谱特性频谱特性电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.2 幅度调制幅度调制123电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理为了取出双边带调制信号的一个边带。最直为了取出双边带调制信号的一个边带。最直接的方法是用滤波器取出一个边带接的方法是用滤波器取出一个边带( (滤波法滤波法) ) 010 UH0010 IH00100LH 01100ULHH 取出上边带取出上边带取出下边带取出下边带电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理滤波法的原理方框图滤波法的原理方框图SSBSSB信号的频谱信号的频谱上边带频谱图上边带频谱图: : ( )( )SSBDSBSSH电子工业出版社电子工业出版

18、社通信原理通信原理滤波法的技术难点滤波法的技术难点 滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性 例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为300Hz300Hz，则，则上下边带之间的频率间隔为上下边带之间的频率间隔为600Hz600Hz，即允许过渡带为，即允许过渡带为600Hz600Hz。在在600Hz600Hz过渡带和不太高的载频情况下，滤波器不难实现；过渡带和不太高的载频情况下，滤波器不难实现；但当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能但当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能实现单边带调制。实现单边带调制。 可

19、以采用多级（一般采用两级）可以采用多级（一般采用两级）DSBDSB调制及边带滤波的方调制及边带滤波的方法，即先在较低的载频上进行法，即先在较低的载频上进行DSBDSB调制，目的是增大过渡调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求的载频上带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求的载频上进行第二次调制。进行第二次调制。 当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理相移法和相移法和SSBSSB信号的时域表示信号的时域表示 SSBSSB信号的时域表示式信号的时域表示式设调制信号为单

20、频余弦设调制信号为单频余弦tAtmmmcos)(载波信号载波信号0( )cosc ttDSBDSB信号时域表达信号时域表达000( )coscos11cos()cos()22DSBmmmmmmstAttAtAt上边带信号上边带信号01( )cos()2USBmmstAt0011coscossinsin22mmmmAtAt下边带信号下边带信号01( )cos()2LSBmmstAt0011coscossinsin22mmmmAttAtt两式仅正负号不同电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理相移法和相移法和SSBSSB信号的时域表示信号的时域表示 SSBSSB信号的时域表示式信号的时域表示式

21、 式中，式中，“”表示上边带信号，表示上边带信号，“+”+”表示下边带信号。表示下边带信号。 希尔伯特变换：上式中希尔伯特变换：上式中A Am m sinsin m mt t可以看作是可以看作是A Am m coscos m mt t 相相移移 /2/2的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记为的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记为“ “ ” ”，则有，则有将上两式合并将上两式合并0011( )coscossinsin22SSBmmmmstAttAtttAtAmmmmsinso c将上式改写为将上式改写为0011( )coscoscossin22SSBmmmmstAttAtt电子工业出

22、版社电子工业出版社通信原理通信原理相移法和相移法和SSBSSB信号的时域表示信号的时域表示式中，式中，式中，式中， 上式中的上式中的-jsgnjsgn 可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即0011( )coscoscossin22SSBmmmmstAttAtt将上式推广到一般将上式推广到一般0011( )( ) cos( )sin22SSBstm ttm tt的希尔伯特变换是)()(tmtm m tM m tMsgn)()(jMM1,0sgn1,0sgn)(/ )()(jMMHh电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理相移法相移法SSBSSB调制器方框图

23、调制器方框图优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性缺点：宽带相移网络难用硬件实现。缺点：宽带相移网络难用硬件实现。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理SSBSSB信号的解调和信号的解调和DSBDSB一样，不能采用简单的包络一样，不能采用简单的包络检波，因为检波，因为SSBSSB信号也是抑制载波的已调信号，它信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调。采用相干解调。SSBSSB信号的性能信号的性能SSBSSB信号的实现比信号的实现比AMAM、DSBDSB要复杂，但要复杂，

24、但SSBSSB调制方式在调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比用的频带宽度比AMAM、DSBDSB减少了一半。它目前已成减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。为短波通信中一种重要的调制方式。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.2 幅度调制幅度调制123电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理残留边带调制是介于单边残留边带调制是介于单边带调制与抑制载波双边带带调制与抑制载波双边带调制之间的一种调制方式调制之间的一种调制方式克服了双边带调制信号占用克服了双边带调制信号占用频带宽的缺点频带宽的缺点解

25、决了单边带信号实现上的解决了单边带信号实现上的难题。难题。产生残留边带信号的关键产生残留边带信号的关键是形成滤波器，可将理想是形成滤波器，可将理想高通滤波器或理想低通滤高通滤波器或理想低通滤波器特性按照残余对称原波器特性按照残余对称原理进行修改，即进行滚降理进行修改，即进行滚降 下边带传递函数下边带传递函数上边带传递函数上边带传递函数电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理 0012VSBDSBVSBSSHMMH 频域表达式频域表达式解调框图解调框图 000cosc tt 001122pVSBVSBVSBSSCSS 变换到频域变换到频域 00000012( )2122VSBVSBVSBVS

26、BSMMHSMMH代入代入电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理 00001224pVSBVVSBSHMMHMMH 0014oVSBVSBMMHH 低通滤波器输出低通滤波器输出为常数才能准为常数才能准确恢复确恢复M(M() )00VSBVSBHHH常数结论：结论： 只要残留边带滤波器的截止待性在载频处有互补只要残留边带滤波器的截止待性在载频处有互补对称特性，采用同步解调法解调残留边带信号就对称特性，采用同步解调法解调残留边带信号就能够准确地恢复所需的基能够准确地恢复所需的基带带信号信号 残余边带形成滤波器传递函数的互补对称特性残余边带形成滤波器传递函数的互补对称特性电子工业出版社电子工业

27、出版社通信原理通信原理主要内容主要内容 3.1 3.1 概概 述述3.2 幅度调制幅度调制 3.3 非线性调制技术非线性调制技术 3.4 模拟调制系统的抗噪声性能模拟调制系统的抗噪声性能3.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.3 非线性调制技术非线性调制技术非线性调制信号的频谱与基带信号的频谱非线性调制信号的频谱与基带信号的频谱结构不呈线性关系，它们之间是非线性变结构不呈线性关系，它们之间是非线性变换过程，变换要产生一些新的频率成分。换过程，变换要产生一些新的频率成分。非线性调制是通过基带信号控制载波的频非线性调制是通过基带信号控制载

28、波的频率或相位来完成的，所以载波的振幅保持率或相位来完成的，所以载波的振幅保持不变。而载波的频率或相位则随基带信号不变。而载波的频率或相位则随基带信号变化。因频率或相位的变化都可以看成是变化。因频率或相位的变化都可以看成是载波角度的变化，所以这种调制又称载波角度的变化，所以这种调制又称角度角度调制调制。角度调制可分为相位调制和频率调制角度调制可分为相位调制和频率调制电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.3 非线性调制技术非线性调制技术123电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理角度调制的一般表达式角度调制的一般表达式相位调制（相位调制（PMPM）频率调制（频率调制（FMFM）P

29、MPM与与FMFM间的关系间的关系电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理角度调制的一般表达式角度调制的一般表达式 00coscosc tAtAt载波振幅载波振幅载波瞬时相位载波瞬时相位初始相位初始相位( )/( )dtdtt载波瞬时频率载波瞬时频率电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理角度调制的一般表达式角度调制的一般表达式相位调制（相位调制（PMPM）频率调制（频率调制（FMFM）PMPM与与FMFM间的关系间的关系电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理相位调制相位调制相位调制是瞬时相位偏移随调制信号相位调制是瞬时相位偏移随调制信号m(tm(t) )线性变化的调制方式线性变

30、化的调制方式( )( )Ptk m t瞬时相位偏移瞬时相位偏移瞬时相位瞬时相位00( )( )Pttk m t初相初相调相灵敏度调相灵敏度00 0cosPMPstAtk m t单位调制信号幅度引起单位调制信号幅度引起PMPM信号的相位偏移量，单位信号的相位偏移量，单位是是radrad/V/V。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理角度调制的一般表达式角度调制的一般表达式相位调制（相位调制（PMPM）频率调制（频率调制（FMFM）PMPM与与FMFM间的关系间的关系电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频率调制频率调制频率调制是瞬时频率偏移随调制信号频率调制是瞬时频率偏移随调制信号m

31、(tm(t) )线性变化的调制方式线性变化的调制方式 瞬时角频率偏移瞬时角频率偏移 fk m t瞬时角频率瞬时角频率 0( )ftk m t调频灵敏度，调频灵敏度，单位是单位是rad/s V0( )( )( )fdttk m tdt 00( )tfttkmd 00costFMfstAtkmd电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理角度调制的一般表达式角度调制的一般表达式相位调制（相位调制（PMPM）频率调制（频率调制（FMFM）PMPM与与FMFM间的关系间的关系电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理PM与与FM的关系的关系单音调制的单音调制的PMPM与与FMFM 设调制信号为单一频

32、率的正弦波，即 用它对载波进行相位调制时，将上式代入 得到 式中，式中，mp = kp Am 调相指数，表示最大的相位偏移。调相指数，表示最大的相位偏移。( )coscos2mmmmm tAtAf t0( )cos( )PMpstAtk m tPM( )coscoscpmmstAtk AtcosscpmAtm cot电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理PM与与FM的关系的关系单音调制的单音调制的PMPM与与FMFM 用它对载波进行频率调制时，将 代入 得到得到FM信号的表示式信号的表示式 式中，式中， 调频指数调频指数 ( )coscos2mmmmm tAtAf t0( )cos( )

33、FMfstAtkmdFM0( )coscosfmmstAtk Ad 0cosnfmAtm sitfmfmmmk Afmffmk A最大角频偏最大角频偏fmfmf 最大频偏。最大频偏。 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理PM与与FM的关系的关系PMPM与与FMFM信号的波形信号的波形 (a) PM 信号波形 (b) FM 信号波形 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理PM与与FM的关系的关系由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，所由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，所以以FMFM与与PMPM之间是可以相互转换的。之间是可以相互转换的。比较下面两式可见比较下面两式可见如果将

34、调制信号先微分，而后进行调频，则得到如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相波，这种方式叫间接调相；同样，如果的是调相波，这种方式叫间接调相；同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频波，这种方式叫间接调频。调频波，这种方式叫间接调频。 0( )cos( )PMpstAtk m t0( )cos( )FMfstAtkmd电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理PM与与FM的关系的关系直接调相直接调相间接调相间接调相直接调频直接调频间接调频间接调频实际相位调制器的调节范围不可能超出实际相位调制器的调节范围不可能超出(-(-,

35、,) )直接调相和间接调频适用于相位偏移和频率偏移不大的直接调相和间接调频适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形窄带调制情形直接调频和间接调相适用于宽带调制情形直接调频和间接调相适用于宽带调制情形调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.3 非线性调制技术非线性调制技术123电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可将频率调制分为宽带调频（将频率调制分为宽带调频（WBFMWBFM）与窄带）与窄带调频（调频（NBFMNBFM）。

36、）。调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于3030时，时，称为窄带调频，否则，称为宽带调频。称为窄带调频，否则，称为宽带调频。窄带调频（窄带调频（NBFMNBFM） 宽带调频（宽带调频（WBFMWBFM） 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理窄带调频窄带调频（NBFM）1A 000coscoscossinsintFMfttffsttkmdtkmdtkmd调频信号表达式调频信号表达式 max6tfkmd窄带调频窄带调频 cos1tfkmd sin)ttffkmdkmd 00cossintFMfsttkmdt000sin ()()tj jMdttm)()(（设

37、m(t)的均值为0） 00000()()1( ) sin2MMm t dtt 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理窄带调频窄带调频（NBFM） 00002AMASAMM 0000002fFMkMMS 与与AMAM信号频谱比较信号频谱比较带宽相同带宽相同mSAMNBFMfBBB22分析差别分析差别频域表达式频域表达式 0000002fFMkMMS 两者都含有一个载波和位于 处的两个边带，所以它们的带宽相同0电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理单频调制时单频调制时NBFM与与AM的差别的差别 单频调制信号单频调制信号 cosmmm tAt载波信号载波信号 0cosc ttNBFMN

38、BFM信号信号 0000000cossin1cossinsincoscoscos2tNBFMffmmmfmmmmsttkmdttk Attk AtttAMAM信号信号 00001coscoscoscoscos2AMmmmmmstAttAttt电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理单频调制时单频调制时NBFM与与AM的差别的差别NBFMNBFM与与AMAM的时间表示式和频谱式非常相似的时间表示式和频谱式非常相似都是线性调制都是线性调制差别差别单频调幅频谱中各分量的幅度都是正值，频谱中单频调幅频谱中各分量的幅度都是正值，频谱中的边带分量幅度为的边带分量幅度为A Am m/2/2，当，当A A

39、m m为为l l时，边带的最时，边带的最大幅度为大幅度为1/21/2，是载波幅度的一半。，是载波幅度的一半。窄带调频时，频谱中的下边带分量幅度为负值，窄带调频时，频谱中的下边带分量幅度为负值，其边带分量的幅度比载波分量幅度小很多。其边带分量的幅度比载波分量幅度小很多。 频谱图频谱图电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频谱图频谱图AMAM中载波与上、下中载波与上、下边频合成矢量与载边频合成矢量与载波同相，只发生幅波同相，只发生幅度变化度变化NBFMNBFM下边频为负，下边频为负，因而合成矢量不与因而合成矢量不与载波同相，窄带调载波同相，窄带调频时，合成矢量的频时，合成矢量的幅度基本不变，

40、形幅度基本不变，形成成FMFM信号。信号。 频频谱谱图图矢矢量量表表示示电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理窄带调频（窄带调频（NBFMNBFM） 宽带调频（宽带调频（WBFMWBFM） 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理宽带调频宽带调频（WBFM）单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达 单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度 单频调制时的功率分配单频调制时的功率分配 任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽 max( )6tfkmd宽带调频宽带调频电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理单频调制时宽带调频信号的

41、频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制信号单频调制信号单音调频信号单音调频信号调频指数调频指数表示最大相位偏移表示最大相位偏移 maxmaxfmfmmmk Afmf 000cossincoscossinsinsinsinFMfmfmfmstAtmtAtmtAtmt展开展开( )coscos2mmmmm tAtAf tFM00( )coscos = cossinfmmfmstAtk AdAtmt fmK A最大角频偏 fmfmf 最大频偏最大频偏电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达sinsinfmmtcossinf

42、mmt展开为以贝塞尔函数为系数的三角级数展开为以贝塞尔函数为系数的三角级数 00( )coscos(sin)sinsin(sin)FMfmfmstAtmtAtmt将上式中的两个因子分别展成傅里叶级数，将上式中的两个因子分别展成傅里叶级数，tnmJmJtmmfnnfmf2cos)(2)()sincos(120tnmJtmmfnnmf) 12sin()(2)sinsin(112式中式中 Jn (mf) 第一类第一类n阶贝塞尔函数阶贝塞尔函数电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达Jn (mf)曲线电子工业出版社电子工业出版社通信原

43、理通信原理单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达tnmJmJtmmfnnfmf2cos)(2)()sincos(120tnmJtmmfnnmf) 12sin()(2)sinsin(112代入代入00( )coscos(sin)sinsin(sin)FMfmfmstAtmtAtmt并利用三角公式并利用三角公式)cos(21)cos(21sinsin)cos(21)cos(21coscosBABABABABABA贝塞尔函数的性质贝塞尔函数的性质为奇数时当nmJmJfnfn)()(为偶数时当nmJmJfnfn)()(FM信号的级数展开式信号的级数展开式电子工业出版社电子工业

44、出版社通信原理通信原理单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达00100( )()cos()cos()cos() FMffmmstAJ mtAJ mtt200()cos(2)cos(2) fmmAJmtt+200()cos(3)cos(3) fmmAJmtt-0()cos()nfmnAJ mnt=调频信号的频域表达式调频信号的频域表达式00( )()()()FMnfmmSAJ mnn 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达调频信号的频域表达式调频信号的频域表达式00( )()()()FMnfmmSAJ

45、 mnn 调频信号的频谱由载波分量调频信号的频谱由载波分量 0和无数边频和无数边频( 0 n m)组成组成当当n = 0时是载波分量时是载波分量 0 ，其幅度为，其幅度为AJ0 (mf)当当n 0时是对称分布在载频两侧的边频分量时是对称分布在载频两侧的边频分量( 0 n m) ，其幅度，其幅度为为AJn (mf)，相邻边频之间的间隔为，相邻边频之间的间隔为 m；且当；且当n为奇数时，上下边为奇数时，上下边频极性相反；频极性相反；由此可见，由此可见，FM信号的频谱不再是调制信号频谱的线性搬移，而信号的频谱不再是调制信号频谱的线性搬移，而是一种非线性过程。是一种非线性过程。 频谱频谱只画出了单边振

46、幅谱。只画出了单边振幅谱。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理宽带调频宽带调频（WBFM）单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达 单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度 单频调制时的功率分配单频调制时的功率分配 任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度调频信号的频谱包含无穷多个频率分量，理论带调频信号的频谱包含无穷多个频率分量，理论带宽为无限宽。宽为无限宽。实际上各次边频幅度随着实际上各次边频幅度随着n n的增大而减小，因此只的增大而减小，因

47、此只要取适当的要取适当的n n值，使边频分量小到可以忽略的程度，值，使边频分量小到可以忽略的程度，调频信号可以近似认为具有有限频谱调频信号可以近似认为具有有限频谱 。通常采用的原则是，信号的频带宽度应包括幅度通常采用的原则是，信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波的大于未调载波的10%10%以上的边频分量。以上的边频分量。当当m mf f 1 1以后，取边频数以后，取边频数n n = = m mf f + 1 + 1即可。因为即可。因为n n m mf f + 1 + 1以上的边频幅度均小于以上的边频幅度均小于0.10.1。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理单频调制时的频带宽度单频调制

48、时的频带宽度 被保留的上、下边频数共有被保留的上、下边频数共有2n = 2(mf + 1)个，个，相邻边频之间的频率间隔为相邻边频之间的频率间隔为fm带宽公式带宽公式max212FMfmmBmfff调制信号频率调制信号频率2mmf最大频偏最大频偏2maxmaxf1fm mFMfB2NBFMNBFM的带宽的带宽1fm max2 fBFM大指数大指数WBFMWBFM的带宽的带宽例如，调频广播中规定的最大频偏例如，调频广播中规定的最大频偏 f为为75kHz，最高调，最高调制频率制频率fm为为15kHz，故调频指数，故调频指数mf 5，由上式可计算，由上式可计算出此出此FM信号的频带宽度为信号的频带宽

49、度为180kHz。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理宽带调频宽带调频（WBFM）单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达 单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度 单频调制时的功率分配单频调制时的功率分配 任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理单频调制时的功率分配单频调制时的功率分配单音调频信号可以分解为无穷多对边频分量单音调频信号可以分解为无穷多对边频分量之和之和 0cosFMnfmnstAJmnt由帕塞瓦尔定理得由帕塞瓦尔定理得 2222nFMFMfnAPstjm根据贝塞尔函数

50、根据贝塞尔函数 2()1nfnJm22FMcAPP电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理宽带调频宽带调频（WBFM）单频调制时宽带调频信号的频域表达单频调制时宽带调频信号的频域表达 单频调制时的频带宽度单频调制时的频带宽度 单频调制时的功率分配单频调制时的功率分配 任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽任意限带信号调制时宽带调频信号的带宽对于多音或其它任意信号调制的调频波的频对于多音或其它任意信号调制的调频波的频谱分析极其复杂。谱分析极其复杂。经验表明，对卡森公式做适当修改

51、，即可得经验表明，对卡森公式做适当修改，即可得到任意限带信号调制时调频信号带宽的估算到任意限带信号调制时调频信号带宽的估算公式公式21FMmBDf频偏比频偏比2D 21FMmBDf电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理4.3 非线性调制技术非线性调制技术123电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理调频信号的产生调频信号的产生 调频信号的解调调频信号的解调 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理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：直接法产生调频信号的方法通常有两种：直接法和间接法和间接法 直接法直接法间接法间接法电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理

52、直接法直接法直接法利用调制信号直接控制振荡器的频直接法利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。率，使其按调制信号的规律线性变化。振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器（控振荡器（VCOVCO），它产生的输出频率正比），它产生的输出频率正比于所加的控制电压于所加的控制电压 0( )iftk m t LCLC振荡器：用变容二极管实现直接调频。振荡器：用变容二极管实现直接调频。压控振荡器中心频率压控振荡器中心频率方框图方框图电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理调频信号的产生调频信号的产生直接法直接法间接法间接法电子工业出版社电

53、子工业出版社通信原理通信原理间接法间接法间接调频法是先对调制信号积分，再对载波进行间接调频法是先对调制信号积分，再对载波进行相位调制，从而产生调频信号相位调制，从而产生调频信号只能获得窄带只能获得窄带调频信号。调频信号。为了获得宽带调频信号，可利用倍频器再把为了获得宽带调频信号，可利用倍频器再把NBFMNBFM信号变换成信号变换成WBFMWBFM信号。信号。 窄带调频信号的产生窄带调频信号的产生间接调频间接调频电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理间接法间接法NBFMNBFM信号信号 00cossintNBFMfsttkmdt输入信号输入信号 0cosis tAtt倍频后输出信号倍频后输

54、出信号 22220011cos1cos 2222oistkstkAttkAtt滤出上式的直流分量后，可得到新的调频信号滤出上式的直流分量后，可得到新的调频信号, ,其载频和相位偏移其载频和相位偏移均增为均增为2 2倍，由于相位偏移增为倍，由于相位偏移增为2 2倍，因而调频指数也必然增为倍，因而调频指数也必然增为2 2倍。倍。同理，经同理，经n n次倍频后可以使调频信号的载频和调频指数增为次倍频后可以使调频信号的载频和调频指数增为n n倍。倍。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理调频信号的产生调频信号的产生 调频信号的解调调频信号的解调 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理调频信

55、号的解调调频信号的解调非相干解调非相干解调相干解调相干解调电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理非相干解调非相干解调输入调频信号输入调频信号 0costFMfsttkmd解调器输出解调器输出 ofmtk m t理想鉴频特性理想鉴频特性鉴频器鉴频器电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理非相干解调非相干解调微分器输出微分器输出包络检波器输出包络检波器输出 00sintFMffsttk m ttkmd odfmtk k m t鉴频器灵敏度鉴频器灵敏度上述方法又称为包络检测（非相干解调）上述方法又称为包络检测（非相干解调）。缺点缺点包络检波器对于由信道噪声和其它原因引起的包络检波器对于由信

56、道噪声和其它原因引起的幅度起伏也有反应。因此，使用中常在微分器幅度起伏也有反应。因此，使用中常在微分器之前加一个限幅器和带通滤波器。之前加一个限幅器和带通滤波器。 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理调频信号的解调调频信号的解调非相干解调非相干解调相干解调相干解调电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理相干解调相干解调窄带调频信号窄带调频信号相干载波相干载波 00cossintNBFMfstAtA kmdt 0sinc tt 低通滤波器滤除高频分量低通滤波器滤除高频分量乘法器输出乘法器输出 00sin21 cos222tpfAAsttkmdt 2tfAkmd微分后输出微分后输出 0

57、2fAmtk m t电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理主要内容主要内容3.2 幅度调制幅度调制 3.3 非线性调制技术非线性调制技术 3.4 模拟调制系统的抗噪声性能模拟调制系统的抗噪声性能3.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较 3.1 3.1 概概 述述电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理3.4 模拟调制系统的抗噪声性能模拟调制系统的抗噪声性能12电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型 线性调制相干解调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能 常规调幅包络检波的抗噪声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能 电

58、子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型已调信号已调信号 00cosmstAm tt叠加高斯白噪声叠加高斯白噪声 n t经过带通滤波器经过带通滤波器 in t窄带高斯噪声窄带高斯噪声 000cossincosicsn tnttnttV ttt 22csV tnn /sctarctg ntnt正交分量正交分量同相分量同相分量 cnt sn t都是高都是高斯变量斯变量电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型窄带高斯噪声窄带高斯噪声n ni i(t(t) )的同相分量的同相分量n nc c(

59、t(t) )和正交和正交分量分量n ns s(t(t) )都是高斯变量，它们的均值和均都是高斯变量，它们的均值和均方值（平均功率）都与方值（平均功率）都与n ni i(t(t) )相同相同 0icsn tntnt 222icsintntntN解调器输入噪声功率解调器输入噪声功率高斯白噪声双边功率谱密度高斯白噪声双边功率谱密度2/0n带通滤波器带通滤波器幅度为幅度为1 1，带宽，带宽2B2B的理想矩形函数的理想矩形函数BnNi0电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型输出信噪比定义：输出信噪比定义：只要解调器输出端有用信号能与噪声分开，输出

60、只要解调器输出端有用信号能与噪声分开，输出信噪比就能确定。信噪比就能确定。输出信噪比与调制方式有关，也与解调方式有关。输出信噪比与调制方式有关，也与解调方式有关。输出信噪比反映了系统的抗噪声性能。输出信噪比反映了系统的抗噪声性能。信噪比增益信噪比增益( (调制制度调制制度) )定义：定义： 200200mtSNnt解调器输出信号的平均功率解调器输出噪声的平均功率00/iiSNGSN电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理通信系统抗噪声性能分析模型通信系统抗噪声性能分析模型人们常用信噪比增益作为不同调制方式下解人们常用信噪比增益作为不同调制方式下解调器抗噪性能的度量。调器抗噪性能的度量。信噪