模電調(diào)制及解調(diào)

1、模電調(diào)制及解調(diào)第1頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四調(diào)制：用攜有消息的信息信號(hào)去控制或改變一個(gè)高頻振蕩信號(hào)的某些參數(shù)的過(guò)程，稱為調(diào)制。11.1 調(diào)制的概念調(diào)制信號(hào)：信息信號(hào)u(t)，載波：高頻振蕩信號(hào)uc(t)，已調(diào)信號(hào)：調(diào)制后含有發(fā)送信息的信號(hào)u(t)。常用名詞：解調(diào)：是調(diào)制的逆過(guò)程，即從已調(diào)信號(hào)中還原出有用信息信號(hào)的過(guò)程。 第2頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四調(diào)制模擬調(diào)制：調(diào)制信號(hào)為模擬信號(hào)。數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。（調(diào)制波形式不同）調(diào)制連續(xù)波調(diào)制：載波為正弦波信號(hào)。脈沖調(diào)制：載波為脈沖信號(hào)。（載波形式不同）調(diào)制的分類第3頁(yè)，共84頁(yè)，2

2、022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四幅度調(diào)制（調(diào)幅AM）:用信息信號(hào)控制載波信號(hào)的振幅。頻率調(diào)制（調(diào)頻FM）:用信息信號(hào)控制載波信號(hào)的頻率。相位調(diào)制（調(diào)相PM）:用信息信號(hào)控制載波信號(hào)的相位。 連續(xù)波調(diào)制的分類：第4頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四11.2 連續(xù)波幅度調(diào)制幅度調(diào)制有四種：標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制（Standard AM）；雙邊帶幅度調(diào)制（DSB AM）；單邊帶幅度調(diào)制（SSB AM）；殘留邊帶幅度調(diào)制（VSB AM）。 第5頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 11.2.1 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅 圖11.1 AM調(diào)制 (a)載波；(b)調(diào)制信號(hào)；(c)已

3、調(diào)波 特點(diǎn)：載波的幅度隨調(diào)制信號(hào)變化而變化。包絡(luò)：最大幅度點(diǎn)的連線。第6頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四設(shè)調(diào)制信號(hào)為： 載波信號(hào)為： 已調(diào)波表達(dá)式為： 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波數(shù)學(xué)表達(dá)式：第7頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四稱“調(diào)幅指數(shù)”或“調(diào)幅度”。 調(diào)幅指數(shù)ma越大，幅度變化越劇烈。ma=0時(shí)，沒(méi)有調(diào)幅，為原載波。ma=1時(shí)，Um=Ucm,幅度在02Ucm之間變化，為100%的調(diào)幅。ma1時(shí)，UmUcm,過(guò)調(diào)幅，包絡(luò)信號(hào)失真。為了保證已調(diào)波的包絡(luò)反映調(diào)制信號(hào)的變化，必須使： 0ma1 第8頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四示波器測(cè)量m

4、a的方法UmmaxUmminUmmax=UCm(1+ma)Ummin=UCm(1-ma)第9頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波的頻譜 三個(gè)頻率成分：載頻：C上邊頻：C+下邊頻：C第10頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四圖5.6 AM調(diào)制的頻譜關(guān)系帶寬：BW=2UCmUCmUCm上下邊頻包含調(diào)制信號(hào)頻率，表明攜帶調(diào)制信號(hào)特性，而載波分量與調(diào)制信號(hào)無(wú)關(guān)第11頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 上面分析的調(diào)制信號(hào)u是單一頻率的信號(hào)，實(shí)際上調(diào)制信號(hào)都是由多頻率成分組成的。如語(yǔ)音信號(hào)的頻率主要集中在3003400Hz范圍。多頻率

5、信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅第12頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四圖11.4 多頻調(diào)制M信號(hào)頻譜BWAM=2max廣播電臺(tái)播送語(yǔ)音信號(hào)，AM已調(diào)波的帶寬等于6800Hz，相鄰兩個(gè)電臺(tái)載波頻率的間隔必須大于6800Hz，通常取為10kHz。第13頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四調(diào)幅過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一種頻譜線性搬移。經(jīng)過(guò)調(diào)制后，已調(diào)信號(hào)的頻譜由低頻處搬移到載頻附近，形成上下邊帶。總 結(jié)第14頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四帕塞瓦爾公式：已調(diào)波UAM在單位電阻上消耗的平均功率Pav應(yīng)當(dāng)?shù)扔诟鱾€(gè)頻率成分所消耗的平均功率之和，即等于載波功率PC和邊頻

6、功率PSB之和 載波功率： AM波各頻率功率的分布第15頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四邊帶功率PSB等于上邊頻功率PSB上與下邊頻功率PSB下之和。上PSB與下PSB相等，有UCmUCmUCm第16頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 總的邊頻功率等于： 所以，已調(diào)波在單位電阻上消耗的平均功率 邊頻功率與總功率之比：當(dāng)ma=1時(shí)，比值達(dá)到最大值0.33。AM調(diào)制很不經(jīng)濟(jì)。第17頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四普通調(diào)幅波形成框圖一uAM = KMUcm cos ct Um cost+ Ucm cos ct=Ucm(1+maco

7、st) cos ctma= KM Um實(shí)現(xiàn)AM的方案第18頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四普通調(diào)幅波形成框圖二u(t)UCmuAM(t)+CosCt第19頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四uC(t) uAM(t) KMRp R R R UD u 第20頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 11.2.2 雙邊帶調(diào)幅(DSB) 雙邊帶調(diào)制是傳送上、下邊帶而抑制載波的一種調(diào)制方式。圖11.6 DSB調(diào)制實(shí)現(xiàn)框圖uDSB=KuuC= KUmUCmCostCosCt第21頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四u t uD

8、SB 0 0 180度相位突變 t圖11.8 DSB已調(diào)波時(shí)域波形 第22頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四DSB調(diào)幅波的頻譜W0w Um w 0 C+CCBW=2第23頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四多頻調(diào)制信號(hào)DSB的頻譜第24頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 11.2.3 單邊帶調(diào)幅(SSB)單邊帶調(diào)制是僅傳送一個(gè)邊帶的調(diào)制方法。濾波法第25頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四圖11.10 單頻調(diào)制SSB信號(hào)的頻譜第26頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四上邊帶調(diào)制：只傳送上邊帶

9、信號(hào)時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式 ：時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式 ：下邊帶調(diào)制：只傳送下邊帶信號(hào)第27頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四圖11.11 單頻調(diào)制SSB信號(hào)波形圖 Um第28頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四相移法上述濾波法要求濾波器過(guò)渡帶很陡，當(dāng)調(diào)制信號(hào)中的低頻分量越豐富時(shí)，濾波器的過(guò)渡帶要求越窄，實(shí)現(xiàn)起來(lái)就越困難。另一種方法叫相移法第29頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四圖11.12 相移法實(shí)現(xiàn)SSB框圖第30頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四殘留邊帶調(diào)制的頻譜 第31頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，

10、星期四11.3 角度調(diào)制的基本概念 無(wú)論是調(diào)頻或調(diào)相，都使得載波的總相角發(fā)生變化，因此兩者統(tǒng)稱為角度調(diào)制。 載波信號(hào)的頻率和相位隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)制分別稱為頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)，簡(jiǎn)稱調(diào)頻和調(diào)相。 調(diào)頻：電報(bào)通信、調(diào)頻廣播、無(wú)線電視、模擬通信系統(tǒng)調(diào)相：數(shù)字通信的相移鍵控。 第32頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四調(diào)制信號(hào)：u(t)載波： uC(t)=UCmcosCt調(diào)頻信號(hào)uFM(t)的瞬時(shí)角頻率(t)不再是常數(shù)C ,而是隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化：調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式(t)=C+kfu(t)C：中心頻率kf：調(diào)頻比例常數(shù)kfu(t)=：頻率偏移第33頁(yè)，共84頁(yè)，

11、2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四調(diào)頻信號(hào)uFM(t)的瞬時(shí)相位(t)時(shí)域調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式：第34頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四設(shè)調(diào)制信號(hào)：u(t)=Umcost瞬時(shí)角頻率：(t)=C+kfu(t)= C+kfumcost 最大頻偏： m=kfum第35頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四調(diào)頻指數(shù)總結(jié)：調(diào)頻信號(hào)的基本參量是振幅UCm(恒定的) 、載波中心頻率C、最大頻偏m和調(diào)頻指數(shù)mf。調(diào)頻比例常數(shù)kf是由電路決定的一個(gè)常數(shù)。第36頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式：調(diào)制信號(hào)：u(t) 載波： u

12、C(t)=UCmcosCt調(diào)相信號(hào)uPM(t)的瞬時(shí)相位(t)不再是C t,而是隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化：(t)=Ct+kpu(t)kp：調(diào)相比例常數(shù)kpu(t)=(t)：相位偏移第37頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四時(shí)域調(diào)相信號(hào)的一般表達(dá)式：設(shè)調(diào)制信號(hào)：u(t)=Umcost瞬時(shí)相位：(t)=Ct+kpu(t)= Ct+kpumcost(t)調(diào)相指數(shù)： mP = kpum =m (最大相偏)第38頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四瞬時(shí)角頻率稱為最大頻偏第39頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四圖11.13 調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)波形 調(diào)

13、相信號(hào)的頻率隨調(diào)制信號(hào)的導(dǎo)數(shù)變化而變化。第40頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四調(diào)頻與調(diào)相的聯(lián)系與區(qū)別 無(wú)論是調(diào)頻或調(diào)相，調(diào)制指數(shù)都是最大頻偏和調(diào)制頻率之比。第41頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 無(wú)論是調(diào)相波還是調(diào)頻波，都同時(shí)存在著頻偏和相偏，但是因?yàn)檎{(diào)相波是以相位的變化直接反映調(diào)制信號(hào)，所以其最大相移與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比， 而調(diào)頻信號(hào)是以頻率的變化直接反映調(diào)制信號(hào)，所以其最大頻偏與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比。最大相偏： m=mP = kpum 最大頻偏： m=mf=kfum第42頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 把小于未調(diào)制

14、的載波幅度UCm的百分之一的各邊頻分量忽略不計(jì)來(lái)確定調(diào)頻信號(hào)的帶寬。調(diào)頻波的有效帶寬估算目前，廣泛應(yīng)用的調(diào)頻信號(hào)帶寬的計(jì)算公式是卡森公式當(dāng)mf1時(shí)，BW=2m寬帶調(diào)頻第43頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四調(diào)角波的有效帶寬估算當(dāng)m1時(shí)，BW=2m寬帶調(diào)角采用調(diào)頻信號(hào)的分析方法，同樣可以得到調(diào)相信號(hào)的頻譜，它與調(diào)頻信號(hào)頻譜的差異僅僅是各邊頻分量的相移不同。帶寬的計(jì)算仍可采用卡森公式：第44頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四調(diào)頻和調(diào)幅的對(duì)比1、調(diào)幅系統(tǒng)：有用信息蘊(yùn)藏在幅度之中，易受外界干擾，信噪比低。調(diào)頻系統(tǒng)：有用信息蘊(yùn)藏在頻率之中（波形的疏密變化），不

15、易受外界干擾，信噪比高。2、調(diào)幅系統(tǒng)：窄帶系統(tǒng)，BW2。調(diào)頻系統(tǒng)：寬帶系統(tǒng)，BW較大。3、調(diào)幅系統(tǒng)：ma0時(shí)，二極管導(dǎo)通，信源us通過(guò)二極管對(duì)電容C充電，充電的時(shí)常數(shù)約等于RDC。由于二極管導(dǎo)通電阻RD很小，因此電容上的電壓迅速達(dá)到信源電壓us的幅值。當(dāng)uD0時(shí)，二極管截止，電容C通過(guò)電阻R放電。放大常數(shù)RC，由于RL較大，因此C放電不會(huì)緊隨載波變換，而是緩慢的按指數(shù)規(guī)律變化。當(dāng)然，R也不能過(guò)大，否則出現(xiàn)惰性失真。第59頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 圖2.21 惰性失真 RC的取值范圍：第60頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四從頻譜的角度分析標(biāo)

16、準(zhǔn)調(diào)幅波中含有載頻和邊頻分量，通過(guò)二極管的非線性作用，產(chǎn)生和許多高次諧波,RC產(chǎn)生低通濾波器，濾除高次分量，留下頻率，完成解調(diào)工作。第61頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四同步檢波 對(duì)于DSB,SSB等不能采用包絡(luò)檢波器，而采用同步檢波的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。原理：在頻域，只要將調(diào)制后的頻譜搬移回來(lái)，因此可以利用乘法器實(shí)現(xiàn)解調(diào)： 圖11.22 乘積型同步檢波器框圖 第62頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四設(shè)：信源是一個(gè)雙邊帶信號(hào) us=UsmcostcosCt 本地載波是一個(gè)與調(diào)制信號(hào)的載波同頻同相的信號(hào) u1=U1mcosCt 兩個(gè)信號(hào)相乘 通過(guò)低通濾波器濾

17、除高頻，得到的低頻信號(hào)就是調(diào)制信號(hào)。檢波的輸出 其中，kd=(kMkF)/2，kM是乘法器的增益，kF是低通濾波器的增益。 第63頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四本地載波必須嚴(yán)格同步（同頻同相）若本地載波不同步：通過(guò)LPF后：產(chǎn)生了頻偏和相偏。頻偏為20HZ時(shí)，就會(huì)察覺(jué)聲音不自然，偏200HZ，語(yǔ)音可懂率明顯下降。第64頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四11.7.2 調(diào)角波的解調(diào)調(diào)相波和調(diào)頻波不能直接使用包絡(luò)檢波器來(lái)解調(diào)相波和調(diào)頻波，必須采用相位檢波器（鑒相器）和頻率檢波器（鑒頻器），但是包絡(luò)檢波器可以作為某些鑒相器或鑒頻器的一個(gè)組成部分，而鑒相器

18、又可以作為某些鑒頻器的一個(gè)組成部分 第65頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 1.鑒相原理調(diào)相信號(hào)的解調(diào)叫做相位檢波，簡(jiǎn)稱鑒相。它是將調(diào)相信號(hào)的相位Ct+mpf(t)與載波的相位Ct相減，取出它們的相位差mpf(t)，并反映到輸出電壓上，從而實(shí)現(xiàn)相位檢波。鑒相器可以看成相位/電壓變換器第66頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四乘積型模擬鑒相器為了能夠正確地鑒別兩個(gè)輸入信號(hào)相位的超前和滯后關(guān)系，兩個(gè)輸入信號(hào)必須有/2的固定相差。 乘積型模擬鑒相器LuM第67頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四LuM第68頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月

19、20日，6點(diǎn)52分，星期四利用三角函數(shù)展開：通過(guò)低通濾波器：其中：當(dāng)?shù)?9頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四圖11.23 正弦鑒相特性 線性范圍一般為。當(dāng)|e|大于/2時(shí)，uo與e是多值關(guān)系，即對(duì)于同一個(gè)輸出電壓uo存在多個(gè)e，因此不能正確實(shí)現(xiàn)鑒相，所以/2為具有正弦鑒相特性的鑒相器的最大鑒相范圍。 第70頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 此外，為了衡量輸出電壓uo對(duì)誤差相位e的靈敏程度，還要定義一個(gè)參量叫鑒相靈敏度或鑒相跨導(dǎo)，用Sp表示。它的定義是乘積型鑒相的 第71頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四疊加型模擬鑒相器為了正確

20、判別兩個(gè)信號(hào)的相位超前與滯后，輸入的兩個(gè)信號(hào)間要有固定的/2相差。LuM+第72頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四LuM+第73頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四因?yàn)椋哼\(yùn)用近似公式 ：如果：則:LuM+第74頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四AM波的幅度表達(dá)式，所以后接包絡(luò)檢波器對(duì)該和信號(hào)進(jìn)行幅度檢波并濾去直流得到解調(diào)信號(hào) 第75頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 二、鑒頻原理 調(diào)頻信號(hào)解調(diào)又稱為頻率檢波，簡(jiǎn)稱鑒頻。它是把調(diào)頻信號(hào)的頻率(t)=C+(t)與載波頻率C比較，得到頻差(t)=mf(t)，從而實(shí)現(xiàn)頻率檢波。頻率檢波框圖 第76頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四 利用線性網(wǎng)絡(luò)變換方法可實(shí)現(xiàn)頻率檢波,有兩種形式： (1)將調(diào)頻信號(hào)通過(guò)一個(gè)幅頻特性為線性的線性網(wǎng)絡(luò)，使它變成調(diào)頻/調(diào)幅信號(hào)，其振幅的變化正比于頻率的變化；之后再用包絡(luò)檢波的方法取出調(diào)制信號(hào)?？驁D第77頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)52分，星期四圖11.25 斜率鑒頻框圖及頻率振幅轉(zhuǎn)