第5章模拟调制系统

通信原理PrinciplesofCommunications课件整理：王怀兴QQ：76944908Email：

76944908@TEL5章模拟调制系统主要内容5.1幅度调制(线性调制)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)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5.7本章小结把消息信号从载波信号上卸载下来→解调运送货物货物→装载上飞机→到达目得地→卸载货物飞机就是运载货物的工具→载体运送消息消息→装载上载波信号→传输到接收端→卸载消息高频载波信号就是传输消息的工具→载波把消息信号加载到载波信号上→调制引言(introduction)第5章模拟调制系统调制信号载波已调信号消息信号基带信号待发送信号正弦波脉冲序列运载工具被调制载波包含有m(t)的全部信息引言(introduction)第5章模拟调制系统调制：把信号形式转换成适合信道传输的过程广义调制：基带调制和带通调制(载波调制)

狭义调制：仅指载波调制，通常调制均指载波调制载波调制：用调制信号去控制载波的参数的过程调制信号：指来自信源的基带信号(未被调制)载波：周期正弦信号或周期脉冲序列已调信号：载波受调制后称为已调信号解调(检波)：将调制信号从已调信号中恢复出来调制方式：模拟调制与数字调制引言(introduction)第5章模拟调制系统※调制目的(1)提高无线通信时的天线辐射效率，天线尺寸必须与发射信号的波长相比拟，天线长度>/4；(2)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；(3)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，即通过调制改善通信系统的性能。(4)实现频率资源的分配，通信技术产生以后，频率成为与石油、煤炭、水等同等重要的资源…。引言(introduction)第5章模拟调制系统引言(introduction)第5章模拟调制系统※调制的分类按照调制信号m(t)的类型分模拟调制数字调制按已调制信号的频谱结构分线性调制非线性调制按正弦载波的被调参量分幅度调制频率调制相位调制按载波信号c(t)的类型分连续波调制脉冲调制(1)幅度调制(线性调制)AM：常规双边带调幅DSB：双边带调幅SSB：单边带调幅VSB：残留边带调幅(2)角度调制(非线性调制)FM：频率调制PM：相位调制引言(introduction)第5章模拟调制系统※本章主要研究的内容是以正弦波c(t)=Acos(ct+)作为载波的5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统幅度调制：用调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。正弦型载波为，一般取0=0。幅度调制信号(已调信号)一般可表示成设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的幅度随基带信号的规律变化；频谱是基带信号频谱在频域内的简单线性搬移(线性调制)。5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)1AM调幅的表达式※条件：m(t)均值为0，|m(t)|max≤A0AM调制器原理模型载波项边带项，含有m(t)的信息5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)2AM波形与频谱可见，已调信号sAM(t)的包络线中包含有调制信号A0+m(t)的全部信息→包络检波可见，已调信号SAM()频谱中包含有调制信号m(t)的全部信息，也包含有载波信息5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)3AM调幅的特点分析1)|m(t)|max≤A0时，sAM(t)的包络线正比于m(t)，可采用最简单的包络检波还原A0+m(t)→m(t)；→优点2)接收机简单，广泛应用于中短波广播；→优点A0+m(t)3)其频谱分量由载波分量、上边带与下边带组成；4)其传输带宽是信号带宽的两倍BAM=2fH；→缺点m(t)带宽fH5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)3AM信号的特点分析5)调制效率(功率利用率)低；→缺点※AM信号功率※AM信号的调制效率(功率利用率)5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)3AM信号的特点分析5)调制效率(功率利用率)低；→缺点※调幅系数可见，调幅系数越大，功率利用率越大，但此例m=1(100%调制)最大也不能超过30%。5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)3AM信号的特点分析5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)3AM信号的特点分析Q&A※如何提高调制效率呢？载波项边带项，含有m(t)的信息※如果去掉载波项，则调制效率即可达到100%！抑制载波5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.2DSB-SC(Doublesidebandamplitudemodulation-suppressedcarrier)1DSB信号的波形与频谱5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.2DSB-SC(Doublesidebandamplitudemodulation-suppressedcarrier)2DSB信号的特点分析无载频分量，只有上、下边带分量；→优点不能再用包络检波，必须用相干解调；→缺点带宽仍然是信号带宽的2倍，BDSB=2fH;→缺点调制效率100%，功率利用率高；→优点主要用作SSB、VSB的技术基础，调频立体声中差信号调制等；Q&A※可否只用一个边带传输呢？SSB！5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)1SSB信号的产生※滤波法需要滤波器HSSB()具有陡峭特性！5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)1SSB信号的产生※移相法设单频调制信号，载波为下边带LSB上边带USB5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)1SSB信号的产生※移相法※要求：Hh()对所有频率分量精确相移π/2。5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)2SSB信号的特点SSB信号带宽只有AM、DSB信号带宽的一半，即BSSB=BAM/2=BDSB/2=fH，频带利用率高；→优点在频率拥挤的场合获得了广泛应用，尤其是在短波通信与多路载波电话中占有重要地位；→优点因为不需要传送载波及另一个边带而节省传送功率，功耗低；→优点在滤波法中陡峭特性滤波器与相移法中宽带相移网络都难以实现，均需要相干解调。→缺点5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)1VSB信号的产生图中滤波器不要求十分陡峭的截止特性，而是逐渐切割，使其残留一小部分，如图所示。滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法SBB调制器相同。5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)2残留边带滤波器传输特性先分析接收端如何从该信号中恢复原基带信号的经过低通滤波后5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)2残留边带滤波器传输特性经过低通滤波后为保证相干解调无失真地恢复m(t)，H()须满足：式中，H

－调制信号的截止角频率。※残留边带滤波器的特性：H()在c处必须具有互补对称(奇对称)特性，相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)2残留边带滤波器传输特性※残留边带滤波器特性的两种形式残留“部分上边带”的滤波器特性：下图(a)残留“部分下边带”的滤波器特性：下图(b)5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)3残留边带滤波器的几何解释4残留边带信号的特点带宽介于SSB与DSB之间，即fH<BVSB<2fH;→优点实现电路简单，方便实现；→优点应用于商业电视广播电视信号传输等；5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.5线性调制的一般模型(Thegeneralmodeloflinearmodulation)1滤波法模型※适当选择H()，便可以得到各种幅度调制信号2移相法模型5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.6相干解调与包络检波(Coherentdemodulationandenvelopedetection)1相干解调特点：无门限效应缺点：需要载波同步适用：AM、DSB、SSB、VSB2包络检波特点：简单、无需载波同步；适用：AM信号要求：必须满足|m(t)|max≤A05.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.6相干解调与包络检波(Coherentdemodulationandenvelopedetection)3插入载波的包络检波适用：DSB、SSB以及VSB等抑制载波的已调信号原理：在信号中插入恢复载波，使之称为或近似成为AM信号，然后采用包络检波恢复m(t)。要求：Ad要远大于信号振幅，同时需要载波同步方法：发端或收端插入载波，在收端包络检波5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.1分析模型与性能指标(Analyticalmodelandperformanceindex)已调信号高斯白噪声B和f0取决于已调信号的频谱DSB信号：B=2fH，f0=fcSSB信号：B=fH，f0=fc±fH/2窄带高斯白噪声输出信号输出噪声相干解调与包络检波5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.1分析模型与性能指标(Analyticalmodelandperformanceindex)SiNiSoNo※输入信噪比※输出信噪比※调制制度增益5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.2DSB调制系统的性能(TheperformanceoftheDSBmodulationsystem)DSB相干解调抗噪声性能分析模型可抑制正交分量5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.2DSB调制系统的性能(TheperformanceoftheDSBmodulationsystem)DSB相干解调抗噪声性能分析模型调制制度增益为2，说明解调器使信噪比改善1倍。5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.3SSB调制系统的性能(TheperformanceoftheSSBmodulationsystem)SSB相干解调抗噪声性能分析模型因SSB相干解调与DSB相同，所以Q&AVSB调制呢？5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统※DSB与SSB调制系统的性能比较※是否说明DSB的抗噪声性能比SSB好呢？若输入信号功率、输入噪声功率谱密度、基带信号带宽均相同，两者输出信噪比是相等的。两者抗噪声性能相同。SSB传输带宽是DSB的一半，SSB得到普遍应用。5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.4AM包络检波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)AM包络检波的抗噪声性能分析模型包络检波※检波输出电压正比于输入信号的包络变化。AM信号可用相干解调与包络检波两种方式解调相干解调的性能与DSB分析方法相同AM调制一般采用包络检波，不用相干解调5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.4AM包络检波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)E(t)是合成包络，包络检波器的输出是E(t)的倍数。5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.4AM包络检波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)1大信噪比时

5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.4AM包络检波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)1大信噪比时

AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加；GAM总小于1，包络检波对输出信噪比没有改善；对于100%的调制，且m(t)是单频正弦信号时AM的最大信噪比增益为GAM=2/3；可以证明，采用同步检测法解调AM信号时，得到的调制制度增益与上式给出的结果相同。可见，AM调制系统在大信噪比时，包络检波器解调的性能与同步检测的性能几乎一样。5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.4AM包络检波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)2小信噪比时

※E(t)中没有单独的m(t)信号，无法实现解调。5.2线性系统的抗噪声性能(Theanti-noiseperformanceofalinearsystem)第5章模拟调制系统5.2.4AM包络检波的性能(TheperformanceoftheAMmodulationsystem)2小信噪比时

E(t)中无信号项m(t)，m(t)被噪声扰乱成为噪声输出信噪比不是按比例地随输入信噪比下降，而是急剧恶化的现象称为解调器的门限效应开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值门限效应是由包络检波器的非线性解调引起的相干解调不存在门限效应，大信噪比时，AM信号包络检波器性能几乎与相干解调法相同。5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.1角度调制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)角度调制：频率调制和相位调制的总称。频率调制简称调频(FM)，相位调制简称调相(PM)。调制后，载波幅度恒定，瞬时相位被调制而变化，已调信号频谱不再是调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，因此称为非线性调制。与幅度调制相比，角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能，其代价是占用更大的带宽。FM用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输，卫星通信和蜂窝电话系统等。PM直接用于传输外，也用于间接产生FM信号的过渡。5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.1角度调制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)1FM和PM信号的一般表达式相位调制(PM)：瞬时相偏随调制信号m(t)作线性变化式中Kp为调相灵敏度，是单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量，单位是rad/V。5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.1角度调制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)1FM和PM信号的一般表达式频率调制(FM)：瞬时频偏随调制信号m(t)作线性变化式中Kf为调频灵敏度，是单位调制信号幅度引起FM信号的频率偏移量，单位是rad/(s·V)。调频信号为PM调制中，相位随m(t)线性变化。FM调制中，相位随m(t)的积分线性变化。5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.1角度调制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)2单音调制FM和PM设调制信号为单一频率的正弦波，即Mf调频系数，△w=KfAm最大角频偏，△f=mffm为最大频偏5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.1角度调制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)3单音调制PM信号和FM信号波形

(a)PM信号波形(b)FM信号波形5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.1角度调制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)4PM和FM之间的关系由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，所以FM与PM之间是可以相互转换的。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。

5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.1角度调制的基本概念(BasicconceptofAnglemodulation)4PM和FM之间的关系（a）直接调频(c)直接调相（b）间接调频(d)间接调相PM相位随m(t)线性变化，FM相位随m(t)的积分线性变化。若m(t)未知，能判断是FM还是PM吗？。5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.2窄带调频(

NBFM：Narrow-bandfrequencymodulation)1定义：如果FM信号的最大瞬时相偏满足则为窄带调频(NBFM)；反之为宽带调频(WBFM)。当满足窄带调频条件时5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.2窄带调频(

NBFM：Narrow-bandfrequencymodulation)2频域表示式5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.2窄带调频(

NBFM：Narrow-bandfrequencymodulation)3单音调制的窄带调频设单音调制信号5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.2窄带调频(

NBFM：Narrow-bandfrequencymodulation)3单音调制的窄带调频单音调制的AM与NBFM频谱图5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.2窄带调频(

NBFM：Narrow-bandfrequencymodulation)3单音调制的窄带调频AM矢量图(b)NBFM矢量图单音调制的AM与NBFM矢量图由于NBFM信号最大频率偏移较小，占据的带宽较窄，但是其抗干扰性能比AM系统要好得多，因此得到较广泛的应用。5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.3宽带调频(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)1宽带调频表达式设单音调制信号为将上式中的两个因子分别展成傅里叶级数式中Jn(mf)－第一类n阶贝塞尔函数.5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.3宽带调频(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)1宽带调频表达式Jn(mf)曲线5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.3宽带调频(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)1宽带调频表达式5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.3宽带调频(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)1宽带调频表达式5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.3宽带调频(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)2调频信号的频谱与带宽窄带调频的频谱mf=0.2宽带调频的频谱mf=5.0频谱由载波分量c和无数边频(cnm)组成，间隔m；n=0时幅度AJ0(mf)，n0时幅度AJn(mf)，随n增大而变小n为奇数上下边频极性相反；n为偶数极性相同。工程上，保留上、下边频分量共2n=2(mf+1)个；边频相邻间隔fm，FM带宽近似为：5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.3宽带调频(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)2调频信号的频谱与带宽对于多音或任意带限调制信号时fm是调制信号最高频率，△f是最大频偏，mf=△f/fm例5-1FM广播最大频偏f=75kHz，最高调制频率fm=15kHz，计算mf以及FM信号频带宽度？→卡森(Carson)公式5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.3宽带调频(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)3调频信号的功率分配根据贝塞尔函数具有※调制后总的功率不变(未调载波平均功率)，只是重新分配，而功率分配的比例与调频指数mf有关。5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.3宽带调频(

WBFM：Wide-bandfrequencymodulation)4调频信号的特点与应用应用：要求高质量或信道噪声大的场合，例如：调频广播，电视伴音、卫星通信、移动通信、微波通信和蜂窝电话等系统中。包络恒定；频偏随调制信号m(t)作线性变化；相偏随消息信号m(t)的积分作线性变化；带宽与m(t)的带宽和mf

有关，比AM带宽大(mf+1)倍。优势：抗噪声能力强；

代价：占用较大的信道带宽，因而频谱利用率较低。5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.4调频信号的产生与解调(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1调频信号的产生※直接调频法：用调制信号直接控制载波频率原理：调制电压信号m(t)控制振荡器VCO的频率优点：电路简单、可获得较大的频偏；通常用变容二极管实现直接调频。缺点：频率稳定度不高，可采用PLL调频器改进。5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.4调频信号的产生与解调(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1调频信号的产生※直接调频法：用调制信号直接控制载波频率如图锁相环(PLL)调制器可获得高质量FM或PM优点：载频稳定度可达到晶体振荡器的频率稳定度缺点：低频调制特性较差改进：用锁相环构成两点调制的宽带FM调制器5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.4调频信号的产生与解调(Production

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demodulationoffrequency

modulated

signal)1调频信号的产生※间接调频法：调制信号积分后对载波调相原理：积分⤑调相(NBFM)⤑n次倍频⤑WBFM优点：频率稳定度好；缺点：需要多次倍频和混频，因此电路较复杂。由窄带调频公式5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.4调频信号的产生与解调(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1调频信号的产生※间接调频法窄带信号的产生可知，窄带调频信号可看成由正交分量与同相分量合成的。所以可以用下图产生窄带调频信号：5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.4调频信号的产生与解调(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1调频信号的产生※倍频的问题与解决办法问题：倍频器在提高频偏为时nf1，也使载频提高为(nf1)=600MHz，不符合fc=88-108MHz的要求？例如：调频广播发射机倍频前载频为f1=200kHz，调制信号最高频率fm=15kHz，最大频偏f1=25Hz。但调频广播最终要求频偏f

=75kHz，发射载频在88-108MHz频段范围内。因此需要倍频次数5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.4调频信号的产生与解调(Production

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demodulationoffrequency

modulated

signal)1调频信号的产生※倍频的问题与解决办法解决倍频带来的问题，可采用如图所示方案例5-2

设调制信号fm=15kHz，NBFM信号载频f1=200kHz，最大频偏f1=25Hz；混频器参考频率f2=10.9MHz，选择倍频次数n1=64，n2=48。(1)求NBFM信号的调频指数m1；(2)求调频发射信号(WBFM信号)的fc、f、mf。5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.4调频信号的产生与解调(Production

and

demodulationoffrequency

modulated

signal)1调频信号的产生解：5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.4调频信号的产生与解调(Production

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demodulationoffrequency

modulated

signal)2调频信号的解调※非相干解调—鉴频器适用：NBFM和WBFM思路：完成频率~电压的转换，即：对调频信号微分包络检波后滤去直流分量鉴频器种类很多，除振幅鉴频器外，还有相位鉴频器、比例鉴频器、正交鉴频器、斜率鉴频器、频率负反馈鉴频器、锁相环鉴频器等等。Kd

为鉴频器灵敏度，单位为V/rad/s5.3非线性调制(角度调制)原理(Nonlinearmodulation(Anglemodulation)principle)第5章模拟调制系统5.3.4调频信号的产生与解调(Production

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demodulationoffrequency

modulated

signal)2调频信号的解调※相干解调—只适用于NBFMsp(t)经过低通滤波后sd(t)经过微分电路后5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.1输入信噪比(Inputsignal-to-noiseratio)n(t)－均值为零，单边功率谱密度为n0的高斯白噪声输入信号输入信号功率输入噪声功率输入端信噪比5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.2大信噪比时的解调增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)输入噪声为0时，解调器输出为输出信号平均功率为调制信号m(t)=0时，解调器输入端为包络相位5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.2大信噪比时的解调增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)大信噪比时，A>>nc(t)和A>>ns(t)时，相位偏移鉴频器输出正比于输入频率偏移，输出噪声为式中ns(t)是窄带高斯噪声ni(t)的正交分量。5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.2大信噪比时的解调增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)因dns(t)/dt实际上是ns(t)通过理想微分电路的输出，若ns(t)的功率谱密度Pi(f)=n0，理想微分电路功率传输函数为则鉴频器输出噪声nd(t)的功率谱密度为5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.2大信噪比时的解调增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)鉴频器前、后的噪声功率谱密度如下图鉴频器输出经过LPF滤除带宽fm以外的频率分量，最终输出噪声功率(图中阴影部分)为5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.2大信噪比时的解调增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)考虑m(t)为单一频率余弦波当mf>>1时，5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.2大信噪比时的解调增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)※在大信噪比时，宽带调频系统的制度增益很高。宽带调频信号带宽为5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.2大信噪比时的解调增益(Thedemodulationgainoflargesignal-to-noiseratio)※调频系统与调幅系统比较设AM信号(100%调制)，m(t)为单音频信号，宽带FM信号输出信噪比将两者相比，输出信噪比关系将两者相比，带宽关系调频是以带宽换取信噪比的改善。5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.3小信噪比时的门限效应(Thresholdeffectofsmallsignal-to-noiseratio)当(Si/Ni)低于一定值时，解调器输出(So/No)急剧恶化，称为调频信号解调的门限效应。此时对应的输入信噪比称为门限值，记为(Si/Ni)b。FM系统以带宽换取输出信噪比改善并不是无止境的。随着传输带宽的增加，输入噪声功率增大，导致输入信噪比下降，在输入信号功率不变的条件下，输入信噪比下降，当输入信噪比降到一定程度时就会出现门限效应，输出信噪比将急剧恶化。5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.3小信噪比时的门限效应(Thresholdeffectofsmallsignal-to-noiseratio)图为单音调制时，不同mf下So/No与Si/Ni的关系曲线。(1)

mf越大门限值越高，但门限值一般10dB左右。(2)在门限值以上，So/No与Si/Ni呈线性关系，mf越大，输出信噪比改善越明显。(3)在门限值以下，So/No随Si/Ni下降而急剧下降，且mf越大下降越快。5.4调频系统的抗噪声性能(Anti-noise

performanceoffrequencymodulationsystem)第5章模拟调制系统5.4.4预加重与去加重(Pre-emphasisandde-emphasis)在采用调频制的远距离通信和卫星通信等领域中，希望门限点向低输入信噪比方向扩展。