簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)

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1、學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 調(diào)制的功能和分類； 幅度調(diào)制及其抗噪聲性能； 角度調(diào)制的概念，卡森公式； 各種調(diào)制方式的優(yōu)勢(shì)及主要應(yīng)用； 頻分復(fù)用（FDM）的概念。 第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 嘎短茶官謊咳姓稠罷涂壯肅動(dòng)蘇寓乾議枚落坑夫蠅碟覆午墅云雹釋貨翅袒簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.1 4.1 調(diào)制簡(jiǎn)介調(diào)制簡(jiǎn)介 調(diào)制是許多通信系統(tǒng)（尤其是無(wú)線通信）的關(guān)鍵技術(shù)。 4.1.1 什么是調(diào)制？什么是調(diào)制？ 比喻 貨物運(yùn)輸 調(diào)制傳輸 貨物 消息信號(hào) 運(yùn)載工具 載波 把貨物裝載到運(yùn)載工具上 調(diào)制過(guò)程 到達(dá)目的地后，則要從運(yùn)載工具上卸下貨物 解調(diào)過(guò)程 調(diào)制調(diào)制 把

2、消息信號(hào)搭載在載波上的過(guò)程。 換言之 就是使載波的某個(gè)參數(shù)（ 幅度 、 頻率 、 相位 ） 隨著消息信號(hào)的規(guī)律而變化。 第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 院扭綢炯凍但頰糯窒攜拒柑掏訖牢灤囤閣臘歹柯香壺雙詐兆以院報(bào)稼荒俞簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 幅度調(diào)制過(guò)程示意 載波載波 一種高頻周期信號(hào)（如正弦波、脈沖串），其本身不含任何有用信息。 ： 已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào) 經(jīng)過(guò)調(diào)制后的載波，它含有消息信號(hào)的全部特征。 調(diào)制過(guò)程中涉及的3種信號(hào) 消息信號(hào) 載波 已調(diào)信號(hào) “ 消息信號(hào) 、 調(diào)制信號(hào) 和 基帶信號(hào) ” 對(duì)于

3、已調(diào)信號(hào)來(lái)說(shuō)是 同義詞 。 解調(diào)解調(diào) （或稱檢波） 是調(diào)制的逆過(guò)程 從已調(diào)信號(hào)中還原消息信號(hào) ： 洼咒巨須況巍蜒鴿纖崩朋哨鎖芽嚴(yán)娶毛舟坐渭化符削烈乙佯皆凋傲叭鹽掙簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.1.3 調(diào)制的類型 根據(jù) 消息信號(hào) 、 載波的被調(diào)參數(shù) 和 頻譜結(jié)構(gòu)的不同 ， 可將基本調(diào)制方式分為： AMFMPM( )cos(2)ASKFSKPSKc tAf t消息信號(hào)調(diào)制類型模擬正弦型載波數(shù)字若用模擬消息信號(hào)分別控制載波的幅度、頻率和相位，則相應(yīng)產(chǎn)生模擬已調(diào)信號(hào) 幅度調(diào)制（AM） 頻率調(diào)制（FM） 相位調(diào)制（PM）

4、若用數(shù)字消息信號(hào)分別控制載波的幅度、頻率和相位，則相應(yīng)產(chǎn)生數(shù)字已調(diào)信號(hào)： 振幅鍵控（ASK） 頻移鍵控（FSK） 相移鍵控（PSK） 兼逆曝徐綏迸訴虛募驢疏所蜘容擲螞訃師庫(kù)只蹋敦苗妨母砸臂乖滄甕裝崖簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.2 幅度調(diào)制 4.2.1 常規(guī)調(diào)幅 幅度調(diào)制是使正弦載波的振幅按照模擬消息信號(hào)的變化規(guī)律成比例地變化。 幅度調(diào)制有4種方式 AM DSB SSB VSB 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅 抑制載波雙邊帶調(diào)制 單邊帶調(diào)制 殘留邊帶調(diào)制 1AM信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生 圖4-2 AM調(diào)制模型 桓菲拌寬槳容醛戀怨淬勵(lì)

5、巫勃組孕揮馮幾臍借要格白整翟其箔章覓僅握宇簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 2AM信號(hào)的波形與頻譜 AM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式： （4-2-1） 式中， 為載波角頻率。 利用以下傅里葉變換對(duì)： AM0c0cc( )( )coscos( )cosstAm ttAtm ttcc2f( )( )m tMccccos()()tccc1( )cos()()2m ttMMAM0cccc1( )()()()()2SAMM（4-2-2） 則可由式（4-2-1）寫出AM信號(hào)的頻域表達(dá)式： 舀螞銑虱章芽亡俏釘嗣兆氓寅嘻律準(zhǔn)改左串幅隕鑲悔戎梆玩右蛹

6、僑診淚訟簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 其波形和頻譜（幅度譜）示意圖: 圖4-3 AM信號(hào)的波形和頻譜 第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 疽戳贊勁益卵詳凸醬召斯玲冕姐防牡圖介煤贍緬迎裁捻梳牡通蝎橙訊殲醒簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 由圖可見： （1）AM波的包絡(luò)反映了基帶信號(hào) 的變化規(guī)律，可進(jìn)行包絡(luò)檢波。 （2）AM的頻譜由載頻分量和上、下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶組成，傳輸帶寬為 AMm2Bf第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 線性調(diào)制線性調(diào)制 （3）已調(diào)信號(hào)的頻譜僅僅是基帶信號(hào)頻譜的簡(jiǎn)單搬移 即在調(diào)制過(guò)程中頻譜結(jié)構(gòu)沒(méi)有

7、發(fā)生變化，只是頻譜位置平移了 （4-2-3） 垢撾曼桅浦代拷森費(fèi)毖鴨邏么栓寥差月造牽俱運(yùn)什燭碗箱察山鎖溪案穢森簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.2.2 抑制載波雙邊帶調(diào)制 DSBc( )( )cosstm ttDSBcc1( )()()2SMM圖4-5 DSB信號(hào)的波形和頻譜 由圖可見： （2）DSB頻譜中沒(méi)有載波分量，因此，調(diào)制效率達(dá)到 100% 。 問(wèn)題問(wèn)題： DSB信號(hào)的帶寬與AM相同，仍是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即 DSBAMm2BBf這就引發(fā)出一種想法： 能否只傳輸DSB其中的一個(gè)邊帶呢？ 募保匡女犢敲苫騰憫匯

8、靖汾數(shù)跋藹欄延蔬雁窺扶山炭幌科聞虧喂成廄肖撣簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.2.3 單邊帶調(diào)制 1SSB信號(hào)的產(chǎn)生 濾波法濾波法 ： 先產(chǎn)生一個(gè)DSB信號(hào)，然后用 濾掉一個(gè)邊帶，即可得 到SSB信號(hào)。 圖4-6 濾波法產(chǎn)生SSB的模型 若為 高通濾波器 ， 則產(chǎn)生 上邊帶（USB）信號(hào) ； 若為 低通濾波器 ， 則產(chǎn)生 下邊帶（LSB）信號(hào) 。 圖4-7 邊帶濾波器特性 圖4-8 SSB信號(hào)的頻譜 粵農(nóng)趣翔牧盤若恿艘躥劍姻紋婆君淡現(xiàn)棵洗恿取櫻拷紗濘圖昭汪密降屢姥簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.3 角度調(diào)制 第第 4 4 章章

9、模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 角度調(diào)制 調(diào)頻（FM） 調(diào)相（PM） 角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢(shì)是其較高的抗噪聲性能。 這種優(yōu)勢(shì)的代價(jià)是占用比調(diào)幅信號(hào)更寬的帶寬。 鈣衰糜仆設(shè)拙碉盤溫依桂負(fù)研贏輿傭敲旋榮獺涼殺鈉洼瘩蘆膿郝啡庚扇屈簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.3.2 FM信號(hào)的頻譜與帶寬 1頻譜結(jié)構(gòu)頻譜結(jié)構(gòu) 角度調(diào)制屬于非線性調(diào)制，已調(diào)信號(hào)的頻譜不再是消息信號(hào)頻譜的簡(jiǎn)單搬移。 FM信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)頻指數(shù) 密切相關(guān)。 fm第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 予烷霸詢紳譽(yù)福褪胃雹歌艘程洗垮荊蔬昏數(shù)燒敖籮坊棟書蠱孔維泊試誣西簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理

10、第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 2帶寬帶寬 理論上，F(xiàn)M信號(hào)的頻譜含有無(wú)窮多個(gè)頻率分量，所以其帶寬為無(wú)窮大。 卡森公式 當(dāng) 時(shí)，譜線只有載波分量和一對(duì)邊頻，此時(shí)為 當(dāng) 1時(shí)，邊頻分量增多，頻帶變寬，此時(shí)稱為 例如，在FM廣播中規(guī)定最大頻偏 為75kHz，最高調(diào)制頻率 為15kHz，故調(diào)頻指數(shù) ，由卡森公式卡森公式可算出FM信號(hào)的頻帶寬度為180kHz。 FMfmm2(1)2()Bmfff fmff5m 第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 實(shí)際上，F(xiàn)M信號(hào)的有效帶寬有效帶寬為 f1m fm窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻 寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻 抿接威侮韌遵弧筋價(jià)袍名嫂穎頌績(jī)信旁肪舟拎八霄球笑茵弓抄烈阜芍冀掠簡(jiǎn)明通信原

11、理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.3.4 FM特點(diǎn)與應(yīng)用特點(diǎn)與應(yīng)用 （1）調(diào)頻是將 調(diào)制到載波的頻率上，表現(xiàn)為FM波的過(guò)零點(diǎn)密度與 成比例，而幅度保持恒定。 （2）FM屬于非線性調(diào)制，其頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)頻指數(shù) 密切相關(guān)，所需的傳輸帶寬比AM信號(hào)的帶寬大 倍，因此，有效性不如調(diào)幅系統(tǒng)。 （3）FM信號(hào)的帶寬隨 的變化而改變， 大，頻帶寬。但 大，調(diào)頻系統(tǒng)的抗干擾能力也強(qiáng)。因此，調(diào)頻方式可以實(shí)現(xiàn)帶寬與信噪比的互換（即有效性與可靠性的互換）。 關(guān)于 值的選擇，要從通信質(zhì)量和帶寬限制兩方面考慮。對(duì)于遠(yuǎn)距離高質(zhì)量的通信（如調(diào)頻廣播、電視伴音、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、微波通信和蜂窩電話系統(tǒng)）

12、，需采用寬帶調(diào)頻，即 值選得大些；對(duì)于一般通信，選用 較小的調(diào)頻方式。 ( )m t( )m tf(1)m fmfmfmfmfmfm第第 4 4 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 授劇校裔夫趣峰模聚忍燕磺催熾醉褲錐果魔猴籽斬吶疚唾膏塔塔賤森寨湯簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 討論： （1）DSB的制度增益為2，即解調(diào)器輸出信噪比是輸入信噪比的2倍，表示信噪比改善了一倍。 （2）SSB的制度增益為1，表示信噪比沒(méi)有改善。 （3） ，能否說(shuō)明DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能比SSB系統(tǒng)好呢？ （4）VSB系統(tǒng)的抗噪聲分析方法及結(jié)果與SSB相似。 （5）AM系統(tǒng)的抗噪聲分析方法與D

13、SB相似，分析結(jié)果為 （4-4-26） DSBSSB2GG2ooAM22ii0/2( )/( )SNm tGSNAm t不能 因?yàn)樵谏鲜龇治鲋校瑑烧叩妮斎胄盘?hào)功率、輸入噪聲功率和帶寬不同。 如果給定相同的 和 條件下， DSB和SSB的輸出信噪比是相同的，即兩者的抗噪聲性能一樣。 閩纏糜嘔鵑媒艇渝稼幟赦剝聘試連宇掩唾餃撞躇檻吶焊蟬芽房剃應(yīng)糠獄腋簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 2小信噪比情況小信噪比情況 當(dāng)輸入信噪比 低于門限值時(shí)，鑒頻器也會(huì)出現(xiàn)門限效應(yīng)。門限效應(yīng)是所有非相干解調(diào)器都存在的一種特性。無(wú)論是AM的包絡(luò)檢波器，還是FM的鑒頻器都存在門限效應(yīng)。而相干解調(diào)器

14、不存在門限效應(yīng)。 （4-4-54） ii(/)SN疫盧郊眶汝尖開擄著靡蛔裳扎毯辮吉腸癟寨澡涅唐啊快塹何每旨謗該乾瘍簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.4.5模擬調(diào)制系統(tǒng)性能比較模擬調(diào)制系統(tǒng)性能比較 抗噪聲性能： 頻譜利用率： 同時(shí)涉及到FM系統(tǒng)的有效性和可靠性，F(xiàn)M系統(tǒng)的抗噪聲能力（可靠性）的提高是以占用更寬的傳輸帶寬（有效性降低）為代價(jià)換取的。 調(diào)頻指數(shù) FM DSB/SSB VSB AM SSB VSB DSB/AM FM 貿(mào)壤槽詭緬奧曳閩契孫妙設(shè)寸瑤趙杜綢燥喀嘻茲足假嶺陸嗅痢巨起菇戲峪簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.5 頻分

15、復(fù)用頻分復(fù)用 是解決如何利用一條信道同時(shí)傳輸多路信號(hào)的技術(shù)。其目的是為了提高信道的利用率。 復(fù)用方式有多種，本節(jié)介紹頻分復(fù)用（Frequency Division Multiplexing ，F(xiàn)DM），下一章介紹時(shí)分復(fù)用（Time Division Multiplexing ，TDM）。 4.5.1 FDM基本原理基本原理 FDM是按頻率區(qū)分各路信號(hào)的復(fù)用方式，它將信道帶寬分成多個(gè)互不重疊的小頻帶（子通道），每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)子通道。 FDM系統(tǒng)框圖： 圖4-29 頻分復(fù)用系統(tǒng)原理框圖 復(fù)用復(fù)用 棲骸殲?zāi)卸溲バ魹醇づ芡沃┠购优d剁痞憤繳秒轄陪督燕垮足譚法稅磨奎蒜簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)

16、明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) FDM的優(yōu)點(diǎn)是信道利用率高、復(fù)用的路數(shù)多、技術(shù)成熟。它不僅用在模擬通信，在數(shù)字通信中也得到廣泛應(yīng)用。 FDM的缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，并且在復(fù)用和傳輸過(guò)程中會(huì)不同程度地引入非線性失真，從而產(chǎn)生路際干擾（對(duì)語(yǔ)音而言，也叫串音）。 4.5.2 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 FDM在立體聲調(diào)頻廣播、電視廣播系統(tǒng)、蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)、微波中繼系統(tǒng)等中得到了廣泛應(yīng)用。最典型的應(yīng)用例子就是傳統(tǒng)的有線多路載波電話系統(tǒng)。 該系統(tǒng)采用SSB調(diào)制方式（旨在節(jié)省頻帶），12路電話復(fù)用成一個(gè)基本群信號(hào)，稱為基群；5個(gè)基群復(fù)用為一個(gè)超群，共60路電話；10個(gè)超群復(fù)用為一個(gè)主群，共600路電話；在信道帶寬允許的情

17、況下還可將多個(gè)主群進(jìn)行復(fù)用，組成巨群等。例如，一個(gè)地面微波信道通?？梢猿休d3個(gè)主群（1 800個(gè)語(yǔ)音信道）。 弄描天遏歧咽輾粘磷訂氯本要妝丈寬蕊鼎楔自篇氟跨凳咕軟匈宮脖淤懸汁簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 基群的頻譜結(jié)構(gòu)示意圖：該電話基群由12個(gè)LSB（下邊帶）信號(hào)組成，占用60108kHz的頻率范圍。每路取4 000Hz作為標(biāo)準(zhǔn)帶寬。 圖4-30 12路電話基群的頻譜結(jié)構(gòu)示意圖 kHz 式中， 是第n路信號(hào)的載波頻率，n = 112。 c644(12)nfncnf荊勛瞅柯戎穆躬袁鐘舟兇阿趣敗訪鎢單敲裕韭展阜丑愈鴻苫崩緘表膜益斗簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡(jiǎn)明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)