模拟通信系统
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2 模拟通信系统 角调制
课程目标
1、理解角调制的基本概念 2、掌握NBFM(窄带调频)、WBFM（宽带调 频）的频谱分布、带宽及功率 3、掌握FM的抗噪声性能（G：信噪比增益） 4 、掌握模拟调制中几种调制方式的性能比 较 5 、理解频分复用的概念
2.4 角调制的基本概念
一、调频信号与调相信号
s(t) A(t) cos[ (t)]
调制信号频率
各种调制时的时域波形图
f(t)
时域波形图
f(t) AM f(t)
FM
结论：
• 1、FM信号是一个等幅波，它的幅度与 调制信号无关；
• 2、FM信号的频率与调制信号电压有比 例关系
2.5 调频信号的带宽
• 1、窄带调频和宽带调频的定义
•由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30 o时， 就称为窄带调频（NBFM:narrow band frequency modulation）
瞬时幅度
瞬时相角
1、角度调制： s(t) A cos[ct (t) 0 ]
常数
载波角频率 （常数）
初始相位 （常数）
2、频率调制(FM:Frequency Modulation)
频偏常数 （表征调频器的灵敏度）
(t )
d (t )
dt
K FM
f
(t)
调制信号
sFM (t) Acos[ct KFM f (t)dt 0 ]
• 调制信号不提供功率，但可以控制功 率的分布
2.7 调频的抗噪声性能分析
调频信噪比增益: GWBFM 3 2FM (1 FM )
GNBFM 0.3
调频调幅输出信 噪比的比值
SNRFM O SNR AM O
9 2
2 FM
调频的抗噪声性能分析
讨论：
1、宽带调频系统中，增加传输带宽可以改善输 出信噪比
| K FM
f
(t )dt |max
6
(或0.5)
•不满足窄带条件的调频称为宽带调频 （WBFM:Wide band frequency modulation）
2、调频信号的带宽
• 若调制信号的频率为fm,则FM的带宽为： BFM=( f+1) fm ＝2(fm+ fmax）（卡森公式）
(其中 f＝ fmax/ fm称为调频指数)
作业
1 、已知调频信号为:S(t)=cos[WCt＋100coswmt], KFM=2,求调制信号f(t)、最大频偏 FMAX 解：已知调频输出信号的表达式为：
sFM (t) A cos[ct KFM f (t)dt 0 ]
对照两式可知：
KFM f (t)dt 100COSWmt 0
f (t)
2、宽带调频的抗噪声性能明显优于常规调幅， 这一优越性是用增加传输频带宽度获得；
3、调频系统中以带宽换取性能改善并不是无止 境的，当输入信噪比降到一定程度会出现门限 效应，输出信噪比急剧恶化
总结
调制 带宽
G
方式
典型应用
DSB 2W
2
较少应用
SSB W
1
短波无线电广播话音
频分多路
VSB 略大于W
1
商用电视广播
100 wm K FM
• sin wmt
50wm sin wmt( Am
50wm )
Wmax K FM • AM 100wm
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
源自文库
•
1、
功的路 。20.11.1220.11.12Thursday, November 12, 2020
成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦
有效带宽基本不变，边频间距变小
ßFM=2
c －3 m1
c
WFM=6 m1
c+3 m1
ßFM=4
c －6 m2
c
WFM=10 m2
c+6 m2
ßFM=8
c －10
m3
c
WFM=18
c+10
m3
2.6 调频信号的功率分配
• FM信号的已调信号和未调制载波的幅 度是相同的，所以总功率相同
• 总功率与调制过程及调频指数无关， 始终为A2/2(A为调制信号幅值)
载波频率(常数)
调制信号为单频余弦波，即 f (t) Am cosmt
调频信号为：
sFM (t) Acos[ct KFM Am cosmt dt]
Acos[ct FM sin mt]
调频指数
最大角频 率偏移
最大频率 偏移
FM
K FM Am
m
max m
f max fm
调制信号角频率
• •
积极向上的心态，是成功者的最基本要素 5、
。20.1 1.1220. 11.120 1:19:31 01:19:3 1November 12, 2020
•
2、
。0 1:19:31 01:19:3 101:191 1/12/2 020 1:19:31 AM
每天只看目标，别老想障碍
•
3、
。20.1 1.1201: 19:310 1:19Nov -2012-Nov-20
宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子
•
4、
。01:1 9:3101: 19:310 1:19Thursday, November 12, 2020
讨论：
当 f<<1（即窄带调频时） BFM=2 fm ； 当 f>>1（即大指数宽带调频时） BFM=2 fmax
①窄带调频的频谱和带宽
F(w)
wc为高频载波，
wm为调制信号最 高频偏
－wm 0 wm
w
SAM(w)
-wc －wm- -wc -wc +wm
0
wc －wm wc wc +wm w
SNBFM( w)
与AM拥 有相同 的带宽
（2B）
-wc +wm
-wc －wm--wc
wc －wm
0
wc wc +wm w
②宽带调频的频谱和带宽
fm不变， fmax改变
ßFM=0.5
c－
FM增加，调频带宽增加m
c
c+
m
ßFM=2
c －3
m
c
c+3 m
ßFM=8
c-10 m
c
c+10 m
②宽带调频的频谱和带宽
fmax不变， fm改变
AM 2W NBFM 2W
2 f 2 (t) A02 f 2 (t)
<=0.3
中短波无线电广播
超短波小功率电台微 波中继
WBFM 2(fm+ fma 3 2FM (1 FM ) 调频立体声广播
x
2( f+1)w＝(fm+ fmax）
三、频分复用（FDM:Frenquency_ Division
Multiplexing）
复用：若干路独立的信号在同一信 道中传送。
频分复用：按频率将信道的可用频 带划分成若干不交叠的频段，每路 信号占用一个频段进行复用的方式
已调信号带宽BS
F(f)
防卫间隔 Bg
CH1
-fc3 -fc2 -fc1
CH1
CH1
CH1 f
fc1
fc2
fc3
相邻载波 频率间隔ΔB
频分多路复用原理的频谱图
课程目标
1、理解角调制的基本概念 2、掌握NBFM(窄带调频)、WBFM（宽带调 频）的频谱分布、带宽及功率 3、掌握FM的抗噪声性能（G：信噪比增益） 4 、掌握模拟调制中几种调制方式的性能比 较 5 、理解频分复用的概念
2.4 角调制的基本概念
一、调频信号与调相信号
s(t) A(t) cos[ (t)]
调制信号频率
各种调制时的时域波形图
f(t)
时域波形图
f(t) AM f(t)
FM
结论：
• 1、FM信号是一个等幅波，它的幅度与 调制信号无关；
• 2、FM信号的频率与调制信号电压有比 例关系
2.5 调频信号的带宽
• 1、窄带调频和宽带调频的定义
•由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30 o时， 就称为窄带调频（NBFM:narrow band frequency modulation）
瞬时幅度
瞬时相角
1、角度调制： s(t) A cos[ct (t) 0 ]
常数
载波角频率 （常数）
初始相位 （常数）
2、频率调制(FM:Frequency Modulation)
频偏常数 （表征调频器的灵敏度）
(t )
d (t )
dt
K FM
f
(t)
调制信号
sFM (t) Acos[ct KFM f (t)dt 0 ]
• 调制信号不提供功率，但可以控制功 率的分布
2.7 调频的抗噪声性能分析
调频信噪比增益: GWBFM 3 2FM (1 FM )
GNBFM 0.3
调频调幅输出信 噪比的比值
SNRFM O SNR AM O
9 2
2 FM
调频的抗噪声性能分析
讨论：
1、宽带调频系统中，增加传输带宽可以改善输 出信噪比
| K FM
f
(t )dt |max
6
(或0.5)
•不满足窄带条件的调频称为宽带调频 （WBFM:Wide band frequency modulation）
2、调频信号的带宽
• 若调制信号的频率为fm,则FM的带宽为： BFM=( f+1) fm ＝2(fm+ fmax）（卡森公式）
(其中 f＝ fmax/ fm称为调频指数)
作业
1 、已知调频信号为:S(t)=cos[WCt＋100coswmt], KFM=2,求调制信号f(t)、最大频偏 FMAX 解：已知调频输出信号的表达式为：
sFM (t) A cos[ct KFM f (t)dt 0 ]
对照两式可知：
KFM f (t)dt 100COSWmt 0
f (t)
2、宽带调频的抗噪声性能明显优于常规调幅， 这一优越性是用增加传输频带宽度获得；
3、调频系统中以带宽换取性能改善并不是无止 境的，当输入信噪比降到一定程度会出现门限 效应，输出信噪比急剧恶化
总结
调制 带宽
G
方式
典型应用
DSB 2W
2
较少应用
SSB W
1
短波无线电广播话音
频分多路
VSB 略大于W
1
商用电视广播
100 wm K FM
• sin wmt
50wm sin wmt( Am
50wm )
Wmax K FM • AM 100wm
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
源自文库
•
1、
功的路 。20.11.1220.11.12Thursday, November 12, 2020
成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦
有效带宽基本不变，边频间距变小
ßFM=2
c －3 m1
c
WFM=6 m1
c+3 m1
ßFM=4
c －6 m2
c
WFM=10 m2
c+6 m2
ßFM=8
c －10
m3
c
WFM=18
c+10
m3
2.6 调频信号的功率分配
• FM信号的已调信号和未调制载波的幅 度是相同的，所以总功率相同
• 总功率与调制过程及调频指数无关， 始终为A2/2(A为调制信号幅值)
载波频率(常数)
调制信号为单频余弦波，即 f (t) Am cosmt
调频信号为：
sFM (t) Acos[ct KFM Am cosmt dt]
Acos[ct FM sin mt]
调频指数
最大角频 率偏移
最大频率 偏移
FM
K FM Am
m
max m
f max fm
调制信号角频率
• •
积极向上的心态，是成功者的最基本要素 5、
。20.1 1.1220. 11.120 1:19:31 01:19:3 1November 12, 2020
•
2、
。0 1:19:31 01:19:3 101:191 1/12/2 020 1:19:31 AM
每天只看目标，别老想障碍
•
3、
。20.1 1.1201: 19:310 1:19Nov -2012-Nov-20
宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子
•
4、
。01:1 9:3101: 19:310 1:19Thursday, November 12, 2020
讨论：
当 f<<1（即窄带调频时） BFM=2 fm ； 当 f>>1（即大指数宽带调频时） BFM=2 fmax
①窄带调频的频谱和带宽
F(w)
wc为高频载波，
wm为调制信号最 高频偏
－wm 0 wm
w
SAM(w)
-wc －wm- -wc -wc +wm
0
wc －wm wc wc +wm w
SNBFM( w)
与AM拥 有相同 的带宽
（2B）
-wc +wm
-wc －wm--wc
wc －wm
0
wc wc +wm w
②宽带调频的频谱和带宽
fm不变， fmax改变
ßFM=0.5
c－
FM增加，调频带宽增加m
c
c+
m
ßFM=2
c －3
m
c
c+3 m
ßFM=8
c-10 m
c
c+10 m
②宽带调频的频谱和带宽
fmax不变， fm改变
AM 2W NBFM 2W
2 f 2 (t) A02 f 2 (t)
<=0.3
中短波无线电广播
超短波小功率电台微 波中继
WBFM 2(fm+ fma 3 2FM (1 FM ) 调频立体声广播
x
2( f+1)w＝(fm+ fmax）
三、频分复用（FDM:Frenquency_ Division
Multiplexing）
复用：若干路独立的信号在同一信 道中传送。
频分复用：按频率将信道的可用频 带划分成若干不交叠的频段，每路 信号占用一个频段进行复用的方式
已调信号带宽BS
F(f)
防卫间隔 Bg
CH1
-fc3 -fc2 -fc1
CH1
CH1
CH1 f
fc1
fc2
fc3
相邻载波 频率间隔ΔB
频分多路复用原理的频谱图