【正文】 第 2章 模擬調(diào)制 表 2― 1 常用調(diào)制技術(shù)及其用途 。 在實際工程應(yīng)用中 ， 還經(jīng)常將幾種調(diào)制結(jié)合起來使用 ， 即所謂復(fù)合調(diào)制方式 ， 比如多進制數(shù)字調(diào)制中的調(diào)幅調(diào)相法 （ 也就是調(diào)制定義中將信號調(diào)制在載波的幾個參量上 ） 。 非線性調(diào)制的已調(diào)信號的頻譜已不再是調(diào)制信號的頻譜的形狀 ， 也不能只用一個常數(shù)描述頻譜之間的關(guān)系 。 另外 ， 線性調(diào)制過程在數(shù)學(xué)上可以用調(diào)制信號與載波直接相乘得到 。 第 2章 模擬調(diào)制 （ 4） 按調(diào)制器傳輸函數(shù)的種類分為 線性調(diào)制 ——所謂線性調(diào)制是指已調(diào)信號的頻譜與調(diào)制信號的頻譜之間滿足線性關(guān)系的調(diào)制 。 頻率調(diào)制 ——載波的頻率隨調(diào)制信號的變化而變化 。 脈沖調(diào)制 ——載波為脈沖信號 ， 比如矩形脈沖序列 。 數(shù)字調(diào)制 ——調(diào)制信號為數(shù)字信號 ， 比如二進制序列 。 第 2章 模擬調(diào)制 根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn) ， 調(diào)制有多種分類 。 這種互換可以通過不同的調(diào)制方式來實現(xiàn) 。 第 2章 模擬調(diào)制 信號必須通過信道才能傳輸 ， 而每一種物理信道的頻率特性一般都比所傳的基帶信號帶寬要大很多（ 比如同軸電纜的帶寬約為 0～ 400MHz， 若只傳送一路普通話音信號 ， 則顯得非常浪費 ！ ） ， 但若對信號不加處理 ， 直接傳輸多路話音信號又會造成相互干擾 ，致使接收端無法分清各路信號 ， 因此必須用調(diào)制技術(shù)使得多路信號在同一個信道中同時傳輸 ， 以實現(xiàn)信道多路復(fù)用 。 第 2章 模擬調(diào)制 調(diào)制的功能與分類 把低頻信號變換成高頻信號以利于無線發(fā)送或在信道中傳輸 。假設(shè)我們把信號帶寬變?yōu)?2B，發(fā)射功率不變，則單位頻帶所占的功率變?yōu)?P/2B，比原來少了一半。 第 2章 模擬調(diào)制 雖然所有的實際系統(tǒng)，在實現(xiàn)帶寬和信噪比的互換上，都不能達到理想系統(tǒng)的水平，但都會有不同程度的提高或改善。 于是可得 //( 1 ) ( 1 )( 1 ) ( 1 )( 1 ) ( 1 )HHioHioBfoioiBfoioiSSB I b f I bNNSSI b I bNNSSNN? ? ?? ? ?? ? ?第 2章 模擬調(diào)制 由于實際上信噪比都遠遠大于 1， 因此上式變?yōu)? /() HBfoioiSSNS? 可見 ， 在理想系統(tǒng)中 ， 輸出信噪比 （ So/No） 隨帶寬 B按指數(shù)規(guī)律增加 。 第 2章 模擬調(diào)制 理想解調(diào)器將把帶寬為 B的信號解調(diào) （ 還原 ） 為帶寬為 fH的信號 ， 且其輸出信號的信息傳輸速率必須與輸入信號的相等 。 此信號經(jīng)過理想調(diào)制 （ 或編碼 ） 后的帶寬變?yōu)?B赫茲 。 那么為什么加大信號頻帶寬度可以提高信噪比呢我們以一個理想通信系統(tǒng)（ 圖 2― 25） 為例加以說明 （ 理想通信系統(tǒng)的概念在 ） 。 調(diào)頻信號因其抗干擾性好而廣泛地應(yīng)用在高質(zhì)量通信或信道噪聲較大的場合 ， 比如 ， 調(diào)頻廣播 、 電視伴音 、移動通信 、 模擬微波中繼通信等 。 因為調(diào)幅信號的信息就在它的包絡(luò)上 ， 也就是幅值上 ， 所以干擾對信號的影響很大；而調(diào)頻信號的信息搭載在頻率上與信號的幅值無關(guān) ， 因此 ， 信道干擾對傳輸?shù)男畔⒂绊懞苄?。 可見調(diào)頻信號的抗干擾能力比調(diào)幅信號好得多 。比如在調(diào)頻指數(shù) βf=5時 ， 信噪比增益 （ 信噪比增益定義為： ， 式中分母是解調(diào)器輸入已調(diào)信號的平均功率與解調(diào)器輸入噪聲的平均功率之比 ， 分子是解調(diào)器輸出調(diào)制信號的平均功率與解調(diào)器輸出噪聲的平均功率之比 ） 可達 450， 是常規(guī)調(diào)幅的 。 有興趣的讀者可自行分析其原理 。 可見 ， 鑒頻靈敏度與調(diào)制靈敏度是一對矛盾 ， 實際工程設(shè)計中要綜合考慮 。 如果把單位電壓對應(yīng)的頻偏值稱為調(diào)制靈敏度的話 ， 顯然 ， 從調(diào)制的角度上講 ， 調(diào)制靈敏度越高越好 。 假設(shè) 1V電壓對應(yīng) 10Hz的頻偏 ，那么一個幅值為 10V的調(diào)制信號需要 100Hz的頻偏 。 那么是不是 Kd越大越好 ？ Kd大 ， 直線陡 ， 在橫軸上的投影就會短 ， 也就是說 ， 瞬時頻率的變化范圍變小 ， 我們稱之為頻偏變小 。 直線段的斜率Kd越大 ， 直線就越陡峭 ， 則橫軸上頻率的微小變化 ，就會在縱軸上產(chǎn)生較大的電壓變化 ， 也就是說 ， 第 2章 模擬調(diào)制 鑒頻靈敏度高 。 我們使用的是該曲線中間的直線段部分 ，直線段的斜率叫做鑒頻靈敏度用 Kd表示 。 由此我們得到鑒頻器需要由微分器和包絡(luò)檢波器組成的結(jié)論 （ 見圖2― 22） 。 ( ) co s ( ) co s [ ( ) ]P M c fs t A t A t K f t d t??? ? ? ?該信號的瞬時角頻率 ω(t)為 ()( ) ( )cfdtt K f tdt???? ? ?第 2章 模擬調(diào)制 從上式中可以看到 ， 若在接收端能夠從調(diào)頻信號中取出 ω(t)， 再想辦法去掉 ωc項 ， 就可以得到調(diào)制信號 f(t)， 這就是鑒頻器的設(shè)計思路 。 在這里我們只介紹鑒頻器 。 如果希望從窄帶調(diào)頻變?yōu)閷拵д{(diào)頻，可用倍頻法，該方法的原理是在上述間接調(diào)頻法的基礎(chǔ)上，再在后面加一級倍頻電路即可，該方法又叫阿姆斯特朗（ Armstrong）法。直接法示意圖見圖 2―20 。 第 2章 模擬調(diào)制 調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào) 產(chǎn)生調(diào)頻信號一般有兩種方法，一種是直接調(diào)頻法，另一種是間接調(diào)頻法。 第 2章 模擬調(diào)制 【 例題 2― 2】 有一個 2MHz的載波受一個單頻正弦信號調(diào)頻 ， 峰值頻偏為 10kHz， 求： （ 1） 調(diào)頻信號的頻帶帶寬； （ 2） 調(diào)制信號幅度加倍后調(diào)頻信號的帶寬； （ 3） 調(diào)制信號頻率加倍后調(diào)頻信號的帶寬 。 第 2章 模擬調(diào)制 圖 2―19 調(diào)幅信號與窄帶調(diào)頻信號頻譜示意圖 SAM( ? )SN BF M( ? )F ( ? )0 ?－ ?m?m0 ?－ ?c?c－ ?m?c?c＋ ?m－ ?c－ ?m－ ?c＋ ?m－ ?c＋ ?m－ ?c－ ?c－ ?m?c－ ?m?c?c＋ ?m?0第 2章 模擬調(diào)制 單頻寬帶調(diào)頻的頻譜包含有載波 、 各次邊帶諧波及各種交叉調(diào)制諧波 ， 它形成一個無限寬的頻譜結(jié)構(gòu)且頻譜對稱分布于載頻兩側(cè)；盡管寬帶調(diào)頻信號的頻譜為無限寬 ， 但其頻譜的主要成分集中于載頻附近的有限帶寬內(nèi) 。 ） ；二是正 、 負(fù)頻率分量分別乘有因式 1/(ωωc)和 1/(ω+ωc)。 窄帶調(diào)頻的頻譜與 AM的頻譜很相似 ， 有載波分量和載頻兩邊的邊帶 ， 其帶寬也是調(diào)制信號最高頻率分量的兩倍 。 即 m axm ax: ( )6: ( )6ffN B F M K f t d tN B P M K f t???????????????(2― 24) 第 2章 模擬調(diào)制 式中 ,NBFM是窄帶調(diào)頻的縮寫 ， NBPM是窄帶調(diào)相的縮寫 。反之 ， 稱為寬帶角調(diào)制 。 第 2章 模擬調(diào)制 窄帶角調(diào)制和寬帶角調(diào)制 角調(diào)制根據(jù)已調(diào)信號瞬時相位偏移的大小 ， 劃分為兩種調(diào)制即窄帶角調(diào)制和寬帶角調(diào)制 。 調(diào)相與調(diào)頻這種互相轉(zhuǎn)換的關(guān)系見圖 2― 18。 第 2章 模擬調(diào)制 【 例題 2―1 】 已知一調(diào)制器的輸出為sFM(t)=10cos(106πt+8cos103πt)，頻偏常數(shù) Kf=2，求：（ 1）載頻 fc；（ 2）調(diào)頻指數(shù)；（ 3）最大頻偏；（ 4）調(diào)制信號 f(t)。βf=KfA m/ωm稱為調(diào)頻指數(shù)。 下面以調(diào)制信號為一單頻余弦波的特殊情況為例 ，給出調(diào)相信號和調(diào)頻信號的示意圖 （ 見圖 2― 17） 。 從式 （ 2― 20） 和 （ 2― 21）可知 ， 不管是調(diào)頻還是調(diào)相 ， 調(diào)制信號的變化最終都反映在瞬時相位 φ(t)的變化上 。sFM(t)為調(diào)頻信號 。 第 2章 模擬調(diào)制 如果讓瞬時頻率偏移 隨調(diào)制信號而變化 ，即將調(diào)制信號調(diào)制到載波的瞬時頻率上去 ， 就叫做頻率調(diào)制 。式（ 2―16 ）變?yōu)? ()dtdt?( ) ( )ct t t? ? ???(2―18) 式（ 2―17) 變?yōu)? ()()cdttdt??? ?? (2― 19) 第 2章 模擬調(diào)制 如果讓瞬時相位偏移 φ(t)隨調(diào)制信號而變化 ， 即將調(diào)制信號調(diào)制到載波的瞬時相位上去 ， 就叫做相位調(diào)制 。 若初相 φ不是常數(shù)而是 t的函數(shù)，則 φ(t)稱為瞬時相位偏移。 第 2章 模擬調(diào)制 通常 ， 載波的一般表達式為 c(t)=Acos(ωct+φ)=Acosθ(t) 設(shè) θ(t)=ωct+φ (2― 16) 則 θ(t)稱為載波的瞬時相位 ， φ稱為初始相位 。 第 2章 模擬調(diào)制 角 調(diào) 制 角調(diào)制的基本概念 前面講的 DSB、 AM、 SSB和 VSB都是幅度調(diào)制 ，即把欲傳送的信號調(diào)制到載波的幅值上 。聽眾通過旋轉(zhuǎn)調(diào)臺旋鈕（或電子調(diào)臺按鈕）改變收音機內(nèi)的帶通濾波器的中心頻率，使得濾波曲線在 535～1605kHz范圍內(nèi)來回移動， 第 2章 模擬調(diào)制 當(dāng)帶通濾波器的中心頻率與聽眾欲接收的廣播節(jié)目的載頻相同時 ， 就可將該節(jié)目信號選擇出來 ， 再通過電壓放大 、 解調(diào) 、 功率放大等處理就可還原成音頻信號由揚聲器 （ 喇叭 ） 播放出來 。普通中波段收音機的接收頻段是 535～ 1605kHz，該頻段可以看成是一個物理傳輸信道。 細心的讀者會發(fā)現(xiàn)上述頻分復(fù)用通信的信號是單向傳輸?shù)?（ 單工方式 ） ， 那么如何完成雙工通信呢 ？這就需要在通信的雙方再加一套同樣的頻分復(fù)用系統(tǒng)（ 但位置要倒過來 ） ， 信道可以采用同一信道 ， 但調(diào)制頻率必須改變 ， 保證兩個方向傳輸?shù)念l譜不重疊 。 為幫助理解 ， 用圖 2― 15說明頻分復(fù)用與解復(fù)用的全過程 。 三路語音信號經(jīng)載波調(diào)制后成為已調(diào)信號 ， 再經(jīng)加法器合成為一路已調(diào)信號送入信道傳輸 ， 完成發(fā)送端的頻分復(fù)用任務(wù) 。根據(jù)調(diào)制定理，在發(fā)送端用振蕩器產(chǎn)生三個頻率不同的正弦型信號作為載波 c1(t)=cosω1t、 c2(t)=cosω2t、 c3(t)=cosω3t分別與三路語音信號相乘，將它們調(diào)制在 ω ω ω3三個頻率上。 顯然在發(fā)射端插入對廣大的信號接收者有益 ， 因此 ， 在廣播電視中為使接收機結(jié)構(gòu)簡單 、 成本低廉 ， 都是在發(fā)射時插入強載波 第 2章 模擬調(diào)制 圖 2―14 插入載波的包絡(luò)解調(diào)法 s ( t ) s a ( t )cd( t ) ＝ Adc o s ?ct包絡(luò)檢波sd( t )∑第 2章 模擬調(diào)制 頻分復(fù)用 (FDM) 頻分復(fù)用（ Frequency Division Multiplex）是調(diào)制技術(shù)的典型應(yīng)用，它通過對多路調(diào)制信號進行不同載頻的調(diào)制，使得多路信號的頻譜在同一個傳輸信道的頻率特性中互不重疊，從而完成在一個信道中同時傳輸多路信號的目的。 可以證明只要插入載波的幅值 Ad足夠大 ， sd(t)就會與調(diào)制信號 f(t)很近似 。 第 2章 模擬調(diào)制 通過研究人們發(fā)現(xiàn) ， 如果插入很強的載波 ，