1

5.1 幅度调制（线性调制）的原理5.2 线性调制系统的抗噪声性能5.3 角度调制（非线性调制）的原理5.4 调频系统的抗噪声性能5.5 各种模拟调制系统的比较5.6 频分复用(FDM)和调频(FM)立体声

第 5章 模拟调制

2

5.1 幅度调制（线性调制）的原理基本术语：

调制 － 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。

调制信号 － 指来自信源的基带信号 载波 － 未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。

载波调制 － 用调制信号去控制载波的参数的过程。

已调信号 － 载波受调制后称为已调信号。

3

5.1 幅度调制（线性调制）的原理调制的目的

提高无线通信时的天线辐射效率。把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。

扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。

4

5.1 幅度调制（线性调制）的原理调制方式

模拟调制数字调制

常见的模拟调制幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带

角度调制：频率调制、相位调制

5

5.1 幅度调制（线性调制）的原理一般原理

载波：

幅度调制信号：

频谱：

0( ) cos cc t A t

( ) ( ) cosm cs t Am t t

( ) ( ) )2m c c

AS M M

6

5.1 幅度调制（线性调制）的原理5.1.1调幅（ AM）：时域表示式：

频谱：

调制器模型：

0 0( ) [ ( )]cos cos ( )cosAM c c cs t A m t t A t m t t

0

1( ) [ ( ) ( )] [ ( ) ( )]

2AM c c c cS A M M

m t ms t

cos ct

0A

7

5.1 幅度调制（线性调制）的原理波形图：

8

5.1 幅度调制（线性调制）的原理频谱图：组成：载频分量

上边带下边带

特点：上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像

9

5.1 幅度调制（线性调制）的原理

AM 信号的特性带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽 fH 的两倍：

功率：

式中 Pc = A02/2 － 载波功率，

－ 边带功率。

2 2 20

2 2 2 2 20 0

( ) [ ( )] cos

[ cos ( )cos 2 ( )cos

AM AM c

c c c

P s t A m t t

A t m t t A m t t

HAM fB 2

2/)(2 tmPs

10

5.1 幅度调制（线性调制）的原理• 调制效率：有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例称为调制效率：

• 当 m(t) = Am cos mt 时，

• 当 |m(t)|max = A0时 max ＝ 1/3

2

2 20

SAM

AM

m tP

P A m t

2 2

2 22 200

2m

AMm

m t A

A AA m t

11

5.1 幅度调制（线性调制）的原理5.1.2 双边带调制（ DSB ）时域表示式：频谱：无载频分量 曲线：

ttmts cDSB cos)()(

)]()([2

1)( ccDSB MMS

DSBs t

t

t

t

HH

M

DSBS

c c 0

12

5.1 幅度调制（线性调制）的原理5.1.3 单边带调制（ SSB ）原理：仅传输一个边带 , 省功率，省频带。滤波法

上单边带

下单边带

m t DSBs t c t载波

H SSBs t

1,( ) ( )

0,c

USBc

H H

1,( ) ( )

0,c

LSBc

H H

13

5.1 幅度调制（线性调制）的原理频谱图 :

技术难点：滤波器实现措施：多级调制（限制调制信号无直流分量）

14

5.1 幅度调制（线性调制）的原理相移法

SSB 信号的时域表示式：单频调制信号为DSB 信号的时域表示式为

若保留上边带，则有

tAtm mm cos)(

tAtA

ttAts

mcmmcm

cmmDSB

)cos(2

1)cos(

2

1

coscos)(

15

5.1 幅度调制（线性调制）的原理

若保留下边带，则有

合并：

1( ) cos( )

2USB m C ms t A t 1 1cos cos sin sin

2 2m m c m m cA t A t

1( ) cos( )

2LSB m C ms t A t 1 1

cos cos sin sin2 2m m c m m cA t t A t t

ttAttAts cmmcmmSSB sinsin2

1coscos

2

1)(

16

5.1 幅度调制（线性调制）的原理

上式中 Am sinmt 可以看作是 Am cosmt 相移

/2 的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记为“ ^ ” ，则有

推广到一般情况

tAtA mmmm sinsoc

1 1( ) cos cos cos sin

2 2SSB m m c m m cs t A t t A t t

ttmttmts ccSSB sin)(ˆ2

1cos)(

2

1)(

17

5.1 幅度调制（线性调制）的原理

希尔伯特滤波器传递函数

移相法 SSB调制器方框图 sgn)(/)(ˆ)( jMMH h

sgn)()(ˆ jMM

18

5.1 幅度调制（线性调制）的原理5.1.4 残留边带（ VSB ）调制

原理如图： M

cfcf 0

DSB

SSB

VSB

19

5.1 幅度调制（线性调制）的原理调制方法：滤波法、相移法

对残留边带滤波器特性的要求

VSB 解调器

m t DSBs t c t载波

H SSBs t

( )VSB DSBS S H 1[ ( ) )] ( )

2 c cM M H

LPF VSBs t ps t ds t

2cos cc t t

20

5.1 幅度调制（线性调制）的原理图中

代入

得到

VSB2 ( )cosp cs t s t t

( ) ( )p VSB c VSB cS S S

( )VSB DSBS S H 1[ ( ) )] ( )

2 c cM M H

1[ ( 2 ) )] ( )

2p c cS M M H

1[ ( ) ( 2 )] ( )

2 c cM M H

21

5.1 幅度调制（线性调制）的原理

低通滤波器的输出频谱为

为了信号 m(t) 无失真必须满足：

结论： H() 在 c 处必须具有互补对称（奇

对称）特性。如下图，

1( ) ( ) ( ) ( )

2d c cS M H H

( ) ( )c c HH H 常数，

22

5.1 幅度调制（线性调制）的原理

c

1

0.5

H

c

1

0.5

(a)

(b)0

23

5.1 幅度调制（线性调制）的原理5.1.5 线性调制的一般模型滤波法模型

时域表示式为：频域表示式为：

m t ms t

cos ct

h t

)(]cos)([)( thttmts cm

)()]()([2

1)( HMMS ccm

24

5.1 幅度调制（线性调制）的原理移相法模型

式中

)(]cos)([)( thttmts cm

( ) ( ) ( )I Is t h t m t ( ) ( ) cosI ch t h t t

( ) ( ) ( )Q Qs t h t m t ( ) ( )sinQ ch t h t t

m t ms t

cos ct

/ 2

IH

QH

Is t

Qs t

ttstts cQcI sin)(cos)(

25

5.1 幅度调制（线性调制）的原理5.1.6 相干解调与包络检波

相干解调

原理

LPF ms t ps t ds t

cos cc t t

ttsttsts cQcIm sin)(cos)()(

ttsttststs cQcIIp 2sin)(2

12cos)(

2

1)(

2

1)(

)()(2

1)( tmtsts Id

26

5.1 幅度调制（线性调制）的原理包络检波适用条件： AM 信号，且 |m(t)|max A0 ，结构：

R CAM信号 0A m tD

cH fRCf /1

27

5.2 线性调制系统的抗噪声性能5.2.1 分析模型

噪声分析：

噪声功率：

om t带通滤波器

ms t解调器

on t

ms t

in t

n t

ttnttn sc 00 sin)(cos)(

)](cos[)()( 0 tttVtni

)()()( 222 tntntnN scii

28

5.2 线性调制系统的抗噪声性能

设白噪声单边功率谱密度为 n0，带通滤波器是高度为 1 ，带宽为 B 的理想矩形函数，则解调器输入噪声功率为 。

输出信噪比

输入信噪比

BnN i 0

2o o

2o o

( )

( )

S m t

N n t 解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平均功率

)(

)(

入噪声平均功率平均功率

2

2

tn

ts

N

S

i

m

i

i 输输入信号

29

5.2 线性调制系统的抗噪声性能制度增益

5.2.2 DSB 调制系统的性能

输入信号为乘积

ii NS

NSG

/

/ 00

( )ms t

LPF BPF

)(tn

( )ms t

)(tni )(tno o ( )m t

cos ct

ttmts cm cos)()(

ttmtmttS ccm 2cos)(2

1)(

2

1cos)(

30

5.2 线性调制系统的抗噪声性能经低通滤波器后，输出信号：功率：

输入窄带噪声

o

1( ) ( )

2m t m t

2 2o o

1( ) ( )

4S m t m t

ttnttntn cscci sin)(cos)( )(

tttnttnttn ccsccci cossin)(cos)(cos)(

]2sin)(2cos)([2

1)(

2

1ttnttntn csccc

2 2o o

1( ) ( )

4 cN n t n t

o

1( ) ( )

2 cn t n t

BnNtn ii 02

4

1

4

1)(

4

1

31

5.2 线性调制系统的抗噪声性能输入信号平均功率为

输入信噪比

输出信噪比

制度增益

)(2

1cos)()( 222 tmttmtsS cmi

Bn

tm

N

S

i

i

0

2 )(2

1

22

o

o 0

1( ) ( )4

14 i

m tS m t

N n BN

o o/2

/DSBi i

S NG

S N

32

5.2 线性调制系统的抗噪声性能SSB 调制系统的性能

噪声功率

SSB 信号

解调器输出

输出信号功率

输出信噪比

o 0

1 1

4 4iN N n B

ttmttmts ccm sin)(ˆ2

1cos)(

2

1)(

o

1( ) ( )

4m t m t

2 2o o

1( ) ( )

16S m t m t

22

o

o 00

1( ) ( )16

1 44

m tS m t

N n Bn B

33

5.2 线性调制系统的抗噪声性能

输入信号功率

输入信噪比 制度增益

])(ˆ2

1)(

2

1[

4

1

]sin)(ˆcos)([4

1)(

22

22

tmtm

ttmttmtsS ccmi

)(4

1 2 tm

Bn

tm

Bn

tm

N

S

i

i

0

2

0

2

4

)()(

4

1

o o/1

/SSBi i

S NG

S N

34

5.2 线性调制系统的抗噪声性能讨论

上述分析表明 GDSB = 2GSSB，这不能说明DSB 系统的抗噪声性能比 SSB 系统好。

在相同的噪声功率谱密度，相同的基带信号带宽条件下，它们的输出信噪比是相等的，但 SSB所需的传输带宽仅是 DSB 的一半。

35

5.2 线性调制系统的抗噪声性能5.2.4 AM 包络检波的性能分析模型

输入信号输入噪声功率

( )ms t

BPF

)(tn

( )ms t

)(tni )(tno

o ( )m t 包络检波

ttmAts cm cos)]([)( 0

ttnttntn cscci sin)(cos)()(

2

)(

2)(

2202 tmA

tsS mi BntnN ii 02 )(

36

5.2 线性调制系统的抗噪声性能输入信噪比为

包络计算

其中

Bn

tmA

N

S

i

i

0

220

2

)(

0( ) ( ) [ ( ) ( )]cos ( )sin

( )cos[ ( )]m i c c s c

c

s t n t A m t n t t n t t

E t t t

2 20( ) [ ( ) ( )] ( )c sE t A m t n t n t

)()(

)()(

0 tntmA

tnarctgt

c

s

37

5.2 线性调制系统的抗噪声性能大信噪比情况 )()()]([ 22

0 tntntmA sc

2 20( ) [ ( ) ( )] ( )c sE t A m t n t n t

)()()()]([2)]([ 220

20 tntntntmAtmA scc

0 ( ) ( )cA m t n t

1

2(1 ) 1 , 12

xx x 当 时

)()]([2)]([ 02

0 tntmAtmA c

)]([

)(21)]([

00 tmA

tntmA c

)]([

)(1)]([

00 tmA

tntmA c

38

5.2 线性调制系统的抗噪声性能

输出信号功率输出噪声功率

输出信噪比 制度增益

2o ( )S m t

2 2o 0( ) ( )c iN n t n t n B

2o o

2 20

/ 2 ( )

/ ( )AM

i i

S N m tG

S N A m t

��������������

��������������2

o

o 0

( )S m t

N n B

39

5.2 线性调制系统的抗噪声性能讨论

1. GAM随 A0的减小而增加。2. GAM总是小于 1 。3. 最大信噪比增益为4. 在大信噪比时，采用包络检波器解调时的性能与同步检测器时的性能几乎一样。

3/2AMG

40

5.2 线性调制系统的抗噪声性能小信噪比情况 2 2

0[ ( )] ( ) ( )c sA m t n t n t

2 20( ) [ ( ) ( )] ( )c sE t A m t n t n t

)]()[(2)()( 022 tmAtntntn csc

)()(

)]()[(21)]()([

22022

tntn

tmAtntntn

sc

csc

)(cos)(

)]([21)( 0 t

tR

tmAtR

，其中

41

5.2 线性调制系统的抗噪声性能

代表噪声的包络及相位。

)()()( 22 tntntR sc

)(

)()(

tn

tnarctgt

c

s

)(cos

)(

)(1)( t

tR

tmAtR

)(cos)(

)]([21)()( 0 t

tR

tmAtRtE

)(cos)]([)( ttmAtR

E(t) 中没有单独的信号项，输出信噪比不随输入信噪比按比例地下降，而是急剧恶化。称为门限效应。

42

5.3 非线性调制（角度调制）的原理前言

角度调制：频率调制 (FM) 和相位调制 (PM) 载波的幅度保持恒定，而频率和相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化。

已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，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。

角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能。

43

5.3 非线性调制（角度调制）的原理5.3.1 角度调制的基本概念一般表达式

A 载波振幅[ct +(t)] ＝ (t) 瞬时相位(t) 瞬时相位偏移(t) = d[ct +(t)]/dt 瞬时角频率

d(t)/dt 瞬时频偏

)](cos[)( ttAts cm

44

5.3 非线性调制（角度调制）的原理调频与调相的定义调频（ FM ） 调相 (PM)

)()( tmKt p

)](cos[)( tmKtAts pcPM

)()(

)( tmKdt

tdt f

( ) cos[ ( ) ]FM c fs t A t K m d

( ) ( )ft K m d

dt

tdmKt f

)()(

45

5.3 非线性调制（角度调制）的原理

单音调制 FM 与 PM

调制信号：

调相信号：

调相指数： mp = Kp Am，

表示最大相位偏移。

( ) cos cos 2m m m mm t A t A f t

)coscos()( tAKtAts mmpcPM

)coscos( tmtA mpc

46

5.3 非线性调制（角度调制）的原理

调频信号：

调频指数：

最大角频偏：

最大频偏：

cos[ n ]c f mA t m si t

f mf

m m m

K A fm

f

f mK A

f mf m f

FM ( ) cos[ cos ]c f m ms t A t K A d

47

5.3 非线性调制（角度调制）的原理

t

m t

t

m t

t

t

t

t

c

0

PMs t

t

FMs t

t

c

0

00

0 0

PM 信号和 FM 信号波形：

48

5.3 非线性调制（角度调制）的原理

m t FMs tFM调制器

m t FMs t积分器

PM调制器

m t PMs tPM调制器

m t PMs t微分器

FM调制器

（ a ）直接调频 （ b）间接调频

(c) 直接调相 (d) 间接调相

49

5.3 非线性调制（角度调制）的原理5.3.2 窄带调频（ NBFM ）

时域表示 :

）（或 5.06

])(

t

f dmK

( ) cos[ ( ) ]t

FM c fs t A t K m d

cos cos[ ( ) ] sin sin[ ( ) ]

t t

c f c fA t K m d A t K m d

tdmAKtA c

t

fc sin])(cos

50

5.3 非线性调制（角度调制）的原理频域表示 :由

和

得

)]()([sin

)]()([cos

)()(

ccc

ccc

jt

t

Mtm

j

Mdttm

)()( （设 m(t) 的均值为 0 ）

( ) ( )1[ ( ) ] sin

2c c

cc c

M Mm t dt t

51

5.3 非线性调制（角度调制）的原理

NBFM 和 AM 信号频谱的比较

• 带宽相同• 边频分别乘了因式 [1/( - c)] 和 [1/( + c)]

• NBFM 的一个边带和 AM反相

NBFM ( ) [ ( ) ( )]c cs A ( ) ( )

2f c c

c c

AK M M

1( ) [ ( ) ( )] [ ( ) ( )]

2AM c c c cS A M M

52

5.3 非线性调制（角度调制）的原理

单音调制 NBFM 和 AM 信号频谱的比较

调制信号

NBFM 信号为

AM 信号为

tAtm mm cos)(

( ) cos [ ( ) ]sint

NBFM c f cs t A t AK m d t

1

cos sin sinc m f m cm

A t AA K t t

cos cos( ) cos( )2

m Fc c m c m

m

AA KA t t t

( cos )cosAM m m cs A A t t s cos cosc m m cAco t A t

53

5.3 非线性调制（角度调制）的原理

频谱图

cos cos( ) cos( )2m

c c m c m

AA t t t

54

5.3 非线性调制（角度调制）的原理矢量图

上边频

下边频载波

上边频下边频载波

m

m m

m

55

5.3 非线性调制（角度调制）的原理5.3.3 宽带调频设：调制信号为则 FM 信号为：

tfAtAtm mmmm 2coscos)(

]sincos[)( tmtAts mfcFM

)sinsin(sin-)sincos(cos tmtAtmtA mfcmfc

tmJA mcn

fn )ncos()(

( ) ( ) ( ) ( )FM n f c m c mS A J m n n

56

5.3 非线性调制（角度调制）的原理讨论

• 由载波分量 c和无数边频 (c nm)组成。

• 当 n = 0 时是载波分量 c ，其幅度为 AJ0 (mf)

• 当 n 0 时是对称分布在载频两侧的边频分量 (c n

m) ，其幅度为 AJn (mf) ，相邻边频之间的间隔为 m；

且当 n 为奇数时，上下边频极性相反； 当 n 为偶数

时极性相同。

57

5.3 非线性调制（角度调制）的原理典型频谱结构

带宽• 理论带宽无限大• 工程计算（卡森公式）

c

)(2)1(2 mmfFM fffmB

58

5.3 非线性调制（角度调制）的原理

当 mf << 1 时， ，窄带调频的带宽。

当 mf >> 1 时， ，宽带调频的带宽。

当任意限带信号调制时， fm是调制信号的最高频率， mf是最大频偏 f 与 fm之比。

例如， FM 广播中规定的最大频偏 f 为 75kHz ，最高调制频率 fm为 15kHz ，故调频指数 mf ＝ 5 ，信号的频带宽度为 180kHz 。

mFM fB 2

fBFM 2

59

5.3 非线性调制（角度调制）的原理调频信号的功率分配信号的平均功率由帕塞瓦尔定理可知

利用贝塞尔函数的性质

得到

2FM FMP s t

2FM FMP s t

22 ( )

2 n fn

AJ m

2 ( ) 1n fn

J m

2

2FM c

AP P

60

5.3 非线性调制（角度调制）的原理5.3.4 调频信号的产生与解调产生： 直接调频法：用调制信号直接去控制载波振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性地变化。

• 优点：可以获得较大的频偏。• 缺点：频率稳定度不高

m t FMs tVCO

61

5.3 非线性调制（角度调制）的原理锁相环（ PLL ）调制器

62

5.3 非线性调制（角度调制）的原理间接法调频 [阿姆斯特朗（ Armstrong ）法 ]

m t 积分器

相位调制

倍频器

WBFMs t NBFMs t

cos cA t

63

5.3 非线性调制（角度调制）的原理间接法产生窄带调频信号

( )m t

载波 cos cA t

积分器

NBFM ( )S t 2/

( ) os [ ( ) ]sint

NBFM c f cs t Ac t AK m d t

64

5.3 非线性调制（角度调制）的原理倍频：目的：提高调频指数，获得宽带调频。方法：用非线性器件实现原理：以理想平方律器件为例，其输出 -输入特性为 ，当输入信号为调频信号时，

载频和相位偏移均增为 2 倍，由于相位偏移增为 2 倍，因而调频指数也必然增为 2 倍。

)()( 20 tasts i

)](cos[)( ttAts ci

)]}(22cos[1{2

1)( 2

0 ttaAts c

65

5.3 非线性调制（角度调制）的原理典型实例：调频广播发射机载频： 88-108 MHz ，频偏： f =75 kHz 。

一次调制：载频： f1 = 200kHz

调制信号最高频率： fm = 15kHz

频偏 ： f1 = 25 Hz

需要的倍频次数：倍频后载频为： f1×n = 200kHz×3000=600MHz

300025/1075/ 31 ffn

66

5.3 非线性调制（角度调制）的原理具体方案

m t WBFMs t

1cos 2 f t

NBFM调制器

1

1

1

f

f

m

1n

1 1

1 1

1 1

n f

n f

n m

2cos 2 f t

BPF2n

1 1 2

1 1

n f f

n f

c

f

f

f

m

121

2112 )(

fnnf

ffnnf c

跳过例 5-1

67

5.3 非线性调制（角度调制）的原理

【例 5-1】 设调制信号是 fm =15 kHz 的单频余弦信号， NBFM 信号的载频 f1 =200 k

Hz ，最大频偏 f1 =25 Hz； f2 = 10.9 MHz ，倍频次数 n1 = 64 ， n2 =48 。 (1) 求 NBFM 信号的调频指数；

(2) 求调频发射信号（即WBFM 信号）的载频、最大频偏和调频指数。

68

5.3 非线性调制（角度调制）的原理

解： NBFM 信号的调频指数为

调频发射信号的载频为

最大频偏为

调频指数为

-311 3

251.67 10

15 10m

fm

f

MHz2.91)109.101020064(48)( 632112 ffnnfc

kHzfnnf 8.76254864121

12.51015

108.763

3

m

f f

fm

69

5.3 非线性调制（角度调制）的原理调频信号的解调

om t FMs t BPF及限幅

微分电路

包络检波 LPF

ds t

鉴频器

dK

c 输入频率

输出电压

0

( ) [ ( )]sin[ ( ) ]t

d c f c fs t A K m t t K m d

o ( ) ( )d fm t K K m t

70

5.3 非线性调制（角度调制）的原理相干解调：相干解调仅适用于 NBFM 信号

NBFM ( )s t

LPF BPF )(tSi

o ( )m t

( )c t

微分 )(tS p

( )ds t

( ) cos [ ( ) ] sint

NBFM c f cs t A t A K m d t

ttc csin)(

( ) sin 2 [ ( ) ] (1 cos 2 )2 2

t

p c f c

A As t t K m d t

t

Fd dmKA

ts )(2

)( )(2

)(0 tmAK

tm F

71

5.4 调频系统的抗噪声性能分析模型

输入调频信号输入信号功率输入噪声功率输入信噪比

FM ( )s t

BPF

)(tn

)(tSi

)(tni LPF

)(tno o ( )m t

限幅 鉴频

FM ( ) cos[ ( ) ]t

c Fs t A t K m d

2/2ASi

FMi BnN 0

FMi

i

Bn

A

N

S

0

2

2

72

5.4 调频系统的抗噪声性能5.4.2 大信噪比时的解调增益分析方法：分析有用信号时设输入噪声为 0；分析输出噪声时设调制信号为 0 。

有用信号：有用信号平均功率：计算输出噪声时 , 解调器输入为

o ( ) ( )d fm t K K m t

22 2o o ( ) ( )d fS m t K K m t

s ( ) s ( ) cos ( )sin

( ) cos ( )sinc i c c c s c

c c s c

Aco t n t Aco t n t t n t t

A n t t n t t

73

5.4 调频系统的抗噪声性能

式中

在大信噪比时，即 A >> nc (t) 和 A >> ns (t) 时，

cos cA t t t

2 2( ) ( )c sA t A n t n t

( )arctan

( )s

c

n tt

A n t

－ 包络

A

tn

A

tn

tnA

tntΨ ss

c

s )()(arctan

)(

)(arctan)(

74

5.4 调频系统的抗噪声性能鉴频器的输出噪声

• ns(t) 为输入窄带高斯噪声的正交分量，其功率谱密度为 Pi (f) = n0

• 理想微分器功率传输函数为

• 故

dt

tdn

A

K

dt

tdΨKtn sd

dd

)()()(

2 2 2 22 2H f j f f

2 2

2 2 2 FM02 ,

2d d

d i

K K BP f H f P f f n f

A A

75

5.4 调频系统的抗噪声性能鉴频器前、后的噪声功率谱密度如下图所示

解调器输出（ LPF 输出）的噪声功率为

0

iP f

f

0n

FM / 2BFM / 2B

0

dP f

fFM / 2BFM / 2Bmfmf

76

5.4 调频系统的抗噪声性能

输出信噪比为

2 2

20o 2

2 2 30

2

4

8

3

m m

m m

f fd

df f

d m

K nN P f df f df

A

K n f

A

2 2 2

o2 3

o 0

3 ( )

8f

m

A K m tS

N n f

77

5.4 调频系统的抗噪声性能

单频调制情况

调频信号为

式中

输出信噪比

制度增益

ttm mcos)(

]sincos[)( tmtAts mfcFM

ff

m m m

K fm

f

22o

o 0

3 / 2

2 fm

S Am

N n f

2o o FMFM

/ 3

/ 2 fi i m

S N BG m

S N f

32 3)1(3 fff mmm

78

5.4 调频系统的抗噪声性能调频系统与调幅系统比较AM 输出信噪比

FM 输出信噪比

设 AM 信号为 100% 调制

则 讨论

Bn

tm

N

S

0

2

0

0 )(

22o

o 0

3 / 2

2 fm

S Am

N n f

22 ( )

2

Am t

o o 2FM

o o AM

/3

/ f

S Nm

S N

79

5.4 调频系统的抗噪声性能讨论：• 在输入 A 和 n0相同，则宽带调频系统解调器的输出信噪比是调幅系统的 3mf

2倍。• 传输带宽换信噪比。 AM 传输带宽是 2fm，

WBFM 相应于 mf = 5 时的传输带宽为 12fm .

• WBFM 信号的传输带宽 BFM与 AM 信号的传输带宽 BAM之间的一般关系为

FM AM2( 1) ( 1)f m fB m f m B

80

5.4 调频系统的抗噪声性能当 mf >> 1 时，

可见，宽带调频输出信噪比相对于调幅的改善与它们带宽比的平方成正比。调频是以带宽换取信噪比的改善。

FM

AMf

Bm

B

2

o o FM FM

o o AMAM

/3

/

S N B

S N B

81

5.4 调频系统的抗噪声性能

5.4.3 门限效应

门限效应 -- 当 (Si /Ni) 低于一定数值时， (So /No)急剧恶化。 门限值 -- 出现门限效应时所对应的输入信噪比，记为 (Si /Ni) b。

82

5.4 调频系统的抗噪声性能

降低门限值（也称门限扩展）的方法有很多，例如，可以采用锁相环解调器和负反馈解调器，它们的门限比一般鉴频器的门限电平低 6~10dB 。

还可以采用“预加重”和“去加重”技术来进一步改善调频解调器的输出信噪比。这也相当于改善了门限。

83

5.4 调频系统的抗噪声性能5.4.4 预加重和去加重

0

iP f

f

0n

FM / 2BFM / 2B

0

dP f

fFM / 2BFM / 2Bmfmf

om tFM调制器 信道

m t pH t FM解调器 dH t

84

5.4 调频系统的抗噪声性能传输信号不失真条件

性能要求输出信号功率相同，所以输出信噪比的改善程度可用加重前的输出噪声功率与加重后的输出噪声功率的比值确定，即

1( )

( )pd

H fH f

2

( )

( ) ( )

m

m

m

m

f

df

f

d df

P f df

P f H f df

85

5.4 调频系统的抗噪声性能实用电路：

预加重网络与网络特性

去加重网络与网络特性

86

5.5 各种模拟调制系统的比较调制方式 传输带宽 设备复杂

程度 主要应用

AM 2fm 简单 中短波无线电广播

DSB 2fm 中等

应用较少

SSB fm 复杂

短波无线电广播、话音频分复用、载波通信、数据传输

VSB

略大于 fm 近似 SSB 复杂

电视广播、数据传输

FM 中等超短波小功率电台（窄带 FM ）；调频立体声广播等高质量通信（宽带 FM ）

87

5.6 频分复用 (FDM) 和调频 (FM) 立体声

5.6.1 频分复用（ FDM ）• 目的：提高信道利用率• 原理：

LPF BPF调制器

消息信号

1CH 1CH

2CH 2CH

1cf

LPF

LPF

调制器

调制器

BPF

BPF

2cf

cnf

1cf

CHn CHn

+信道

BPF

BPF

BPF

解调器

解调器

解调器

2cf

cnf

LPF

LPF

LPF

88

5.6 频分复用 (FDM) 和调频 (FM) 立体声

典型例子：多路载波电话系统• 每路电话信号的频带 300—3400Hz ，各路间留有防护频带，标准带宽取 4 kHz；

• 层次结构： 12 路电话复用为一个基群； 5个基群复用为一个超群，共 60 路电话；由10 个超群复用为一个主群，共 600 路电话。

• 基群频谱结构图

(kHz)f686460

108

89

5.6 频分复用 (FDM) 和调频 (FM) 立体声

载波频率 FDM 技术主要优点 -- 信道利用率高，技术成熟；缺点是设备复杂，滤波器难以制作，并且调制、解调等过程会不同程度地引入非线性失真，而产生各路信号的相互干扰。

kHz12464 Nf cN

90

5.6 频分复用 (FDM) 和调频 (FM) 立体声

5.6.2 调频立体声广播原理：

91

5.6 频分复用 (FDM) 和调频 (FM) 立体声

频谱结构

0~15kHz 用于传送 (L+R) 信号 23kHz~53kHz 用于传送 (L-R) 信号 59kHz~75kHz 则用作辅助通道 (L-R) 信号的载波频率为 38kHz在 19kHz 处发送一个单频信号（导频）在普通调频广播中，只发送 0—15kHz 的 (L+R) 。