通信原理教程5

5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理模擬調(diào)制：用基帶模擬信號去調(diào)制某載波。載波：確知的周期性波形－余弦波： 式中，A為振幅；

0為載波角頻率；

0為初始相位。定義：調(diào)制信號m(t)－基帶模擬信號已調(diào)信號s(t)－調(diào)制后的載波稱為已調(diào)信號調(diào)制器－進(jìn)行調(diào)制的部件

第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)圖3.1.1調(diào)制器調(diào)制器已調(diào)信號s(t)調(diào)制信號m(t)1調(diào)制的目的：頻譜搬移－搬移到載波頻率附近，適應(yīng)信道傳輸

模擬調(diào)制的分類：線性調(diào)制：調(diào)幅、單邊帶、雙邊帶、殘留邊帶。已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)和調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是將調(diào)制信號頻譜沿頻率軸進(jìn)行了平移。非線性調(diào)制（角度調(diào)制）：頻率調(diào)制、相位調(diào)制。已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)和調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)有很大的不同。2

設(shè)載波為：c(t)=Acos

c

t

調(diào)制信號為能量信號m(t)，其頻譜為M(f)

載波：c(t)

相乘結(jié)果：sm(t)

濾波輸出：s(t)

用“”表示傅里葉變換：sm(t)調(diào)制信號m(t)Acos

ctH(f)已調(diào)信號s(t)M(f)f0Sm(f)f0f-f00(a)輸入信號頻譜密度(b)輸出信號頻譜密度線性調(diào)制器的原理模型)(cos)(cfStAtmm?w)]()([2)(ccffMffMAfS++-=m3

5.1.1調(diào)幅（AM）基本原理

設(shè):m(t)=[A0+m(t)]，|m(t)|

A0，|m(t)|max=m

－調(diào)幅度， 則有調(diào)幅信號：sAM(t)=[A0+m(t)]cos

ct，

式中，A0+m(t)0，即sAM

(t)的包絡(luò)是非負(fù)的。

+A0=

=m(t)0A0+m(t)0A0+m(t)4頻譜密度含離散載頻分量當(dāng)m(t)為余弦波，且m＝100％時(shí)， 兩邊帶功率之和＝載波功率之半。-fH

m

(t)sAM(t)M

(f)C(f)c(t)A-AtfHfc-fc2fHSAM(f)2fH-fcfcffftt10A0+m(t)5AM信號的接收：包絡(luò)檢波原理：性能：設(shè)輸入電壓為式中，為檢波器輸入噪聲電壓(通常設(shè)為零均值平穩(wěn)高斯窄帶過程）y(t)的包絡(luò)：在大信噪比下：A0+m(t)?n(t)，即A0+m(t)?nc(t)及A0+m(t)?ns(t)整流器低通濾波器圖3.2.4包絡(luò)檢波器解調(diào)調(diào)幅信號ttnttntmtyscccsin)(cos)}()(A0{)(ww-++=n(t)=ttnttnscccsin)(cos)(ww-)()}()(A0{)(22tntntmtVscy+++=6

檢波后（已濾除直流分量）：

輸出信號噪聲功率比：

∵在檢波前的信號噪聲功率比等于

∴檢波前后信噪功率比之比為

由于m(t)

A0，顯然上式比值r0/ri小于1，即檢波后信噪比下降了。

)()](A0[)(tntmtVcy++?)()()(tntmtvc+=)](/)([220tntmErc=[]tyü?íì+=)(/)(A02122tntmEri[]ú?ùê?é+=??t??yü?????íì+=2222220)](A0[)(2)(/)(A021)(/)(tmtmEtntmtntmErrci75.1.2雙邊帶調(diào)制（DSB）原理：調(diào)制信號m(t)沒有直流分量時(shí)，得到DSB信號

。頻譜：兩個邊帶包含相同的信息。圖3.2.5雙邊帶調(diào)制信號的頻譜(a)調(diào)制信號頻譜密度M(f)f0(b)已調(diào)信號頻譜密度f00-f0fSDSB(f)上邊帶上邊帶下邊帶8解調(diào)：需要本地載波設(shè)接收的DSB信號為

接收端的本地載波為 兩者相乘后，得到低通濾波后，得到僅當(dāng)本地載波沒有頻率和相位誤差時(shí)，輸出信號才等于m(t)/2。[和調(diào)制信號僅差一個常數(shù)因子]優(yōu)缺點(diǎn)：DSB信號可以節(jié)省發(fā)送功率，但接收電路較為復(fù)雜

圖3.2.6

雙邊帶信號解調(diào)器原理方框圖基帶信號m(t)接收信號sDSB(t)cos

ctr

(t)

H(f)ttmccos)(w])cos[(cjww+D+t]})2cos[()){cos((21])cos[(cos)()(cccjwwjwjwww+D+++D=+D+=￠tttmtttmtr)cos()(21jw+Dttm95.1.3單邊帶調(diào)制(SSB)原理：兩個邊帶包含相同的信息只需傳輸一個邊帶： 上邊帶或下邊帶要求m(t)中無太低頻率解調(diào)：需要本地載波由于若z(t)=x(t)y(t)，則有

Z(

)=X(

)

Y(

)

單邊帶信號解調(diào)時(shí)，用載波cos

0t和接收信號相乘，相當(dāng)于在頻域中載波頻譜和信號頻譜相卷積。-f0HL(f)特性上邊帶(b)上邊帶濾波器特性和信號頻譜上邊帶f00f圖3.2.7單邊帶信號的頻譜上邊帶SDSB(f)上邊帶下邊帶HH(f)特性HH(f)特性(a)濾波前信號頻譜(c)下邊帶濾波器特性和信號頻譜SSSB(f)S(f)-f00f-f0f0f下邊帶f010

下圖以上邊帶為例，示出用低通濾波器濾出解調(diào)后的信號。SSB優(yōu)點(diǎn)：比DSB信號進(jìn)一步節(jié)省發(fā)送功率和占用帶寬。圖3.2.8單邊帶信號的解調(diào)SSSB(f)(b)上邊帶信號頻譜上邊帶上邊帶fc0-fcf2fc-2fc(a)載波頻譜fc0-fcfC(f)(c)載波和上邊帶信號頻譜的卷積結(jié)果fc0-fcf2fc-2fcM(f)HL(f)115.1.4殘留邊帶調(diào)制(VSB)VSB調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)：容許調(diào)制信號含有很低頻率分量。原理：VSB仍為線性調(diào)制。調(diào)制信號和載波相乘后的頻譜為設(shè)調(diào)制器的濾波器的傳輸函數(shù)為H(f)，則濾波輸出的已調(diào)信號頻譜為sm(t)調(diào)制信號m(t)Acos

ctH(f)已調(diào)信號s(t))]()([2)(ccffMffMAfS++-=m)()]()([2)(ccfHffMffMAfS++-=12現(xiàn)在，求出為了得到VSB信號，H(f)應(yīng)滿足的條件： 若仍用右圖解調(diào)器，則接收信號和本地載波相乘后得到的r

(t)的頻譜為： 將已調(diào)信號的頻譜代入上式，得到r

(t)的頻譜為：上式中M(f+2fc)和M(f–2fc)兩項(xiàng)可以由低通濾波器濾除，所以得到濾波輸出的解調(diào)信號的頻譜密度為：基帶信號m(t)接收信號s(t)cos

ctr

(t)

H(f)[])()(21ccffSffS-++)()]()([2)(ccfHffMffMAfS++-=)}()]()2([)()]()2({[4ccccffHfMffMffHfMffMA-+-++++)]()()[(4ccffHffHfMA-++13

為了無失真地傳輸，要求上式 中 由于 所以，上式可以寫為 上式即產(chǎn)生VSB信號的條件。)]()()[(4ccffHffHfMA-++CffHffH=-++)]()([ccHfffM>=當(dāng),0)(HffCffHffH<=-++,)]()([cc14

上式要求：濾波器的截止特性對于fc具有互補(bǔ)的對稱性：H(f+fc)-(fc+fH)0000ffffc-fcfc+fH-2fc2fc-2fc2fcfH-fHfHfH(f)H(f-fc)H(f+fc)+H(f–

fc)HffCffHffH<=-++,)]()([cc155.3非線性調(diào)制（角度調(diào)制）原理

5.3.1角度調(diào)制的基本概念使載波的頻率或相位隨基帶信號變化—角度調(diào)制?！八矔r(shí)頻率”的概念：設(shè)一個載波可以表示為 式中，

0為載波的初始相位；

(t)=

0t+

0為載波的瞬時(shí)相位;

0=d

(t)/dt為載波的角頻率?，F(xiàn)定義瞬時(shí)頻率：

上式可以改寫為：16角度調(diào)制的定義： 由下式可見，

(t)是載波的相位。若使它隨調(diào)制信號m(t)以某種方式變化，則稱其為角度調(diào)制。相位調(diào)制的定義：若使相位

(t)隨m(t)線性變化，即令 則稱為相位調(diào)制。這時(shí)，已調(diào)信號的表示式為 此已調(diào)載波的瞬時(shí)頻率為：上式表示，在相位調(diào)制中瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號的導(dǎo)函數(shù)線性地變化。)()(00tkpmtt++=jwj)](cos[)(00tkpmtAtsPM++=jw17頻率調(diào)制的定義：若使瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號線性地變化，則稱為頻率調(diào)制。這時(shí)，瞬時(shí)角頻率為 及瞬時(shí)相位為 這時(shí)，已調(diào)信號的表示式為： 上式表明，載波相位隨調(diào)制信號的積分線性地變化。相位調(diào)制和頻率調(diào)制的比較：在相位調(diào)制中載波相位

(t)隨調(diào)制信號m(t)線性地變化，而在頻率調(diào)制中載波相位

(t)隨調(diào)制信號m(t)的積分線性地變化。若將m(t)先積分，再對載波進(jìn)行相位調(diào)制，即得到頻率調(diào)制信號。類似地，若將m(t)先微分，再對載波進(jìn)行頻率調(diào)制，就得到相位調(diào)制信號。僅從已調(diào)信號波形上看無法區(qū)分二者。])(cos[)(00ò++=dttmktAtsfFMjw18角度調(diào)制的波形若m(t)作直線變化，則已調(diào)信號就是頻率調(diào)制信號。若m(t)是隨t2變化，則已調(diào)信號就是相位調(diào)制信號角度調(diào)制波形

i(b)(a)19

角度調(diào)制信號的頻譜和帶寬 設(shè)：調(diào)制信號m(t)是一個余弦波，

用其對載波作頻率調(diào)制，則載波的瞬時(shí)角頻率為

上式中，kf=

－為最大頻移已調(diào)信號表示式：式中，

m＝

f/fm為最大頻率偏移和基帶信號頻率之比， 稱為調(diào)制指數(shù)mf，即有：]sin)/(cos[]coscos[)(00ttAtdtktAtsmmmfFMwwwDwww+=+=ò20

是一個含有正弦函數(shù)的余弦函數(shù)，它的展開式為：

式中，Jn(mf)