第4章-模擬調(diào)制

通信原理第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)4.1

調(diào)制的基本概念14.2

幅度（線性）調(diào)制的原理24.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能34.4

角度調(diào)制44.5

調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪性能54.6

模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較64.7

頻分多路復(fù)用7調(diào)制的基本概念：調(diào)制：把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。廣義調(diào)制：分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。

狹義調(diào)制：僅指帶通調(diào)制。在無(wú)線通信和其他大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。載波調(diào)制：用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程。調(diào)制信號(hào)：指來(lái)自信源的基帶信號(hào)。載波信號(hào)：未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。（用于傳遞消息的信號(hào)）已調(diào)信號(hào)：載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)。解調(diào)（檢波）：調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。4.1

調(diào)制的基本概念調(diào)制的目的：使基帶信號(hào)能夠適合信道的傳輸。提高信道利用率：把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用。擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。

調(diào)制分類：依調(diào)制信號(hào)不同分：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。依載波信號(hào)不同分：連續(xù)波調(diào)制和脈沖調(diào)制。依載波參數(shù)不同分：幅度、頻率、相位調(diào)制或脈寬、脈幅、脈位調(diào)制。依已調(diào)信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)分：線性調(diào)制和非線性調(diào)制。4.1

調(diào)制的基本概念模擬調(diào)制中選擇的載波是高頻正弦波A：載波幅度；c：載波角頻率；

0：載波初始相位（以后假定0

＝0）。

常見的模擬調(diào)制方式：幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制

本章研究的內(nèi)容：線性調(diào)制和非線性調(diào)制的原理線性調(diào)制的抗噪聲性能分析頻分復(fù)用

4.1

調(diào)制的基本概念4.2.1

常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）

時(shí)域表達(dá)式式中，—

均值為0的調(diào)制信號(hào)?！?/p>

常數(shù)，表示外加的直流分量。4.2

幅度調(diào)制的原理典型時(shí)域波形如圖4.1（a）所示。4.2

幅度調(diào)制的原理圖4.1AM信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜

由波形可以看出，當(dāng)滿足條件：

時(shí)，AM波的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的形狀完全一樣，因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)。否則，出現(xiàn)“過(guò)調(diào)幅”現(xiàn)象。這時(shí)用包絡(luò)檢波將發(fā)生失真。但是，可以采用其他的解調(diào)法，如同步檢波。

調(diào)幅指數(shù)：

時(shí)，正常調(diào)幅，其中，當(dāng)

，為滿調(diào)幅或100%調(diào)幅。

時(shí)，過(guò)調(diào)幅。

4.2

幅度調(diào)制的原理

頻譜若為確知信號(hào)，則AM信號(hào)的頻譜表達(dá)式為：若為隨機(jī)信號(hào)，則AM信號(hào)的頻域表達(dá)式必須用功率譜來(lái)描述。4.2

幅度調(diào)制的原理其頻譜圖如圖4.1(b)所示。

由頻譜可以看出：

AM信號(hào)的頻譜由載頻分量、上邊帶、和下邊帶三部分組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。AM信號(hào)的帶寬AM信號(hào)是帶有載波分量的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍。4.2

幅度調(diào)制的原理AM信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)調(diào)制和解調(diào)的數(shù)學(xué)模型如圖4.2所示。4.2

幅度調(diào)制的原理圖4.2AM信號(hào)的調(diào)制解調(diào)模型

AM信號(hào)的功率

當(dāng)m(t)為確知信號(hào)時(shí)，

由于載波功率邊帶功率AM信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，載波分量并不攜帶信息。4.2

幅度調(diào)制的原理

調(diào)制效率

有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號(hào)總功率的比例稱為調(diào)制效率。

當(dāng)m(t)=Am

cos

mt

時(shí)，

4.2

幅度調(diào)制的原理在“滿調(diào)幅”時(shí)此時(shí)，調(diào)制效率達(dá)到最大值。因此說(shuō)，AM信號(hào)的功率利用率比較低。AM的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。所以至今調(diào)幅仍廣泛用于無(wú)線電廣播。4.2

幅度調(diào)制的原理4.2.2

抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）

時(shí)域表達(dá)式：不外加直流分量

頻譜：不含有載頻分量

其波形和頻譜如圖4.3所示。

帶寬：

DSB信號(hào)的頻譜由上、下邊帶兩部分組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。4.2

幅度調(diào)制的原理4.2

幅度調(diào)制的原理圖4.3DSB信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜DSB信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)4.2

幅度調(diào)制的原理圖4.4DSB信號(hào)的調(diào)制解調(diào)模型DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能用包絡(luò)檢波來(lái)恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，需要采用相干解調(diào)。調(diào)制和解調(diào)的數(shù)學(xué)模型如圖4.4所示。

調(diào)制效率：

100%，全部功率都用于信息傳輸。

優(yōu)點(diǎn)：

節(jié)省了載波功率。

DSB信號(hào)的功率：

不含有載波功率4.2

幅度調(diào)制的原理4.2.3

單邊帶調(diào)制（SSB）原理：

雙邊帶信號(hào)兩個(gè)邊帶中的任意一個(gè)都包含了調(diào)制信號(hào)頻譜M()的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個(gè)邊帶即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調(diào)制。產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有兩種：濾波法和相移法。4.2

幅度調(diào)制的原理

濾波法及SSB信號(hào)的頻域表示利用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶:

4.2

幅度調(diào)制的原理HSSB()為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下理想高通特性：則可濾除下邊帶（保留上邊帶）。若它具有如下理想低通特性：則可濾除上邊帶（保留下邊帶）。4.2

幅度調(diào)制的原理濾波法的頻譜變換關(guān)系如圖4.5所示。

4.2

幅度調(diào)制的原理圖4.5

SSB上邊帶信號(hào)濾波法調(diào)制的頻譜變換濾波法的技術(shù)難點(diǎn)濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性。實(shí)際濾波器在載頻處并不具有上面所描述的理想特性，而是有一定的過(guò)渡帶。SSB信號(hào)的時(shí)域表示式設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為： 載波為：則DSB信號(hào)的時(shí)域表示式為：

相移法和SSB信號(hào)的時(shí)域表示

4.2

幅度調(diào)制的原理若保留上邊帶，則有若保留下邊帶，則有將上兩式合并，有式中，“－”表示上邊帶信號(hào)，“+”表示下邊帶信號(hào)。4.2

幅度調(diào)制的原理希爾伯特變換：

上式中Am

sinmt可以看作是Am

cosmt

相移－/2的結(jié)果。把這一相移過(guò)程稱為希爾伯特變換，記為“^”，則有

這樣，SSB的表達(dá)式可以改寫為把上式推廣到一般情況，可得到是的希爾伯特變換。4.2

幅度調(diào)制的原理若為的傅里葉變換，則的傅里葉變換為：即是希爾伯特濾波器的傳遞函數(shù)，記為：可見希爾伯特濾波器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)寬帶相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì)中的任意頻率分量均相移，即可得到。式中，符號(hào)函數(shù)4.2

幅度調(diào)制的原理相移法SSB調(diào)制器方框圖優(yōu)點(diǎn)：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。缺點(diǎn)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實(shí)現(xiàn)。4.2

幅度調(diào)制的原理SSB信號(hào)的解調(diào)

SSB信號(hào)不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，因?yàn)镾SB信號(hào)也是抑制載波的已調(diào)信號(hào)，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。如下圖所示。SSB信號(hào)的性能

SSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在傳輸信息時(shí)，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。4.2

幅度調(diào)制的原理

4.2.4

殘留邊帶（VSB）調(diào)制原理：

殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種調(diào)制方式，它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)中的困難。在這種調(diào)制方式中，不像SSB那樣完全抑制DSB信號(hào)的一個(gè)邊帶，而是逐漸切割，使其殘留一小部分。4.2

幅度調(diào)制的原理

調(diào)制方法：用濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理框圖與濾波法SSB調(diào)制器相同，如圖所示。

這時(shí)濾波器的特性應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易制作。4.2

幅度調(diào)制的原理HVSB()為殘留邊帶濾波器的傳輸函數(shù)殘留部分下邊帶信號(hào)時(shí)，其傳輸函數(shù)如圖4.6(a)所示殘留部分上邊帶信號(hào)時(shí)，其傳輸函數(shù)如圖4.6(b)所示4.2

幅度調(diào)制的原理圖4.6殘留邊帶濾波器的傳輸函數(shù)

對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求由濾波法可知，殘留邊帶信號(hào)的頻譜為：

為了確定上式中殘留邊帶濾波器傳輸特性應(yīng)滿足的條件，我們來(lái)分析一下接收端是如何從該信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)的。4.2

幅度調(diào)制的原理

對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求由濾波法可知，殘留邊帶信號(hào)的頻譜為：

為了確定上式中殘留邊帶濾波器傳輸特性應(yīng)滿足的條件，我們來(lái)分析一下接收端是如何從該信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)的。VSB信號(hào)解調(diào)器方框圖4.2

幅度調(diào)制的原理將代入得到式中M(+2c)及M(-2c)是搬移到+2c和-2c處的頻譜，它們可以由解調(diào)器中的低通濾波器濾除。于是，低通濾波器的輸出頻譜為：4.2

幅度調(diào)制的原理

顯然，為了保證相干解調(diào)的輸出無(wú)失真地恢復(fù)調(diào)制信號(hào)m(t)，上式中的傳遞函數(shù)必須滿足：

式中，H

為調(diào)制信號(hào)的截止角頻率。

上述條件的含義：殘留邊帶濾波器的特性

在c處必須具有互補(bǔ)對(duì)稱（奇對(duì)稱）特性,相干解調(diào)時(shí)才能無(wú)失真地從殘留邊帶信號(hào)中恢復(fù)所需的調(diào)制信號(hào)。

4.2

幅度調(diào)制的原理

4.2.5

線性調(diào)制的一般模型濾波法模型

輸出信號(hào)時(shí)域表示式為：輸出信號(hào)頻域表示式為：只要適當(dāng)選擇H()，便可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。4.2

幅度調(diào)制的原理相移法模型將上式展開，則有表明，sm(t)可等效為兩個(gè)互為正交調(diào)制分量的合成。4.2

幅度調(diào)制的原理它同樣適用于所有線性調(diào)制。得到相移法線性調(diào)制的一般模型如下：4.2

幅度調(diào)制的原理

相干解調(diào)相干解調(diào)也叫同步檢波。相干解調(diào)器適用于所有線性調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。相干解調(diào)時(shí)，為了無(wú)失真地恢復(fù)原基帶信號(hào)，接收端必須提供一個(gè)與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波），它與接收的已調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。4.2

幅度調(diào)制的原理

包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波器通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成，它屬于非相干解調(diào)，因此，不需要相干載波，解調(diào)器設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，廣播接收機(jī)中多采用這種方法。最簡(jiǎn)單的一種二極管峰值包絡(luò)檢波器如下圖所示，它由二極管VD和RC低通濾波器組成。4.2

幅度調(diào)制的原理

分析模型

：已調(diào)信號(hào)：加性高斯白噪聲：通過(guò)帶通濾波器后的噪聲

：輸出的有用信號(hào)

：輸出噪聲

4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能噪聲分析

為平穩(wěn)窄帶高斯噪聲，表示式為

Ni

－解調(diào)器輸入噪聲的平均功率。設(shè)白噪聲的單邊功率譜密度為n0，帶通濾波器是高度為1、帶寬為B的理想矩形函數(shù)，則解調(diào)器的輸入噪聲功率為：4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能解調(diào)器輸出信噪比

輸出信噪比反映了解調(diào)器的抗噪聲性能。顯然，輸出信噪比越大越好。調(diào)制制度增益G

同一調(diào)制方式下，G越大，則解調(diào)器的抗噪聲性能越好，同時(shí)，G的大小也反映了這種調(diào)制制度的優(yōu)劣。 式中輸入信噪比Si/Ni

的定義是：4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能4.3.1DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能DSB相干解調(diào)抗噪聲性能分析模型

由于是線性系統(tǒng)，所以可以分別計(jì)算解調(diào)器輸出的信號(hào)功率和噪聲功率。4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能信號(hào)功率計(jì)算設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為：解調(diào)器輸入信號(hào)平均功率為：與相干載波相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，輸出信號(hào)為：解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)功率為：4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能噪聲功率計(jì)算

解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲可表示為它與相干載波相乘后，得經(jīng)LPF后，解調(diào)器最終的輸出噪聲為：

故輸出噪聲功率為：4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能信噪比計(jì)算解調(diào)器的輸入信噪比：解調(diào)器的輸出信噪比：調(diào)制制度增益

由此可見，DSB調(diào)制系統(tǒng)的制度增益為2。也就是說(shuō)，DSB信號(hào)的解調(diào)器使信噪比改善一倍。這是因?yàn)椴捎孟喔山庹{(diào)，使輸入噪聲中的正交分量被消除的緣故。4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

4.3.2SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能噪聲功率

這里，B=fH

為SSB信號(hào)的帶通濾波器的帶寬。信號(hào)功率

SSB信號(hào)：

與相干載波相乘后，再經(jīng)LPF可得解調(diào)器輸出信號(hào)：

輸出信號(hào)平均功率：4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能輸入信號(hào)平均功率信噪比

單邊帶解調(diào)器的輸入信噪比為：4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為：調(diào)制制度增益：討論：

因?yàn)樵赟SB系統(tǒng)中，信號(hào)和噪聲有相同表示形式，所以相干解調(diào)過(guò)程中，信號(hào)和噪聲中的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒有改善。4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能討論：

上述表明，GDSB=2GSSB，這能否說(shuō)明DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能比SSB系統(tǒng)好呢？回答是否定的。因?yàn)?，兩者的輸入信?hào)功率不同、帶寬不同，在相同的噪聲功率譜密度條件下，輸入噪聲功率也不同，所以兩者的輸出信噪比是在不同條件下得到的。如果我們?cè)谙嗤妮斎胄盘?hào)功率，相同的輸入噪聲功率譜密度，相同的基帶信號(hào)帶寬條件下，對(duì)這兩種調(diào)制方式進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。這就是說(shuō)，兩者的抗噪聲性能是相同的。但SSB所需的傳輸帶寬僅是DSB的一半，因此SSB得到普遍應(yīng)用。4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

4.3.3AM包絡(luò)檢波的性能包絡(luò)檢波器分析模型

檢波輸出電壓正比于輸入信號(hào)的包絡(luò)變化。

4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

輸入信噪比計(jì)算

設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為：

解調(diào)器輸入噪聲為：則解調(diào)器輸入的信號(hào)功率和噪聲功率分別為：

輸入信噪比為：4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能包絡(luò)計(jì)算

由于解調(diào)器輸入是信號(hào)加噪聲的混合波形，即 式中

上式中E(t)便是所求的合成包絡(luò)。當(dāng)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為1時(shí)，則檢波器的輸出就是E(t)。4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能輸出信噪比計(jì)算（1）大信噪比情況

輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度：

4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

由上式可見，有用信號(hào)與噪聲獨(dú)立地分成兩項(xiàng)，因而可分別計(jì)算它們的功率。

輸出信號(hào)功率為：

輸出噪聲功率為：

故輸出信噪比為：

調(diào)制制度增益為：4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能討論

1.AM信號(hào)的調(diào)制制度增益GAM隨A0的減小而增加。

2.GAM總是小于1，這說(shuō)明包絡(luò)檢波器對(duì)輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。

3.例如：對(duì)于100%的調(diào)制，且m(t)是單頻正弦信號(hào)，這時(shí)AM

的最大信噪比增益為：

4.可以證明，采用同步檢測(cè)法解調(diào)AM信號(hào)時(shí)，得到的調(diào)制制度增益與上式給出的結(jié)果相同。

5.由此可見，對(duì)于AM調(diào)制系統(tǒng)，在大信噪比時(shí)，采用包絡(luò)檢波器解調(diào)時(shí)的性能與同步檢測(cè)器時(shí)的性能幾乎一樣。4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（2）小信噪比情況

輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)小于噪聲幅度：

其中R(t)和(t)代表噪聲的包絡(luò)及相位：

4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

因?yàn)?，利用此時(shí)，E(t)中沒有單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)，有用信號(hào)m(t)被噪聲擾亂，只能看作是噪聲。4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

這時(shí)，輸出信噪比不是按比例隨著輸入信噪比下降，而是急劇惡化，通常把這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的門限效應(yīng)。開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值。討論

1.門限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用引起的。

2.用相干解調(diào)的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號(hào)時(shí)不存在門限效應(yīng)。原因是信號(hào)與噪聲可分別進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)器輸出端總是單獨(dú)存在有

用信號(hào)項(xiàng)。

3.在大信噪比情況下，AM信號(hào)包絡(luò)檢波器的性能幾乎與相干解調(diào)法相同。但當(dāng)輸入信噪比低于門限值時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)門限效應(yīng)，這時(shí)解調(diào)器的輸出信噪比將急劇惡化，系統(tǒng)無(wú)法正常工作。4.3

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能前言頻率調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)頻(FM)，相位調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)相(PM)。這兩種調(diào)制中，載波的幅度都保持恒定，而頻率和相位的變化都表現(xiàn)為載波瞬時(shí)相位的變化。角度調(diào)制：頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制。與幅度調(diào)制技術(shù)相比，角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢(shì)是其較高的抗噪聲性能。4.4

角度調(diào)制的原理

4.4.1

角度調(diào)制的基本概念FM和PM信號(hào)的一般表達(dá)式

A

——載波的恒定振幅；——信號(hào)的瞬時(shí)相位，記為——相對(duì)于載波相位的瞬時(shí)相位偏移；——

信號(hào)的瞬時(shí)角頻率，記為——相對(duì)于載頻的瞬時(shí)頻偏。4.4

角度調(diào)制的原理相位調(diào)制(PM)：

瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)作線性變化，即

Kp

—調(diào)相靈敏度，含義是單位調(diào)制信號(hào)幅度引起的

PM信號(hào)的相位偏移量，單位是rad/V。 將上式代入一般表達(dá)式

得到PM信號(hào)表達(dá)式4.4

角度調(diào)制的原理頻率調(diào)制(FM)：

瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)作線性變化，即

Kf－調(diào)頻靈敏度，單位是rad/sV。 這時(shí)相位偏移為： 將其代入一般表達(dá)式 得到FM信號(hào)表達(dá)式：4.4

角度調(diào)制的原理PM與FM的區(qū)別

比較上兩式可見，PM是相位偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)線性變化，F(xiàn)M是相位偏移隨m(t)的積分呈線性變化。如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)m(t)的具體形式，則無(wú)法判斷已調(diào)信號(hào)是調(diào)相信號(hào)還是調(diào)頻信號(hào)。4.4

角度調(diào)制的原理單音信號(hào)的FM與PM

設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的余弦信號(hào)，即用它對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制時(shí)，將上式代入得到mp=KpAm

－調(diào)相指數(shù)，表示最大的相位偏移。4.4

角度調(diào)制的原理用它對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，將 代入 得到FM信號(hào)的表達(dá)式：－調(diào)頻指數(shù)，表示最大的相位偏移 －最大角頻偏 －最大頻偏

4.4

角度調(diào)制的原理PM信號(hào)和FM信號(hào)波形

(a)PM信號(hào)波形(b)FM信號(hào)波形4.4

角度調(diào)制的原理從圖中可以看到：（1）PM和FM信號(hào)的幅度恒定不變。（2）FM信號(hào)與時(shí)間軸交點(diǎn)的變化規(guī)律直接反映了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，但PM信號(hào)與時(shí)間軸交點(diǎn)的變化規(guī)律不直接反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，而是反映信號(hào)斜率的變化規(guī)律。4.4

角度調(diào)制的原理FM與PM之間的關(guān)系由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，所以

FM與PM之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。比較下面兩式可見

如果將調(diào)制信號(hào)先微分，而后進(jìn)行調(diào)頻，則得到的是調(diào)相波，這種方式叫間接調(diào)相；同樣，如果將調(diào)制信號(hào)先積分，而后進(jìn)行調(diào)相，則得到的是調(diào)頻波，這種方式叫間接調(diào)頻。4.4

角度調(diào)制的原理實(shí)現(xiàn)方法

（a）直接調(diào)頻（b）間接調(diào)頻

(c)直接調(diào)相(d)間接調(diào)相4.4

角度調(diào)制的原理

4.4.2

窄帶角調(diào)制定義：如果FM或PM信號(hào)的最大瞬時(shí)相位偏移滿足下式條件

否則稱為寬帶調(diào)頻(WBFM)或?qū)拵д{(diào)相。下面重點(diǎn)來(lái)分析窄帶調(diào)頻。4.4

角度調(diào)制的原理時(shí)域表示式

將FM信號(hào)一般表示式展開得到當(dāng)滿足窄帶調(diào)頻條件時(shí)，故上式可簡(jiǎn)化為：4.4

角度調(diào)制的原理頻域表示式

利用以下傅里葉變換對(duì)設(shè)的均值為04.4

角度調(diào)制的原理可得NBFM信號(hào)的頻域表達(dá)式：

NBFM和AM信號(hào)頻譜的比較：

1、兩者都含有一個(gè)載波和位于處的兩個(gè)邊帶，且?guī)捪嗤?、不同的是，NBFM的兩個(gè)邊頻分別乘了因式和，由于因式是頻率的函數(shù)，所以這種加權(quán)是頻率加權(quán)，加權(quán)的結(jié)果引起調(diào)制信號(hào)頻譜的失真。3、NBFM的一個(gè)邊帶和AM反相。4.4

角度調(diào)制的原理調(diào)頻信號(hào)的帶寬它稱為卡森（Carson）公式。當(dāng)時(shí)，上式可近似為：這就是窄帶調(diào)頻的帶寬。當(dāng)時(shí)，上式可近似為：這就是寬帶調(diào)頻的帶寬。4.4

角度調(diào)制的原理調(diào)制方式傳輸帶寬設(shè)備復(fù)雜程度

主要應(yīng)用AM簡(jiǎn)單DSB中等SSB復(fù)雜短波無(wú)線電廣播、話音頻分復(fù)用、載波通信、數(shù)據(jù)傳輸VSB

復(fù)雜FM中等超短波小功率電臺(tái)（窄帶FM）；調(diào)頻立體聲廣播等高質(zhì)量通信（寬帶FM）略大于近似SSB電視廣播、數(shù)據(jù)傳輸

應(yīng)用較少中短波無(wú)線電廣播4.6

模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較抗噪聲性能

WBFM抗噪聲性能最好，

DSB、SSB、VSB抗噪聲性能次之。AM抗噪聲性能最差。右圖畫出了各種模擬調(diào)制 系統(tǒng)的性能曲線,圖中的圓 點(diǎn)表示門限點(diǎn)。門限點(diǎn)以下，曲線迅速下跌；門限點(diǎn)以上，DSB、SSB的信噪比比AM高4.7dB以上，而FM（mf=6）的信噪比比AM高22dB。當(dāng)輸入信噪比較高時(shí)，F(xiàn)M的調(diào)頻指數(shù)mf越大，抗噪聲性能越好。4.6

模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較

頻帶利用率