通信原理第5章模拟调制系统

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1、通信原理通信原理第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理2 基带信号基带信号具有较低的频率分量具有较低的频率分量，不宜通过无线信，不宜通过无线信道传输道传输。 因此，在通信系统因此，在通信系统的发送端需要由的发送端需要由一个载波来运一个载波来运载基带信号载基带信号，也就是使载波信号的，也就是使载波信号的某一个某一个(或几个或几个)参量随参量随基带信号基带信号改变改变，这一过程，这一过程就称为就称为调制调制。 在通信系统在通信系统的的接收端接收端则需要有则需要

2、有解调解调过程过程。第第5章章模拟调制系统模拟调制系统内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理3第第5章章模拟调制系统模拟调制系统u基本概念基本概念调制调制把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义调制广义调制分为分为基带调制基带调制和和带通调制带通调制（也称（也称载波调制载波调制）。狭义调制狭义调制仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。合，调制一词均指载波调制。调制信号调制信号指

3、来自信源的基带信号指来自信源的基带信号载载波波未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。波，也可以是非正弦波。载波调制载波调制用调制信号去控制载波的参数的过程用调制信号去控制载波的参数的过程。已调信号已调信号载波受调制后称为已调信号。载波受调制后称为已调信号。解调（检波）解调（检波）调制的逆过程，其作用是将已调信号中调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。的调制信号恢复出来。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理4第第5章章模

4、拟调制系统模拟调制系统u调制的目的调制的目的 ： 1.将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调信号（频带信号）；信号（频带信号）；提高无线通信时的天线辐射效率。提高无线通信时的天线辐射效率。 2.把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，实现信道的实现信道的多路复用多路复用，提高信道利用率提高信道利用率；3.扩展信号带宽，扩展信号带宽，减小干扰减小干扰 ，提高系统抗干扰能力和抗衰，提高系统抗干扰能力和抗衰落能力落能力 ； 4. 实现传输带宽与信噪比之间的互换。实现传输带宽与信噪比之间的互换。内蒙古大学电子

5、信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理5u 调制方式：调制方式：根据根据调制信号的形式调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制可分为模拟调制和数字调制； 根据根据载波的选择载波的选择可分为以正弦波作为载波的可分为以正弦波作为载波的连续波调制连续波调制和和以脉冲串作为载波的以脉冲串作为载波的脉冲调制脉冲调制。第第5章章模拟调制系统模拟调制系统u常见的模拟调制：常见的模拟调制：幅度调制：调幅、双边带幅度调制：调幅、双边带DSB、单边带、单边带SSB和和残留边带残留边带VSB角度调制：频率调制、相位调制角度调制：频率

6、调制、相位调制内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理6 本章重点讨论用本章重点讨论用取值连续的调制信号取值连续的调制信号取值连续的调制信号取值连续的调制信号去控制正弦去控制正弦载波参数的模拟调制载波参数的模拟调制。u 本章主要内容：本章主要内容：各种各种已调信号的已调信号的时域波形时域波形和和频谱结构频谱结构；调制调制和和解调解调的的原理；原理；系统的系统的抗噪声性能抗噪声性能。第第5章章模拟调制系统模拟调制系统内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古

7、大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理7第第5章章模拟调制系统模拟调制系统5.1幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理5.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.3非线性调制（角度调制）原理非线性调制（角度调制）原理5.4调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能5.5各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较5.6频分复用和调频立体声频分复用和调频立体声内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理85.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 幅

8、度调制幅度调制是用调制信号去控制高频载波的是用调制信号去控制高频载波的幅度幅度，使之随调，使之随调制信号作线性变化的过程制信号作线性变化的过程。幅度调制器幅度调制器的一般模型如图所示的一般模型如图所示：图中，图中，mm( (t t) )是基带信号，是基带信号，h h( (t t) )是滤波器的单位冲激响应是滤波器的单位冲激响应； 为载波幅度，为载波幅度，为载波角频率；为载波角频率；为载波初始相位；为载波初始相位；为方便分析，一般假定为方便分析，一般假定，。图图 5-0 5-0 幅度调制器的一般模型幅度调制器的一般模型正弦载波正弦载波内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学

9、电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理95.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 幅度调制信号，在幅度调制信号，在波形波形上，它的幅度上，它的幅度(包络包络)随基带信号规随基带信号规律而变化；在律而变化；在频谱结构频谱结构上，它的频谱上，它的频谱完全是基带信号频谱结构完全是基带信号频谱结构在频域内的在频域内的简单搬移简单搬移。 更为更为一般的情况一般的情况是滤波器的冲激响应是滤波器的冲激响应，或者不，或者不采用滤波器。这时幅度调制信号可以表示为：采用滤波器。这时幅度调制信号可以表示为： 如果调制信号如果调制信号m(t)的频谱为的频谱为，则容易

10、得到已调信号，则容易得到已调信号的频谱的频谱为：为：内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理10 由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性线性调制调制。这里的这里的“线性线性”并不意味着已调信号和信号之间符合线并不意味着已调信号和信号之间符合线性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。程。5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 在图在图5-0模型中，适当选择

11、滤波器的特性模型中，适当选择滤波器的特性H () ，便可以，便可以得到得到各种幅度调制信号。各种幅度调制信号。常规双边带调幅（常规双边带调幅（AM）抑制载波双边带调幅（抑制载波双边带调幅（DSB-SC）单边带调幅（单边带调幅（SSB）残留边带调幅（残留边带调幅（VSB）内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理115.1.1标准调幅标准调幅(AM) 假设调制信号假设调制信号m(t)的平均值为的平均值为0，将其叠加直流偏量，将其叠加直流偏量A0后后，与载波相乘与载波相乘，就可形成调幅，就可形成调幅(A

12、M)信号信号。5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理图图 5-15-1AM AM 调制模型调制模型其中，这里假设其中，这里假设 m(t)为确知信为确知信号；如果号；如果m(t)为随机信号，则为随机信号，则已调信号的频域须用功率谱来已调信号的频域须用功率谱来描述。描述。图 5-2AM 信号 的 波形 和 频谱下边带上边带载频载频内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理135.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 通过调制信号的波形可以看出，通过调制信号的波形可以看出，如

13、果如果，则，则AM波的包络与波的包络与调制信号调制信号m(t)的形状完全一样，因此的形状完全一样，因此用包络检波的方法就很容易从已调信用包络检波的方法就很容易从已调信号中恢复出原始调制信号；号中恢复出原始调制信号；如果调制信号如果调制信号，就会，就会出现出现“过调幅过调幅”现象，这时用包络检现象，这时用包络检波将会发生失真，需要采用其他的解波将会发生失真，需要采用其他的解调方法调方法，如同步检波。，如同步检波。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理14n调制效率调制效率 已调信号中，有用功率（承

14、载信息所用的功率）已调信号中，有用功率（承载信息所用的功率）占信号总功率的比例称为调制效率，用占信号总功率的比例称为调制效率，用表示。表示。假定假定则则式中，式中，Pc为为载波功率载波功率，Ps为为边带功率边带功率。5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理155.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理调制效率调制效率 ：若则式中为 调幅指数调幅指数（或 调制幅度调制幅度）内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学

15、电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理165.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理n调制效率调制效率 ：， 则 在 满调幅满调幅 情况 下 ，若n 调幅指数：调幅指数： AM= Am/ AoAM1 ：过调制：过调制/过调幅过调幅m(t)为一般信号时为一般信号时内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理175.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理n结论：结论：AM信号的信号的总功率总功率包括包括载波功率载波功率和和边带功率边带功率两部分

16、两部分；载波分量不携带信息，仍占据大部分功率；载波分量不携带信息，仍占据大部分功率；AM信号的信号的功率利用率比较低功率利用率比较低。AM的优点是的优点是系统结构简单，价格低廉系统结构简单，价格低廉，所以至今仍广泛用，所以至今仍广泛用于无线电广播。于无线电广播。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理185.1.2双边带调制双边带调制(DSB) 在在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果在传送。如果在AM调制模型中将直流调制模型中将直

17、流A0去掉，即可得到一种高调去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式制效率的调制方式抑制载波双边带信号（抑制载波双边带信号（DSB-SC），简，简称称双边带信号双边带信号(DSB)。DSB的频谱与的频谱与AM相近，只是没有了在相近，只是没有了在 处的处的 函数。函数。其其时域时域和和频域频域表示式表示式分别为分别为5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理19 图图 5-35-3DSBDSB信号的波形和频谱信号的波形和频谱5.1幅度调制幅度调制(线

18、性调制线性调制)的原理的原理载波载波反相点反相点内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理205.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理u 与与AM信号比较，因为不存在载波分量，信号比较，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效信号的调制效率是率是100%，即全部功率都用于信息传输。，即全部功率都用于信息传输。u由时间波形可知，由时间波形可知，DSB信号的包络信号的包络不再与调制信号的变化不再与调制信号的变化规律一致规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需，因而不能采用简单的

19、包络检波来恢复调制信号，需采用采用相干解调相干解调(同步检波同步检波)。u 由频谱图可知，由频谱图可知，DSB信号虽然节省了载波功率，但它的频信号虽然节省了载波功率，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍带宽度仍是调制信号带宽的两倍，上、下两个边带是完全对称，上、下两个边带是完全对称的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可以节省一半传输频带，边带即可。这样既节省发送功率，还可以节省一半传输频带，称为称为单边带调幅（单边带调幅（SSB）。）。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙

20、古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理215.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理 单边带信号的产生方法通常有单边带信号的产生方法通常有滤波法滤波法和和相移法。相移法。1.滤波法及滤波法及SSB信号的频域表示信号的频域表示 产生产生SSB信号信号最直观的方法是先产生一个双边带信号，然最直观的方法是先产生一个双边带信号，然后让其通过一个后让其通过一个边带滤波器边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。带信号。 技术难点：技术难点：由于调制信号常具有丰富的低频成分，使得由于调制信号常具有丰富的低频成分，使

21、得DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄信号的上、下边带之间的间隔很窄,这要求单边带滤波器这要求单边带滤波器在在f c 附近具有陡峭的截止特性，这就使滤波器的设计和制作附近具有陡峭的截止特性，这就使滤波器的设计和制作很困难。很困难。图图 5-4 5-4 滤波法滤波法SSBSSB信号调制器信号调制器5.1.35.1.3单边带调制单边带调制单边带调制单边带调制 ( ( SSBSSB ) )内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理235.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理SSB信号的频域表

22、示信号的频域表示上边带（上边带（USB）滤波器）滤波器下边带（下边带（LSB）滤波器）滤波器SSB信号的频域表示信号的频域表示内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理245.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理5.1.3单边带调制单边带调制(SSB)上边带上边带下边带下边带图 5-5 滤波法形成上、下边带信号的频谱图内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理255.1幅度调制幅度调制(线性

23、调制线性调制)的原理的原理 实现滤波器的难易程度与过渡带相对于载频的归一化值有实现滤波器的难易程度与过渡带相对于载频的归一化值有关关，该值越小，边带滤波器就越难实现。，该值越小，边带滤波器就越难实现。当调制信号中含有直当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。流及低频分量时滤波法就不适用了。为此，在工程中往往采用为此，在工程中往往采用多级调制滤波多级调制滤波的方法得到单边带的方法得到单边带调幅信号。调幅信号。一般采用两级，即先在较低的载频上进行一般采用两级，即先在较低的载频上进行DSB调制，调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求目的是增大过渡带的归一化值，以利于

24、滤波器的制作。再在要求的载频上进行第二次调制。的载频上进行第二次调制。过渡带过渡带过渡带过渡带内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理265.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理多级调制滤波多级调制滤波内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理272.相移法和相移法和SSB信号的时域表示信号的时域表示 在单频调制情况下，可简单推导出 SSB信号的时域表示式时域表示式 。而任意一个基带波形任

25、意一个基带波形总可以表示成许多正弦信号之和之和 ，所以可进行推广 。 设单频调制信号m(t)和载波c(t)分别为则DSB信号的时域表示式为5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理285.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理295.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理上边带信号时域表

26、达式为：上边带信号时域表达式为：下边带信号时域表达式为：下边带信号时域表达式为：内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理305.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理把上下边带表达式合并起来可以写成：把上下边带表达式合并起来可以写成：u上式中上式中Amsin mt 可以看作是可以看作是Amcos mt 相移相移- /2的结果。的结果。把这一相移过程称为把这一相移过程称为希尔伯特变换希尔伯特变换(Hilbert)，记为，记为“”，则：则：式中，式中，“”表示上边带信号，表示上边带信号，“

27、+”表示下边带信号。表示下边带信号。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理315.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理把上式推广到一般情况，则得到：把上式推广到一般情况，则得到：的希尔伯特变换，的希尔伯特变换，是是)()(tmtm是将基带信号是将基带信号m(t)中每个分量移相中每个分量移相-/2得到的。得到的。-jsgn 可以看作可以看作是希尔伯特滤波器是希尔伯特滤波器传递函数。传递函数。符号函数符号函数若若为傅立叶变换对傅立叶变换对则则内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息

28、工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理335.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理u相移法得到相移法得到SSB信号信号图图 5-6 5-6 相移法相移法SSBSSB信号调制器信号调制器Hilbert滤波器内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理35u相移法形成相移法形成SSB信号的信号的困难困难在于在于Hilbert滤波器的制作滤波器的制作，要，要求对求对m (t)的所有频率分量都必须严格相移的所有频率分量都必须严格相移/2，这

29、一，这一点即使近似达到也是困难的。点即使近似达到也是困难的。u为解决该难题，可采用混合法为解决该难题，可采用混合法(也叫维弗法也叫维弗法)。uSSB调制方式在传输信号时，不但可节省载波发射功率调制方式在传输信号时，不但可节省载波发射功率，而且它所占用的而且它所占用的频带宽度为频带宽度为BSSB =fH，比，比AM、DSB减少减少了一半，因此目前已成为短波通信中一种重要调制方式了一半，因此目前已成为短波通信中一种重要调制方式。uSSB信号的解调和信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波一样不能采用简单的包络检波，仍需采用仍需采用相干解调相干解调。5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原

30、理的原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理365.1.4残留边带调制残留边带调制(VSB)5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理u 残留边带调制残留边带调制是介于是介于SSB与与DSB之间的一种折中方式之间的一种折中方式，它既克服了它既克服了DSB信号占用频带宽的信号占用频带宽的缺点缺点，又解决了，又解决了SSB信号信号实现中的难题实现中的难题。u 在在VSB中，不是完全抑制一个边带中，不是完全抑制一个边带(如同如同SSB中那样中那样)，而是逐渐切割，而是逐渐切割，使其残留一

31、小部分，使其残留一小部分。图 5-7DSB、 SSB 和 VSB 信号的频谱内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理385.1.4残留边带调制残留边带调制(VSB)5.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理u调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法SBB调制器相同。调制器相同。不过，这时图中不过，这时图中滤波器的特性应按残留边带调制的要求滤波器的特性应按残留边带调制的要求来进行设计来进行设计，而不再要求十分陡峭的截止特性，

32、因而它比单边，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比单边带滤波器容易制作。带滤波器容易制作。图图 5-4 5-4 滤波法滤波法SSBSSB信号调制器信号调制器图图图图 5-85-85-85-8VSB VSB VSB VSB 调制和解调器模型调制和解调器模型调制和解调器模型调制和解调器模型(a) (a) (a) (a) 调制器调制器调制器调制器 (b) (b) (b) (b) 解调器解调器解调器解调器SDSB(t)根据频域卷积定理可知，乘积根据频域卷积定理可知，乘积Sp(t)对应的频谱为对应的频谱为:( 将将式式(5.1-22)代入上式，得到代入上式，得到(5.1-22)式中式中M( +2 c)

33、及及M( -2 c)是搬移到是搬移到+2 c和和-2 c处的频谱，处的频谱，它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波器的输出频谱为器的输出频谱为:内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理415.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理通过上面的分析得出，为了保证相干解调输出无失真地恢通过上面的分析得出，为了保证相干解调输出无失真地恢复调制信号复调制信号m(t)，必须要求，必须要求上式中，上式中，是调制信号的截止角频率。是调制信号

34、的截止角频率。常数常数上述条件的含义是：残留边带滤波器的特性上述条件的含义是：残留边带滤波器的特性H( )在在 c处必须处必须具有具有互补对称互补对称（奇对称）特性（奇对称）特性,相干解调时才能无失真地从残相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。留边带信号中恢复所需的调制信号。(a) (a) 残留部分上边带残留部分上边带的滤波器特性的滤波器特性; (b) ; (b) 残留部分下边带残留部分下边带的滤波器特性的滤波器特性图图 5-9 5-9 残留边带的滤波器特性残留边带的滤波器特性低通低通带通带通或或高通高通两两种种形形式式残留边带滤波器的几何解释残留边带滤波器的几何解释 以

35、残留上边带残留上边带的 滤滤波器波器为例，它是一个低低通通滤波器。使上边带上边带小部分残留，而使下边带下边带绝大部分通过 。 在 = =0处 具有 互互补对称的滚降特性补对称的滚降特性 残留边带滤波器的特性：在c 处 具有 互互补对称补对称(奇对称奇对称)特性特性 .那么，采用相干解调相干解调法法解调残留边带信号就能够准确地恢复所需的 基带信号 。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理445.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理5.1.5相干解调与包络检波相干解调与包络检波解调解调

36、是调制的逆过程，其作用是从接收到的已调信号中恢是调制的逆过程，其作用是从接收到的已调信号中恢复出原基带信号（调制信号）。解调的方法可以分为两类：相复出原基带信号（调制信号）。解调的方法可以分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。干解调和非相干解调（包络检波）。1.相干解调（同步检波）相干解调（同步检波）图图 5-12 5-12 相干解调器的一般模型相干解调器的一般模型内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理455.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理相干解调器适用于所有相干解调器

37、适用于所有线性调制信号的解调。线性调制信号的解调。以以DSB信号的解调为例信号的解调为例LPF相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为（称为相干载波相干载波）。）。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理485.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理2.包络检波包络检波图图 5-13 5-13 包络检波器包络检波器

38、AM信号在满足信号在满足|m(t)|max A0的条件下，其包络与调制信的条件下，其包络与调制信号号m(t)的形状完全一样。因此的形状完全一样。因此AM信号除了可以采用相干解调信号除了可以采用相干解调外，一般都采用简单的包络检波法来恢复信号。外，一般都采用简单的包络检波法来恢复信号。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理495.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理利用包络检波器对利用包络检波器对AM信号解调时的各点波形信号解调时的各点波形=Sd(t)隔去直流后即可得到原信号隔去直流

39、后即可得到原信号m(t)。半波整流结果半波整流结果内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理505.1幅度调制幅度调制(线性调制线性调制)的原理的原理在大信号检波时（一般大于在大信号检波时（一般大于0.5V），二极管处于），二极管处于受控开关状态。选择受控开关状态。选择RC 满足如下关系满足如下关系其中，其中，fH 是调制信号的最高频率；是调制信号的最高频率；fc 是载波的频率。是载波的频率。包络检波器结构简单，且解调出的信号是相干解包络检波器结构简单，且解调出的信号是相干解调时输出的两倍。因此一般

40、调时输出的两倍。因此一般AM信号均采用包络检波的信号均采用包络检波的方法进行解调。方法进行解调。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理515.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能前面的分析（解调）都是在没有噪声的条件下进行的，而前面的分析（解调）都是在没有噪声的条件下进行的，而实际的系统都避免不了噪声的影响。因此本节将要研究的问题实际的系统都避免不了噪声的影响。因此本节将要研究的问题是：在信道加性高斯白噪声的背景下，各种线性调制系统的抗是：在信道加性高斯白噪声的背景下，各种线性调制

41、系统的抗噪声性能。噪声性能。5.2.1分析模型分析模型图图5-14 5-14 解调器抗噪声性能分析模型解调器抗噪声性能分析模型带通带通滤波器滤波器解调器解调器sm (t)已调信号已调信号n(t)信道加性高斯白噪信道加性高斯白噪ni (t)带通滤波后的噪声带通滤波后的噪声mo(t)输出有用信号输出有用信号no(t)输出噪声输出噪声 若白噪声的双边功率谱密度双边功率谱密度为 n0/2，带通滤波器传输特传输特性性是 高度 为 1、带宽为 B 的 理想矩形函数理想矩形函数 , 则： 当 带通滤波器带宽远小于其中心频率中心频率时 ( 窄带滤波器窄带滤波器 ) ， n i (t)为 平稳窄带高斯白噪声平稳

42、窄带高斯白噪声 。或者 Ni 为解调器 输入噪声输入噪声 n i (t)的平均功率平均功率 。根据高斯随机过程通过线性系统性质：根据高斯随机过程通过线性系统性质：1u 带宽带宽B应等于已调信号的频带宽度，以保证已调信号无失真应等于已调信号的频带宽度，以保证已调信号无失真地进入解调器，同时又最大限度地抑制噪声。地进入解调器，同时又最大限度地抑制噪声。u 评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看解调器的评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看解调器的输出信噪比输出信噪比。1u评价一个模拟通信系统质量的好坏评价一个模拟通信系统质量的好坏，最终是要看解调器的，最终是要看解调器的输输出信噪比出信噪比

43、。u为衡量同类调制系统不同解调器对输入信噪比的影响为衡量同类调制系统不同解调器对输入信噪比的影响，可用，可用输出和输入信噪比的比值输出和输入信噪比的比值G 来表示，即来表示，即u G 越大，表明解调器的抗噪声性能越好越大，表明解调器的抗噪声性能越好。调制制度增益调制制度增益G内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理555.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.2.2DSB调制系统的性能调制系统的性能图图5-13DSB相干解调的抗噪声性能分析模型相干解调的抗噪声性能分析模型解调器输出

44、的有用信号功率解调器输出的有用信号功率相干解调属线性解调相干解调属线性解调，所以可以分别，所以可以分别计算解调器输出的信号功率和噪声功率计算解调器输出的信号功率和噪声功率低通滤波器的带宽低通滤波器的带宽B2f H ，为双边带信号的带宽，为双边带信号的带宽。解调解调DSB时，接收机中的时，接收机中的BPF的中心频率的中心频率0与调制载频与调制载频c 相同相同，即，即 0 0 c c 经 LPF 后故输出噪声功率输出噪声功率为 ：正交分量正交分量被抑制输入信号平均功率输入信号平均功率为 ： 制度增益制度增益 ：u DSB信号解调器使信号解调器使信噪比改善一倍信噪比改善一倍信噪比改善一倍信噪比改善一

45、倍，这是因为同步解调，这是因为同步解调使输入使输入噪声的一个正交分量噪声的一个正交分量噪声的一个正交分量噪声的一个正交分量 n ns s( (t t) )被消除被消除被消除被消除的缘故。的缘故。解调器输入信号：解调器输入信号：输出噪声功率输出噪声功率为 ：输入噪声功率输入噪声功率为 ：输出有用信号功率输出有用信号功率为 ：内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理585.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.2.3SSB调制系统的性能调制系统的性能 单边带信号单边带信号单边带信号单边

46、带信号的解调方法与的解调方法与双边带信号双边带信号双边带信号双边带信号相同相同，区别仅在于解，区别仅在于解调器之前的带通滤波器的带宽和中心频率不同调器之前的带通滤波器的带宽和中心频率不同。前者带通滤波。前者带通滤波器的带宽是后者的器的带宽是后者的一半一半. 与与相干载波相干载波相乘相乘后，再经后，再经低通滤波低通滤波可得可得：正交分量正交分量 被抑制单边带解调器的单边带解调器的输入信噪比为：输入信噪比为：输出信噪比输出信噪比 为：制度增益制度增益 为 ：SSB信噪比信噪比没有改善没有改善没有改善没有改善。这是因为在这是因为在SSB系统中，系统中，信号和信号和噪声有相同表噪声有相同表示形式示形式

47、，所以，相干解调过程中，所以，相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制掉信号和噪声的正交分量均被抑制掉。u 若在相同输入信号功率若在相同输入信号功率S i，相同输入噪声功率谱密度，相同输入噪声功率谱密度n0，相同基带信号带宽，相同基带信号带宽f H条件下，对这两种调制方式进行比较条件下，对这两种调制方式进行比较，它们的输出信噪比是相等的，它们的输出信噪比是相等的。u 因此因此DSB与与SSB的抗噪声性能是相同的的抗噪声性能是相同的，但双边带信号所但双边带信号所需的传输带宽是单边带的两倍需的传输带宽是单边带的两倍。 GDSB =2GSSB。这是否说明双边带系统的抗噪声性能比单。这是否说明双边

48、带系统的抗噪声性能比单边带系统好呢边带系统好呢？否！否！否！否！ 制度增益制度增益 ：uVSB系统的抗噪声性能分析方法相似，但因系统的抗噪声性能分析方法相似，但因VSB滤波器频滤波器频率特性形状不同，计算比较复杂。在残留部分不大时，其抗率特性形状不同，计算比较复杂。在残留部分不大时，其抗噪声性能可近似认为与噪声性能可近似认为与SSB相同。相同。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理615.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.2.4AM包络检波的性能包络检波的性能解调器输入是信号

49、加噪声的混合波形解调器输入是信号加噪声的混合波形，即，即 合成包络合成包络 合成相位合成相位 E E ( (t t) )是是理理想想包包络络检检波波器器的的输输出出，有有用用信信号号与与噪噪声声无无无无法法法法完完完完全全全全 分分分分开开开开。因因此此，计计算算输输输输出出出出信信信信噪噪噪噪比比比比是是困困难难的的。我我们们来来考考虑虑大大信信噪噪比比和小信噪比两种特殊情况和小信噪比两种特殊情况：图图图图 5-14 AM 5-14 AM 5-14 AM 5-14 AM 包络检波的抗噪声性能分析模型包络检波的抗噪声性能分析模型包络检波的抗噪声性能分析模型包络检波的抗噪声性能分析模型n 大信噪

50、比情况：大信噪比情况：大信噪比情况：大信噪比情况：合成包络合成包络n 大信噪比情况：大信噪比情况：大信噪比情况：大信噪比情况：合成包络合成包络式中直流分量式中直流分量A0被电容器阻隔被电容器阻隔，有用信号与噪声独立地，有用信号与噪声独立地分成两项分成两项，因而可分别计算出输出有用信号功率及噪声功率，因而可分别计算出输出有用信号功率及噪声功率： 输出信噪比：输出信噪比： 制度增益：制度增益：uAM信号的调制制度增益信号的调制制度增益GAM随随A A0 0的的减小减小而而增加增加。u为了不发生过调制，为了不发生过调制，A A00| |m m ( (t t)|)|maxmax，所以，所以GAM总是小

51、于总是小于1。 u这说明这说明AM解调器对输入信噪比没有改善解调器对输入信噪比没有改善，而是恶化了，而是恶化了。制度增益：制度增益：例：例：100%的调制的调制(即即A0|m(t)|max)，m m ( (t t) )是正弦型信号，是正弦型信号，则得到则得到AM系统的最大信噪比增益最大信噪比增益 ：u可可以以证证明明，若若采采用用同同步步检检波波法法解解调调AM信信号号，则则得得到到的的调调制制制制度度增增益益GAM与与上上式式给给出出的的结结果果相相同同。即即在在大大信信噪噪比比时时，采采用用包包络络检检波波器器解解调调的的性性能能与与同同步检波器时的性能几乎一样。步检波器时的性能几乎一样。

52、u注注意意：同同步步检检波波器器的的调调制制制制度度增增益益不不受受信信号号与与噪噪声声相相对对幅幅度度假假设设条条件件的的限限制制。n 小信噪比情况小信噪比情况小信噪比情况小信噪比情况合成包络合成包络n 小信噪比情况小信噪比情况小信噪比情况小信噪比情况合成包络合成包络噪声噪声ni(t)的包络的包络：噪声噪声ni(t)的相位：的相位：n 小信噪比情况小信噪比情况小信噪比情况小信噪比情况合成包络合成包络u故故输输出出信信噪噪比比急急剧剧下下降降，这这种种现现象象称称为为解解调调器器的的门门限限效效应应。开始出现门限效应的输入信噪比称为开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值门限值。u这这种种门门限

53、限效效应应是是由由包包络络检检波波器器的的非非线线性性解解调调作作用用所所引引起起的的。u E (t)中没有中没有单独的信号项单独的信号项单独的信号项单独的信号项,只有受只有受调制的项调制的项：。由于由于是一个随机噪声，因而是一个随机噪声，因而有用有用有用有用 信信信信号号号号 mm( (t t) )被被噪噪声声扰扰乱乱，致致使使也也只只能能看看作作是是噪噪声声。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理685.2线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.2.4AM包络检波的性能包络检波的

54、性能u结结论：论：大大信信噪噪比比情情况况下下，AM信信号号包包络络检检波波器器的的性性能能几几乎乎与与相相干干解解调调法法相同；相同；随随着着信信噪噪比比的的减减小小，包包络络检检波波器器将将在在一一个个特特定定输输入入信信噪噪比比值值（门门限限值值）上上出出现现门门限限效效应应；一一旦旦出出现现门门限限效效应应，解解调调器器的的输输出出信信噪噪比比将急剧恶化将急剧恶化。用用相相干干解解调调的的方方法法解解调调各各种种线线性性调调制制信信号号时时，不不存存在在门门限限效效应应。原原因因是是信信号号与与噪噪声声可可分分别别进进行行解解调调，解解调调器器输输出出端端总总是是单单独独存存在在有用信

55、号项有用信号项。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理695.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理u 幅度调制属于线性调制，它是通过改变载波的幅度，以实现调制幅度调制属于线性调制，它是通过改变载波的幅度，以实现调制信号频谱的平移及线性变换的信号频谱的平移及线性变换的.u 使高频载波的使高频载波的频率频率频率频率或或相位相位相位相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式的调制方式，称为频率调制，称为频率调制(FM)和相位调制和相位调制(PM)，

56、分别简称为分别简称为调频调频和和调相调相。u 因为频率或相位的变化都表现为因为频率或相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化载波瞬时相位的变化，故调频和，故调频和调相又统称为调相又统称为角度调制角度调制。u 角度调制与线性调制不同角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是的线性搬移，而是频谱的非线性变换频谱的非线性变换频谱的非线性变换频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为的频率成分，故又称为非线性调制非线性调制。u 由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，故关系密切由于频率和相位之间存

57、在微分与积分的关系，故关系密切，即，即调调调调频必调相频必调相频必调相频必调相 ，调相必调频，调相必调频，调相必调频，调相必调频。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理705.3.1角度调制的基本概念角度调制的基本概念1.FM和和PM信号的一般表达式信号的一般表达式 角度调制信号角度调制信号角度调制信号角度调制信号的的一般表达式一般表达式为：为：A A 为载波的为载波的恒定振幅；恒定振幅；为信号的为信号的瞬时相位瞬时相位为相对于为相对于载波相位载波相位c t 的的瞬时相位偏移；瞬时相位偏移；是信

58、号的是信号的瞬时角频率，记为瞬时角频率，记为；称为相对于载频称为相对于载频c 的的瞬时频偏。瞬时频偏。5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理73u相位调制（相位调制（PM）：是指：是指瞬时相位偏移瞬时相位偏移随调制信号随调制信号m(t)作作线性变化，即线性变化，即 调相信号：调相信号：5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理Kp调相灵敏度调相灵敏度，含义是单位调制信号幅度引起，含义是单位调制信号幅度引起PM信号信号的相位偏移量，

59、单位是的相位偏移量，单位是rad/V。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理74u频率调制（频率调制（FM），），是指是指瞬时频率偏移瞬时频率偏移随调制信号随调制信号m(t)作作 线性变化线性变化，即，即 调频信号：调频信号：5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理Kf 调频灵敏度调频灵敏度，单位是，单位是rad/s V相位偏移：相位偏移：内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理792

60、.单音调制单音调制FM与与PM 设调制信号为设调制信号为单一频率单一频率的正弦波的正弦波 当它对载波进行相位调制当它对载波进行相位调制时时称为称为调相指数调相指数，表示最大的相位偏移。，表示最大的相位偏移。5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理80 如果进行 频率调制频率调制，则 称为调频指数调频指数，表示最大的相位偏移最大的相位偏移。 称为 最大角频偏最大角频偏， 称为 最大频偏最大频偏。5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原

61、理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理815.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理调频信号：调频信号：调相信号：调相信号：Kf 调频灵敏度调频灵敏度mf 调频指数调频指数Kp 调相灵敏度调相灵敏度mp 调相指数调相指数内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理82PM信号波形信号波形FM信号波形信号波形5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理瞬时角频率瞬时角频率内蒙古大学

62、电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理83FM和和PM之间是可以相互转换的。如果将调制信号先微分，之间是可以相互转换的。如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相波，这种方式叫做而后进行调频，则得到的是调相波，这种方式叫做间接调相间接调相；同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频波，称为频波，称为间接调频间接调频。3.FM与与PM之间的关系之间的关系FM调制器调制器PM调制器调制器PM调制器调制器积分器积分器FM调制器调制器微分

63、器微分器(a)直接调频直接调频(b)间接调频间接调频(c)直接调相直接调相(d)间接调相间接调相图图5-18 FM5-18 FM与与PMPM之间的关系之间的关系5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理845.3.2窄带调频窄带调频如果如果FM信号的最大瞬时相位偏移满足以下条件信号的最大瞬时相位偏移满足以下条件此时此时FM信号的频谱宽度比较窄，称为信号的频谱宽度比较窄，称为窄带调频窄带调频（NBFM）。）。反之，当不满足上述条件时，反之，当不满足

64、上述条件时，FM信号的频谱宽信号的频谱宽度比较宽，称为度比较宽，称为宽带调频（宽带调频（WBFM）。）。由于由于FM信号的频谱相对于线性调制来说比较复杂，因此信号的频谱相对于线性调制来说比较复杂，因此下面分别讨论窄带调频和宽带调频情况下的下面分别讨论窄带调频和宽带调频情况下的FM信号的带宽问题。信号的带宽问题。5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理85n窄带调频时窄带调频时窄带调频时窄带调频时FMFM信号的带宽信号的带宽信号的带宽信号的带宽当

65、当满足窄带调频的条件时满足窄带调频的条件时5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理86对上面窄带调频信号的时域表达式作傅里叶变换对上面窄带调频信号的时域表达式作傅里叶变换5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理（设（设m(t)的均值为的均值为0） 内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理87对上面窄带调频信号的时域表达式作傅里叶变换对

66、上面窄带调频信号的时域表达式作傅里叶变换与与AM信号的频谱比较信号的频谱比较:5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理88当调制信号为单音信号时，即当调制信号为单音信号时，即可以分别得到可以分别得到NBFM和和AM信号的时域表达式为信号的时域表达式为5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理89

67、当调制信号为单音信号时，即可以分别得到 NBFM和 AM信号的时域表达式为5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理图5-19 单音调制的AM与NBFM频谱内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理90图图5-20 AM5-20 AM与与NBFMNBFM的矢量表示的矢量表示在在AM中，两个边频的矢量与载波同相，所以载波只有幅中，两个边频的矢量与载波同相，所以载波只有幅度的变化，无相位变化；而在度的变化，无相位变化；而在NBFM中，由于下边频为负，两中，由于下边频为负，两个边频的合成矢量与

68、载波则是正交相加，所以个边频的合成矢量与载波则是正交相加，所以NBFM不仅有相不仅有相位的变化位的变化，幅度也有很小的变化。，幅度也有很小的变化。5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理载波载波下边频下边频上边频上边频上边频上边频下边频下边频载波载波内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理91n相关总结相关总结:NBFM与与AM都含有一个载波和位于都含有一个载波和位于处得两个处得两个边带，所以它们的带宽相同，都是调制信号最高频边带，所以它们的带宽相同，都是调制信号最高频率的两倍。率的

69、两倍。NBFM属于非线性调制，它的两个边带不是基带信属于非线性调制，它的两个边带不是基带信号频谱的号频谱的简单搬移，而是分别乘了简单搬移，而是分别乘了因式因式和和。属于频率加权，会引起频谱失真。属于频率加权，会引起频谱失真。NBFM的一个边带和的一个边带和AM反相。反相。NBFM的的抗干扰能力比抗干扰能力比AM系统要好得多。系统要好得多。5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理925.3.3宽带调频宽带调频当不满足窄带调频条件时，当不满足窄带调

70、频条件时，FM信号的时域表达式不能化信号的时域表达式不能化简，则其频谱的分析将非常困难。简，则其频谱的分析将非常困难。为使问题简化，只研究单音为使问题简化，只研究单音调制的情况，然后把分析的结论推广到多音调制的情况。调制的情况，然后把分析的结论推广到多音调制的情况。卡森卡森(Carson)公式公式:当当时：时：（NBFM）当当时：时：（WBFM）5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理935.3.3宽带调频宽带调频5.3非线性调制非线性调制(角

71、度调制角度调制)原理原理1.宽带调频信号表达式宽带调频信号表达式将上式中的两个因子分别展成傅里叶级数将上式中的两个因子分别展成傅里叶级数式中式中Jn(mf)第一类第一类n 阶贝塞尔函数，是调频指数阶贝塞尔函数，是调频指数mf 的函数的函数Jn(mf)性质性质:n为奇数为奇数n为偶数为偶数Jn(mf)曲线曲线mfJn(mf)利用三角公式及贝塞尔函数的性质，可得到利用三角公式及贝塞尔函数的性质，可得到FM信号的级数展开式：信号的级数展开式：对上式进行傅里叶变换，即得对上式进行傅里叶变换，即得FM信号的频域表达式信号的频域表达式+-3u调频信号的频谱由载波分量调频信号的频谱由载波分量 c和无数边频和

72、无数边频( c n m)组成。组成。u当当n =0时是载波分量时是载波分量 c，其幅度为，其幅度为AJ0(mf)u当当n 0时是对称分布在载频两侧的边频分量时是对称分布在载频两侧的边频分量( c n m)，其幅度为其幅度为AJn(mf)，相邻边频之间的间隔为，相邻边频之间的间隔为 m；且当；且当n为奇数为奇数时，上下边频极性相反；时，上下边频极性相反；当当n为偶数时极性相同。为偶数时极性相同。u由此可见，由此可见，FM信号的频谱不再是调制信号频谱的线性搬信号的频谱不再是调制信号频谱的线性搬移，而是一种非线性过程。移，而是一种非线性过程。单频调制（单频调制（m mf f=5=5）u理论上调频信号

73、的频带宽度为无限宽。理论上调频信号的频带宽度为无限宽。u实际上边频幅度随着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。有有限频谱。u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。以上的边频分量。u当当mf 1以后，取边频数以后，取边频数n=mf+1即可。因为即可。因为nmf +1以上的边频以上的边频幅度均小于幅度均小于0.1。u被保留的上、下边频数共有被保留的上、下边频数共有2n=2(mf+1)个，相邻边频之间的频率间个，相邻边频之间的

74、频率间隔为隔为fm，所以调频波的有效带宽为：所以调频波的有效带宽为：2.宽带调频信号的带宽宽带调频信号的带宽卡森（卡森（Carson）公式）公式mf = KFM / m= / m= f / fmmf1：n当任意限带信号调制时，上式中当任意限带信号调制时，上式中fm 是调制信号的最高频是调制信号的最高频率，率，mf 是最大频偏是最大频偏 f 与与fm之比之比。n例如，调频广播中规定的最大频偏例如，调频广播中规定的最大频偏 f 为为75kHz，最高调制，最高调制频率频率fm 为为15kHz，故调频指数，故调频指数mf 5，由上式可计算出此，由上式可计算出此FM信号的频带宽度为信号的频带宽度为180

75、kHz。3.宽带调频信号的功率分配宽带调频信号的功率分配调频信号在调频信号在1电阻上消耗的平均功率为：电阻上消耗的平均功率为：u宽带调频信号的平均功率等于未调载波的平均功率，即调宽带调频信号的平均功率等于未调载波的平均功率，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。个边频分量。u调制过程只是进行功率的重新分配，分配的原则与调制过程只是进行功率的重新分配，分配的原则与mf有关。有关。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信

76、原理1005.3.4调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理1.调频信号的产生调频信号的产生直接调频法和间接调频法直接调频法和间接调频法如：压控振荡器如：压控振荡器VCO、LC振荡器、锁相环。振荡器、锁相环。(1)直接调频法：用调制信号直接去控制载波振荡器的频直接调频法：用调制信号直接去控制载波振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性地变化。率，使其按调制信号的规律线性地变化。压控振荡器压控振荡器VCO：由外部电压控制振荡频率的振荡器，：由外部电压控制振荡频率的振荡器，每每个个VCO自身就是一个自身就是一个FM调制器，因为它的振荡频率正比于调

77、制器，因为它的振荡频率正比于输入控制电压：输入控制电压：LC振荡器振荡器：用变容二极管实现直接调频，电路简单，性能良好。：用变容二极管实现直接调频，电路简单，性能良好。直接调频法的主要优缺点直接调频法的主要优缺点优点：可以获得较大的频偏。优点：可以获得较大的频偏。缺点：频率稳定度不高缺点：频率稳定度不高改进途径：采用如下改进途径：采用如下锁相环（锁相环（PLL）调制器）调制器相位检测器环路滤波器图5-20 PLL调制器(2)间接调频法：先将调制信号积分，然后对载波进行调相，间接调频法：先将调制信号积分，然后对载波进行调相，即可产生一个窄带调频即可产生一个窄带调频(NBFM)信号，再经信号，再经

78、n 次倍频器得到宽带调频次倍频器得到宽带调频(WBFM)信号信号阿姆斯特朗（阿姆斯特朗（Armstrong）法）法图5-21 间接法产生WBFM图5-22 NBFM信号的产生内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理1035.3.4调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调5.3非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)原理原理2.调频信号的解调调频信号的解调u作用：从接收的已调信号中恢复原基带信号。作用：从接收的已调信号中恢复原基带信号。u分类：相干解调和非相干解调分类：相干解调和非相干解调相干解调仅

79、适用于窄带调频信号，且需要同步信号，故应相干解调仅适用于窄带调频信号，且需要同步信号，故应用范围受限；用范围受限；非相干解调不需要同步信号，且对于非相干解调不需要同步信号，且对于NBFM信号和信号和WBFM信号均适用，所以信号均适用，所以非相干解调是非相干解调是FM系统的主要解调方式系统的主要解调方式。（1 1）非相干解调）非相干解调鉴频，可用于窄带调频与宽带调频。鉴频，可用于窄带调频与宽带调频。调频信号的一般表达式为：调频信号的一般表达式为：解调器的输出应为：解调器的输出应为：即解调后要产生一个与输入调频信号的频率成线性关系的即解调后要产生一个与输入调频信号的频率成线性关系的输出电压，完成这

80、种频率输出电压，完成这种频率-电压转换关系的器件是频率检波器，电压转换关系的器件是频率检波器，简称鉴频器。简称鉴频器。鉴频器的种类很多，例如振幅鉴频器、相位鉴频器、比鉴频器的种类很多，例如振幅鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器、正交鉴频器、斜率鉴频器、频率负反馈解调器、例鉴频器、正交鉴频器、斜率鉴频器、频率负反馈解调器、锁相环锁相环(PLL)鉴频器等。鉴频器等。下面以振幅鉴频器为例介绍：下面以振幅鉴频器为例介绍：图图5-23 5-23 振幅鉴频器特性与原理框图振幅鉴频器特性与原理框图（1 1）非相干解调）非相干解调鉴频，可用于窄带调频与宽带调频。鉴频，可用于窄带调频与宽带调频。限幅器的作用是限幅器

81、的作用是消除信道中噪声消除信道中噪声等引起的调频波等引起的调频波的幅度起伏的幅度起伏BPF滤除带外噪滤除带外噪声及高次谐波声及高次谐波分量，让调频分量，让调频信号顺利通过信号顺利通过把幅度恒定的调频波把幅度恒定的调频波sFM(t)变成变成幅度和频率都随调制信号幅度和频率都随调制信号m(t)变变化的化的调幅调频波调幅调频波sd(t)，即：，即：图图5-23 5-23 振幅鉴频器特性与原理框图振幅鉴频器特性与原理框图（1 1）非相干解调）非相干解调鉴频，可用于窄带调频与宽带调频。鉴频，可用于窄带调频与宽带调频。将其幅度变化检将其幅度变化检出并滤去直流，出并滤去直流，再经低通滤波后再经低通滤波后即得

82、解调输出：即得解调输出：将其幅度变化检将其幅度变化检出并滤去直流，出并滤去直流，再经低通滤波后再经低通滤波后即得解调输出：即得解调输出：Kd为鉴频器灵敏度，为鉴频器灵敏度，单位为单位为V/rad/s（2 2）相干解调）相干解调 仅用于窄带调频。仅用于窄带调频。 带通带通滤波器滤波器LPFLPF微分器微分器图图5-24 NBFM5-24 NBFM信号的相干解调信号的相干解调设窄带调频信号：设窄带调频信号：设相干载波：设相干载波：则相乘器的输出：则相乘器的输出：经经LPF取出其低频分量：取出其低频分量：再经微分器，即得解调输出：再经微分器，即得解调输出：内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息

83、工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理108 带通带通滤波器滤波器 解调器解调器 解调器解调器 解调器解调器 解调器解调器LPFLPF鉴频器鉴频器限幅器限幅器图图5-25FM非相干解调抗噪声性能分析模型非相干解调抗噪声性能分析模型重点讨论重点讨论FM非相干解调的抗噪声性能非相干解调的抗噪声性能n(t)均值为零，单边功率谱密度为均值为零，单边功率谱密度为n0的高斯白噪声的高斯白噪声u分析方法与线性调制系统一样，先分别计算解调器的输入信噪比和分析方法与线性调制系统一样，先分别计算解调器的输入信噪比和输出信噪比，最后通过信噪比增益来反映系统的抗

84、噪声性能。输出信噪比，最后通过信噪比增益来反映系统的抗噪声性能。u由于鉴频器的非线性作用，无法分别分析信号与噪声的输出由于鉴频器的非线性作用，无法分别分析信号与噪声的输出。所以。所以在计算输出信噪比时，也分大信噪比和小信噪比两种极端情况来考虑。在计算输出信噪比时，也分大信噪比和小信噪比两种极端情况来考虑。5.4调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理1095.4调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能 带通带通滤波器滤波器 解调器解调器 解调器解调器 解调器

85、解调器 解调器解调器LPFLPF鉴频器鉴频器限幅器限幅器图图5-25FM非相干解调抗噪声性能分析模型非相干解调抗噪声性能分析模型设输入调频信号为：设输入调频信号为：故其输入信号功率为：故其输入信号功率为：输入噪声功率为：输入噪声功率为：BFM为调频信号的带宽，即为调频信号的带宽，即BPF带带宽宽因此输入信噪比为：因此输入信噪比为：5.4.1输入信噪比输入信噪比内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理1105.4调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能5.4.2大信噪比时的解调增益大信噪比时的解调增

86、益在输入信噪比足够大的条件下，信号和噪声的相互作用在输入信噪比足够大的条件下，信号和噪声的相互作用可以忽略，这时可以把信号和噪声分开来计算。可以忽略，这时可以把信号和噪声分开来计算。设输入噪声为设输入噪声为0时，解调输出信号为：时，解调输出信号为：故输出信号平均功率为：故输出信号平均功率为：对鉴频输出而言，对鉴频输出而言，A A( (t t) )是什麽并不重要，重要的是是什麽并不重要，重要的是 ( (t t) )。n 计算输出噪声计算输出噪声设输入调制信号设输入调制信号 m(t) = 0= 0，则有，则有则加到解调器输则加到解调器输入端的是未调载波与窄带高斯噪声之和，即：入端的是未调载波与窄带

87、高斯噪声之和，即：包包络络相位偏移相位偏移大信噪比条件下，大信噪比条件下，即即Anc(t)和和Ans(t)时，相位偏移时，相位偏移有有设调制信号为设调制信号为0 0时，解调结果只有噪声，由于鉴频器的输出正比于时，解调结果只有噪声，由于鉴频器的输出正比于输入的频率偏移，故鉴频器的输出噪声为：输入的频率偏移，故鉴频器的输出噪声为：x1时：时：nAM信号：信号：BAM=2fm，nWBFM信号：信号：mf =5时时BFM=12fm=6BAM当当mf 1时：时：u宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与它们带宽比的平方成正比。宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与它们带宽比的平方成正比。u调频可以实现带宽与信

88、噪比的转换，而调幅则不能。调频可以实现带宽与信噪比的转换，而调幅则不能。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理1185.4调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能FM系统以带宽换取输出信噪比改善并不是无止境的。随系统以带宽换取输出信噪比改善并不是无止境的。随着传输带宽的增加（相当于着传输带宽的增加（相当于mf加大），输入噪声功率也将增加大），输入噪声功率也将增大，在输入信号功率不变的条件下，输入信噪比下降，当输大，在输入信号功率不变的条件下，输入信噪比下降，当输入信噪比降到一定程度时，输出信噪比

89、将急剧恶化。入信噪比降到一定程度时，输出信噪比将急剧恶化。门限效应门限效应当当(Si/Ni)低于一定数值时，解调器的输出低于一定数值时，解调器的输出信噪比信噪比(So/No)急剧恶化的现象称为调频信号解调的急剧恶化的现象称为调频信号解调的门限效应门限效应。门限值门限值出现门限效应时所对应的输入信噪比值称为出现门限效应时所对应的输入信噪比值称为门限值，记为门限值，记为(Si/Ni)b。5.4.3小信噪比时的门限效应小信噪比时的门限效应u门限值与调制指数门限值与调制指数mf 有关。有关。mf 越大，门限值越高。不过不同越大，门限值越高。不过不同mf 时，门限值的变化不大，大约时，门限值的变化不大，

90、大约在在811dB的范围内变化，一般认的范围内变化，一般认为门限值为为门限值为10dB左右。左右。u在门限值以上时，在门限值以上时，(So /No)FM与与(Si /Ni)FM呈线性关系，且呈线性关系，且mf越越大，输出信噪比的改善越明显。大，输出信噪比的改善越明显。u在门限值以下时，在门限值以下时，(So /No)FM将随将随(Si /Ni)FM的下降而急剧下降。的下降而急剧下降。且且mf越大，越大，(So /No)FM下降越快。下降越快。图图5-27不同调制指数下调制解调器的不同调制指数下调制解调器的输出信噪比与输入信噪比的关系曲线输出信噪比与输入信噪比的关系曲线u门限效应是门限效应是FM

91、系统存在的一个实际问题。尤其在采用调频系统存在的一个实际问题。尤其在采用调频制的远距离通信和卫星通信等领域中，对调频接收机的门限效制的远距离通信和卫星通信等领域中，对调频接收机的门限效应十分关注，希望门限点向低输入信噪比方向扩展。应十分关注，希望门限点向低输入信噪比方向扩展。u改善改善“门限效应门限效应”（降低门限值，也称门限扩展）措施：（降低门限值，也称门限扩展）措施：（1）采用锁相环解调器或反馈解调器，它们的门限比一般鉴）采用锁相环解调器或反馈解调器，它们的门限比一般鉴频器的门限电平低频器的门限电平低610dB。（2）采用）采用“预加重预加重”和和“去加重去加重”技术技术（略）。（略）。来

92、进一步改来进一步改善调频解调器的输出信噪比。善调频解调器的输出信噪比。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理1215.5各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较调制调制方式方式信号带宽信号带宽制度增益制度增益设备设备复杂度复杂度主要应用主要应用DSBDSB2中等中等 较少应用较少应用SSBSSB1复杂复杂短波无线电广播短波无线电广播话音频分多路话音频分多路载波通信载波通信 数据传输数据传输VSBVSB 略大于略大于略大于略大于 近似近似SSB 近似近似SSB复杂复杂 商用电视广播商用电视广播

93、 数据传输数据传输AMAM2/3简单简单 中短波无线电广播中短波无线电广播FMFM中等中等 超短波小功率电超短波小功率电 台台NBFM 微波微波 中继中继 调频立体调频立体 声广播声广播WBFM图图 5-35 5-35 各种模拟调制系统的性能曲线各种模拟调制系统的性能曲线前提：输入信号功率相同，加性噪声均值为零，双边功率谱为前提：输入信号功率相同，加性噪声均值为零，双边功率谱为n no o/2/2， 且：且：u性能比较：性能比较：1.WBFM抗噪声性能最好，抗噪声性能最好，DSB、SSB、VSB次之，次之，AM最差。最差。2.FM的调制指数越大，抗噪声性能的调制指数越大，抗噪声性能越好，但门限

94、值越高。越好，但门限值越高。3.FM占据频带最宽，频带利用率最占据频带最宽，频带利用率最低，低，SSB占据频带最窄，频带利占据频带最窄，频带利用率最高。用率最高。图中的圆点表示门限点。图中的圆点表示门限点。门限点以下，曲线迅速下跌。门限点以下，曲线迅速下跌。u特点与应用：特点与应用：优点优点缺点缺点主要应用主要应用AM接收设备简单接收设备简单功率利用率低，功率利用率低，抗干扰能力差抗干扰能力差中波和短波调幅广播中波和短波调幅广播DSB功率利用率高，且带宽功率利用率高，且带宽与与AM相同相同设备较复杂设备较复杂应用较少，一般用于应用较少，一般用于点对点专用通信点对点专用通信SSB功率利用率和频带

95、利用功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均和抗选择性衰落能力均优于优于AM，而带宽只有，而带宽只有AM的一半；的一半；发送和接收设备发送和接收设备都复杂。都复杂。常用于频分多路复用常用于频分多路复用系统中。系统中。VSB抗噪声性能和频带利用抗噪声性能和频带利用率与率与SSB相当相当广泛应用在电视广播、广泛应用在电视广播、数传等系统中数传等系统中 FM抗干扰能力强抗干扰能力强频带利用率低，频带利用率低，存在门限效应存在门限效应广泛应用于长距离高广泛应用于长距离高质量的通信系统中质量的通信系统中内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学

96、电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理1255.6频分复用和调频立体声频分复用和调频立体声 u目的：目的：充分利用信道的频带资源，提高信道利用率，解决如何充分利用信道的频带资源，提高信道利用率，解决如何利用一条信道同时传输多路信号的技术问题。利用一条信道同时传输多路信号的技术问题。u原理：原理：频分复用频分复用(FDM)是一种按照频率来划分信道的复用方式。是一种按照频率来划分信道的复用方式。在在FDM中，信道的带宽被分成多个相互不重叠的频段中，信道的带宽被分成多个相互不重叠的频段(子通道子通道)，每路信号占据其中一个子通道，并且各路之间必须留有未被，每路信

97、号占据其中一个子通道，并且各路之间必须留有未被使用的频带（防护频带）进行分割，以防止信号重叠。接收端使用的频带（防护频带）进行分割，以防止信号重叠。接收端采用适当的采用适当的带通滤波器带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。的信号。5.6.15.6.1频分复用（频分复用（频分复用（频分复用（FDMFDM） 图图5-31FDM系统组成原理框图系统组成原理框图为防止相邻信号之间产生干扰，应合理选择载波频率为防止相邻信号之间产生干扰，应合理选择载波频率，以使各路信号之间留有一定的防护频带。，以使各路信号之间留有一定的防护频带。 uFDM典型例子：多路载波电话

98、系统典型例子：多路载波电话系统每路电话信号的频带限制在每路电话信号的频带限制在3003400Hz，在各路已调信，在各路已调信号间留有防护频带，每路电话信号取号间留有防护频带，每路电话信号取4kHz作为标准带宽作为标准带宽层次结构：层次结构：12路电话复用为一个路电话复用为一个基群基群；5个基群复用为一个基群复用为一个个超群超群，共，共60路电话；由路电话；由10个超群复用为一个个超群复用为一个主群主群，共，共600路电话。如果需要传输更多路电话，可以将多个主群进行复路电话。如果需要传输更多路电话，可以将多个主群进行复用，组成用，组成巨群巨群。基群频谱结构图（基群频谱结构图（12路下边带）路下边

99、带）：载波频率：载波频率：uFDM技术主要用于模拟信号，普遍应用在多路载波电话技术主要用于模拟信号，普遍应用在多路载波电话系统中。系统中。u优点：优点：信道利用率高，技术成熟；信道利用率高，技术成熟；u缺点：缺点：是设备复杂，滤波器难以制作，并且在复用和传是设备复杂，滤波器难以制作，并且在复用和传输过程中，调制、解调等过程会不同程度地引入非线性失真，输过程中，调制、解调等过程会不同程度地引入非线性失真，而产生各路信号的相互干扰。而产生各路信号的相互干扰。内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理12

100、95.6频分复用和调频立体声频分复用和调频立体声 uFM立体声广播系统也是一个立体声广播系统也是一个FDM系统。系统。u1961年前，所有的商用年前，所有的商用FM广播都是单声道的。广播都是单声道的。u单声道调频广播的原理：单声道调频广播的原理：话音和音乐频谱都在话音和音乐频谱都在50Hz150kHz的单声道内，接收机的单声道内，接收机的每个扬声器都再生出同一信息，整个信息信号都好像来自于的每个扬声器都再生出同一信息，整个信息信号都好像来自于同一方向。同一方向。5.6.25.6.2调频立体声广播调频立体声广播内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大学电子信息工程学院内蒙古大

101、学电子信息工程学院 通信原理通信原理通信原理通信原理1305.6频分复用和调频立体声频分复用和调频立体声 uFM立体声广播的原理：立体声广播的原理：声音在空间上被分成两路音频信号，左声道信号声音在空间上被分成两路音频信号，左声道信号L和右声道和右声道信号信号R，频率都在，频率都在50Hz到到15kHz之间。左声道与右声道相加形成和信之间。左声道与右声道相加形成和信号号(L+R)，相减形成差信号，相减形成差信号(L-R)。在调频之前，差信号。在调频之前，差信号(L-R)先对先对38kHz的副载波进行抑制载波双边带的副载波进行抑制载波双边带(DSB-SC)调制，然后与和信号调制，然后与和信号(L+

102、R)进行频分复用后，作为进行频分复用后，作为FM立体声广播的基带信号，其形成过立体声广播的基带信号，其形成过程如下图所示：程如下图所示：5.6.25.6.2调频立体声广播调频立体声广播 u频谱结构频谱结构u015kHz用于传送用于传送(L+R)信号信号u23kHz53kHz用于传送用于传送(L-R)信号信号u59kHz75kHz则用作辅助通道则用作辅助通道u(L-R)信号的载波频率为信号的载波频率为38kHzu在在19kHz处发送一个单频信号（导频），用于接收端提取处发送一个单频信号（导频），用于接收端提取相干载波相干载波u在普通调频广播中，只发送在普通调频广播中，只发送015kHz的的(L+R)信号。信号。 uFM立体声广播信号的解调立体声广播信号的解调u接收立体声广播后先进行鉴频，得到频分复用信号。对频接收立体声广播后先进行鉴频，得到频分复用信号。对频分复用信号进行相应的分离，以恢复出左声道信号分复用信号进行相应的分离，以恢复出左声道信号L和右声和右声道信号道信号R。思考题：5-5、5-11、5-14 习 题：5-3、5-8 、5-17 、5-19作作业业