第三章調制4-1調幅

1、第三章第三章 調制與解調調制與解調本課程傳輸的信號本課程傳輸的信號基帶信號基帶信號欲傳輸的信息，頻譜集中在欲傳輸的信息，頻譜集中在較低頻率較低頻率（數字、模擬）（數字、模擬）載波載波正弦、正弦、高頻高頻已調波已調波攜帶了信息的攜帶了信息的高頻窄帶高頻窄帶信號（或稱通帶信號）信號（或稱通帶信號）調制調制基帶信號加載到正弦載波的過程基帶信號加載到正弦載波的過程調制的結果調制的結果得到已調波得到已調波解調解調從已調波中恢復基帶信號的過程從已調波中恢復基帶信號的過程3.1 3.1 什么是調制和解調什么是調制和解調 調制調制解調解調已調波的特點：已調波的特點：帶寬帶寬一定遠小于一定遠小于中心頻率中心頻率

2、為什么要調制為什么要調制（1 1）在無線系統(tǒng)中，為了有效地輻射功率。在無線系統(tǒng)中，為了有效地輻射功率。 （2 2）在有線系統(tǒng)中，同軸線對于高頻提供了有效的屏蔽，在有線系統(tǒng)中，同軸線對于高頻提供了有效的屏蔽， 使得高頻信號不致泄漏。使得高頻信號不致泄漏。 （3 3）無線電高頻可提供較大的通信容量。無線電高頻可提供較大的通信容量。 （4 4） 利用調制解調技術可以提供有效的方法來克服信道缺陷利用調制解調技術可以提供有效的方法來克服信道缺陷 調制的方式調制的方式正弦載波正弦載波)cos(tAc 調幅調幅 調頻調頻調相調相模擬調制模擬調制基帶信號是模擬信號基帶信號是模擬信號數字調制數字調制基帶信號是數

3、字信號基帶信號是數字信號衡量調制解調器好壞的主要性能指標衡量調制解調器好壞的主要性能指標 1.抗噪聲抗干擾能力抗噪聲抗干擾能力 2. 2. 調制方式的頻譜有效性調制方式的頻譜有效性 在保證傳輸速率和質量條件下，使用帶寬越小越好在保證傳輸速率和質量條件下，使用帶寬越小越好 3.3.調制方式的功率有效性調制方式的功率有效性放大已調射頻信號放大已調射頻信號,可用可用線性功率放大器線性功率放大器?非非線性功率放大器線性功率放大器? 3.2 3.2 模擬調制模擬調制 3.2.1 3.2.1 幅度調制與解調幅度調制與解調1. 1. 普通調幅普通調幅( (AM) )(1) 調幅的定義調幅的定義( )( )c

4、mcmaVtVk v t載波幅度按調制信號規(guī)律變化載波幅度按調制信號規(guī)律變化 (1cos)cmaVmtcmmaaVVkm稱為調幅系數稱為調幅系數 coscmamVk VtttcmVcmV( )cmVt載波信號載波信號tVtvccmccos)(調制信號調制信號,cos)(tVtvmc cmmVV(2) 調幅波的時域表示調幅波的時域表示表達式表達式波形波形( )( )cos(1cos)coscmccmacv tVttVmttAM波形特征波形特征:上包絡上包絡下包絡下包絡上、下包絡上、下包絡均反映調制信號變化均反映調制信號變化當當 時時1am 從時域看從時域看什么是調制失真什么是調制失真？當當 時時

5、1am ( )( )cos(1cos)coscmccmacv tVttVmtt幅度出現負值幅度出現負值理論上波形理論上波形實際電路波形實際電路波形上、下包絡不反映上、下包絡不反映調制信號變化調制信號變化上包絡上包絡下包絡下包絡調制失真調制失真（3 3）調幅波（）調幅波（AMAM）的頻譜與帶寬）的頻譜與帶寬頻譜成分頻譜成分帶寬帶寬 頻譜頻譜調制前調制前調制后調制后c調制前調制前調制后調制后( )( )cos(1cos)coscmccmacv tVttVmtttVmtVmtVtvccmaccmaccm)cos(21)cos(21cos)(從頻域看從頻域看什么是調制失真什么是調制失真?頻譜特征頻譜特

6、征調制前調制前調制后調制后頻譜搬移過程出現了非線性頻譜搬移過程出現了非線性ccc 、 、22cc 、33cc 、.出現了調制信號的諧波出現了調制信號的諧波1. 三條譜線三條譜線頻譜頻譜線性線性搬移搬移c載頻載頻c一對旁頻一對旁頻2. 幅度幅度1122acmmm VVcmV載頻載頻旁頻旁頻載頻幅度最大載頻幅度最大載頻不攜帶信息載頻不攜帶信息 帶寬帶寬c調制前調制前調制后調制后調制前調制前調制后調制后BW=2(2 )FBW=max2max(2)F（4）調幅波的功率（單位電阻）調幅波的功率（單位電阻）從時域計算從時域計算調幅波幅度調幅波幅度( )(1cos)cmcmaVtVmt功率功率222)cos

7、1 (21)(21tmVtVPacmcm時變時變最大功率值最大功率值22)1 (21acmMAXmVP最小功率值最小功率值22)1 (21acmMINmVP在調制信號一周內的平均功率值在調制信號一周內的平均功率值)211 (21)cos1 (2121222220acmacmmVtdtmVP從頻譜計算功率從頻譜計算功率調制前調制前調制后調制后載頻功率載頻功率221cmcVP 兩個旁頻功率兩個旁頻功率cacmaPmVmP2221)21(212由于由于 1 1，因此在，因此在AM調制中，調制中，攜帶信息的頻譜分量攜帶信息的頻譜分量的能量占總能量的的能量占總能量的比例很小比例很小 am旁頻功率旁頻功率

8、載頻功率載頻功率212am比較：比較：結論：結論：總功率總功率2211(1)22ccmaPPPVm與時域計算相同與時域計算相同怎么辦？怎么辦？2.抑制載波的雙邊帶調幅抑制載波的雙邊帶調幅（DSB-SC）為什么要抑制載波為什么要抑制載波載波不攜帶信息載波不攜帶信息載頻占據的功率最多載頻占據的功率最多頻譜與帶寬頻譜與帶寬BW = 2F 結論：結論：DSB 節(jié)省了節(jié)省了功率，功率，但沒有但沒有節(jié)省頻帶節(jié)省頻帶功率功率DSB信號功率為兩旁頻功率之和信號功率為兩旁頻功率之和表達式與波形表達式與波形tVAVtVAVttVAVtvccmmccmmccmm)cos(21)cos(21coscos)(載波信號載

9、波信號tVtvccmccos)(調制信號調制信號,cos)(tVtvm()c 抑制載波雙邊帶信號是抑制載波雙邊帶信號是調制信號調制信號與與載波信號載波信號相乘相乘的結果的結果結論：結論：波形波形兩信號相乘兩信號相乘波形特點波形特點（1 1）上下包絡均上下包絡均 不同于不同于調制信號的變化形狀調制信號的變化形狀（2）在調制信號的在調制信號的過零點過零點處，處，已調波的相位發(fā)生已調波的相位發(fā)生180度突變度突變。 相位突變相位突變下包絡下包絡3. 單邊帶調幅單邊帶調幅(SSB-SC)引出思路引出思路雙邊帶調幅的兩個邊帶完全相同，為節(jié)省頻帶，雙邊帶調幅的兩個邊帶完全相同，為節(jié)省頻帶， 僅發(fā)射一個邊帶

10、僅發(fā)射一個邊帶頻譜與帶寬頻譜與帶寬調制前調制前調制后調制后帶寬帶寬maxBWF比比DSB縮小一半縮小一半表達式與波形表達式與波形載波信號載波信號tVtvccmccos)(單音調制信號單音調制信號,cos)(tVtvm()c tVAVtvccmm)cos(21)(上邊帶信號上邊帶信號單音調制的單邊帶信號波形單音調制的單邊帶信號波形c注意：注意：多音調制多音調制的的 單邊帶信號單邊帶信號 的的包絡會變化包絡會變化， 但但不反映調制信號不反映調制信號4.調幅信號的產生方法調幅信號的產生方法(1) AM 和和 DSB-SC調幅實質調幅實質 AM和和DSB均是頻譜搬移均是頻譜搬移頻譜搬移的基本方法頻譜搬

11、移的基本方法 ： 乘法器濾波器乘法器濾波器 非線性器件濾波器非線性器件濾波器ccAMc0c2BWFDSB-SC注意：注意：中心頻率中心頻率 帶寬帶寬（2）SSB-SC信號產生信號產生濾波法濾波法由雙邊帶信號中由雙邊帶信號中濾出濾出一個邊帶一個邊帶難點難點當調制信號的當調制信號的最低頻率最低頻率很?。ㄉ踔翞楹苄。ㄉ踔翞? 0）時，）時，上下兩邊帶的頻差上下兩邊帶的頻差 很小，即很小，即相對頻差值相對頻差值 很小很小 minFmin2Ff cff要求濾波器的要求濾波器的矩形系數矩形系數接近接近1 1 濾波器很難做濾波器很難做多次搬移法多次搬移法降低濾波器制作難度降低濾波器制作難度1cf第一次調制第

12、一次調制低載頻低載頻相對值相對值 較大較大1cff濾出濾出Ffc1第二次調制第二次調制載頻載頻 ，相對值，相對值 更大更大2cf12ccfFf更容易濾波更容易濾波2cf移相法移相法)sinsincos(cos21)cos(21ttttVAVtVAVvcccmmccmmssBL)sinsincos(cos21)cos(21ttttVAVtVAVvcccmmccmmssBH難點：寬帶難點：寬帶90度相移網絡度相移網絡5. 振幅解調振幅解調解調實質解調實質頻譜搬移頻譜搬移DSB信號信號ttVAVtvccmmDSBcoscos)(1( )( )( )coscos2cos2DSBrmcmrmcv tvt

13、v tAVV Vttt（1）相干解調）相干解調參考信號參考信號tVtvrrmrcos)(與與DSB載波同頻同相載波同頻同相rc采用一個相干信號（參考信號）與被解調信號相乘采用一個相干信號（參考信號）與被解調信號相乘低通低通濾波后濾波后tVAVtvcmmocos21)(高頻高頻相干解調的相干解調的關鍵點：關鍵點：保證參考信號與保證參考信號與DSB的載波的載波同頻同相同頻同相頻差頻差相差相差)cos()(tVtvcrmr設：設： 參考信號參考信號相乘相乘，并通過，并通過低通濾波器低通濾波器后：后：ttVAVtvcmmocos)cos(21)(ttVAVtvccmmDSBcoscos)(用來解調雙邊帶信號用來解調雙邊帶信號輸出輸出音頻音頻的幅度的幅度受到了受到了調制調制失真失真相干解調的難點：相干解調的難點：同頻同相同頻同相的參考信號的獲得的參考信號的獲得（2）包絡檢波）包絡檢波優(yōu)點：優(yōu)點：電路簡單、不需要相干信號電路簡單、不需要相干信號非相干解調非相干解調取出被解調信號的包絡取出被解調信號的包絡適用條件：適用條件：包絡必須反映調制信號包絡必須反映調制信號只只適用于適用于AM普通調幅波普通調幅波幅度調制與解調幅度調制與解調小結：小結：振幅調制與解調在頻域上都是一種振幅調制與解調在頻域上都是一種頻譜的線性