非线性调制(角度调制)原理
常见的调制方式
1. 常见的调制方式调制方式用途常规双边带调幅AM 广播抑制载波双边带调幅DSB 立体声广播线性调制单边带调幅SSB 载波通信、无线电台、数传连残留边带调幅VSB 电视广播、数传、传真续频率调制FM 微波中继、卫星通信、广播载非线性调制相位调制PM 中间调制方式波幅度键控ASK 数据传输调频率键控FSK 数据传输制数字调制相位键控PSK 、DPSK 、QPSK 等数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制QAM 、MSK 等数字微波、空间通信脉幅调制PAM 中间调制方式、遥测脉冲模拟调制脉宽调制PDM （PWM ）中间调制方式脉脉位调制PPM 遥测、光纤传输冲脉码调制PCM 市话、卫星、空间通信调增量调制DM 军用、民用电话制脉冲数字调制差分脉码调制DPCM 电视电话、图像编码其他语言编码方式ADPCM 、APC 、中低数字电话LPC2. 模拟调制系统c2.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制： 用载波信号去控制高频载波的振幅， 使其按照调制信号的规律而变化的过程。
调制信号 v tV cos t载波信号 v c tV c cos c t调幅波（ AM ）信号S AM tV cK a v t cos c t V c 1 K cos t cos c tV c cos c t1 KV2 cos c t 1 KV 2cos c t比例系数 -- K a，调幅指数 -- K频域表达式S AMcK a V V c1MM22.2 抑制载波双边带（ DSB ）调制DSB 信号S DSB tv t V c cos c t1V V c 2cos ct1KV 2V c cos c频域表达式 1 S DSBM2 cMc2.3 单边带（ SSB ）调制SSB 信号，上边带v SSB 上 t1V V c 2cos ct频域表达式 1 S SSB 上Mc2 1下边带 v SSB 下 tV V c cos ct2频域表达式 1 S SSB 下M c2SSB 信 号上 下 边 带 合 起 来c c cc2v SSB 合 t1 V V c2 cos c cos t 1 V V c 2sin csin t通过相移法可得 SSB 信号2.4 相干解调与包络检波2.4.1 相干解调相干解调也称同步检波。
非线性调制角度调制
四、窄带和宽带角度调制概念
1．窄带角度调制
调相、调频引起的最大瞬时相位频移远远小于30度
优点： 易于提取
f(t) 调制信号
积分器
AcosWct 载波
×
-90度移相
| KFM
f
(t
)dt
|m
ax
6
|
K PM
f
(t)
|max
6
∑ SNBFM(t)
+
窄带调频调制器
2．宽带角度调制 调相、调频引起的最大瞬时相位频移大于30度
定义：瞬时相位偏移随基
带信号比例变化的调制
说明：
(t)Kpm(t)
Ａ振幅为恒定值
[Ct(t)]为瞬时相位
S m (t)AC [ct oK s pm (t)]
(3)频率调制
(t)为瞬时相位偏移
d[Ct (t)]为信号瞬时频率
dt
定义：瞬时频率偏移随基带信号 d ( t ) 为瞬时频率偏移
成比例变化的调制
4．调频在多路电话和频分多址的应用（参考复用）
模拟调制比较
设：加性噪声均值为零、双边带功率谱密度的高斯白噪声
m (t) 0
基带信号满足 m 2 ( t ) 1
2 m (t) 1
max
1、Bb为调制信号带宽 2、门限值： 当小信噪比下没有用的信号 项，输出由噪声决定，为 “门限效应”对应门限值。 3、门限值以上：抗噪性能
kF为频偏常数
3．输入噪声——经过B.P.F的噪声
A2 Si 2 A2 Ni n0 B 2n0 B
4．输出噪声
So 3A2KF2m2(t)
No
82n0 fm3
调制解调的原理与应用
调制的分类
根据调制器的功能不同进行划分 （1）幅度调制，调制信号m(t)改变载波信号C(t)的振 幅参数，如调幅(AM)振幅键控 (ASK)等。 （2）频率调制，调制信号m(t)改变载波信号C(t)的频 率参数，如调频(FM)频率键控(FSK)等。 （3）相位调制，调制信号m(t)改变载波信号C(t)的相 位参数，如调相(PM)相位键控(PSK)等。
线性调制系统的解调
当R、C满足条件 1 << RC << 1时，包络
wc
wH
检波器的输出基本上与输入信号的包
络变化呈线性关系，即
m0(t) = A0 + m(t)
隔去直流信号就可后得到原信号 m(t)
非线性调制原理简述
线性调制方式所具有的共同的特点，就是调 制后的信号频谱只是调制信号的频谱在频率 轴上的搬移，以适应信道的要求。虽然频率 位置发生了变化，但是频谱的结构没有改变。
调制的基本原理
调制的实质是频谱搬移其原理如图所示，
将调制信号f(t)乘以载波信号cos(ω0t)或
sin(ω0t),得到高频已调信号y(t),即
X
y(t)=f(t)cos(ω0t)或y(t)=f(t)sin(ω0t)
对y(t)做傅里叶变换可得
调制的基本原理
解调的基本原理
同步解调也是在频谱搬移 的基础上实现的，在接收 端对已调信号乘以与发射 端频率相同 的本地载波信 号。然后让信号通过一定 增益的低通滤波器从而实 现对信号的解调。
调制的分类
根据调制器频谱搬移特性的不同进行划分 （1）线性调制，输出已调信号Sm(t)的频谱和调制信号m(t) 的频谱之间呈线性搬移关系，如AM、单边带调制（SSB） 等。 （2）非线性调制，输出已调信号Sm(t)的频谱和调制信号 m(t)的频谱之间没有线性对应关系，即在输出端含有与调 制信号频谱不呈线性对应关系的频谱成分，如FM、FSK等。
自考通信原理--名词解释
码距：把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离，简称码距码间串扰：是由于系统传输总特性的非理想。
导致到当前码元的波形畸变、展宽，并使前面的波形出现很长的拖尾蔓延到当前码元的抽样时刻，从而对当前码元的判决造成干扰。
窄带随机过程：如果随机过程的频谱密度集中在中心频率F附近相对窄的频率范围，即满足，则称为窄带随机过程。
群同步：又称帧同步，是指在接收端产生与每“帧”、每“组”起止时刻相一致的同步时钟序列，以便对接收码元进行正确分组。
调制信道：指发送端调制器输出端至接收端调制器输入端之间的部分，是用来研究调制与解调问题的，属于广义信道。
编码信道：指发送端调制器输出端至接收端调制器输入端之间的部分，是用来研究调制与解调问题的，属于广义信道。
信道：是一种物理媒介，用来将来自发送设备的信号传送到接收端。
信道容量：是指信道能够传输的最大平均信息速率。
数字基带传输系统：不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统称为数字基带传输系统。
最佳基带传输系统：将消除了码间串扰并且误码率最小的基带传输系统称为最佳基带传输系统。
数字带通传输系统：把包括调制和解调过程的数字传输系统称为数字带通传输系统。
数字基带信号：未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。
最佳接收机：指在差错概率最小准则下得到的最佳接收系统。
量化噪声：量化输出电平和量化前的抽样值一般不同，两者之间存在误差，这个误差称为量化噪声。
能量信号：若一个信号的能量E是一个正的有限值，则称此信号位能量信号。
差分相移键控：为克服绝对相移键控的相位模糊，差分相移键控就是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息。
相对移相键控：是利用前后相邻码元的载波相对相位变化来传递数字信息，而其频率和幅度保持不变。
角度调制：指高频载波的频率或相位按照基带信号的规律而变化的一种调制方式，是一种非线性调制，已调信号的频谱不再保持原理基带频谱的结构。
数字调制：是指用数字基带信号控制载波的某些参数，将数字基带信号变化为数字带通信号的过程。
西南大学通信原理第五章模拟调制系统
渤2
学习内容
第五章 模拟调制系统
1 幅度调制（线性调制）的原理 2 线性调制系统的抗噪声性能 3 非线性（角度调制）的原理 4 调频系统的抗噪声性能 5 各种模拟调制系统的比较 6 频分复用和调频立体声
渤3
学习目标
学习要点
1、调制的定义、功能和分类； 2、线性调制的原理（表示式、频谱、带宽、产生与解调）； 3、线性调制系统的抗噪声性能，门限效应； 4、调频（FM）、调相（PM）的基本概念； 5、调频信号频带宽度的计算——卡森公式； 6、调频信号的生产与解调方法； 7、预加重和去加重的概念； 8、 FM、DSB、SSB、VSB、AM的性能比较； 9、频分复用、复合调制和多级调制的概念。
渤34
第一节 幅度调制（线性调制）的原理
显然，为保证解调输出无失真地恢复调制信号m（t）， 上式中的传递函数必须满足：
式中，H——调制信号的截止角频率。
收端是如何不失真地恢复出原基带信号：
残留边带滤波器的特性H（）在c处必须具有互补对称（
奇对称）特性，相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢 复所需的调制信号。
渤41
第一节 幅度调制（线性调制）的原理
3）相干解调器性能分析 已调信号的一般表达式为
与同频同相的相干载波C（t）相乘后，得
经低通滤波器后，得到 因为SI（t）是m（t）通过一个全通滤波器HI （） 后的结果， 故上式中的Sd（t）就是解调输出，即
渤42
第一节 幅度调制（线性调制）的原理
2、包络检波 1）适用条件：AM信号，且要求|m（t）|max A0 。
把上式推广到一般情况，则得到
式中，
实质：宽带相移网络。
DSB
m(t )
×
s DSB (t ) cos ω c t
M (ω )
t
cos ω c t
t
ωH
ωH
S DSB (ω )
ω
2ω H
s DSB (t )
t
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ωc
ω ωc 现代通信系统原理
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第3章 模拟调制系统
DSB信号不能进行包络检波,需采用相 信号不能进行包络检波, 信号不能进行包络检波 干解调;除不含有载频分量离散谱外, 干解调;除不含有载频分量离散谱外,DSB 信号的频谱由上下对称的两个边带组成. 信号的频谱由上下对称的两个边带组成.故 DSB信号是不带载波的双边带信号,它的带 信号是不带载波的双边带信号, 信号是不带载波的双边带信号 宽为基带信号带宽的两倍. 宽为基带信号带宽的两倍.
第3章 模拟调制系统
第3章 模拟调制系统 章
3.1 3.2 幅度调制的原理 线性调制系统的抗操声性能
3.3 角度调制(非线性调制) 角度调制(非线性调制)的原 理及抗噪声性能 3.4 3.5
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各种模拟调制系统的比较 频分复用(FDM) 频分复用( )
现代通信系统原理
1
第3章 模拟调制系统
LPF
mo (t )
cos ω c t
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现代通信系统原理
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第3章 模拟调制系统
乘法器输出为: 乘法器输出为:
1 s p (t ) = s SSB (t ) cos ω c t = [m(t ) cos ω c t m(t ) sin ω c t ] cos ω c t 2 1 1 2 = m(t ) cos ω c t m(t ) cos ω c t sin ω c t 2 2 1 1 1 = m(t ) + m(t ) cos 2ω c t m(t ) sin 2ω c t 4 4 4
通信原理总结
4）VSB：抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电视广播等系统中得到了广泛应用。
5）FM：抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。
>>角度调制（非线性调制）：
或 随m(t)成比例变化，前者称为相位调制，后者称为频率调制。从频谱上来说，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同，出现了新的频率分量，因此也称非线性调制。
2.幅度调制的原理
(1)标准调幅（AM）信号
>>模型图
图2.1
>>表达式
其中 对应载波项， 对应边带项。
为了防止过调制，要求调幅系数
第六章数字基带传输系统
一、概述
本章介绍了数字基带传输结构，数字基带及其频谱特性，包括数字基带的各种类型及它们的特点，基带传输常用的码型以及各种码型的特点和适用范围。了解引起码间干扰的原因以及如何减弱码间干扰。
二、知识点归纳
(1)数字基带系统的组成
(2)常用的基带信号波形
(3)基带传输的常用码型
(4)码间串扰和信道噪声是影响基带传输性能的两个主要因素。因此如何减弱码间串扰和消除噪声是研究两个重点。
4.非线性调制
5.各种模拟调制系统的比较
>>所有系统在“同等条件”下进行比较：
解调器输入信号功率为Si
信道噪声均值为0，单边功率谱密度为n0
基带信号带宽为fm
其中AM的调幅度为100%，正弦型调制信号
1）抗噪声性能：FM最好，DSB/SSB、
VSB次之，AM最差；
非线性模拟调制系统.pptx
它们的频谱如图 4 - 18 所示。由此而画出的矢量图如图 4 - 19 所示。在AM中，两个边频的合成矢量与载波同相，只发 生幅度变化；而在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，因而NBFM存在相位变化Δφ， 当最大相位偏移满足式（4.3 - 9）时， 幅度基本不变。这正是 两者的本质区别。
6
(或0.5）
时，式（4.3 - 8）可以得到简化，因此可求出它的任意调 制信号的频谱表示式。这时，信号占据带宽窄，属于窄带调 频（NBFM）。反之，是宽带调频（WBFM）。
7
第8页/共52页
1. 窄带调频（NBFM）
调频波的一般表示式为
sFM(t)=A cos［ωct+
kf
t
m( )d ]
为方便起见， 假设A=1, 有
mf≥10 时，BFM≈2Δf 这是大指数宽带调频情况， 说明带宽由最大频偏决定。
以上讨论的是单音调频情况。对于多音或其他任意信号 调制的调频波的频谱分析是很复杂的。根据经验把卡森公式 推广，即可得到任意限带信号调制时的调频信号带宽的估算
23
第24页/共52页
BFM=2(D+1)fm
(4.3 - 24)
这里，fm是调制信号的最高频率，D是最大频偏Δf与fm 的比值。
24
第25页/共52页
调频信号的产生与解调
1. 产生调频波的方法通常有两种： 直接法和间接法。
（1） 直接法。直接法就是用调制信号直接控制振荡器的 频率，使其按调制信号的规律线性变化。
振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器 （VCO）。每个压控振荡器自身就是一个FM调制器，因为它 的振荡频率正比于输入控制电压，
t
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非线性调制（角度调制）原理
1．角度调制的基本概念
（1）相位调制（PM）
①相位调制的定义
相位调制是指瞬时相位偏移随调制信号m(t)作线性变化的过程。
即
②相位调制的信号表达式
当调制信号为m(t)，调相信号一般表达式为
（5-1-1）设调制信号时，可得PM信号为
（5-
1-2）③相位调制的参量
a．调相灵敏度K P
式（5-1-1）中K p为调相灵敏度（rad／V），是单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量。
b．调相指数m p
式（5-1-2）中m p＝K p A m为调相指数，是最大的相位偏移。
④相位调制的波形图
图5-16 PM信号波形图
（2）频率调制（FM）
①频率调制的定义
频率调制是指瞬时频率偏移随调制信号m(t)成比例变化的过程，即
②频率调制的信号表达式
当调制信号为m(t)，可得调频信号一般表达式为
（5-1-3）设调制信号时，可得FM信号为
（5-1-4）③频率调制的参量
a．调频灵敏度K f
式（5-1-3）中K f为调频灵敏度（rad／（s·V）），是单位调制信号幅度引起FM信号的瞬时频偏量。
b．调频指数m f
式（5-1-4）中m f为调频指数，其表达式
是最大的相位偏移；其中的Δω＝K f A m，为最大角频偏；Δf＝m f·f m，为最大频偏。
④相位调制的波形图
图5-17FM信号波形图
（3）FM与PM之间的关系
①PM与FM的区别
PM是相位偏移随调制信号rn(t)线性变化，FM是相位偏移随m(t)的积分呈线性变化。
②FM与PM的关系图
图5-18 FM与PM之间的关系图
③FM与PM相互转换关系
a．间接调相：将调制信号先微分，而后进行调频，得到调相波的方式。
b．间接调频：将调制信号先积分，而后进行调相，得到调频波的方式。
2．窄带调频
（1）窄带调频的概念
当FM信号的最大瞬时相位偏移满足
（5-1-5）
时，FM信号的频谱宽度比较窄，称为窄带调频（NBFM）。
（2）窄带调频的信号表达式
窄带调频信号的时域表达式为
（3）窄带调频的频谱
①频谱表达式
窄带调频信号的频域表达式为
②频谱特性
a．频谱含有一个载波和位于±ωc处的两个边带；
b．带宽是调制信号最高频率的两倍；
c．边频分别乘了因式和，频率加权的结果引起调制信号频谱的失真；
d．一个边带和AM反相。
（4）窄带调频的特点
①最大频率偏移较小；
②占据的带宽较窄；
③抗干扰性能比AM系统要好；
3．宽带调频
（1）宽带调频的概念
当FM信号的最大瞬时相位偏移不满足式（5-1-5）时，FM信号的频谱宽度比较宽，称为宽带调频（WBFM）。
（2）宽带调频的信号表达式
设单音调制信号为，宽带调频的信号时域表达式为
式中，J n(m f)为第一类n阶贝塞尔（Bessel）函数，是调频指数m f的函数。
（3）宽带调频的频谱
①频谱表达式
宽带调频的信号频域表达式为
②频谱特性
a．频谱由载波分量ωc和无数边频ωc±nωm组成；
b．当n＝0时是载波分量ωc，其幅度为AJ0(m f)；
c．当n≠0时就是对称分布在载频两侧的边频分量ωc±nωm，幅度为AJ n(m f)，相邻边频之间的间隔为ωm；
d．当n为奇数时，上、下边频极性相反；当n为偶数时极性相同。
（4）宽带调频的的带宽
①单一频率调制
a．调频波FM的有效带宽为
式中，为最大频偏，为调制频率。
b．当m f＜＜1时，带宽近似为
B FM≈2f m（NBFM）
即窄带调频的带宽，带宽只随调制频率f m变化，与最大频偏Δf无关。
c．当m f＞＞1时，带宽近似为
B FM≈2Δf（WBFM）
此时，带宽由最大频偏Δf决定，与调制频率f m无关。
②非单一频率调制
对于多音或任意带限信号调制的调频信号的带宽为
式中，f m是调制信号的最高频率，m f是最大频偏Δf与f m的比值。
（5）宽带调频的功率分配
调频信号s FM(t)在1Ω电阻上消耗的平均功率为
调制后总的功率不变，将原来载波功率中的一部分分配给每个边频分量。
即调制过程是进行功率的重新分配，分配原则与调制指数m f有关。
4．调频信号的产生与解调
调频：用调制信号控制载波频率的变化。
（1）调频信号的产生
①直接调频法
a．直接调频的定义
直接调频是用调制信号直接控制载波振荡器的频率，使其按调制信号的规律作线性变化的过程。
b．直接调频的实现框图
图5-19 直接调频实现框图
其中，VCO是压控振荡器，其振荡频率正比于输入控制电压，即
②间接调频法（阿姆斯特朗法）
a．间接调频的定义
间接调频是先将调制信号积分，然后对载波进行调相，产生一个NBFM信号，再经n次倍频器得到WBFM信号的方法。
b．间接调频的实现框图
图5-20 间接调频实现框图
c．间接调频的特点
优点：频率稳定度好。
缺点：需多次倍频和混频，电路较复杂。
（2）调频信号的解调
①非相干解调
a．非相干解调的表达式
当调频信号的一般表达式为
时，解调器的输出应为
b．非相干解调的实现
图5-21 非相干解调实现框图
限幅器：消除信道中噪声和其他原因引起的调频波的幅度起伏。
带通滤波器（BPF）：让调频信号顺利通过，同时滤除带外噪声及高次谐波分量。
鉴频器：产生与输入调频信号的频率呈线性关系的输出电压。
关系图如下所示：
图5-22 振幅鉴频器特性
图5-23 振幅鉴频器的原理框图
微分器：把幅度恒定的调频波s FM(t)变成幅度和频率都随调制信号m(t)变化的调幅调频波s d(t)，即
包络检波器：将其幅度变化检出并滤去直流。
低通滤波器（LPF）：经低通滤波后得到的解调输出为
式中，K d为鉴频器灵敏度（V／（rad／s））。
c．非相干解调的应用
调频波进行解调时，非相干解调不需要同步信号对NBFM信号和WBFM信号均适用，是FM系统的主要解调方式。
②相干解调
a．相干解调的原理
图5-24 NBFM信号的相干解调图
b．相干解调的输出
c．相干解调的条件
本地载波与调制载波同步。
d．相干解调的应用
调频波进行解调时，相干解调仅对NBFM信号适用，且需同步信号，故应用范围受限。