笫6章--調(diào)制與解調(diào)2概要.ppt

1、笫6章 調(diào)制與解調(diào),一、調(diào)制的基本概念 二、幅度調(diào)制 1、標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制與解調(diào) 2、抑制載波調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅和殘留邊帶調(diào)幅 3、正交幅度調(diào)制與解調(diào) 4、數(shù)字信號(hào)調(diào)幅 三、角度調(diào)制 角調(diào)調(diào)制的基本概念 頻率調(diào)制信號(hào)的性質(zhì) 實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的方法與電路 調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路 四、數(shù)字信號(hào)的相位調(diào)制,2、抑制載波調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅和殘留邊帶調(diào)幅,標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅的缺點(diǎn),不能充分利用發(fā)射機(jī)功率（載波分量不含信息，卻占去了調(diào)幅波總功率的一半以上),載波分量的存在，有時(shí)還會(huì)形成干擾。,所占的帶寬寬（有一半是多余的） ，不利節(jié)省頻率資源。 于是產(chǎn)生了其他調(diào)幅制式。,抑制載波調(diào)幅,（1）抑制載波調(diào)幅的時(shí)域表示式（單頻調(diào)制）

2、：,調(diào)幅時(shí)不發(fā)射載波。,抑制載波調(diào)幅（續(xù)）,（2）抑制載波調(diào)幅信號(hào)的波形圖：,返回,抑制載波調(diào)幅波的特點(diǎn),抑制載波調(diào)幅信號(hào)中不含固定的載波分量，調(diào)制信號(hào)的平 均值不是零，會(huì)產(chǎn)生“載漏”。,調(diào)制信號(hào)是正值時(shí)的載波相位與調(diào)制信號(hào)是負(fù)值時(shí)的載波相位是反相的。,已調(diào)信號(hào)的幅度仍隨調(diào)制信號(hào)變化，但其包絡(luò)不能反映調(diào)制信號(hào)的形狀。,上圖,（3）抑制載波調(diào)幅 的頻域表示式：,抑制載波調(diào)幅（續(xù)3）,（5）抑制載波調(diào)幅的解調(diào)電路：只能使用同步解調(diào)方法。,帶通濾波器,（4）實(shí)現(xiàn)抑制載波調(diào)幅的電路：,乘法器實(shí)現(xiàn)： 差分對(duì)模擬 乘法器 四 個(gè)二極管環(huán)形乘法器,低通濾波器,載波恢復(fù),抑制載波調(diào)幅（續(xù)4）,利用非線性變換提

3、取載波。,帶通濾波器,平方器,分頻器,若輸入信號(hào)為：,經(jīng)平方器后得：,經(jīng)帶通濾波器取出上式中第二項(xiàng)，即：,將此分量取出，經(jīng)放大限幅并經(jīng) 2：1 分頻，即可得所需載波。,抑制載波調(diào)幅（續(xù)5）,12,載波信號(hào)入,調(diào)制信號(hào)入,14,5,舉例 1：標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制和抑制載波調(diào)幅。,抑制載波調(diào)幅（續(xù)6）,載波信號(hào)入：,調(diào)制信號(hào)入：,輸出信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)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？,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

4、地利用發(fā)射機(jī)的功率傳遞信息。但它是雙邊帶信號(hào)，所占 帶寬仍為調(diào)制信號(hào)最高角頻率的兩倍。,而從有效傳輸信息的角度看，只要傳送一個(gè)邊帶就夠了，只 傳送一個(gè)邊帶的調(diào)幅信號(hào)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 既可充分利用發(fā)射機(jī)的功率 又節(jié)省占有頻帶。 信息傳輸?shù)慕嵌仁亲罴颜{(diào)幅方式。 但是實(shí)現(xiàn)這種調(diào)幅方式的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)比較復(fù)雜。,單邊帶調(diào)幅（續(xù)1）,（1）單邊帶調(diào)幅的時(shí)域表示式,為了求得SSBAM信號(hào)的時(shí)域表示式，對(duì)SSBAM信號(hào)的頻譜函數(shù)進(jìn)行逆傅立葉變換。令 表示為：,并假定調(diào)制信號(hào)的最高頻率 。根據(jù)逆傅立葉變換公式，可得SSBAM信號(hào)的時(shí)域表示式為 ：,

5、一個(gè)取上邊帶的SSBAM信號(hào)的時(shí)域表示式可記為 ：,稱 為 的希爾伯特（Hilbert）變換。（見P340）,單邊帶調(diào)幅（續(xù)2）,（1）單邊帶調(diào)幅的時(shí)域表示式,當(dāng)SSBAM信號(hào)取下邊帶時(shí)，其時(shí)間函數(shù)表示式為 ：,若調(diào)制信號(hào) 為一單頻余弦信號(hào) ， 對(duì)載波 進(jìn)行單邊帶調(diào)幅。 （本例中取上邊帶）：,單邊帶調(diào)幅信號(hào)的幅度包絡(luò)不反映調(diào)制信號(hào)的波形。,對(duì)單邊帶調(diào)幅信號(hào)，只能使用同步解調(diào)方法。,（2）實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅的電路：,濾波法：將抑制載波調(diào)幅波濾除一個(gè)邊帶。,帶通濾波器,SSBAM,改進(jìn)方法：較低載頻SSBAM 再用 混頻法逐次提高載頻至所需頻率。,難點(diǎn)：當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含有低頻分量而載頻較高時(shí)，濾波器的實(shí)

6、現(xiàn)困難因?yàn)閮蓚€(gè)邊帶相距很近，載頻處有銳截止特性。,例如,單邊帶調(diào)幅（續(xù)4）,濾波,濾波,載波,載波,載波,濾波,功放,取上邊帶,問題：提高SSBAM載頻能否用倍頻法？,逐級(jí)濾波，兩邊帶距離較大，濾波器易做,單邊帶調(diào)幅（續(xù)5）,相移法：另一種實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅的方法是相移法。,單邊帶調(diào)幅（續(xù)6）,（3）單邊帶調(diào)幅的解調(diào)電路：,SSBAM信號(hào)中，既無載波分量，其包絡(luò)也不反映調(diào)制信號(hào)的 波形。只能用同步解調(diào)方法。而且 SSB AM對(duì)載波恢復(fù)要求更 為嚴(yán)格必須與發(fā)射載頻同頻同相才能實(shí)現(xiàn)無失真解調(diào)。,為了實(shí)現(xiàn)同步解調(diào)，通常，采用方法：,在SSBAM信號(hào)中加入導(dǎo)頻發(fā)一點(diǎn)載頻（邊帶功率占總發(fā)射功率96%）作為接

7、收端解調(diào)基準(zhǔn)，用鎖相環(huán)路提取。,在本地產(chǎn)生一個(gè)頻率為 的振蕩。當(dāng)然，它不可能與發(fā) 送信號(hào)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(gè)載波的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(hào)時(shí)，如果頻率差在幾赫茲以內(nèi)， 并不影響信息的傳送。但有失真！,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(fù)雜。,不適于傳送帶有直流分量的信號(hào)（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(gè)邊帶完全濾除，而是保留一 部分。下圖所示為VSBAM

8、信號(hào)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(shí) 又將被傳送邊帶抑制掉一部分，故稱其為殘留邊帶。 為了保證信號(hào)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(bǔ)對(duì)稱關(guān)系實(shí)現(xiàn)斜切濾波器。,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(shí)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(bǔ)對(duì)稱關(guān)系。,0,1,1,0.5,0,6,0.75,0.75,0.75,0.75,0.5

9、,0.25,返回,上邊帶,（a）發(fā)送端,（b）接收端,殘留邊帶調(diào)幅的解調(diào),對(duì)不含載波分量的VSBAM信號(hào)的解調(diào)只能采用同步解調(diào)的 方法。為了恢復(fù)本地載波信號(hào)可以用在VSBAM信號(hào)中加導(dǎo)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(duì)含有大載波分量的VSBAM信號(hào) 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(hào)中含有直流分量時(shí)，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(shí)現(xiàn)。,VSBAM所占帶寬比單邊帶略寬，基本具有SSBAM的優(yōu)點(diǎn)。,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(fù)用技術(shù)，一般是指利用兩個(gè)頻率相同但相位相差90

10、度的正弦波作為載波，以調(diào)幅的方法同時(shí)傳送兩路互相獨(dú)立的信號(hào)的一種調(diào)制方式。,這種調(diào)制方式的已調(diào)信號(hào)所占頻帶僅為兩路信號(hào)中的較寬者而不是二者之和，可以節(jié)省傳輸帶寬。,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(dú)立的信號(hào)a(t)和b(t)分別調(diào)制角頻率為c的兩個(gè)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(hào)相加得到輸出信號(hào)x(t)，表示為：,調(diào)制器,解調(diào)器,返回,正交幅度調(diào)制與解調(diào)原理（續(xù)1）,輸入信號(hào)x(t)被兩個(gè)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(hào) x(t) 與 相

11、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：,數(shù)字信號(hào)調(diào)幅,當(dāng)用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行幅度調(diào)制時(shí)，稱為數(shù)字信號(hào)調(diào)幅，也稱為幅度鍵控，簡記為ASK。,一般情況下，數(shù)字信號(hào)為一隨機(jī)脈沖序列，并表示為： 式中， 為隨機(jī)變量，對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，它可取0，1兩種數(shù)值。 是碼元波形，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(hào)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(jìn)行調(diào)制。在數(shù)字信號(hào)調(diào)幅中，多用殘留邊帶調(diào)幅方式。,AM發(fā)射機(jī),調(diào)制信號(hào)源,帶通濾波器,前置放大器,調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器,RF載波振蕩器,緩沖放大器,載波驅(qū)動(dòng)器,調(diào)

12、制器,帶通濾波器,線性功率放大器,帶通濾波器,耦合網(wǎng)絡(luò),天線,超外差A(yù)M接收機(jī)方框圖,19KHz導(dǎo)頻,38KHz 副載波,輔助信道,調(diào)頻立體聲廣播的基帶信號(hào)頻譜,舉例 ：實(shí)驗(yàn)三 調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)電路 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(shí)驗(yàn)仍采用1496集成片來構(gòu)成解調(diào)器， 電路如下圖所示。,圖（a）用1496集成片來構(gòu)成解調(diào)器,1496,3,5,4,6,圖（b）二極管包絡(luò)檢波器,7,8,本實(shí)驗(yàn)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(hào)經(jīng)電容 加在、腳之間，相乘后 的信號(hào)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(fù)出來的調(diào)制信

13、號(hào)。,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(hào)它具有電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)檢波的。因此，RC時(shí)間常數(shù)的選取很關(guān)鍵，若RC時(shí)間常數(shù)過大，則會(huì)產(chǎn)生對(duì)角切割失真，若RC時(shí)間常數(shù)過小，高頻分量會(huì)濾除不干凈，綜合考慮要求滿足下式：,各種調(diào)幅方式的頻譜,（a）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅,（b）抑制載波調(diào)幅,（c）單邊帶調(diào)幅,（d）殘留邊帶調(diào)幅,返回1,返回2,返回3,抑制載波調(diào)幅電路,返回,習(xí)題：6-5，6-6 ， 6-9,應(yīng)用MATLAB調(diào)制和解調(diào)演示程序,MATLAB的信號(hào)處理工具

14、箱提供了一系列的函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通信系統(tǒng)的仿真。運(yùn)行演示程序可以觀察不同的調(diào)制方式下產(chǎn)生信號(hào)波形的區(qū)別，并且如果指定源信號(hào)為語音信號(hào)，可以單擊圖中的 play 按鈕聽到對(duì)應(yīng)的聲音。 運(yùn)行這個(gè)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(yùn)行。 1選用單頻正弦波，觀察AM，AMSSB，F(xiàn)M，PM調(diào)制時(shí)，已調(diào)信號(hào)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

15、時(shí)，已調(diào)信號(hào)的區(qū)別？（即是聽瞬時(shí)頻率變化時(shí)的聲音）,使用modulate函數(shù)編寫語音調(diào)制的程序,（編寫1000Hz正弦信號(hào)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(hào))； Sound(Sound_data,24000,8)； Pause Subplot(2,1,1)；Plot(Sound_data)；Title(調(diào)制信號(hào))； moded=modulate(Sound_data,5,1)； Subplot(2,1,2)；Plot(moded)；Title(已調(diào)信號(hào))；,參考程序（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