资源描述
,5.1,幅度调制的原理,5.2,线性调制系统的抗噪声性能,5.3,非线性调制（角度调制）的原理,5.4,调频系统的抗噪声性能,5.5,各种模拟调制系统的比较,5.6,频分复用,(FDM),第,5,章 模拟调制系统,第,5,章学习目标,1,、掌握幅度调制（,AM,、,DSB,、,SSB,与,VSB,）信号的时域与频域表达式、调制器一般模型，信号频谱的特点、掌握线性调制的抗噪声性能的分析方法；,2,、理解角度调制原理、大信噪比情况下角度调制的噪声性能分析方法；,3,、了解频分复用、复合调制。,作业,P,128,2,、,5,、,6,、,7,、,9,、,13,、,16,、,17,角度调制的基本概念,角度调制信号的一般表达式为,A,是载波的恒定振幅；,c,t,+,(,t,),是信号的,瞬时相位,；,(,t,),称为相对于载波相位,c,t,的,瞬时相位偏移,；,d,c,t,+,(,t,),/dt,是信号的,瞬时,频率,；,d,(,t,),/dt,称为相对于载频,c,的,瞬时频率偏移,。,相位调制,K,p,是调相灵敏度，单位,rad,/,V,。,K,F,是调频灵敏度，,rad,/,（,s,V,）,。,频率调制,直接和间接调频,(t),直接和间接调相,（,t,）,（,b,）,（,a,）,单频信号（单音信号）,PM,设,调制信号为单频余弦波,，,m,(,t,),=,A,m,cos,m,t,则,s,PM,(,t,),=,A,cos,c,t,+K,P,A,m,cos,m,t,=,A,cos,c,t,+,m,P,co,s,m,t,其中,m,P,=,K,p,A,m,=,PM,调相指数，,-,最大瞬时相位偏移,PM,=,K,p,A,m,m,最大瞬时角频率偏移,单频信号,FM,其中,最大瞬时角频率偏移,m,f,调频指数，,-,最大瞬时相位偏移,。,f,FM,=,m,f,f,m,设,调制信号为单频余弦波,，,窄带调频,（,NBFM,）,如果,FM,信号的最大瞬时相位偏移满足：,称为,窄带调频,，这时，信号占据带窄。,(,NBFM,：,Narrow-Band,Frequency Modulation),反之，是,宽带调频,(,WBFM,：,Wide-Band,Frequency Modulation),。,窄,带,调频信号的时域表达式为：,窄带调频信号的频域表达式,宽带调频（,WBFM,）,不满足,卡森公式：,5.3.4,调频信号的产生与解调,1,、调频信号的产生,产生调频波的方法通常有两种：直接法和间接法。,（,1,）直接法。直接法就是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。,压控振荡器（,VCO,），,振荡频率正比于输入控制电压，即,(,t,),=,c,+Km,(,t,),（,2,）间接法,（阿姆斯特朗（,Armstrong,）法）,原理框图：,间接调频框图,相位调制,窄带调频信号：,因此，可采用下图所示的方框图来实现窄带调频。,原理：,倍频器：,作用：将窄带信号的瞬时频率（即载频和相位偏移）,均倍频,n,倍,目的：为提高调频指数，从而获得宽带调频。,输入信号为调频信号,以理想,平方律器件,为例，其输出,-,输入特性为,滤除直流成分后，得到一个新的调频信号，,其载频和相位偏移均增为,2,倍，由于相位偏移增为,2,倍，因而调频指数也必然增为,2,倍。,同理，经,n,次倍频后可以使调频信号的载频、相位偏移、调频指数增为,n,倍。,典型实例,调频广播发射机。载频：,f,1,=200,kHz,，调制信号最高频率,f,m,=,15,kHz,，间接法产生的最大频偏,f,1,=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。,要满足最终频偏,f,=75,kHz,的要求，需要倍频,倍频后新的载波频率,(,nf,1,),高达,600,MHz,不符合,f,c,=88-108,MHz,的要求,因此需用,混频器,进行下变频来解决,图,5-27 Armstrong,法产生宽带调频,混频只改变载频而不影响频偏及调频指数,例：在上述宽带调频方案中，设调制信号是,f,m,=15,kHz,的单频余弦信号，,NBFM,信号的载频,f,1,=200,kHz,，最大频偏,f,1,=25,Hz,；混频器参考频率,f,2,=10.9,MHz,，选择倍频次数,n,1,=64,，,n,2,=48,。,(1),求,NBFM,信号的调频指数；,(,2),求调频发射信号（即,WBFM,信号）的载频、最大频偏和调频指数。,解：（,1,）,NBFM,信号的调频指数为,（,2,）调频发射信号的载频为,最大频偏为,调频指数为,（,1,）相干解调（仅适用于,NBFM,信号）,BPF,的作用是取出信号，抑制噪声；,LPF,的作用是滤除二倍频载频分量。,2,、调频信号的解调,相乘器的输出为,经低通滤波器取出其低频分量,再经微分器，得输出信号,（,2,）非相干解调（,NBFM,和,WBFM,均适用）,解调器的输出应为：,即解调器应产生正比于输入频率的输出电压，最简单的解调器是具有,频率,-,电压转换特性,的,频率检波器，即鉴频器,。,调频信号的一般表达式为：,角调信号带宽,基带信号带宽,振幅鉴频器方框图,经微分器,包络检波器则将其幅度变化检出并滤去直流，再经低通滤波后即得解调输出,式中,K,d,为鉴频器灵敏度，单位为,V,/(,rad,/,s,),。,调频信号,调幅调频信号,5.6,频分复用,(FDM),将若干路独立的信号在同一信道上互不干扰地传输的技术称为,复用,技术。它可以提高信道的利用率。,通信系统按照信号的复用方式,分类,频分复用,(FDM),通信系统,时分复用,(TDM),通信系统,码分复用,(CDM),通信系统,频分复用,(FDM,，,Frequency,Division Multiplexing),是按,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，分别解调接收,。,特点：多路信号在频域上是分离的，但在时域上是重叠的。,它是模拟通信的主要手段,。,以,SSB,为例来说明,FDM,的基本原理,设信道中传输,n,路信号，第,i,路为,m,i,(,t,),，,频谱分别为,M,1,(,),、,M,2,(,),、,M,3,(,),、,，,带宽均为,m,，,为了避免各路信号频谱重叠，每路信号之间都留有一个间隔为,g,，,即防护频带为,g,，,这样便于滤波器的设计。,采用经,SSB,调制及频分复用后，,合成信号的频谱,下图所示：,LPF,作用：限制各路信号的最高频率,BPF,作用：取出信号，抑制噪声,-,c,1,0,c,1,0,c,1,c,1,+,m,0,c,1,c,1,+,m,三路话音信号频分复用原理,0 4.6 7.7,0.3 3.4 8 12.6 15.7,0,相邻载波之间的间隔为：,f,=,B,s,+,f,g,式中,B,s,为已调信号带宽，,对于,SSB,，,B,s,=,f,m,，,f,g,为,防护频带,。,第,i,+1,路,载波的频率：,n,路单边带信号复用后总频带宽度为：,B,1,=,B,s,+,f,g,，,是一路占用的带宽。,复用信号原则上可以在信道中传输，但有时为了更好地利用信道的传输特性，也可以再进行一次调制。,FDM,的优点是信道利用率高，允许复用的路数多，分路也很方便。,FDM,的缺点是设备复杂，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。,例：设有一个频分多路复用系统，副载波用,DSB/SC,调制，主载波用,FM,调制。如果有,60,路等幅的音频输入通路，每路频带限制在,3.3,KHz,，,防护频带为,0.7,KHz,；,（,1,）,如果最大频偏为,800,KHz,，,试求传输信号的带宽；,（,2,）试分析与第,1,路相比时第,60,路输入信噪比降低的程度。,f,1,(,t,),DSB,调制,f,c,1,f,2,(,t,),DSB,调制,f,c,2,f,n,(,t,),DSB,调制,f,cn,BPF,FM,鉴频器,BPF,1,BPF,2,BPF,60,DSB,解调,DSB,解调,DSB,解调,f,1,(,t,),f,2,(,t,),f,60,(,t,),n,(,t,),s,(,t,)+,n,(,t,),s,i,2,(,t,),n,i,2,(,t,),s,i,60,(,t,),n,i,60,(,t,),s,i,1,(,t,),n,i,1,(,t,),解：（,1,）分两种情况讨论：,(,a,),各路信号经过,DSB,调制后，在相邻两路信号 之间加防护频带,f,g,，,FDM,信号的频,谱,结构：,S,(,f,),f,f,c,1,f,c,2,f,c,3,2,f,m,2,f,m,2,f,m,f,g,f,g,0,(,b,),各路音频信号加上防护带之后，再进行,DSB,调制，频分复用信号的频谱结构,S,(,f,),f,f,c,1,f,c,2,f,c,3,2,f,m,2,f,m,2,f,m,2,f,g,2,f,g,0,S,(,f,),f,f,c,1,f,c,2,f,c,3,2,f,m,2,f,m,2,f,m,f,g,f,g,0,设频分复用之后的,60,路,DSB,信号总带宽为,f,m,，则有,f,m,=,n,2,f,m,+(,n,-1),f,g,=60,2 3.3+59 0.7=437.3,kHz,对该信号进行,FM,调制，最终所得传输信号的带宽：,B,=2(,f,+,f,m,),=2,(800+437.3)=2474.6,kHz,2.48,MHz,(,a,),（,b,）,S,(,f,),f,f,c,1,f,c,2,f,c,3,2,f,m,2,f,m,2,f,m,2,f,g,2,f,g,0,DSB,信号复用后带宽,f,m,=,n,(2,f,m,+,2,f,g,)-2,f,g,=,60,2(3.3+0.7)-1.4=478.6kHz,对该信号进行,FM,调制，所得传输信号的带宽：,B,=2(,f,+,f,m,),=2,(800+478.6)=2557.2kHz2.56MHz,(,2),频分复用,系统中，在接收端，经信道的信号先通过鉴频器，再解调，第,k,路,DSB,解调器输入端信噪比,各路,信号功率相等，即,s,i,1,=,s,i,2,=.=,s,i,60,鉴频器,输出噪声功率谱密度,
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