第2章调制解调AC0HHOmE第2章 调制解调2.1概述2.2数字频率调制2.3数字相位调制2.4正交振幅调制（QAM)2.5扩展频谱调制2.6多载波调制思考题与习题BACK
第2章 调制解调 第2章 调制解调 2.1 概述 2.2 数字频率调制 2.3 数字相位调制 2.4 正交振幅调制(QAM) 2.5 扩展频谱调制 2.6 多载波调制 思考题与习题
第2章调制解调HHO2.1 概 述调制的的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的高频信号。该信号称为已调信号。调制过程用于通信系统的发端。在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，该过程称为解调。按照调制器输入信号（该信号称为调制信号)的形式，调制可分为模拟调制(或连续调制)和数字调制。模拟调制指利用输入的模拟信号直接调制(或改变)载波(正弦波)的振幅、频率或相位，从而得到调幅(AM)、调频(FM)或调相(PM)信号数字调制指利用数字信号来控制载波的振幅、频率或相位。常用的数字调制有：移频键控(FSK)和移相键控(PSK)等
第2章 调制解调 调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适 合信道传输的高频信号。该信号称为已调信号。调制过程用 于通信系统的发端。在接收端需将已调信号还原成要传输的 原始信号，该过程称为解调。 按照调制器输入信号(该信号称为调制信号)的形式，调 制可分为模拟调制(或连续调制)和数字调制。 模拟调制指利 用输入的模拟信号直接调制(或改变)载波(正弦波)的振幅、 频 率或相位， 从而得到调幅(AM)、 调频(FM)或调相(PM)信号。 数字调制指利用数字信号来控制载波的振幅、 频率或相位。 常用的数字调制有： 移频键控(FSK)和移相键控(PSK)等。 2.1 概 述
第2章调制解调H移动通信信道的基本特征是：第一，带宽有限，它取决于使用的频率资源和信道的传播特性：第二，干扰和噪声影响大，这主要是移动通信工作的电磁环境所决定的；第三，存在着多径衰落。针对移动通信信道的特点，已调信号应具有高的频谱利用率和较强的抗干扰、抗衰落的能力高的频谱利用率要求已调信号所占的带宽窄。它意味着已调信号频谱的主瓣要窄，同时副瓣的幅度要低（即辐射到相邻频道的功率要小）。对于数字调制而言，频谱利用率常用单位频带(1 Hz)内能传输的比特率(b/s)来表征。高的抗干扰和抗多径性能要求在恶劣的信道环境下，经过调制解调后的输出信噪比(S/N)较大或误码率较低
第2章 调制解调 移动通信信道的基本特征是： 第一，带宽有限，它取决 于使用的频率资源和信道的传播特性；第二，干扰和噪声影 响大， 这主要是移动通信工作的电磁环境所决定的； 第三， 存在着多径衰落。 针对移动通信信道的特点，已调信号应具 有高的频谱利用率和较强的抗干扰、 抗衰落的能力。 高的频谱利用率要求已调信号所占的带宽窄。 它意味着 已调信号频谱的主瓣要窄，同时副瓣的幅度要低(即辐射到相 邻频道的功率要小)。对于数字调制而言，频谱利用率常用单 位频带(1 Hz)内能传输的比特率(b/s)来表征。 高的抗干扰和抗多径性能要求在恶劣的信道环境下，经 过调制解调后的输出信噪比(S/N)较大或误码率较低
第2章调制解调H对于调制解调研究，需要关心的另一个问题就是可实现性。如采用恒定包络调制，则可采用限幅器、低成本的非线性高效功率放大器件。如采用非恒定包络调制，则需要采用成本相对较高的线性功率放大器件。此外，还必须考虑调制器和解调器本身的复杂性。综上所述，研究调制解调技术的主要内容包括：调制的原理及其实现方法、已调信号的频谱特性、解调的原理和实现方法、解调后的信噪比或误码率性能等
第2章 调制解调 对于调制解调研究， 需要关心的另一个问题就是可 实现性。 如采用恒定包络调制， 则可采用限幅器、 低 成本的非线性高效功率放大器件。 如采用非恒定包络调 制， 则需要采用成本相对较高的线性功率放大器件。 此外， 还必须考虑调制器和解调器本身的复杂性。 综上所述，研究调制解调技术的主要内容包括：调 制的原理及其实现方法、已调信号的频谱特性、解调的 原理和实现方法、解调后的信噪比或误码率性能等
第2章调制解调0m下面以调频信号为例说明调制解调的过程及其信号特征和性能。设载波信号为u(t) = U. cos(oct + )(2 - 1)式中，U一载波信号的振幅，の。一载波信号的角频率，一载波信号的初始相位。(2 - 2)u(t) = U. cos(ot +p(t)式中，(t)为载波的瞬时相位
第2章 调制解调 下面以调频信号为例说明调制解调的过程及其信 号特征和性能。 设载波信号为 ( ) cos( ) = +0 u t U t c c (2 - 1) 式中， Uc——载波信号的振幅， ωc——载波信号的角频 率，θ0——载波信号的初始相位。 u(t) U cos( t (t)) = c c + (2 - 2) 式中， φ(t)为载波的瞬时相位
第2章调制解调H设调制信号为um(t)，则调频信号的瞬时角频率与输入信号的关系为dp(t)= kum(t)(2 - 3)dt(t) = (" k,um(t)dt(2 - 4)式中，k为调制灵敏度
第2章 调制解调 设调制信号为um(t), 则调频信号的瞬时角频率与输 入信号的关系为 ( ) d d ( ) f m k u t t t = (2 - 3) t k u d t f m ( ) ( ) 0 = (2 - 4) 式中，kf为调制灵敏度
第2章 调制解调m因而调频信号的形式为(2 - 5)d1UFm(t) = U. cos @,t +(2 - 6)um(t) = Um cos 2t假设uFm(t) = U。 cos[o,t + m, sin 2tl(2 - 7)则kjUmAo,m(2 - 8)式中,mf22为调制指数
第2章 调制解调 因而调频信号的形式为 为调制指数。 f m m f F M c c f m m t F M c c f m k U m u t U t m t u t U t u t U t k u d = = = + = = + ( ) cos sin ( ) cos ( ) cos ( ) 0 (2 - 5) (2 - 6) (2 - 7) (2 - 8) 假设 则 式中
第2章调制解调H将式(2-7)展开成级数得uFm(t) = U.(Jo(m, )sin ct+ J,(m, )sin[(0。 + 2)t]- J(m,)sin[( - 2)t)+ J2(m,)sin[(0。 +22)t]- J2(m, )sin[(0。-22)t)+..(2 - 9)式中，J(m)为k阶第一类贝塞尔函数：(-1)(m, / 2)2j+kJ(m)=Z(2 - 10)j!(k + j)!j=0
第2章 调制解调 将式(2 - 7)展开成级数得 } ( )sin ( 2 ) ( )sin ( 2 ) ( )sin ( ) ( )sin ( ) ( ) { ( )sin 2 2 1 1 0 + + + − − + + − − = J m t J m t J m t J m t u t U J m t f c f c f c f c F M c f c 式中， Jk (mf )为k阶第一类贝塞尔函数： (2 - 9) = + + − = 0 2 !( )! ( 1) ( / 2) ( ) j j k f j k f j k j m J m (2 - 10)
第2章 调制解调?C0HHOmE西集振幅科技大学出服社西安电子科技大学出服社U.2元B=2m,+1)2电子科技大学出版社科技大学欢版社J(m)J(m)U.12J.(m)J(m)J(m.)学意饭庄电子科大学场0图2-1FM信号的频谱(m=2)
第2章 调制解调 图 2 - 1 FM信号的频谱(mf=2)
第2章 调制解调m若以90%能量所包括的谱线宽度(以载频为中心)作为调频信号的带宽，则可以证明调频信号的带宽为B = 2(m+1)Fm = 2(△fm+Fm)(2 - 11)m若以99%能量计算，则调频信号的带宽为B= 2(1+m, +m).F(2-12)FM信号的产生可以用压控振荡器（VCO)直接调频，也可以将调制信号积分后送入调相器进行间接调频。FM信号解调可采用鉴频器或锁相环鉴频
第2章 调制解调 若以90%能量所包括的谱线宽度(以载频为中心)作 为调频信号的带宽， 则可以证明调频信号的带宽为 B = 2(mf+1)Fm = 2(Δfm+Fm) (2 - 11) 若以99%能量计算， 则调频信号的带宽为 B mf mf Fm = 2(1+ + ) (2-12) FM信号的产生可以用压控振荡器(VCO)直接调频，也可以 将调制信号积分后送入调相器进行间接调频。FM信号解调可 采用鉴频器或锁相环鉴频