通信原理-第4章-模拟调制系统——角度调制
61页1、第4章 模拟调制系统角调制(非线性调制)1概 述频率调制简称调频(FM),相位调制简称调相(PM) 。v这两种调制中,载波的幅度都保持恒定,而频率和相 位的变化都表现为载波瞬时相位的变化。角度调制:频率调制和相位调制的总称。v已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移,而 是频谱的非线性变换,会产生与频谱搬移不同的新的 频率成分,故又称为非线性调制。v与幅度调制技术相比,角度调制最突出的优势是其较 高的抗噪声性能。2008年1月2主要内容v1 角调制的基本概念v2 窄带角调制v3 宽带调频v4 宽带调相v5 调频信号的产生与解调v6 调频系统的抗噪声性能v7 采用预加重和去加重改善信噪比v8 频分复用(FDM)v9 模拟通信系统举例2008年1月31 角调制的基本概念对任意正弦信号,若有: 则称之为调角信号。瞬时相角:瞬时频率:角度调制信号的一般表达式为:其中:A,c和0均为常数。 为瞬时相位偏移,为瞬时频率偏移, 为瞬时相位,或相位。 2008年1月4v相位调制(PM):瞬时相位偏移随调制 信号作线性变化。式中KPM 调相灵敏度,含义是单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量,单位是
2、rad/V。将上式代入一般表达式得到PM信号表达式瞬时相角瞬时频率 2008年1月5v频率调制(FM):瞬时频率偏移随调制信号 成比例变化。式中 KFM 调频灵敏度,单位是rad/sV。 瞬时角频率瞬时相位得到FM信号表达式2008年1月6vPM与 FM的区别 PM是相位偏移随调制信号f(t)线性变化,FM是相位偏移随f(t)的积分呈线性变化。如果预先不知道调制信号f(t)的具体形式,则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。2008年1月7v单频调制的FM与PM设调制信号为单频的余弦波,即 用它对载波进行相位调制时,将上式代入 得到其中, 为调相指数,表示最大的相位偏移。2008年1月8若对载波调频,则有:其中, 称为调频指数。为最大角频偏为最大频偏。KFM 调频灵敏度,单位是rad/sVKFMAm 最大角频率偏移,单位是rad/s2008年1月9瞬时频率调相波调频波2008年1月10FM与PM之间的关系v由于频率和相位之间存在微分与积分的关系 ,所以FM与PM之间是可以相互转换的。 v比较下面两式可见如果将调制信号先微分,而后进行调频, 则得到的是调相波,这种方式叫间接调相 ;如果
3、将调制信号先积分,而后进行调相, 则得到的是调频波,这种方式叫间接调频 。 2008年1月11v方框图(a)直接调频调频 (b)间间接调频调频(c) 直接调调相 (d) 间间接调调相2008年1月122 窄带角调制窄带角调制条件为:v满足上述条件,则称之为窄带调频(或调相),记为NBFM(或NBPM);v不满足上述条件的,则称之为宽带调频(或调相),记为WBFM(或WBPM)。物理意义: 角调制信号带宽取决于相 位偏移的大小; 调频或调相所引起的最大 瞬时相位偏移远小于30o; 调制后信号带宽变化不大 。2008年1月132.1 窄带调频FM信号为:当满足窄带调制条件时,有: 因此:设 的频谱为 ,且均值为0,即 则有:2008年1月14NBFM和AM信号频谱的比较相同点:v两者都含有载波分量和两个边带,所以它们的带宽相 同不同点:vNBFM的两个边频分别乘了因式1/( - c)和1/( + c) ,由于因式是频率的函数,所以这种加权是频率加权,加权的结果引起调制信号频谱的失真。vNBFM的正负频率分量的符号相反。FF2008年1月15vNBFM和AM信号频谱的比较举例以单音调制为例。
4、设调制信号 则NBFM信号为AM信号为2008年1月16v AM与NBFM频谱图:v 为使AM波不致过调,边频幅度不得超过载频幅度之半;v为使NBFM满足窄带条件,边频幅度应远小于载频幅度。2008年1月17矢量图(a) AM (b) NBFM区别:v在AM中,两个边频的合成矢量与载波同相,所以只 有幅度的变化,无相位的变化;v在NBFM中,由于下边频为负,两个边频的合成矢量 与载波则是正交相加,所以NBFM不仅有相位的变化 ,幅度也有很小的变化。应用:v由于NBFM信号最大频率偏移较小,占据的带宽较窄 ,但是其抗干扰性能比AM系统要好得多,因此得到 较广泛的应用。 2008年1月182.2 窄带调相 窄带调相可表示为:其频谱为:vNBPM与AM比较:相似:频谱中有载频和边频,所以二者带宽相等区别:NBPM信号频谱的正负边频要分别移相正负90度。2008年1月193 宽带调频不满足窄带条件的为宽带调频;调制信号对载波进行频率调制将产生较大频偏;已调信号在传输时要占用较宽频带。3.1 单频信号的宽带调频设则宽带调频信号为:利用三角公式展开:2008年1月20将上式两个因子分别展开成付氏级
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