信號處理中的調(diào)制技術(shù)

信號處理中的調(diào)制技術(shù)

一、邊帶調(diào)制技術(shù)dsb模擬信號是日常生活中最常見的信號之一，如說話聲信號和日常采集的溫度信號。這是一個無加工的信號。模擬信號的調(diào)制可分為幅度調(diào)制和角度調(diào)制。幅度調(diào)制又可分為常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AM),抑制載波的雙邊帶調(diào)幅(DSB),單邊帶調(diào)幅(SSB),殘留邊帶調(diào)幅。角度調(diào)制可分為頻率調(diào)制和相位調(diào)制。幅度調(diào)制是發(fā)展最早的一種調(diào)制技術(shù)。幅度調(diào)制的基礎(chǔ)技術(shù)是常規(guī)雙邊帶調(diào)制(AM),其時域和頻域表示式為:由此可看出,AM的頻譜由三個分量組成,上邊帶、下邊帶和載頻分量,帶寬是基帶信號的兩倍,其中下邊帶是上邊帶的鏡像,上下邊帶對稱,AM調(diào)制的優(yōu)點是設(shè)備簡單,價格低廉,還可用包絡(luò)檢波的技術(shù)對其實施非相干解調(diào)。但由于AM信號的功率利用率最大也只有1/3,所以大量的功率用在不攜帶任何信息的載波功率上,加上抗燥性能較差,這些都限制了AM調(diào)制的發(fā)展?；贏M信號中載波功率消耗了大部分信號功率的特點,可將載波功率剔除掉,只傳送邊帶信號,這種技術(shù)就叫做抑制載波的雙邊帶調(diào)制(DSB),其時域和頻域表達式為:從中可看出,DSB的頻譜不存在載頻分量,這使功率利用率大大提高,理論上可達到100%,即傳輸?shù)娜渴菙y帶有信息的信號。但由于剔除了載頻分量,這時的調(diào)制信號的時域包絡(luò)與信源信號已有了很大的差別。因此,在進行解調(diào)時,不能用結(jié)構(gòu)簡單的包絡(luò)檢波的方法進行解調(diào),只能用結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的相干解調(diào)方法來提取出原始信號。DSB信號雖然有效的提高了功率利用率,但是由于其帶寬仍是調(diào)制信號帶寬的2倍,在帶寬有限的條件下,其發(fā)展受到了限制。于是,單邊帶調(diào)制應(yīng)運而生。單邊帶調(diào)制(SSB)是雙邊帶調(diào)制的改進,應(yīng)注意,雙邊帶調(diào)制中,下邊帶是上邊帶的鏡像,這樣就可只傳輸信號的一個邊帶,因為下邊帶攜帶的信息與上邊帶幾乎完全一樣,這就是單邊帶調(diào)制技術(shù),它不僅沒有載頻分量,而且只傳輸信號的一個邊帶,帶寬也只有雙邊帶的一半,節(jié)省了帶寬。其頻域表達式為:單邊帶技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵是邊帶濾波器的制作,不管是高通濾波器還是低通濾波器,單邊帶技術(shù)都要求濾波器具有陡峭的截止特性。但是濾波器越陡峭,其對制作工藝的要求也就越高。殘留邊帶調(diào)制(VSB),殘留邊帶調(diào)制是為了克服單邊帶調(diào)制中濾波器制作上的困難而產(chǎn)生的。他的主要技術(shù)特點是部分抑制雙邊帶中的一個邊帶,既解決了濾波器實現(xiàn)上的難題,又大大節(jié)省了帶寬,可以說是雙邊帶和單邊帶調(diào)制的一種折中處理。殘留邊帶濾波器也有自己的特點,其傳輸函數(shù)必須在中心頻率處互補對稱。以上討論的都是模擬調(diào)制中的線性調(diào)制,所謂線性調(diào)制,是指它們的頻譜只是簡單的線性搬移,沒有產(chǎn)生新的頻率分量。在信號的接收端,除了標(biāo)準幅度調(diào)制能夠進行包絡(luò)檢波以外,其它幾種線性調(diào)制都需進行相干解調(diào)。相干解調(diào)的關(guān)鍵是如何產(chǎn)生與調(diào)制端相一致的同步載波,這就涉及到信號的同步問題。除了線性調(diào)制,模擬調(diào)制中另一類重要的調(diào)制技術(shù)就是非線性調(diào)制,所謂非線性調(diào)制,即信號頻譜的非線性搬移?？煞譃轭l率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM),雖然它們一個是對頻率進行的調(diào)制,一個是對相位進行的調(diào)制,但是由于二者本質(zhì)上沒有多大的區(qū)別,在這里只討論頻率調(diào)制。在一定情況下,它們可以互相轉(zhuǎn)換。比如對信號進行積分后在進行調(diào)相,就可實現(xiàn)調(diào)頻;同理,對信號進行微分后再調(diào)頻,就可以實現(xiàn)調(diào)相。所謂調(diào)頻(FM),就是利用載波對信號的頻率進行調(diào)制,調(diào)頻可分為窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻。調(diào)頻的優(yōu)越性表現(xiàn)在它大大的改善了系統(tǒng)的抗噪聲性能,一般情況下,可以認為其輸出信噪比與其帶寬成正相關(guān)的關(guān)系。即帶寬越寬,抗噪性越好。所以可這樣認為,調(diào)頻系統(tǒng)是以犧牲信號的有效性來換取系統(tǒng)可靠性的。所謂有效性,是指單位頻帶的傳輸效率,一般以頻帶利用率來衡量。而系統(tǒng)的可靠性是與其抗噪聲性能有關(guān),一般以誤碼率來衡量。調(diào)頻系統(tǒng)的優(yōu)越性在于它可用帶寬來換取信噪比,而線性調(diào)制系統(tǒng)很顯然不具備這一特點。二、頻率鍵控解調(diào)相比于模擬信號的調(diào)制,數(shù)字信號的調(diào)制具有與生俱來的優(yōu)點。數(shù)字化的傳輸方式也越來越受人們的歡迎。數(shù)字調(diào)制可分為振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。下面以基本的二進制信號來討論各種調(diào)制的區(qū)別與聯(lián)系。振幅鍵控,又稱之為通斷鍵控,當(dāng)發(fā)送“1”時,傳出基帶信號;發(fā)送“0”時,不傳任何信號。它的產(chǎn)生方式有兩種,即模擬調(diào)制法和鍵控法。所謂模擬調(diào)制法,就是用載波信號與二進制的數(shù)字基帶信號相乘。鍵控法就是利用二進制的基帶信號來控制開關(guān)的通斷,實現(xiàn)信號的調(diào)制變換,兩種方法各有優(yōu)點。由于具有普通振幅調(diào)制的特性,所以其解調(diào)也可分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種解調(diào)方式。需要指出的是,振幅鍵控的帶寬也是基帶信號帶寬的兩倍。對于頻移鍵控,就是用基帶信號去控制兩種不同頻率的產(chǎn)生。它也有兩種產(chǎn)生方法,即一種用傳統(tǒng)的模擬電路來產(chǎn)生;另一種用開關(guān)鍵控法。在開關(guān)鍵控法中,通過基帶信號來控制兩種頻率的選通開關(guān),從而實現(xiàn)頻率的調(diào)制。兩種頻率的產(chǎn)生要通過振蕩器來實現(xiàn),頻率鍵控的解調(diào)方法有很多種,比如過零檢測法、差分檢測法、鑒頻法等。但是二進制頻率信號往往具有很大的帶寬。對于相移鍵控,就是用基帶信號區(qū)控制載波的相位,一般情況下,用“1”表示相位180度,“0”表示相位0度。由于這兩種碼型的波形完全相同,僅相位相差180度,所以可用一個雙極性的矩形脈沖序列與一個正弦載波相乘來得到相移鍵控信號。其解調(diào)一般采用相干解調(diào)法,但由于解調(diào)過程中存在相位模糊的問題,使得信號的解調(diào)產(chǎn)生混亂,為了解決這個問題,人們一般采用二進制差分相移鍵控。由于二進制相移鍵控的頻譜波形與振幅鍵控的頻譜波形相似,所以其帶寬也為基帶信號帶寬的兩倍。對于它們的抗噪聲性能。二進制相移鍵控最好,二進制頻率鍵控次之,而二進制振幅鍵控的抗噪聲性能最不理想。在頻帶寬度上,二進制頻率鍵控的帶寬最大,其頻帶利用率最低。綜上所述,主要介紹了各種模擬信號的調(diào)制方法與數(shù)字信號的調(diào)制方法,通過詳細的分析,探討了各種調(diào)制方式的優(yōu)缺點?？偟膩碚f,數(shù)字調(diào)制方式要優(yōu)于模擬調(diào)制。在模擬調(diào)制方面,從抗噪聲性能來說,非線性的頻率調(diào)制要優(yōu)于線性的幅度調(diào)制,但是這是以犧牲系統(tǒng)的帶寬為代價的,即以有效性來換取可靠性。在數(shù)字調(diào)制