数字通信技术 韩春光 主编 数字通信第二章新.pptVIP

第2章 模拟调制技术 2.1 调制的概念 图2-11 残留边带（上边带）频谱示意图 要直接准确地求出残留边带信号的平均发送功率是比较困难的，相对于单边带和双边带而言，它的发送功率大于单边带而小于双边带；其传输带宽介于单边带和双边带之间，大于单边带而小于双边带，通常约为单边带信号带宽的1.25倍。因此，残留边带调制在节省带宽方面几乎与单边带系统相同，同时也具有双边带良好的低频特性。因此，采用残留边带调制来传输低频分量较丰富的信号是一种较好的方式。 残留边带滤波器要比具有陡峭截止特性的单边带滤波器简单得多。因此，残留边带调制综合了单边带和双边带调制的优点，克服了它们各自的缺点。 残留边带解调也只能采用相干解调，其解调原理与SSB解调相同。 2.5 角调制概念 用调制信号通过改变载波的频率或相位来实现调制，就称之为调频或调相。因为频率或相位的变化都可以看作是载波角度的变化，所以调频和调相又统称为角度调制，简称角调制。 在这种调制方式中，载波的幅度保持不变，载波的频率和相位的变化携带调制信号信息。角调制中已调信号的频谱不像调幅那样还与调制信号频谱之间保持某种线性关系，其频谱结构已经完全变化，出现了许多新的频率分量，已调信号的带宽一般要比调制信号的带宽大得多，因此也称角调制为非线性调制。 设载波信号为 上式中 则θ(t)称为载波的瞬时相位，φ称为初时相位。若对θ(t)求导则可得 可见，瞬时相位的导数是瞬时角频率，换句话说，瞬时相位与瞬时角频率成微积分关系。若φ不是常数而是时间的函数，则有 显然，φ(t)是瞬时相位偏移量，dφ(t)/dt是瞬时频率偏移量。 如果让瞬时相位偏移随调制信号变化，即调制信号调制到载波的瞬时相位上去，就称之为相位调制。设调制信号为f(t)，则有 上式中，SPM(t)为调相信号，KP称为相偏指数。 如果让瞬时频率偏移随调制信号变化，即调制信号调制到载波的瞬时频率上去，就称之为频率调制。设调制信号为f(t)，则有 上式中，SFM(t)为调频信号，Kf称为频偏指数。 根据调相与调频信号的表达式可以看出，它们在数学上只相差一个积分运算，也就是说，若对调制信号f(t)先进行一次积分运算，然后再调相，则调相器的输出是对f(t)的调频信号；反之，若对调制信号f(t)先进行微分运算，然后再调频，则调频器的输出是对f(t)的调相信号。调频与调相之间的这种转换关系如图2-12所示。 图2-12 调频与调相之间的转换关系 若调制信号为单一频率的余弦波，即 则有 式中，βP=KPAm称为调相指数，它表示调相过程中的最大相位偏移。βf=KfAm/ωm称为调频指数，ΔωMAX=KfAm就是调频信号的最大频率偏移。 根据单频调制信号的调频、调相数学表达式可以画出相应的波形，如图2-13所示。图中（a）是调频信号波形，（b）是调相信号波形。从图2-13可以看出，单纯从已调信号波形很难区分调频和调相信号。 图2-13 角调制信号波形示意图 2.6 频率调制 2.6.1 窄带调频和宽带调频 从角度调制的整个过程来看，角度调制属于非线性调制，其频谱表示式非常复杂。对于频率调制，当最大相位偏移和最大频率偏移较小时，已调信号所占的频带较窄，属于窄带调频（NBFM），接近调制信号的两倍带宽。而最大相位和最大角频率偏移较大时，已调信号所占的带宽将超过调制信号的两倍带宽，属于宽带调频（WBFM）。 1．窄带调频(NBFM) 通常把调制指数（βf=KfAm/ωm）远远小于1的频率调制称为窄带调频(NBFM)。即 窄带调频信号的带宽较窄，只有调制信号带宽的2倍，相当于AM和DSB调幅信号的带宽，这是它的优点，但它的抗噪声性能不是很好。由于NBFM的最大相位偏移较小，使得调频制抗干扰的优点不能充分发挥出来，因此只用在抗干扰性能要求不高的短距离通信，或作为宽带调频的前置。一般而言，要实现微波或卫星通信以及超短波通信等长距离高质量的通信时就得采用宽带调频。 2．宽带调频（WBFM） 当调制指数不满足窄带条件时的调频，就称为宽带调频(WBFM)。宽带调频用较宽的频谱换来了较强的抗干扰性能。常用在远距离、高质量的通信系统中。 与线性调制不同，即使在单频调制的情况下，调频