第二章調(diào)制與解調(diào)-2

1、笫2章 調(diào)制與解調(diào) 2.1 幅度調(diào)制 2.1.1 標準幅度調(diào)制 2.1.2 抑制載波調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅和殘留邊帶調(diào)幅 2.1.3 正交幅度調(diào)制與解調(diào) 2.1.4 數(shù)字信號調(diào)幅2.2 角度調(diào)制 2.2.1 角調(diào)調(diào)制的基本概念 2.2.2 頻率調(diào)制信號的性質(zhì) 2.2.3 實現(xiàn)頻率調(diào)制的方法與電路 2.2.4 調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路 2.2.5 數(shù)字信號的相位調(diào)制2022/7/2612.1.2 抑制載波調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅和殘留邊帶調(diào)幅對標準調(diào)幅信號的分析曾經(jīng)得出： 從傳輸信息的角度看，載波分量是多余的，而且它還占去了調(diào)幅波總功率的一半以上，這對充分利用發(fā)射機功率不利。 由于載波分量的存在，有時還會對其它

2、信號形成干擾。 從傳輸信號的角度看，它所占的帶寬多一半是多余的，這對節(jié)省頻率資源不利。2.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（1）抑制載波調(diào)幅的時域表示式：（2）抑制載波調(diào)幅的頻域表示式：2022/7/2622.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)1）（3）抑制載波調(diào)幅信號的波形圖： 返回2022/7/2632.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)2） 從圖中可以看出： 抑制載波調(diào)幅信號中不含固定的載波分量，若調(diào)制信號的平均值不是零，會產(chǎn)生“載漏”。 調(diào)制信號是正值時的載波相位與調(diào)制信號是負值時的載波相位是反相的。 已調(diào)信號的幅度仍隨調(diào)制信號變化，但其包絡(luò)不能反映調(diào)制信號的形狀。 由于抑制載波調(diào)幅信號的幅度包絡(luò)不反映調(diào)

3、制信號的波形，因而也不能應(yīng)用峰值包絡(luò)檢波方法。所以，對這類調(diào)幅信號，只能使用同步解調(diào)方法。上圖2022/7/2642.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)3）（5）抑制載波調(diào)幅的解調(diào)電路：由于抑制載波調(diào)幅信號的幅度包絡(luò)不反映調(diào)制信號的波形，因而也不能應(yīng)用峰值包絡(luò)檢波方法。所以，對這類調(diào)幅信號，只能使用同步解調(diào)方法。帶通濾波器（4）實現(xiàn)抑制載波調(diào)幅的電路：2022/7/2652.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)4） 產(chǎn)生和載頻信號同頻同相本地載波是相干解調(diào)的一個關(guān)鍵問題：帶通濾波器平方器分頻器若輸入信號為：經(jīng)平方器后得：經(jīng)帶通濾波器取出上式中第二項，即：將此分量取出，經(jīng)放大限幅并經(jīng) 2：1 分頻，即可得所需

4、載波。2022/7/2662.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)5）12載波信號入調(diào)制信號入145舉例 1：標準幅度調(diào)制和抑制載波調(diào)幅。2022/7/2672.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)6）載波信號入：調(diào)制信號入：輸出信號為：討論：1.若1，4端和8，10端直流平衡，輸出是什么調(diào)幅波形？ 2.若8，10端直流平衡，如何得到標準調(diào)幅波形？ 3.載漏是如何產(chǎn)生的？ 4.若1，4端平衡，而8，10端不平衡，輸出是什么波形？2022/7/2682.1.2.2 單邊帶調(diào)幅 雙邊帶抑制載波調(diào)幅方式中，不含固定載波分量，因而可以有效地利用發(fā)射機的功率傳遞信息。但它是雙邊帶信號，所占帶寬仍為調(diào)制信號最高角頻率的兩

5、倍。 而從有效傳輸信息的角度看，只要傳送一個邊帶就夠了，只傳送一個邊帶的調(diào)幅信號稱為單邊調(diào)幅，可以選擇上邊帶也可以采用下邊帶。 單邊帶調(diào)幅，簡記為SSBAM，顯然，它既可充分利用發(fā)射機的功率又節(jié)省占有頻帶。所以，它是傳輸信息的最佳調(diào)幅方式。但是實現(xiàn)這種調(diào)幅方式的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)比較復雜。2022/7/2692.1.2.2 單邊帶調(diào)幅（續(xù)1）（1）單邊帶調(diào)幅的時域表示式 為了求得SSBAM信號的時域表示式，對SSBAM信號的頻譜函數(shù)進行逆傅立葉變換。令 表示為： 并假定調(diào)制信號的最高頻率 。根據(jù)逆傅立葉變換公式，可得SSBAM信號的時域表示式為 ：一個取上邊帶的SSBAM信號的時域表示式可記為 ：

6、稱 為 的希爾伯特（Hilbert）變換。 2022/7/26102.1.2.2 單邊帶調(diào)幅（續(xù)2）（1）單邊帶調(diào)幅的時域表示式 當SSBAM信號取下邊帶時，其時間函數(shù)表示式為 ： 若調(diào)制信號 為一單頻余弦信號 ，對載波 進行單邊帶調(diào)幅。（本例中取上邊帶）： 單邊帶調(diào)幅信號的幅度包絡(luò)不反映調(diào)制信號的波形。 對單邊帶調(diào)幅信號，只能使用同步解調(diào)方法。2022/7/26112.1.2.2 單邊帶調(diào)幅（續(xù)3）（2）實現(xiàn)單邊帶調(diào)幅的電路： 濾波法：當調(diào)制信號中含有低頻分量時，濾波器的實現(xiàn)困難。帶通濾波器SSBAM 存在問題：對濾波器提出很高要求。改進方法：2022/7/26122.1.2.2 單邊帶調(diào)幅

7、（續(xù)4）濾波濾波載波載波載波濾波功放2022/7/26132.1.2.2 單邊帶調(diào)幅（續(xù)5） 相移法：另一種實現(xiàn)單邊帶調(diào)幅的方法是相移法。2022/7/26142.1.2.2 單邊帶調(diào)幅（續(xù)6）（3）單邊帶調(diào)幅的解調(diào)電路： 從前面分析可知，SSBAM信號中，既無載波分量，其包絡(luò)也不反映調(diào)制信號的波形。因此，只能用同步解調(diào)方法。 為了實現(xiàn)同步解調(diào)，需要建立本地載波信號。由于SSBAM信號中不含載波分量，無法從調(diào)幅信號中直接濾出載波。通常，采用兩種方法： 在SSBAM信號中加入導頻。 在本地產(chǎn)生一個頻率為 的振蕩。當然，它不可能與發(fā)送信號中的載波同頻同相，因此，它不屬于相干解調(diào)。但只要這兩個載波的

8、頻率差在容許范圍之內(nèi)還是可用的。例如，在傳送話音信號時，如果頻率差在幾赫茲以內(nèi)，并不影響信息的傳送。2022/7/26152.1.2.3 殘留邊帶調(diào)幅 從有效傳輸信息的角度，單邊帶調(diào)幅是各種調(diào)幅方式中最好的。但SSBAM的調(diào)制與解調(diào)比較復雜。 不適于傳送帶有直流分量的信號（或包含大量低頻分量）。 在單邊帶調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅之間找到了一種折衷方式，這就是殘留邊帶調(diào)幅，簡記為VSBAM。 在VSBAM方式中，不是將一個邊帶完全濾除，而是保留一部分。下圖所示為VSBAM信號幅度譜的示意圖。 VSBAM與SSBAM不同，它傳送被抑制邊帶的一部分，同時又將被傳送邊帶抑制掉一部分，故稱其為殘留邊帶。為了保證

9、信號無失真地傳輸，傳送邊帶中被抑制的部分和抑制邊帶中被傳送的部分應(yīng)滿足互補對稱關(guān)系。2022/7/26162.1.2.3 殘留邊帶調(diào)幅（續(xù)1） 廣播電視系統(tǒng)的圖象部分應(yīng)用的是殘留邊帶調(diào)幅，它在發(fā)送端和接收端都接有濾波器。發(fā)端和收端濾波器的頻率特性分別如下圖所示。發(fā)送端傳送上邊帶，同時將下邊帶中載波附近0.75MHz的部分全部保留。 接收端的濾波器，在載波 附近0.75MHz范圍內(nèi)滿足互補對稱關(guān)系。0110.5060.750.750.750.750.50.25返回2022/7/26172.1.2.3 殘留邊帶調(diào)幅（續(xù)2） 對不含載波分量的VSBAM信號的解調(diào)只能采用同步的解調(diào)的方法。為了恢復本地

10、載波信號可以用在VSBAM信號中加導頻的方法，也可采用DSBAM類似的非線性變換方法。 在容許一定失真情況下，對含有大載波分量的VSBAM信號可以使用峰值包絡(luò)檢波器解調(diào)，從而可大大簡化解調(diào)電路。 在調(diào)制信號中含有直流分量時，這種調(diào)制方式可以使用。殘留邊帶濾波器比單邊帶濾波器也易于實現(xiàn)。 VSBAM所占帶寬比單邊帶略寬，基本具有SSBAM的優(yōu)點。2022/7/26182.1.3 正交幅度調(diào)制與解調(diào) 正交幅度調(diào)制與解調(diào)是一種特殊的復用技術(shù)，一般是指利用兩個頻率相同但相位相差90度的正弦波作為載波，以調(diào)幅的方法同時傳送兩路互相獨立的信號的一種調(diào)制方式。 這種調(diào)制方式的已調(diào)信號所占頻帶僅為兩路信號中的

11、較寬者而不是二者之和，可以節(jié)省傳輸帶寬。2022/7/26192.1.3.1 正交幅度調(diào)制與解調(diào)原理a(t)b(t)a(t)b(t)x(t) 兩路互相獨立的信號a(t)和b(t)分別調(diào)制角頻率為c的兩個互相差90度的正弦波，通常用 和 表示，并稱它們是互相正交的。調(diào)制后的兩路信號相加得到輸出信號x(t)，表示為：調(diào)制器解調(diào)器返回2022/7/26202.1.3.1 正交幅度調(diào)制與解調(diào)原理（續(xù)1） 輸入信號x(t)被兩個互相正交的正弦波相乘，與 相乘的結(jié)果為：濾除2 c 分量，得到解調(diào)輸出a(t)。 輸入信號 x(t) 與 相乘的結(jié)果為：濾除2 c分量，得到解調(diào)輸出b(t)。解調(diào)原理：2022/

12、7/26212.1.4 數(shù)字信號調(diào)幅 當用數(shù)字信號對載波進行幅度調(diào)制時，稱為數(shù)字信號調(diào)幅，也稱為幅度鍵控，簡記為ASK。 一般情況下，數(shù)字信號為一隨機脈沖序列，并表示為：式中， 為隨機變量，對二進制數(shù)字信號，它可取0，1兩種數(shù)值。 是碼元波表，它可以是矩形脈沖波形，也可以是升余弦脈沖、鐘形脈沖或抽樣脈沖等波形。 通常，數(shù)字信號中含有直流分量和豐富的低頻分量。 為了在具有帶通特性的信道內(nèi)傳送，必須進行調(diào)制。在數(shù)字信號調(diào)幅中，多用殘留邊帶調(diào)幅方式。2022/7/2622舉例 2： 調(diào)幅信號的解調(diào)電路的軟件仿真。 解調(diào)是調(diào)制的逆過程，調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號中恢復出調(diào)制信號的過程，通常稱之為檢波。

13、 同步檢波與二極管峰值包絡(luò)檢波是常用的兩種調(diào)幅波解調(diào)電路。 本實驗仍采用1496集成片來構(gòu)成解調(diào)器，電路如下圖所示。2022/7/2623調(diào)幅信號的解調(diào)電路的軟件仿真。 解調(diào)是調(diào)制的逆過程，調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號中恢復出調(diào)制信號的過程，通常稱之為檢波。 同步檢波與二極管峰值包絡(luò)檢波是常用的兩種調(diào)幅波解調(diào)電路，同步檢波是利用一個和調(diào)幅信號的載波同頻同相的載波信號與調(diào)幅波相乘，再通過低通濾波器濾除高頻分量而獲得調(diào)制信號的。理論上講，這種電路能對任何調(diào)幅信號實現(xiàn)無失真解調(diào)，包括各種調(diào)制度的全載波調(diào)幅信號、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號、殘留邊帶調(diào)幅信號、單邊帶調(diào)幅信號等。缺點是在實際工作中載波信號的提

14、取比較麻煩。 本實驗仍采用1496集成片來構(gòu)成解調(diào)器。電路如圖（a） 所示，載波信號經(jīng)電容 加在、腳之間，相乘后的信號由12腳輸出，經(jīng)過 、 與 組成的低通濾波器后，在解調(diào)輸出端得到恢復出來的調(diào)制信號。2022/7/2624例2 （續(xù)1） 二極管包絡(luò)檢波器適合于解調(diào)含有較大載波分量的調(diào)幅信號，它具有電路簡單，易于實現(xiàn)等優(yōu)點，本實驗電路如圖（b）所示，它主要由檢波二極管D及RC低通濾波器組成，由于它是利用二極管的單向?qū)щ娂癛C元件的充放電特性實現(xiàn)檢波的。因此，RC時間常數(shù)的選取很關(guān)鍵，若RC時間常數(shù)過大，則會產(chǎn)生對角切割失真，若RC時間常數(shù)過小，高頻分量會濾除不干凈，綜合考慮要求滿足下式：式中m

15、為調(diào)幅系數(shù)，fC為載波頻率，為調(diào)制信號角頻率。2022/7/2625例2 （續(xù)2）（1）根據(jù)1496集成片構(gòu)成解調(diào)器的電路，利用題例1的方法產(chǎn)生全載波調(diào)幅信號和抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號作為解調(diào)器的VAMIN端口的輸入信號，進行解調(diào)電路的軟件仿真。（2）根據(jù)二極管包絡(luò)檢波器的電路，進行對全載波調(diào)幅信號和抑制載波信號的軟件仿真。2022/7/2626圖（a）用1496集成片來構(gòu)成解調(diào)器149635462022/7/2627圖（b）二極管包絡(luò)檢波器782022/7/2628例3. 應(yīng)用MATLAB調(diào)制和解調(diào)演示程序。 MATLAB的信號處理工具箱提供了一系列的函數(shù)可以實現(xiàn)對通信系統(tǒng)的仿真。運行演示程

16、序可以觀察不同的調(diào)制方式下產(chǎn)生信號波形的區(qū)別，并且如果指定源信號為語音信號，可以單擊圖中的 play 按鈕聽到對應(yīng)的聲音。 運行這個程序可以在MATLAB的主界面中， 單擊 HelpExamples and Demos, 然后從彈出的MATLAB Demos主控畫面的Toolboxes中，選擇Signal processingModulation, 單擊run按鈕運行。 1選用單頻正弦波，觀察AM，AMSSB，F(xiàn)M，PM調(diào)制時，已調(diào)信號的區(qū)別？（載頻FC400Hz,采樣Fs=2000Hz） 2利用play mod按鈕，“聽出”上述四種調(diào)制時，已調(diào)信號的區(qū)別？（即是聽瞬時頻率變化時的聲音）202

17、2/7/2629例4. 使用modulate函數(shù)編寫語音調(diào)制的程序。（編寫1000Hz正弦信號幅度是1）參考程序：cd(c:windows)； cd(media)； Sound_data =Wavread(The Microsoft Sound.wav)； Display(播放原始信號)； Sound(Sound_data,24000,8)； Pause Subplot(2,1,1)；Plot(Sound_data)；Title(調(diào)制信號)； moded=modulate(Sound_data,5,1)； Subplot(2,1,2)；Plot(moded)；Title(已調(diào)信號)；2022/7/2630例4 （續(xù)）程序說明：1聲音文件后綴是“wav”，尋找聲音文件。2使用wavread函數(shù)讀入文件中的聲音數(shù)據(jù)到內(nèi)存變量 Sound_data中去。