第5章 模拟调制系统.ppt

1、张燕 ,1,第5 章 模拟调制系统,2,概述 5.1 模拟调制（线性调制）的原理 5.3 非线性调制（角度调制）的原理 5.5 各种模拟调制系统的比较 5.6 频分复用,第5 章 模拟调制系统,概述,3,为什么要进行调制？,4,调制信号（基带信号） 较低频率分量，不宜无线传输 载波 运载基带信号的载体 参数（或特征值） 载波的随基带信号变化的参数 调制：按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波的某一（几）个参数的过程。,5,调制的目的 频谱搬移，基带信号转换成适合于信道传输的频带信号； 实现信道的多路复用，提高信道利用率； 提高系统抗干扰能力，此外还会影响传输带宽利用率。,载波：,6,幅度、

2、角频率、相位被称为是正余弦波的三个要素。A为振幅；c为载波角频率；0为初始相位。 定义： 调制信号m(t) 自信源来的信号 已调信号s(t) 调制后的载波 调制器 进行调制的部件 若调制信号为m(t)，已调信号为：,7,模拟调制的分类： 1、按照调制信号控制载波信号参数的不同 幅度调制 相位调制 频率调制,8,2、按照调制器传输函数的不同 线性调制：已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构相同。 如调幅(AM)、抑制载波双边带调幅(DSB)、单边带调制(SSB)、残留边带调制(VSB)等，统称幅度调制。 非线性调制：又称角度调制，已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构有很大的不同，除频谱搬移外，

3、还增加了许多新的频率成分。 如调频(FM)、调相(PM) 。,5.1 幅度调制（线性调制）的原理,载波为：c(t) = Acosc t 调制信号m(t) s (t)=m(t)Acosc t,9,10,根据信号与系统的知识，m(t)进行傅里叶变换得到频谱M(),11,相乘器输入信号和输出信号的频谱,5.1.1 调幅(AM),常规双边带调制，简称调幅(AM) 时域特性 载波为 设调制信号m(t)均值为0，叠加一个直流分量A0后与载波相乘 则调幅信号：,12,13,m (t),+A0=,=,解调 AM信号解调可以用包络检波法。 主要优点：简单价廉。,14,图5-11 AM的包络解调器,15,产生过调

4、幅的波形,如果调制信号m(t)=A0+m (t)中有小于0的成分，会有什么结果？,因此，调幅必须满足 |m (t)|max A0，此时可用包络检波，反之产生过调幅现象。 调幅度：|m (t)|的最大值和A0的比值称为调幅度AM，也称调幅指数。,16,实际系统中， AM通常取30%60%之间,17,频域特性 设m(t)的频谱为M()，则AM信号的频谱为,18,图 5 - 2AM信号的频谱,SAM()中， | c ,上边带 | c ,下边带,带宽,系统带宽： 正频率的范围,功率与调制效率,19,则,AM信号在1电阻上的平均功率应等于sAM(t)的均方值,，且,20,调制效率：含信息的边带功率与总功

5、率之比,载波功率 边带功率 只有边带功率才与调制信号有关。,21,例1：设m(t)为正弦信号，常规调幅，100%调制，求此时的调制效率。 解：,22,例2：设m(t)为方波信号，常规调幅，100%调制，求此时的调制效率。 解：,结论： 调制效率不仅与调幅指数有关，还与基带信号波形有关。,23,例题 3,计算调制效率和载波功率； 如果天线用50电阻负载表示，求载波信号的峰值幅度。,已知一个AM广播电台输出功率是50KW，采用单频余弦信号进行调制，调幅指数为0.707。,24,解：,a),b),25,功率与调制效率 AM信号中存在载波分量，传输中这部分载波分量占据了调幅信号的大部分能量。而载波本身

6、并不含有基带信号的信息，因此，从功率上讲，AM信号的功率利用率比较低。,5.1.2 双边带(DSB)调制,在振幅调制(AM)中，若没有直流分量，即可得到抑制载波的双边带信号(DSB-SC)，简称双边带调制(DSB)。,26,由于抑制了载波，载波功率为0，所有功率都与基带信号有关，因此，功率利用率为1,DSB信号的波形,27,图5-3 DSB信号的频谱,28,已调信号带宽,解调 DSB不能采用简单的包络检波，只能用相干解调（同步检波）。,29,相干解调的基本模型,其中, sDSB(t)是已调信号, sd(t)是解调后的信号。 要求：载波同步,经低通滤波器滤除高频分量，得到 解调时所使用的载波与调

7、制载波同频同相，因此称为相干载波，相应的解调方式称为相干解调。,30,例4 设本地载波信号与发送载波的频率误差和相位误差分别为和，试分析对解调结果的影响,解: 设本地载波为 与接收到的已调信号sDSB(t)相乘后为,31,相干解调要求收发载波信号同频同相。,经LPF后得到,为了讨论方便，分别设以下两种特殊情况。 （1）设0，0时，解调输出为 （2）设 0， 0 时，解调输出为,32,33,结果说明： （1）当两端载波只有相位误差时，输出信号幅度将受到衰减，但不产生失真。衰减程度取决于的大小。 （2）当收发载波只有频率误差时，不仅影响输出幅度，而且输出信号产生频率失真。 （3）通常两种误差都存在

8、，两种影响都存在，严重时要影响通信质量。 所以，尽可能地使收发载波信号同频同相。,从频域来看解调过程。,34,5.1.3 单边带调制(SSB),原理：两个边带包含相同的信息，只需传输一个边带：上边带或下边带 产生方法：滤波法和相移法,35,m(t),SSB的滤波法模型,滤波法形成SSB信号的频谱示意图,2020/7/12,36,带宽,37,滤波器的过渡带宽f ： 实际的滤波器从通带到阻带总有一个过渡带f ，因此要求双边带的上、下边带之间有一定的频率间隔B，只有 f B时，滤波方可实现。 单边带滤波器的归一化值： （反映滤波器衰减特性的陡峭程度） 当 时，滤波器方可实现。 则f0越高，f 也越高

9、，B加宽，实现的难度加大。 例：模拟电话信号,2020/7/12,38,滤波可实现: f B 单边带滤波器可实现：,多级滤波法,多级频谱搬移和多级滤波的方法，简称多级滤波法。,39,40,按上图所示，设调制信号的最低频率为fL，第一级调制后上、下边带的间隔B1=2fL，第一级滤波后得到上边带信号。通常fC1fL；这样第二级调制后上、下边带的间隔为 此时的频率间隔取决于载频fC1 ；通常fC2是指定的，合理地选择fC1 、1及2便可设计出合适的单边带信号调制器。,41,例5：用单边带方式传输模拟电话信号。设载频为15MHz，电话信号的频带为300Hz3400Hz；滤波器归一化值大于10-3 。试

10、设计滤波器的方案。,解：,滤波器不可实现，需采用多级调制,单级滤波法：,上下边带间隔：,取 ，过渡带相对于载频的归一化值：,42,二级滤波法： 取二级滤波器的归一化值,已知,两级滤波器均可实现。,43,滤波法的特点 优点：简单 缺点： 对滤波器特性要求严格, 理想滤波器不可能实现 采用滤波法的基本要求： 调制信号的低频分量不能太低。当调制信号中含有直流及低频分量时，滤波法就不适用了。,44,2、相移法和SSB信号的时域表示,1、单频调制,同相分量,正交分量,45,单频调制用相移法形成单边带信号,希尔伯特变换,46,通常称m(t)的正交信号为m(t)的希尔伯特变换 Hilbert滤波器实质上是一

11、个宽带相移网络，幅度不变，所有频率分量均相移/2。,一般的时域表达式,47,其中 是m(t)的所有频率分量相移/2的结果。,时域表达式,频域表达式,显然,图5-6 相移法SSB信号调制器,48,解调,单边带信号只能用相干解调。 相干解调的框图如图所示，解调器由乘法器和低通滤波器组成。,49,单边带信号相干解调的基本模型,单边带信号的时域表达式为 乘上相干载波后得 经低通滤波器后的解调输出为,50,51,单边带信号的时域表达式为 乘上相干载波后得 经低通滤波器后的解调输出为,从频域来看解调过程。,52,不但可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为BSSB=fm=BDSB/2。 SSB信号的解

12、调和DSB一样不能采用简单的包络检波，需采用相干解调。 对滤波器特性要求严格, 由于理想滤波器不可能实现，所以要求调制信号的低频分量不能太低,SSB信号的特点：,53,残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调制方式， 它既克服了DSB信号占用频带较宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题。在VSB中，不是完全抑制一个边带（如同SSB中那样），而是逐渐切割，使其残留一小部分。通常用滤波法实现。 ,5.1.4 残留边带调制（VSB）,54,频域表达式,时域表达式,55,VSB仍为线性调制。 调制信号和载波相乘后的频谱为 设调制器的滤波器传输函数为HVSB(), 则滤波输出的已调信号频谱为,56

13、,解调,sp(t)的频谱,已调信号频谱,将已调信号的频谱代入上式，得到,57,sp(t)的频谱为,上式中M( + 2c)和M( 2c)两项可以由低通滤波器滤除，所以得到滤波输出的解调信号的频谱密度为：,无失真传输的要求？,58,为了无失真地传输，要求上式中,由于,所以上式可写为,即产生VSB信号的条件。,59,残留边带滤波器的几何解释,不失真条件,60,图 5 -9残留边带滤波器特性 残留部分上边带的滤波器特性; 残留部分下边带的滤波器特性.,不失真要求：滤波器的截止特性对于 c具有互补的对称性,61,残留边带调制的工作原理,62,图 5-7DSB、 SSB和VSB信号的频谱,63,BSSBB

14、VSBBDSB 采用插入载波法，解调较容易 容许调制信号含有很低频率和直流分量。,VSB信号的特点：,5.1.5 线性调制的一般模型,64,H()的不同，调制方式不同,滤波法实现线性调制信号的一般模型,65,相移法实现线性调制的一般模型,分成同相分量和正交分量,DSB调制,66,SSB调制,（希尔伯特滤波器）,VSB调制,线性调制信号解调的一般模型,1、相干解调的一般模型,67,相干解调的基本模型,相干解调适用于所有的线性调制信号 要求：载波同步,68,经低通滤波：,从时域角度 已调信号,解调信号,69,从频域角度 解调信号频谱,经低通滤波：,70,AM:包络检波器+低通滤波器,2、非相干解调

15、（包络检波）,AM的包络解调器,3、插入载波包络检波法,71,插入载波的包络检波,AM以外的各种线性调制不能采用包络检波的原因，就是在这些已调信号中不含有载波分量，已调信号的载波不完全载有调制信号的信息。因此，如果在接收端再加入一个足够大的载波，那么也可以用包络检波的方式进行解调,各种调幅系统的比较,下面就它们的特点和适应范围进行比较： （1） 常规调幅（AM） 带宽：2fH 优点：接收电路最简单，只用简单的包络检波器即可完成解调任务。 缺点：调制效率太低，要求高功率发送机。 应用：这种系统特别适用于一部发送机对千万部接收机工作的无线电广播系统。,72,（2） 抑制载波双边带调幅（DSB-SC

16、) 带宽：2fH 优点：与AM系统比，传送相同信息所需功率较小，发送机比较经济。 缺点：需要相干解调，需要同频同相的本地载波，接收机比较复杂。 应用：点对点通信系统。,73,（3）单边带系统（SSB) 带宽：fH 优点：发射功率和传输带宽最小，选择性衰落 小。 缺点：接收机复杂，需要复杂的自动频率控制系统来稳定本地载波的频率和相位。 应用：用于长距离固定业务通信、特高频散射通信、航空通信、载波通信、数传通信、保密通信等。,74,（4）残留边带系统 带宽：传输带宽介于SSB和DSB之间。 优点：产生高电平单边带信号比传输双边带信号困难得多，而残留边带系统可以克服。 应用：电视广播、数传、传真等获

17、得广泛的应用。,75,5.3 非线性调制（角度调制）的原理,幅度调制属于线性调制，它是通过改变载波的幅度，以实现调制信号频谱的平移及线性变换的。一个正弦载波有幅度、频率和相位三个参量，因此，我们不仅可以把调制信号的信息寄托在载波的幅度变化中，还可以寄托在载波的频率或相位变化中。这种使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式，称为频率调制（FM）和相位调制(PM) 。因为频率或相位的变化都可以看成是载波角度的变化，故调频和调相又统称为角度调制。,76,77,角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的

18、频率成分，故又称为非线性调制。由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，故调频与调相之间存在密切的关系，即调频必调相，调相必调频。鉴于FM用的较多，本节将主要讨论频率调制。,78,5.3.1 角度调制的基本概念,瞬时相位,瞬时角频率,余弦载波,已调信号（设0=0）,瞬时相位(t),相位偏移量,79,1、相位调制(PM) 瞬时相位偏移随调制信号m(t)线性变化的调制方式。 (KP称为相移常数),瞬时相位,调相信号,从角频率的角度认识调相,瞬时角频率,80,2、频率调制(FM) 瞬时角频率偏移随调制信号m(t)线性变化的调制方式。 (Kf称为频偏常数),瞬时相位,从相位的角度认识调频,调频信号,瞬时

19、角频率,PM和FM的比较,81,1、瞬时相位,调相：,2、瞬时角频率,调相：,调频：,调频：,82,直接调相（PM为鉴相器）,直接调频（FM为鉴频器）,调频信号频偏：,调相信号相偏：,83,调频信号的相偏：,调相信号的频偏：,间接调相,间接调频,84,由于实际相位调制器的调制范围不大， 一般不超过(-,)，所以直接调相和间接调频仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情况， 而直接调频和间接调相常用于宽带调制情况。 从以上分析可见， 调频与调相并无本质区别，两者之间可相互转换。 鉴于在实际应用中多采用FM波，下面将集中讨论频率调制。,角度调制的波形,85,无论频率调制还是相位调制，已调信号的振

20、幅都是恒定的，仅从已调信号波形上看无法区分二者。,86,例5 求下列三角波、正弦波、方波的AM、FM和PM波形。,87,88,设调制信号为单频余弦波，即m(t)=Amcosmt 调相信号： 式中， 称为调相指数,89,3. 单音调制FM与PM,90,瞬时相位,瞬时角频率,瞬时相偏,最大瞬时相偏,瞬时角频偏,最大瞬时角频偏,调相信号,调频信号： 式中， 称为调频指数。,91,92,瞬时相位,瞬时角频率,瞬时相偏,最大瞬时相偏,瞬时角频偏,最大瞬时角频偏,调频信号,例 已知调频器的频偏常数KF =2，输出为 求：(1)载频fc (2)调频指数 (3)最大频偏 (4)调制信号m(t)。,93,(2)

21、,解：,(1),94,(4) 调制信号m(t),(3) 最大频偏,95,5.3.3 宽带调频（WBFM）wide band FM,窄带调频的mf很小，使得调频信号的抗噪声性能好的优点不能得到充分的发挥，多应用于短距离通信，而宽带调频虽占用频带宽，但抗噪声性能好，可用于长距离高质量的通信系统。,96,当不满足如下条件时： 窄带调频条件： 窄带调相条件： 调频信号就不能简化成我们前面的式子。此时调制信号对载波进行频率调制将产生较大的频偏，所以已调信号在传输时要占用较宽的频带，这就形成了宽带调频信号。 先研究单频调制信号时的简单情况。,97,单频信号,瞬时相偏,调频指数,单频信号的宽带调频 1、调频

22、信号表达式,其中, Jn(mF)称为自变量为mF的第一类n阶贝赛尔函数。贝塞尔函数的主要性质：,n为偶数时,n为奇数时,(1),(2),99,图4-8 Jn(mF)- mF关系曲线,100,利用三角公式和贝塞尔函数的特点，可得到调频信号的级数展开式,101,设n分别为(0，1，2， n），调频信号的时域表达式可写成：,载波分量,第一对边频,第二对边频,第n对边频,sFM(t)进行傅氏变换,得调频信号频域表达式,102,由上述表达式可看出： 1、调制信号虽然是单频，但调频信号的频谱中是由载波分量c和无数边频(c nm)组成，含有无穷多个频率分量。 2、当n0时就是载波分量，幅度为AJ0(mF)。

23、 3、当n0时，在载频频率c两侧分布着n次上下边频cnm，相邻边频之间的间隔为m，边频的幅度为AJn(mF)。,103,4、当n为奇数，上下边频的极性相反， 当n为偶数，上下边频的极性相同。 5、当mF1时，除J0(mF)和J1(mF)外，其它分量都可忽略不计，此时已调信号只有载频和上下边频cm，带宽等于基带信号带宽的两倍，称为窄带调频。当mF逐渐增大时，边频分量逐渐增多，带宽也随之增大，这时称为宽带调频。 由此可见，FM信号的频谱不再是调制信号频谱的线性搬移，而是一种非线性过程。,104,正弦调制调频信号的频谱（mF=5 ）,105,106,2、调频信号带宽,调频信号的频谱中包含有无穷多个分

24、量，因此理论上调频信号的频带宽度为无限宽。但是实际上频谱的分布仍是相对集中的。由贝塞尔函数图可以看到，随n的增大，Jn(mF)的最大值逐渐下降。因此，只要适当地选择n值，当边频分量小到一定程度时便可以忽略不计，这样就可使已调信号的频谱限制在有限的频带内。这时调频信号的近似带宽为 其中nmax为最高边频次数。,107,(卡森公式),窄带调频的带宽,大指数宽带调频的情况，带宽主要由最大频偏决定,由贝塞尔函数特性，一般最大边频数取到1+mF，因此有效带宽,108,fm不变， f增加， mF增大,109,例 频率为10kHz的单频正弦信号对2MHz的载波进行调频，峰值频偏为10kHz， 求(1)调频信

25、号的近似带宽和调频指数； (2)调制信号幅度加倍后调频信号的带宽； (3)调制信号频率加倍后调频信号的带宽； (4)调制信号的幅度和频率都加倍时的带宽。 解： fm=10kHz，fmax=10kHz (1) 由卡森公式可得： BFM=2(fmax+fm)=2(10+10)=40kHz,110,(2) 因为 ，所以，调制信号幅度加倍意味着mF加倍，即mF=2，则 BFM=2(mF+1)fm=2(2+1)10=60kHz (3) 调制信号频率加倍，即fm=20kHz，则 BFM=2(fmax+fm)=2(10+20)=60kHz (4) 调制信号幅度和频率都加倍意味着mF不变，且fm=20kHz，

26、则 BFM=2(mF+1)fm=2(1+1)20=80kHz,111,其中n=0代表载波功率，n0代表边带功率。 由于贝塞尔函数的性质,3、调频信号的功率分配,频率信号的平均功率,调频信号的平均功率,112,对于调频信号来说，已调信号和未调制载波的幅度是相同的，所以已调信号的总功率等于未调制载波的功率，其总功率与调制过程及调频指数无关。 调频指数对调频信号的功率有什么影响呢? 1）mF0，即不调制时，J0(0)1，载波功率为A2/2。 2）mF0，调制，J0(mF)1，载波功率下降，下降的功率转变为各边频功率，总功率不变，为A2/2。,贝塞尔函数图,113,3）调制信号不提供功率，但它可以控制

27、功率的分布。mF的大小与调制信号的幅度及频率有关，当mF改变时，载波功率与各边频功率的分配关系也发生变化。设PC, Pf 和PFM分别代表载波功率、各次边频功率总和、调频信号总功率，可写出表达式：,114,mFM 和mAM的比较,调频指数mF在调频波中所起的作用与调幅指数mAM在调幅波中所起的作用是完全不同的。 AM波中，mAM决定着调制的深度，它只影响边频的幅度（或功率）和调制效率，而对AM波的频带宽度毫无影响。同时mAM还要受到不产生过调制的限制，必须保证mAM1。 FM波中， mFM的数值可以在很宽的范围内选择，通常是决定于传输信道所能允许的通带宽度。同时，mFM在FM中不仅影响载频分量

28、和边频分量的功率，而且直接与调频波的频谱结构和频带宽度有关，因此它比mAM要重要的多。,115,1、调频信号的产生 1）直接调频法（参数变值法） 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。 ,5.3.4 调频信号的产生与解调,直接调频法原理图,116,实际应用中，常采用压控振荡器(VCO) 作为调频器，压控振荡器的 输出频率在一定范围内正比于所加的控制电压。 优点：容易实现，且可以得到很大的频偏 缺点：频率稳定度不高，载频会发生漂移，需要附加稳频电路 改进：采用锁相环调制器，但调制频率较低时，频偏是很小的,117,2）倍频法（间接法）： 先对调制信号积分后再对载波进行相位调

29、制，从而产生窄带调频信号(NBFM) 。 然后，利用倍频器把NBFM变换成宽带调频信号(WBFM)。,间接调频框图,118,以理想平方律器件为例(n2)，其输出-输入特性为,倍频器是一个使输入信号的频率乘上一个给定倍数的电路，可用非线性器件实现，然后用带通滤波器滤去不需要的频率分量。,当输入信号si(t)为调频信号时，,平方律器件输出为,119,由上式可知，滤除直流分量后即可得一个新的调频信号 但此时载频和相位偏移均增为2倍。以单频调制为例，相位偏移可表示为 相位偏移增为2倍后,调频指数也必然增为2倍,120,同理，用一个n次律器件就可使调频信号的载频和调频指数增为n倍，即n次倍频。 存在的问

30、题！ 使用倍频法提高了调频指数，但也提高了载波频率，这有可能使载频过高而不符合要求，且频率过高也给电路技术提出了较高要求。为了解决这个矛盾，往往在使用倍频器的同时使用混频器，用以控制载波的频率。混频器的作用与幅度调制器的作用相同，它将输入信号的频谱移动到给定的频率位置上，但不改变其频谱结构。,121,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88-108 MHz频段内，所以需要经过 次的倍频，以满足最终频偏=75kHz的要求。 但是，倍频器在提

31、高相位偏移的同时，也使载波频率提高了，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这个问题。,122,如图，混频器由相乘器和带通滤波器组成。中心频率为fc的输入信号和频率为fr的参考信号相乘，相乘的结果使输入信号的频谱搬移到中心频率为fcfr的位置上，fc+fr称为和频，fc-fr称为差频，用带通滤波器可以滤出和频或差频信号。产生和频信号的混频过程称为上变频，产生差频信号的混频过程称为下变频。,混频器原理图,123,混频器的输入信号为2倍频信号 相乘器的输出信号为,124,设带通滤波器的中心频率f0为 带通滤波器的输出

32、信号为（下混频器输出） 0为所需调频信号的载频，2(t)是调频信号的相位偏移，调频指数mF增大。,125,例 先产生窄带调频信号，再用一级倍频的方法产生宽带调频信号。调制信号是频率为15kHz的单频余弦信号，窄带调制的载频f1=200kHz；最大频偏f125Hz。若要求最后输出调频信号的最大频偏f275kHz，载频fo90MHz，试求倍频器的倍频次数n和变频器参考信号的频率fr。,126,解：窄带调频信号的最大频偏f1=25Hz，最后输出信号的最大频偏f2=75kHz。所以倍频的次数 倍频后的载频 使用下变频法将频率降到90MHz，参考信号频率,127,由上述计算过程可知，用一级倍频的方法虽然

33、可以把窄带调频信号变为宽带调频信号，但是也使载波频率过高，除了超出使用范围之外，还给电路实现带来困难。 解决上述问题的办法是将倍频器和混频器适当配合使用,称为阿姆斯特朗法。,设窄带调频器产生的窄带调频信号的载频为f1，最大频偏为f1；调频指数为m1，若要求宽带调频信号的载频为f0，最大频偏为fFM, 调频指数为mF 。,128,图 5-27 Armstrong间接法,调制后的载频,最大频偏,调频指数,129,例 用上图所示框图构成调频发射机。 设调制信号是fm=15kHz的单频余弦信号，窄带调频信号的载频f1=200kHz，最大频偏f125Hz，混频器参考信号频率f2=10.9MHz，倍频次数

34、n1=64，n2=48。 1）求窄带调频信号的调频指数； 2）求调频发射信号的载频、最大频偏、调频指数。,130,解：1）由窄带调频信号的最大频偏f1和调制信号频率fm可求出调频指数 2）调频发射信号的载频可由f1, f2, n1, n2求出，即,131,调频信号的最大频偏 调频指数,132,直接法和倍频法的比较,直接调频法 优点：容易实现，且可以得到很大的频偏 缺点：载频会发生漂移，需附加稳频电路 倍频法 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。,133,2、调频信号的解调,非相干解调 -窄带和宽带 调频信号解调 相干解调 -窄带 1） 非相干解调 调频信号的一般表达

35、式为 解调器的输出应为,134,采用具有线性的频率-电压转换特性的鉴频器，可对调频信号进行直接解调。,Kd称为检频器灵敏度,图 5 28 鉴频器特性与组成,135,理想鉴频器可看成是微分器与包络检波器的级联。 微分器的输出 上式表示的是一个调幅调频信号，其幅度为 载波频率,136,如果KFm(t)c，则微分器的输出可近似地看作是包络为(t)的常规调幅信号，稍有不同的是载波频率有微小的变化。用包络检波器检出其包络，再滤去直流后，得到的输出为 这里Kd称为鉴频器灵敏度。 以上解调过程是先由微分器将调频信号转换为调幅调频信号，再由包络检波器提取其包络，所以上述解调方法又称为包络检测。,137,包络检

36、测的缺点是对调频波的寄生调幅也有反应。理想的调频波是等幅波，但信道中的噪声和其它原因会引起调频波的幅度起伏，这种幅度起伏被称为寄生调幅。为此，在微分器之前加一个限幅器和带通滤波器，以便将调频波在传输过程中引起的幅度变化部分削去，变成固定幅度的调频波， 带通滤波器让调频信号顺利通过，而滤除带外噪声及高次谐波分量。,138,2、相干解调,相干解调对调频信号仅限于窄带调频情况。,窄带调频信号的表达式,窄带调频信号的相干解调,5.5 各种模拟调制系统的比较,139,140,抗噪声性能 WBFM抗噪声性能最好， DSB、SSB、VSB抗噪声 性能次之，AM抗噪声性 能最差。 右图画出了各种模拟调制 系统

37、的性能曲线,图中的圆 点表示门限点。门限点以下，曲线迅速下跌 当输入信噪比较高时，FM的调频指数mf越大，抗噪声性能越好。,141,频带利用率 SSB的带宽最窄，其频带利用率最高；FM占用的带宽随调频指数mf的增大而增大，其频带利用率最低。可以说，FM是以牺牲有效性来换取可靠性的。因此， mf值的选择要从通信质量和带宽限制两方面考虑。对于高质量通信（高保真音乐广播，电视伴音、双向式固定或移动通信、卫星通信和蜂窝电话系统）采用WBFM， mf值选大些。对于一般通信，要考虑接收微弱信号，带宽窄些，噪声影响小，常选用mf 较小的调频方式。,142,特点与应用 AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用

38、率低，抗干扰能力差。在传输中如果载波受到信道的选择性衰落， 则在包检时会出现过调失真，信号频带较宽，频带利用率不高。因此AM制式用于通信质量要求不高的场合， 目前主要用在中波和短波调幅广播。 DSB调制：优点是功率利用率高，带宽与AM相同，但设备较复杂。应用较少，一般用于点对点专用通信。,143,SSB调制：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。鉴于这些特点，SSB制式普遍用在频带比较拥挤的场合，如短波波段的无线电广播和频分多路复用系统中。,144,145,VSB调制的诀窍在于部分抑制了发送边带，同时又利用

39、平缓滚降滤波器补偿了被抑制部分。 VSB的抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。VSB解调原则上也需同步解调， 但在某些VSB系统中，附加一个足够大的载波，就可用包络检波法解调合成信号（VSB+C），这种(VSB+C)方式综合了AM、 SSB和DSB三者的优点。所有这些特点，使VSB对商用电视广播系统特别具有吸引力。,FM： FM波的幅度恒定不变，这使它对非线性器件不甚敏感， 给FM带来了抗快衰落能力。利用自动增益控制和带通限幅还可以消除快衰落造成的幅度变化效应。 FM的抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中，如空间和卫星通信、调频立体声广播、超短波电台等。缺点是频带利用率低，存在门限

40、效应。,146,5.6 频分复用（FDM）,复用的定义 若干路独立的信号在同一信道中传送。 复用的目的 在一个信道传输多路信号而互不干扰，从而提高信道的利用率。 复用的分类 按复用方式的不同可分为频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、码分复用(CDM)、波分复用(WDM)等。,147,148,频分复用 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,分别进行解调和终端处理。 时分复用 时分复用是按时间分割多路信号的分法，即将信道的可用时间分成若干顺序排列的时隙，每路信号占据其中的一个时隙。在接收端用时序电路

41、将多路信号分开，分别进行解调和终端处理。,149,频分复用原理,以线性调制信号的频分复用为例，原理方框图如下,150,图4-27 频分复用频谱示意图,151,152,153,频分复用原理,各路载频的间隔除了考虑信号频谱不重叠外，还应考虑到传输过程中邻路信号的相互干扰，以及带通滤波器制作的困难程度。因此在选择各路载波信号的频率时，在保证各路信号的带宽以外，还应留有一定的防卫间隔，一般要求相邻载波之间的间隔为 式中Bs为已调信号带宽，Bg为防卫间隔。 如电话系统，单边带调制： Bs3400Hz，Bg600Hz，B=4kHz,154,频分复用的优点: 信道的利用率高，允许复用的路数多，分路也很方便。 频分复用的缺点: 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。 会因滤波器件特性不够理想和信道内存在非线性而产生路间干扰。因此频分复用信号的抗干扰性能较差。,155,多级调制,多级调制是指在一个复用系统内，对同一个基带信号进行两次或两次以上同一种方式的调制。,图4-32 两级单边带调制的复用系统（基带组成）,156,如果需要复用的路数为n，采用