模拟非线性调制课件

第三章第2节模拟非线性调制第三章第2节1模拟角度调制角调制与线性调制不同，角调制中的已调信号的频谱与调制信号的频谱之间不存在线性对应关系而是产生出与频谱搬移不同的新的频率分量，因而呈现出非线性的特性，故称为非线性调制角调制可分为调频和相位调制，鉴于频率调制和相位调制之间存在的内在关系，而且在实际应用中频率调制的广泛应用，因而只讨论频率调制模拟角度调制角调制与线性调制不同，角调制中的已调信号的频谱2内容模拟角度调制的基本概念窄带角调制宽带调频调频信号的产生与解调调频系统的抗噪声性能预加重与去加重内容模拟角度调制的基本概念33.2.1模拟角度调制的基本概念载波信号：频率调制相位调制相位调制：幅度载波信号频率不变，载波信号的相位随调制信号线性变化频率调制：幅度载波信号相位不限，载波信号的频率随调制信号的积分线性变化3.2.1模拟角度调制的基本概念载波信号：频率调制相位调制4调相系统的瞬时相位偏移瞬时相位调相信号表达式调相系统的瞬时相位偏移5调频系统瞬时角频率偏移瞬时角频率瞬时相位调频信号表达式调频系统瞬时角频率偏移6单频调制调制信号调相信号调相指数调频信号调频指数单频调制调制信号73.2.2窄带角调制同相分量正交分量3.2.2窄带角调制同相分量正交分量83.2.2窄带调频前提条件时域表达式同相分量正交分量窄带近似13.2.2窄带调频前提条件同相分量正交分量窄带近似19窄带调频的频域分析频域表达式：窄带调频的频域分析频域表达式：10单音调频调制信号单音调频调制信号11矢量图分析常规调幅窄带调频矢量图分析常规调幅123.2.3正弦信号调制时的宽带调频当条件不满足时此时，不能采用来近似3.2.3正弦信号调制时的宽带调频当条件不满足时此时，不能133.2.3.1单频调制时宽带调频信号的频域表达调制信号：时域表达式第一类贝塞尔函数展开表达式：3.2.3.1单频调制时宽带调频信号的频域表达调制信号：143.2.3.2单频调制时的频带宽度卡森公式满足条件的最高边频次数3.2.3.2单频调制时的频带宽度卡森公式满足条件的最高153.2.3.3单频调制时的功率分配载波功率功率分配举例：3.2.3.3单频调制时的功率分配载波功率163.2.4.3任意限带信号调制时的带宽频偏比实际中3.2.4任意信号调制时调频信号的频谱3.2.4.3任意限带信号调制时的带宽频偏比3.2.4173.2.6.1调频信号的产生直接调频法倍频法3.2.6调频信号的产生与解调3.2.6.1调频信号的产生直接调频法3.2.6调频信183.2.6.1调频信号的解调微分包络检波信号非相干解调3.2.6.1调频信号的解调微分包络检波信号非相干解调19鉴频器典型电路鉴频器典型电路20相干解调---窄带调频输入信号相干解调LPF微分相干解调---窄带调频输入信号相干解调LPF微分21调频系统的抗噪声性能原理模型调频系统的抗噪声性能原理模型223.2.7.1非相干解调的抗噪声性能方法求输入信噪比求输出信噪比求信噪比增益3.2.7.1非相干解调的抗噪声性能方法23非相干解调的输入信噪比输入信号：输入噪声输入信噪比计算输出信噪比时，由于非相干解调不是线性叠加处理过程，因此不能分别计算其信号和噪声的功率非相干解调的输入信噪比输入信号：24鉴频器输入输入信号定义鉴频器输入输入信号25大信噪比近似在大信噪比条件下，有大信噪比近似在大信噪比条件下，有26鉴频器输出信号功率理想鉴频器输出与瞬时频偏成正比信号输出信号噪声鉴频器输出信号功率理想鉴频器输出与瞬时频偏成正比信号噪声27鉴频器噪声输出定义：噪声输出输出噪声谱密度输出噪声鉴频器噪声输出定义：28解调器输出信噪比解调器输出信噪比解调器输出信噪比解调器输出信噪比29解调信噪比增益增益宽带调频：单频调制解调信噪比增益增益30举例---调频与常规调幅举例---调频与常规调幅313.2.7.2门限效应当信噪比较小时，3.2.7.2门限效应当信噪比较小时，323.2.7.3相干解调的抗噪声性能分析带通滤波器后的输入信号为：解调器输出信号3.2.7.3相干解调的抗噪声性能分析带通滤波器后的输入信33输出信噪比输入信噪比解调器增益单频调制输出信噪比343.2.8预加重与去加重在调频广播中所传送的语音和音乐信号大部分能量集中在低频端，噪声功率谱密度与频率成正比，因而在信号功率谱密度最小的频率范围内噪声功率密度却很大，这对解调显然是不利的如果在发送端调制之前，提升输入信号的高频分量，而在接收端解调之后做反变换，压低高频分量，使信号频谱恢复原始形状，就能减小在提升信号高频分量后所引入的噪声功率3.2.8预加重与去加重在调频广播中所传送的语音和音乐信35预加重与去加重网络预加重网络---高通滤波器去加重网络---低通滤波器预加重与去加重网络预加重网络---高通滤波器36网络增益增益：例子：调频广播，fm=15kHz，f1=2.1kHz，采用加重和去加重的信噪比改善约为13dB。衰减因子调频广播，fm=15kHz，f1=2.1kHz，K为-7dB。采用加重和去加重得到的实际信噪比改善约为6dB。网络增益增益：373.2.9改善门限效应的方法在某些应用场合，如空间通信中，对调频接收机的门限效应十分关注，希望在最小信号功率时仍能满意地工作，这就要求出现门限效应的转折点尽可能地向低输入信噪比方向扩展反馈解调器和锁相环技术，就是改善门效应的两种常用方法他们的基本原理，都是减小鉴频前的等效带宽，从而提高鉴频前的等效信噪比，因此，能在比通常鉴频法更低的输入信噪比下，才出现门限效应，即扩展了门限值3.2.9改善门限效应的方法在某些应用场合，如空间通信中，38反馈解调器锁相环PLL法反馈解调器393.2.10小结以调频为例，分析了模拟角度调制系统窄带调频系统，与调幅相似，相干解调调频系统的分析调频系统的产生和解调调频系统的抗噪声性能加重与去加重网络3.2.10小结以调频为例，分析了模拟角度调制系统403.3模拟调制的性能比较调制方式信号带宽解调增益设备复杂性通信中应用情况DSB2fm2较复杂模拟数据传输SSBfm1较复杂短波无线电通信AM2fm同步解调和络解调简单无线电广播

FM2fm(m+1)非相干解调有中等

调频广播等3.3模拟调制的性能比较调制方式信号带宽41第三章第2节模拟非线性调制第三章第2节42模拟角度调制角调制与线性调制不同，角调制中的已调信号的频谱与调制信号的频谱之间不存在线性对应关系而是产生出与频谱搬移不同的新的频率分量，因而呈现出非线性的特性，故称为非线性调制角调制可分为调频和相位调制，鉴于频率调制和相位调制之间存在的内在关系，而且在实际应用中频率调制的广泛应用，因而只讨论频率调制模拟角度调制角调制与线性调制不同，角调制中的已调信号的频谱43内容模拟角度调制的基本概念窄带角调制宽带调频调频信号的产生与解调调频系统的抗噪声性能预加重与去加重内容模拟角度调制的基本概念443.2.1模拟角度调制的基本概念载波信号：频率调制相位调制相位调制：幅度载波信号频率不变，载波信号的相位随调制信号线性变化频率调制：幅度载波信号相位不限，载波信号的频率随调制信号的积分线性变化3.2.1模拟角度调制的基本概念载波信号：频率调制相位调制45调相系统的瞬时相位偏移瞬时相位调相信号表达式调相系统的瞬时相位偏移46调频系统瞬时角频率偏移瞬时角频率瞬时相位调频信号表达式调频系统瞬时角频率偏移47单频调制调制信号调相信号调相指数调频信号调频指数单频调制调制信号483.2.2窄带角调制同相分量正交分量3.2.2窄带角调制同相分量正交分量493.2.2窄带调频前提条件时域表达式同相分量正交分量窄带近似13.2.2窄带调频前提条件同相分量正交分量窄带近似150窄带调频的频域分析频域表达式：窄带调频的频域分析频域表达式：51单音调频调制信号单音调频调制信号52矢量图分析常规调幅窄带调频矢量图分析常规调幅533.2.3正弦信号调制时的宽带调频当条件不满足时此时，不能采用来近似3.2.3正弦信号调制时的宽带调频当条件不满足时此时，不能543.2.3.1单频调制时宽带调频信号的频域表达调制信号：时域表达式第一类贝塞尔函数展开表达式：3.2.3.1单频调制时宽带调频信号的频域表达调制信号：553.2.3.2单频调制时的频带宽度卡森公式满足条件的最高边频次数3.2.3.2单频调制时的频带宽度卡森公式满足条件的最高563.2.3.3单频调制时的功率分配载波功率功率分配举例：3.2.3.3单频调制时的功率分配载波功率573.2.4.3任意限带信号调制时的带宽频偏比实际中3.2.4任意信号调制时调频信号的频谱3.2.4.3任意限带信号调制时的带宽频偏比3.2.4583.2.6.1调频信号的产生直接调频法倍频法3.2.6调频信号的产生与解调3.2.6.1调频信号的产生直接调频法3.2.6调频信593.2.6.1调频信号的解调微分包络检波信号非相干解调3.2.6.1调频信号的解调微分包络检波信号非相干解调60鉴频器典型电路鉴频器典型电路61相干解调---窄带调频输入信号相干解调LPF微分相干解调---窄带调频输入信号相干解调LPF微分62调频系统的抗噪声性能原理模型调频系统的抗噪声性能原理模型633.2.7.1非相干解调的抗噪声性能方法求输入信噪比求输出信噪比求信噪比增益3.2.7.1非相干解调的抗噪声性能方法64非相干解调的输入信噪比输入信号：输入噪声输入信噪比计算输出信噪比时，由于非相干解调不是线性叠加处理过程，因此不能分别计算其信号和噪声的功率非相干解调的输入信噪比输入信号：65鉴频器输入输入信号定义鉴频器输入输入信号66大信噪比近似在大信噪比条件下，有大信噪比近似在大信噪比条件下，有67鉴频器输出信号功率理想鉴频器输出与瞬时频偏成正比信号输出信号噪声鉴频器输出信号功率理想鉴频器输出与瞬时频偏成正比信号噪声68鉴频器噪声输出定义：噪声输出输出噪声谱密度输出噪声鉴频器噪声输出定义：69解调器输出信噪比解调器输出信噪比解调器输出信噪比解调器输出信噪比70解调信噪比增益增益宽带调频：单频调制解调信噪比增益增益71举例---调频与常规调幅举例---调频与常规调幅723.2.7.2门限效应当信噪比较小时，3.2.7.2门限效应当信噪比较小时，733.2.7.3相干解调的抗噪声性能分析带通滤波器后的输入信号为：解调器输出信号3.2.7.3相干解调的抗噪声性能分析带通滤波器后的输入信74输出信噪比输入信噪比解调器增益单频调制输出信噪比753.2.8预加重与去加重在调频广播中所传送的语音和音乐信号大部分能量集中在低频端，噪声功率谱密度与频率成正比，因而在信号功率谱密度最小的频率范围内噪声功率密度却很大，这对解调显然是不利的如果在发送端调制之前，提升输入信号的高频分量，而在接收端解调之后做反变换，压低高频分量，使信号频谱恢复原始形状，就能减小在提升信号高频分量后所引入的噪声功率3.2.8预加重与去加重在调频广播中所传送的语音和音乐信76预加重与去加重网络预加重网络---高通滤波器去加重网络---低通滤波器预加重与去加重网络预加重网络---高通滤波器77网络增益增益：例子：调频广播，fm=15kHz，f1=2.1kHz，采用加重和去加重的信噪比改善约为13dB。衰减因子调频广播，fm=15kHz，f1=2.1kHz，K为-7dB。采用加重和去加重得到的实际信噪比改善约为6dB。网络增益增益：783.2.9改善门限效应的方法在某些应用场合，如空间通信中，对调频接收机的门限效应十分关注，希望在最小信号功率时仍能满意地工作，这就要求出现门限效应的转折点尽可能地向低输入信噪比方向扩展反馈解调器和锁相环技术，就是改善门效应的两种常用方法他们的基本原理，都是减小鉴频前的等效带宽，从而提高鉴频前的等效信噪比，因此，能在比通常鉴频法更低的输入信噪比下，才出现门限效应，即扩展了门限值3.2.9改善门限效应的方法在某些应用场合，如空间通信中，79反馈解调器锁相环PLL法反馈解调器803.2.10小结以调频为例，分析了模拟角度调制系统窄带调频系统，