《通信原理 第四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理 第四章（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章模拟角调制系统 主要内容 模拟角度调制的基本概念窄带角调制宽带调频 宽带调相抗噪声性能的分析方法频分复用系统 重点 角度调制信号的表达式和参数计算信噪比的推导公式频分复用的概念 目录 4 2窄带角调制 4 7采用预加重和去加重改善信噪比 非线性调制的原理及抗噪性能 1非线性调制的原理 2非线性调制系统的抗噪性能 FM信号 5 解调方法 相干解调 窄带 非相干解调 鉴频法 2 频谱结构 4 调制方法 直接调频 倍频法 1 信号表达式 4 3 1非线性调制的原理定义 调制信号控制载波信号的频率或相位 使频率或相位随调制信号的变化而变化 称为角度调制 PM信号 信号带宽 1 信号表达式 3 调
2、频信号的功率分配 2 宽带调相 设载波为 调制信号为 则调频波为 FM信号 令 设载波为 调制信号为 则调相波为 PM信号 令 FM的频谱 令 定义 调频指数 为第一类n阶贝塞尔函数 贝塞尔函数的性质 P94 1 调频表达式 特征 FM的频谱理论值无穷大 但可根据调频指数分为宽带调频和窄带调频 结论 信号带宽 时 时 只与信号强度有关 与信号频率无关 与AM信号带宽相同 例 利用贝塞尔函数的性质可得 结论 推广 FM解调框图 鉴频器 低通 带通限幅 讨论各点信号间的关系 矢量图及公式推导 4 6调频系统的抗噪声性能 4 6 1非相干解调的抗噪性能解调框图 1 输入端Si Ni 讨论 2 输出端
3、 计算 低通的输出信号 输出噪声功率 均匀分布 非均匀分布 1 当时 2 单频调制时 例 参考矢量 FDM定义 使不同的信号占据不同频率范围的技术复用 若干路相互独立的信号合并成一路复合信号在同一信道中传输分接 将一路复合信号无失真地分接成若干路独立信号 4 8频分复用 FDM 频分复用组成框图 特点 FDM是模拟通信中的一种主要复用方式 信道复用率高 复用路数多 分接方便 缺点 设备复杂 要大量的调制解调器和滤波器 抗干扰差 信道的非线性会产生路际干扰 4 8复合调制和多路调制的概念 4 8 3复合调制 采用两种或两种以上调制方式的复用系统 SSB调制 SSB调制 4 8 2多级调制 对同一
4、调制信号 调制以后再调制 同一种方式 调频信号的功率分配 载波功率 各边频功率和 调频信号功率 2 功率分布与有关 而与调制信号的幅 频有关 调制信号虽不提供功率 但却控制着功率的分布 即调制后总的功率不变 只是将原来载波功率中的一部分分配给每个边频分量 1 对于FM信号 已调信号和未调载波信号的功率均为 与调制过程及调频指数无关 4 3 4任意限带信号调制时的频带宽度 定义 修正 4 4宽带调相 与宽带调频的比较 讨论单频情况 当时 注意 与无关 即PM信号带宽随的变化而变化 而FM信号则带宽基本不随变 当 4 5 1调频信号的产生 1 直接调频法 2 倍频法 图 倍频原理 特点 Armst
5、rong间接法产生调频信号 问题的提出 以典型的调频广播的调频发射机为例 在这种发射机中首先以f1 200kHz为载频 用最高频率fm 15kHz的调制信号产生频偏 f1 25Hz的窄带调频信号 而调频广播的最终频偏 f 75kHz左右 载频fC在88 108MHz频段内 因此需要经过的n f f1 75 103 25 3000的倍频 但倍频后新的载波频率 nf1 高达600MHz 不符合fC的要求 解决方法 混频器进行下变频 混频器只改变载频而不影响频偏 混频器1 混频器设计 选择倍频次数n1 64 n2 48 混频器参考频率f2 10 9MHz 则调频发射信号的载频 倍频器原理 倍频器 以
6、理想平方律器件为例其输出一输入特性为 输出 输入间的关系为 输入信号为调频信号 输出信号为 去掉直流 载频和相位偏移均增为2倍 调频指数也必然增为2倍 结论 经n次倍频后可以使调频信号的载频和调频指数增为n倍 4 5 2调频信号的解调 1 非相干解调2 相干解调 窄带 限幅及带通滤波 微分 包络检波 LPF 本质 4 6 2调频系统的门限效应 小信噪比时 即V t A 则 门限效应 当 Si Ni FM减小到一定程度时 解调器的输出中不存在单独的有用信号项 信号被噪声扰乱 因而 S0 N0 FM急剧下降 这种情况与AM包检时相似 1 不同 门限值不同 越大 门限点 Si Ni b越高 Si N
7、i FM Si Ni b时 S0 N0 FM和 Si Ni FM呈线性关系 且越大 输出信噪比的改善越明显 2 Si Ni FM Si Ni b时 S0 N0 FM将随 Si Ni b的下降而急剧下降 且越大 S0 N0 FM下降得越快 甚至比DSB或SSB更差 4 6 3相干解调的抗噪声性能 只有窄带调频信号可采用相干解调 BPF LPF LPF 经低通 经微分 第一项为信号 第二项为噪声 信号功率 由前知的功率普为微分网路的传输函数为 的功率谱为 微分输出再经低通滤除调制信号频带以外信号 即滤波器截止频率为 噪声输出功率 窄带调频信号的输入信噪比 由于最大频偏 对单频调制 窄带调频的G较低
8、 但采用相干解调时无门限效应 贝塞尔函数的性质 1 2 当时 3 4 当很小时 单频信号调制时调频波的频谱结构 结论 1 调频波的频谱由位于载频处的两个冲激 以及载频两边无穷多个离散边频分量组成 2 理论上调频信号有无穷多个边频分量 频带为无穷宽 3 由贝塞尔函数的第二条性质可知 当 加重措施对噪声特性的改善 预加重 发送端对信号高频分量的提升过程 去加重 接收端解调之后对信号高频分量的压低过程 由于调频解调器输出噪声的功率谱密度与频率的平方成正比 而解调器输出信号的功率谱密度并没有这种关系 因而在输出信号频谱高端的信噪比会比低端信噪比小 为什么加重 加重措施对噪声特性的改善 实际调频广播系统
9、中预加重滤波器幅频特性 加重措施对噪声特性的改善 实际调频广播系统中去加重滤波器幅频特性 采取加重措施之后 FM系统输出信噪比改善情况 去加重网络传输函数为 式中 为去加重网络的3dB带宽 去加重后输出噪声功率应为 输出信噪比增益 加重措施对噪声特性的改善 加重前噪声功率 加重后噪声功率 式中 为信号 t 的最高截止频率 输出信噪比增益为 加重措施对噪声特性的改善 去加重前的输出为噪声功率 例如 在调频广播系统中 调制信号的最高频率为 去加重网络的带宽 这时可算出输出信噪比增益为13 3dB 与的关系如图4 30中曲线A所示 加重措施对噪声特性的改善 图4 30输出信噪比增益与的变化关系 加重
10、措施对噪声特性的改善 带宽受限系统中输出信噪比的改善 假设调制信号 t 的功率谱密度为 不进行预加重时 信号 t 功率为 预加重后调制信号的功率为 为了保持调制信号功率不变 以使频偏不变 在预加重网络之后引入系统增益K 加重措施对噪声特性的改善 当时 因此输出信噪比实际改善值不是13 3dB 而是6 3dB 考虑到带宽受限时增益与频率的关系如图4 30中的曲线B所示 由图可见 在带宽受限的系统中输出信噪比的改善比带宽不受限的系统要小得多 但信噪比的改善仍然存在 因此预加重和去加重技术不但调频系统中得到了广泛地应用 而且也应用在了其它的音频传输和录音系统中 加重技术应用实例 音频设备中杜比 Do
11、lby 降噪系统 倍频法 应用 调频信号的带宽 理论上 调频信号的频带宽度为无限宽 实际上 边频幅度随着n的增大而逐渐减小 因此调频信号可近似认为具有有限频谱 通常采用的原则是 信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波的10 以上的边频分量 当 FM 1以后 取边频数n FM 1即可 因为n FM 1以上的边频幅度均小于0 1Ac 被保留的上 下边频数共有2n 2 FM 1 个 相邻边频之间的频率间隔为fm 所以调频波的有效带宽为 卡森 Carson 公式 直接调频法的主要优缺点 优点 可以获得较大的频偏缺点 频率稳定度不高改进途径 用自动频率控制系统稳定中心频率采用如下锁相环 PLL 调制器 直接调频法分析 相位检测器 环路滤波器
