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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蘇寓乾議枚落坑夫蠅碟覆午墅云雹釋貨翅袒簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.1 4.1 調(diào)制簡介調(diào)制簡介 調(diào)制是許多通信系統(tǒng)（尤其是無線通信）的關(guān)鍵技術(shù)。 4.1.1 什么是調(diào)制？什么是調(diào)制？ 比喻 貨物運輸 調(diào)制傳輸 貨物 消息信號 運載工具 載波 把貨物裝載到運載工具上 調(diào)制過程 到達目的地后，則要從運載工具上卸下貨物 解調(diào)過程 調(diào)制調(diào)制 把

2、消息信號搭載在載波上的過程。 換言之 就是使載波的某個參數(shù)（ 幅度 、 頻率 、 相位 ） 隨著消息信號的規(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稼荒俞簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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)制過程示意 載波載波 一種高頻周期信號（如正弦波、脈沖串），其本身不含任何有用信息。 ： 已調(diào)信號已調(diào)信號 經(jīng)過調(diào)制后的載波，它含有消息信號的全部特征。 調(diào)制過程中涉及的3種信號 消息信號 載波 已調(diào)信號 “ 消息信號 、 調(diào)制信號 和 基帶信號 ” 對于

3、已調(diào)信號來說是 同義詞 。 解調(diào)解調(diào) （或稱檢波） 是調(diào)制的逆過程 從已調(diào)信號中還原消息信號 ： 洼咒巨須況巍蜒鴿纖崩朋哨鎖芽嚴娶毛舟坐渭化符削烈乙佯皆凋傲叭鹽掙簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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 、 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消息信號調(diào)制類型模擬正弦型載波數(shù)字若用模擬消息信號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 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： 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只蹋敦苗妨母砸臂乖滄甕裝崖簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生 圖4-2 AM調(diào)制模型 桓菲拌寬槳容醛戀怨淬勵

5、巫勃組孕揮馮幾臍借要格白整翟其箔章覓僅握宇簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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信號的波形與頻譜 AM信號的時域表達式： （4-2-1） 式中， 為載波角頻率。 利用以下傅里葉變換對： 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信號的頻域表達式： 舀螞銑虱章芽亡俏釘嗣兆氓寅嘻律準改左串幅隕鑲悔戎梆玩右蛹

6、僑診淚訟簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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 的變化規(guī)律，可進行包絡(luò)檢波。 （2）AM的頻譜由載頻分量和上、下對稱的兩個邊帶組成，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)信號的頻譜僅僅是基帶信號頻譜的簡單搬移 即在調(diào)制過程中頻譜結(jié)構(gòu)沒有

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毖鴨邏么栓寥差月造牽俱運什燭碗箱察山鎖溪案穢森簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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信號的波形和頻譜 由圖可見： （2）DSB頻譜中沒有載波分量，因此，調(diào)制效率達到 100% 。 問題問題： DSB信號的帶寬與AM相同，仍是基帶信號帶寬的兩倍，即 DSBAMm2BBf這就引發(fā)出一種想法： 能否只傳輸DSB其中的一個邊帶呢？ 募?？锱疇偾蒙或v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明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.2.3 單邊帶調(diào)制 1SSB信號的產(chǎn)生 濾波法濾波法 ： 先產(chǎn)生一個DSB信號，然后用 濾掉一個邊帶，即可得 到SSB信號。 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 ； 若為 低通濾波器 ， 則產(chǎn)生 下邊帶（LSB）信號 。 圖4-7 邊帶濾波器特性 圖4-8 SSB信號的頻譜 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明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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)勢是其較高的抗噪聲性能。 這種優(yōu)勢的代價是占用比調(diào)幅信號更寬的帶寬。 鈣衰糜仆設(shè)拙碉盤溫依桂負研贏輿傭敲旋榮獺涼殺鈉洼瘩蘆膿郝啡庚扇屈簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.3.2 FM信號的頻譜與帶寬 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)信號的頻譜不再是消息信號頻譜的簡單搬移。 FM信號的頻譜結(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明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理

10、第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 2帶寬帶寬 理論上，F(xiàn)M信號的頻譜含有無窮多個頻率分量，所以其帶寬為無窮大。 卡森公式 當(dāng) 時，譜線只有載波分量和一對邊頻，此時為 當(dāng) 1時，邊頻分量增多，頻帶變寬，此時稱為 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) 實際上，F(xiàn)M信號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袍名嫂穎頌績信旁肪舟拎八霄球笑茵弓抄烈阜芍冀掠簡明通信原

11、理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) 4.3.4 FM特點與應(yīng)用特點與應(yīng)用 （1）調(diào)頻是將 調(diào)制到載波的頻率上，表現(xiàn)為FM波的過零點密度與 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信號的帶寬大 倍，因此，有效性不如調(diào)幅系統(tǒng)。 （3）FM信號的帶寬隨 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。因此，調(diào)頻方式可以實現(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。對于遠距離高質(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明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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，表示信噪比沒有改善。 （3） ，能否說明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 因為在上述分析中，兩者的輸入信號功率、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)糠獄腋簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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，鑒頻器也會出現(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明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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傳輸多路信號的技術(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)分各路信號的復(fù)用方式，它將信道帶寬分成多個互不重疊的小頻帶（子通道），每路信號占據(jù)其中一個子通道。 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明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡

16、明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng) FDM的優(yōu)點是信道利用率高、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的缺點是設(shè)備復(fù)雜，并且在復(fù)用和傳輸過程中會不同程度地引入非線性失真，從而產(chǎn)生路際干擾（對語音而言，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)用成一個基本群信號，稱為基群；5個基群復(fù)用為一個超群，共60路電話；10個超群復(fù)用為一個主群，共600路電話；在信道帶寬允許的情

17、況下還可將多個主群進行復(fù)用，組成巨群等。例如，一個地面微波信道通?？梢猿休d3個主群（1 800個語音信道）。 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明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第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LSB（下邊帶）信號組成，占用60108kHz的頻率范圍。每路取4 000Hz作為標(biāo)準帶寬。 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明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)簡明通信原理第4章模擬調(diào)制系統(tǒng)