模擬角調(diào)制PPT教案

1、模擬模擬(mn)角調(diào)制角調(diào)制第一頁，共83頁。（5）AWGN信道中調(diào)頻信號(xnho)的抗噪聲性能，了解信噪比增益與調(diào)頻指數(shù)之間的關(guān)系；第1頁/共83頁第二頁，共83頁。第2頁/共83頁第三頁，共83頁。第3頁/共83頁第四頁，共83頁。第4頁/共83頁第五頁，共83頁。第5頁/共83頁第六頁，共83頁。1. 頻率調(diào)制(Frequency Modulation,FM) 定義：已調(diào)信號的瞬時角頻率（或頻率）隨調(diào)制信號的幅度(fd)變化而變化。 時域表達式： SFM=Acosc+KFMf(t)t 頻偏=KFMf(t) ； 瞬時角頻率=c+KFMf(t) 頻偏常數(shù)KFM第6頁/共83頁第七頁，共83

2、頁。調(diào)頻(dio pn)波的另一種時域表達式： 因瞬時角頻率和瞬時相位角之間是微分和積分的關(guān)系，即：所以(suy)：第7頁/共83頁第八頁，共83頁。調(diào)頻(dio pn)波的另一種時域表達式為：第8頁/共83頁第九頁，共83頁。2. 相位調(diào)制(Phase Modulation,PM) 定義：已調(diào)信號(xnho)的瞬時相角（或初相）隨調(diào)制信號(xnho)的幅度變化而變化。 時域表達式： SPM=Acosct+KPMf(t) KFM稱為相移常數(shù)第9頁/共83頁第十頁，共83頁。3.間接調(diào)相/調(diào)頻 由于相位和頻率互為微分和積分的關(guān)系(gun x),可以用調(diào)頻器來實現(xiàn)調(diào)相，稱為間接調(diào)相。也可以用調(diào)相器

3、來實現(xiàn)調(diào)頻，稱為間接調(diào)頻。 間接(jin ji)調(diào)相間接(jin ji)調(diào)頻第10頁/共83頁第十一頁，共83頁。 通常情況下，調(diào)相器的調(diào)節(jié)范圍不能超過（-，），所以直接調(diào)相和間接調(diào)頻只適用于窄帶(zhi di)角度調(diào)制。 對于寬帶角度調(diào)制，常用直接調(diào)頻和間接調(diào)相。第11頁/共83頁第十二頁，共83頁。二. 單頻余弦情況調(diào)制(tiozh)信號f(t)=Amcosmt調(diào)相信號(xnho)調(diào)相指數(shù)(zhsh)PM=KPMAm第12頁/共83頁第十三頁，共83頁。調(diào)頻(dio pn)信號調(diào)頻(dio pn)指數(shù)為FM用瞬時(shn sh)角頻率表示式中max=KFMAM為最大角頻偏。第13頁/共83

4、頁第十四頁，共83頁。第14頁/共83頁第十五頁，共83頁。 根據(jù)調(diào)制后載波瞬時相位偏移的大小，可以將角度調(diào)制分為寬帶(kun di)和窄帶兩種。第15頁/共83頁第十六頁，共83頁。1.時域根據(jù)(gnj)三角函數(shù)公式,當(dāng)滿足窄帶條件時,有 窄帶調(diào)頻(dio pn)信號可以表示為:第16頁/共83頁第十七頁，共83頁。2. 頻域 若調(diào)制(tiozh)信號f(t)的頻譜為F（），f(t)的平均值為0，即 則由傅氏變換(binhun)理論可知第17頁/共83頁第十八頁，共83頁。窄帶(zhi di)調(diào)頻信號的頻域表達式為：第18頁/共83頁第十九頁，共83頁。以單頻調(diào)制(tiozh)為例，f(t)

5、=Amcosmt標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)AM信號第19頁/共83頁第二十頁，共83頁。第20頁/共83頁第二十一頁，共83頁。兩者都具有載波+兩個邊帶： 單頻載頻c、 上邊頻c+m、 下邊頻c-m兩者有相同(xin tn)的帶寬BNBFM=BAM=2fm第21頁/共83頁第二十二頁，共83頁。標(biāo)準(zhǔn)AM 中，f(t)改變載波的幅度； 合成矢量永遠與載波同相，m旋轉(zhuǎn)變化的結(jié)果不會造成(zo chn)載波頻率的變化，只引起幅度變化。第22頁/共83頁第二十三頁，共83頁。（4）窄帶FM 改變的是載波的頻率。 合成矢量永遠與載波矢量垂直，m旋轉(zhuǎn)(xunzhun)變化的結(jié)果造成載波頻率變化，不改變載波幅度。

6、第23頁/共83頁第二十四頁，共83頁。時域頻域第24頁/共83頁第二十五頁，共83頁。第25頁/共83頁第二十六頁，共83頁。設(shè)調(diào)制(tiozh)信號為單頻余弦f(t)=Amcosmt=Amcos2fmt其中，調(diào)頻(dio pn)指數(shù) 對于不滿足窄帶條件的情況，三角函數(shù)近似式不成立第26頁/共83頁第二十七頁，共83頁。表達式可以(ky)寫成第27頁/共83頁第二十八頁，共83頁。 貝塞爾函數(shù)被制成表格數(shù)據(jù)或繪成曲線(qxin)供工程查閱。 式中的系數(shù)被稱為貝塞爾函數(shù)，可以(ky)用無窮級數(shù)計算。第28頁/共83頁第二十九頁，共83頁。第29頁/共83頁第三十頁，共83頁。第30頁/共83頁

7、第三十一頁，共83頁。即奇次諧波(xi b)關(guān)于=c軸奇對稱 偶次諧波(xi b)關(guān)于=c軸偶對稱第31頁/共83頁第三十二頁，共83頁。 這相當(dāng)于窄帶(zhi di)調(diào)頻。 對于任意FM值，各階貝塞爾函數(shù)的平方和恒等于1，即已調(diào)波的各次諧波(xi b)能量之和等于載波能量，滿足能量守恒。第32頁/共83頁第三十三頁，共83頁。利用(lyng)cosxcosy=cos(x-y)+cos(x+y)/2 sinxsiny= cos(x-y)-cos(x+y)/2 J-n(FM)=(-1)nJn(FM)有 結(jié)論:調(diào)頻信號(xnho)的頻譜中含有無窮多個頻率分量，其幅度正比于各自對應(yīng)的貝塞爾系數(shù)。奇次

8、諧波關(guān)于=c軸奇對稱,偶次諧波關(guān)于=c軸偶對稱 調(diào)頻信號(xnho)的帶寬是無窮的。第33頁/共83頁第三十四頁，共83頁。第34頁/共83頁第三十五頁，共83頁。第35頁/共83頁第三十六頁，共83頁。 式中FM為調(diào)頻指數(shù)(zhsh)。 fm為調(diào)制信號的帶寬。第36頁/共83頁第三十七頁，共83頁。BFM=2fmax，第37頁/共83頁第三十八頁，共83頁。第38頁/共83頁第三十九頁，共83頁。4.4 任意信號(xnho)調(diào)制一雙頻及多頻正弦(zhngxin)信號調(diào)制 雙頻調(diào)制信號 f(t)=Am1cosm1t+ Am2cosm2t其中調(diào)頻(dio pn)指數(shù)第39頁/共83頁第四十頁，共

9、83頁。引入復(fù)信號(xnho)表示其中(qzhng)第40頁/共83頁第四十一頁，共83頁。第41頁/共83頁第四十二頁，共83頁。n 個頻率正弦信號(xnho)調(diào)制同理可得例4-2第42頁/共83頁第四十三頁，共83頁。 雙頻正弦及多頻正弦調(diào)制頻譜中，除有無窮多個(du )c+nm1和c+km2線性分量以外，還有無窮多個(du )c+ nm1+km2非線性分量，稱為交叉分量，大大增加了頻率成份。 第43頁/共83頁第四十四頁，共83頁。第44頁/共83頁第四十五頁，共83頁。調(diào)頻(dio pn)波可以表示為：第45頁/共83頁第四十六頁，共83頁。 因調(diào)制(tiozh)信號f(t)是周期信號

10、，所以q(t)也是周期信號，可以用傅氏級數(shù)展開：第46頁/共83頁第四十七頁，共83頁。調(diào)頻波可以(ky)表示為： 這里的主要問題是求Cn，對于某些(mu xi)簡單的周期信號是容易的。見例題4-3第47頁/共83頁第四十八頁，共83頁。第48頁/共83頁第四十九頁，共83頁。圖4-11 隨機信號(xnho)的幅度概率密度第49頁/共83頁第五十頁，共83頁。圖4-12 隨機信號調(diào)頻(dio pn)后的功率譜第50頁/共83頁第五十一頁，共83頁。4.4.3. 任意(rny)限帶調(diào)制時的頻帶寬度頻偏比最大角頻偏 max=KFM|f(t)|max 對于單頻調(diào)制信號，用卡森公式計算頻寬。 怎樣計算

11、任意(rny)限帶信號的頻寬。首先定義頻偏比第51頁/共83頁第五十二頁，共83頁。用DFM來代替卡森公式(gngsh)中的調(diào)頻指數(shù)FM帶寬計算式為： BFM=2(DFM+1)fmax 實際應(yīng)用表明，由上式計算得到的帶寬偏窄對于DFM2的情況，通常用下式計算帶寬更好一些 BFM=2(DFM+2)fmax第52頁/共83頁第五十三頁，共83頁。第53頁/共83頁第五十四頁，共83頁。 B PM =PMfm第54頁/共83頁第五十五頁，共83頁。第55頁/共83頁第五十六頁，共83頁。4.6 調(diào)頻信號(xnho)的產(chǎn)生與解調(diào)一.調(diào)頻信號(xnho)的產(chǎn)生:兩種方法1. 直接法：用調(diào)制信號(xnho

12、)去改變壓控振蕩器（VCO）的頻率。第56頁/共83頁第五十七頁，共83頁。振蕩器的瞬時(shn sh)頻率其中載波(zib)頻率第57頁/共83頁第五十八頁，共83頁。 通常，在壓控振蕩器的電容里有一只是變?nèi)荻O管，調(diào)制信號(xnho)加在變?nèi)荻O管作為偏置電壓，當(dāng)信號(xnho)幅度變化時，偏置電壓的改變將引起變?nèi)荻O管的容量發(fā)生改變，進而引起本地振蕩器的頻率發(fā)生改變，實現(xiàn)了調(diào)頻的目的。第58頁/共83頁第五十九頁，共83頁。第59頁/共83頁第六十頁，共83頁。2. 倍頻法 將窄帶調(diào)頻信號倍頻后即得到(d do)寬帶調(diào)頻信號。窄帶調(diào)頻信號(xnho)可以表示為下式：第60頁/共83頁第六

13、十一頁，共83頁。窄帶(zhi di)調(diào)頻調(diào)制器方框圖第61頁/共83頁第六十二頁，共83頁。理想平方律非線性器件 So(t)=aSi2(t) 輸入(shr)調(diào)頻信號 Si(t)=Acosct+(t)輸出(shch) 濾出直流分量后可以得到新的調(diào)頻信號(xnho)，其載頻和頻偏均增加了2倍，調(diào)頻指數(shù)也增加2倍。 經(jīng)過n倍頻后的調(diào)頻信號(xnho),調(diào)頻指數(shù)也增加了n倍，實現(xiàn)了寬帶調(diào)頻。第62頁/共83頁第六十三頁，共83頁。第63頁/共83頁第六十四頁，共83頁。調(diào)頻信號(xnho)的非相干解調(diào)第64頁/共83頁第六十五頁，共83頁。低通濾波后得到(d do)第二項，隨f(t)變化的量。第65

14、頁/共83頁第六十六頁，共83頁。其中(qzhng)=RC |K(j)|=當(dāng)輸入為FM 波，即(t)=c+KFMf(t)時 微分器輸出(t)f(t)微分(wi fn)器：頻率-幅度變換電路第66頁/共83頁第六十七頁，共83頁。第67頁/共83頁第六十八頁，共83頁。 2. 相干解調(diào)：對于窄帶調(diào)頻，可以采用(ciyng)相干解調(diào)的的方式進行解調(diào)。窄帶調(diào)頻(dio pn)信號的相干解調(diào)第68頁/共83頁第六十九頁，共83頁。第69頁/共83頁第七十頁，共83頁。 )(tS BPF )(tn )(tSi )(tni LPF )(tno )(tSo 限幅 鑒頻 n 原理原理(yunl)模型模型第70

15、頁/共83頁第七十一頁，共83頁。iiSNooSNGain第71頁/共83頁第七十二頁，共83頁。( )cos( )FMcFMStAw tKf t dt( )( )cos( )icn tV tw tt2222iiioFMioFMASSANn BNn B第72頁/共83頁第七十三頁，共83頁。( )( )cos( )( )cos( )( )cos( )iicFMccS tn tAw tKf t dtV tw ttB tw tt1122cos( )cos( )cos( )cos( )cos( )coscccAw ttaV tw ttaB tw tta信號矢量：噪聲矢量：合成矢量： 信號矢量信號矢量

16、 噪聲矢量噪聲矢量 合成矢量合成矢量 a 1 a a 2 2 1 第73頁/共83頁第七十四頁，共83頁。111( ),( )sin( ( )( )arctan( )cos( ( )( )( )arctansin( ( )( )( )sin( ( )( )AV tSNV tttA V tttV tttAV tttA第74頁/共83頁第七十五頁，共83頁。( )( ) ( )sin ( )( )( )222dddokkkdtdtd V tttV tdtdtdtA信號信號噪聲噪聲2222( )( )( )24dFMdFMook Kk KS tf tSE ft第75頁/共83頁第七十六頁，共83頁。

17、( )( )sin ( )( )dn tV ttt( )( )2ddod n tkn tdtA22222( )|( )|()|22ddFMoookkBn wnH wnffAA2222( )3mmfodoomfn kNnf dffA f f m -f m 2FMB 2FMB 第76頁/共83頁第七十七頁，共83頁。222maxmax23222max2max3( )1|( ) |82( )3|( ) |2FMoFMoommomA KEftSfKf tNn fEftfAff tn f頻偏：第77頁/共83頁第七十八頁，共83頁。22max2max( )3|( ) |ooFMFMiimmEftSNfB

18、GSNff tfmaxmffmax2FMBf 3223max22maxmax( )( )66|( ) |( ) |FMFMmEftEftfGDff tf t22m ax( )1|( ) |22(1)F MF MF MF MmDEftftBf233(1)3FMFMFMFMG第78頁/共83頁第七十九頁，共83頁。FMAMFMBB1229|FMAMiFMiAMFMAMoFMoSNRSNRGGSNRSNR第79頁/共83頁第八十頁，共83頁。( ),( )( )sin ( )( )( )oV tANSAttttV t時，有第80頁/共83頁第八十一頁，共83頁。 ( )NBFMSt LPF BPF ( )n t ( )iS t ( )in t ( )on t ( )oS t )(sintwc 微分 ( )( )( )( )cos( )sin( )cos(