模拟调制技术
一、非线性调制原理
1.对比
线性调制,
改变信号幅度进行频谱搬移，基带频谱结构不变
非线性调制,
频谱搬移后基带谱结构改变，是非线性变换
2.分类
频率调制：改变频率
相位调制：改变相位
均为角度变化，统称角度调制
3.数学表达式
(1)一般形式
)]([)( ttA C o stSm C ?? ??
说明,
Ａ振幅为恒定值
)]([ ttC ?? ? 为瞬时相位
)(t? 为瞬时相位偏移
dt
ttd C )]([ ?? ? 为信号瞬时频率
dt
td )(? 为瞬时频率偏移
(2)相位调制
定义：瞬时相位偏移随基
带信号比例变化的调制
)()( tmKt p??
)]([)( tmKtAC o stS pcm ?? ?
(3)频率调制
定义：瞬时频率偏移随基带信号
成比例变化的调制
)()( tmKdt td F?? ])([)( ??? dmKtA C o stS t
Fcm ?
??
??
二、非线性调制系统的抗噪声性能
以调频为例，频率调制与相位调制区别不大
1．解调器模型 ——鉴频法
带通
限幅器
鉴频器 L.P.F
S
FM
(t) m(t)
频率- 幅度变化（用包络检波）
2．输入信号
为频偏常数F
t
Fcm
k
dmktAtS ?
??
?? ??? )(c o s [)(
3．输入噪声 ——经过 B.P.F的噪声
Bn
A
Bn
A
N
S
i
i
0
2
0
2
2
2 ??
4．输出噪声
3
0
2
222
8
)(3
m
F
o
o
fn
tmKA
N
S
?
?
指数、最高频偏有关与基带信号功率、调频
mmm
F
f f
fKmtm ?????
?
?
?为单频余弦波，令设 )(
i
i
ff
o
o
N
Smm
N
S )1(3 2 ???
5,调制制度增益
)1(3
2
??? ff
i
i
o
o
mm
N
S
N
S
G
6．结论分析
在大调制指数 mf时,G很大，抗噪声性能好
7,AM和 FM比较
中AM)1(
Bn
tm
N
S
AM
o
o
0
2 )(
)( ? 2)(%1 0 0 22 Atm ?调制时，当
Bn
A
N
S
AM
o
o
0
2
%100 2)( ??
为基带信号最大频率，其中,mm ffB 2?
m
AM
o
o
fn
A
N
S
0
2
%1 0 0 4)( ??
中FM)2(
i
iffFM
o
o NSmmNS )1(3)( 2 ??
m
f fn
A
m
0
2
2 2
2
3?
2
%100 3)/()( fAM
o
o
FM
o
o m
N
S
N
S ??
以上的的输出信噪比是即,23 fmAMFM
三、调频信号的调制解调器方法
1．调频信号的产生方法
直接法,
使用压控振荡器（ VCO），如直接调频电路
倍频法,
类似线性调制，产生窄带调频信号，再倍频变为宽带调频信号
2．解调方法
（ 1）非相干解调 —— 例如鉴频器
带通
限幅器
L.P.F
S
FM
(t) m(t)
鉴频器
微分
器
包络
检波
（ 2）相干解调
B.P.F × 微分 L.P.F
已调信号
本地载波
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
6
|)(|
6
|)(|
m a x
m a x
?
?
??
???
tfK
dttfK
PM
FM
优点,
易于提取
积分器 ×
- 9 0 度移相
∑
+
-
f(t)
调制信号
AcosWct
载波
S
NBFM
(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
卡森公式及其应用
调频的带宽计算,
BFM=2(mf+1)fm=2(△ f+fm)
1、窄带调频
BFM= 2fm
2、宽窄调频
BFM= 2△ f
例：已知载波的振幅为 10V，瞬时频率为
f(t)=106+104cos2π× 103t Hz
求,1、调频波的表达式 2、求带宽 mf和 B
解,
1、瞬时角频率
ω(t)=2πf(t)= 2π× 106+ 2π× 104cos2π× 103t
tS i ntdt t 36 10210102)()( ?????? ? ?? ??????总相位
VtS i ntC o stA C o stS FM )10210102(10)()( 36 ?????? ???
2、根据卡森公式
△ f=| △ f(t)|max=|104cos2π× 103t|max=10kHz
mf= △ f/fm=104/103=10
B=2(△ f+fm)=22kHz
五、调频应用举例
1．调频广播
调频广播范围,88-108MHz，电台间隔 200KHz,
最大频偏 75KHz、最高调制频率 15KHz
5/1 8 0)1575(2)(2 ????????? mfm ffmK H zffB,调频指数带宽：
根据双声道立体声调频的规定（美：联邦通信委员会 FCC）,
（ 1）导频 19KHz分量只能占最大频偏的 10%（ 7.5KHz），属于窄带调频
（ 2）非立体声广播中，可以传辅助节目（ SCA）,SCA也属窄带调频
（ 3）不带 SCA的立体声 10%频偏给 19KHz导频,90%给 L+R和 L-R声道
（ 4）带 SCA时,10%频偏给 19KHz导频,10%给 SCA，其它给 L+R,L-R
2．模拟电视广播伴音
最大频偏,25KHz、伴音最高频率一般为 15KHz、带宽为 80KHz
3．卫星广播电视
以日本的卫星广播为例,
图形用调频，发射频率（ Ku波段） 12G；
NTSC制式、带宽为 4.2M，考虑保护带宽取 4.5MHz,
最大频偏 17MHz，其调频后带宽为（大频偏）
B=17+4.5× 2=26M,
所以,36M标准卫星转发器只能传 1路模拟方式的电视。
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
基带信号满足
1)(
2
1
)(
0)(
max
2
?
?
?
tm
tm
tm
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
FM>DSB,SSB>AM
一、非线性调制原理
1.对比
线性调制,
改变信号幅度进行频谱搬移，基带频谱结构不变
非线性调制,
频谱搬移后基带谱结构改变，是非线性变换
2.分类
频率调制：改变频率
相位调制：改变相位
均为角度变化，统称角度调制
3.数学表达式
(1)一般形式
)]([)( ttA C o stSm C ?? ??
说明,
Ａ振幅为恒定值
)]([ ttC ?? ? 为瞬时相位
)(t? 为瞬时相位偏移
dt
ttd C )]([ ?? ? 为信号瞬时频率
dt
td )(? 为瞬时频率偏移
(2)相位调制
定义：瞬时相位偏移随基
带信号比例变化的调制
)()( tmKt p??
)]([)( tmKtAC o stS pcm ?? ?
(3)频率调制
定义：瞬时频率偏移随基带信号
成比例变化的调制
)()( tmKdt td F?? ])([)( ??? dmKtA C o stS t
Fcm ?
??
??
二、非线性调制系统的抗噪声性能
以调频为例，频率调制与相位调制区别不大
1．解调器模型 ——鉴频法
带通
限幅器
鉴频器 L.P.F
S
FM
(t) m(t)
频率- 幅度变化（用包络检波）
2．输入信号
为频偏常数F
t
Fcm
k
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??
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3．输入噪声 ——经过 B.P.F的噪声
Bn
A
Bn
A
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4．输出噪声
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5,调制制度增益
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6．结论分析
在大调制指数 mf时,G很大，抗噪声性能好
7,AM和 FM比较
中AM)1(
Bn
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Bn
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为基带信号最大频率，其中,mm ffB 2?
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o
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S ??
以上的的输出信噪比是即,23 fmAMFM
三、调频信号的调制解调器方法
1．调频信号的产生方法
直接法,
使用压控振荡器（ VCO），如直接调频电路
倍频法,
类似线性调制，产生窄带调频信号，再倍频变为宽带调频信号
2．解调方法
（ 1）非相干解调 —— 例如鉴频器
带通
限幅器
L.P.F
S
FM
(t) m(t)
鉴频器
微分
器
包络
检波
（ 2）相干解调
B.P.F × 微分 L.P.F
已调信号
本地载波
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
6
|)(|
6
|)(|
m a x
m a x
?
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??
???
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dttfK
PM
FM
优点,
易于提取
积分器 ×
- 9 0 度移相
∑
+
-
f(t)
调制信号
AcosWct
载波
S
NBFM
(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
卡森公式及其应用
调频的带宽计算,
BFM=2(mf+1)fm=2(△ f+fm)
1、窄带调频
BFM= 2fm
2、宽窄调频
BFM= 2△ f
例：已知载波的振幅为 10V，瞬时频率为
f(t)=106+104cos2π× 103t Hz
求,1、调频波的表达式 2、求带宽 mf和 B
解,
1、瞬时角频率
ω(t)=2πf(t)= 2π× 106+ 2π× 104cos2π× 103t
tS i ntdt t 36 10210102)()( ?????? ? ?? ??????总相位
VtS i ntC o stA C o stS FM )10210102(10)()( 36 ?????? ???
2、根据卡森公式
△ f=| △ f(t)|max=|104cos2π× 103t|max=10kHz
mf= △ f/fm=104/103=10
B=2(△ f+fm)=22kHz
五、调频应用举例
1．调频广播
调频广播范围,88-108MHz，电台间隔 200KHz,
最大频偏 75KHz、最高调制频率 15KHz
5/1 8 0)1575(2)(2 ????????? mfm ffmK H zffB,调频指数带宽：
根据双声道立体声调频的规定（美：联邦通信委员会 FCC）,
（ 1）导频 19KHz分量只能占最大频偏的 10%（ 7.5KHz），属于窄带调频
（ 2）非立体声广播中，可以传辅助节目（ SCA）,SCA也属窄带调频
（ 3）不带 SCA的立体声 10%频偏给 19KHz导频,90%给 L+R和 L-R声道
（ 4）带 SCA时,10%频偏给 19KHz导频,10%给 SCA，其它给 L+R,L-R
2．模拟电视广播伴音
最大频偏,25KHz、伴音最高频率一般为 15KHz、带宽为 80KHz
3．卫星广播电视
以日本的卫星广播为例,
图形用调频，发射频率（ Ku波段） 12G；
NTSC制式、带宽为 4.2M，考虑保护带宽取 4.5MHz,
最大频偏 17MHz，其调频后带宽为（大频偏）
B=17+4.5× 2=26M,
所以,36M标准卫星转发器只能传 1路模拟方式的电视。
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
基带信号满足
1)(
2
1
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max
2
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tm
tm
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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
FM>DSB,SSB>AM
