調(diào)制解調(diào)的原理與應(yīng)用

1、調(diào)制解調(diào)的原理與應(yīng)用測(cè)控技術(shù)與儀器三班樊懿鋒3013202070從早期的收音機(jī)、電視、有線電話到現(xiàn)在的移動(dòng)電話、數(shù)字電視、3G、4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)代社會(huì)的種種通訊與傳媒方式都離不開信號(hào)的傳輸。而信號(hào)的傳輸過程就如同現(xiàn)實(shí)生活中的交通運(yùn)輸一樣需要傳輸?shù)耐ǖ馈Ｕ{(diào)制與解調(diào)則是信號(hào)傳輸原理中最基本的原理。 引言 調(diào)制是一種將信號(hào)注入載波，以此信號(hào)對(duì)載波加以調(diào)制的技術(shù)，以便將原始信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合傳送的電波信號(hào)，常用于無線電波的傳播與通信、利用電話線的數(shù)據(jù)通信等各方面。調(diào)制的逆過程叫做解調(diào)，用以還原出原始的信號(hào)。調(diào)制解調(diào)的含義 通過調(diào)制可以把基帶信號(hào)的頻譜搬移到載波頻率附近，即將基帶信號(hào)變換為帶通信號(hào)。選擇不同

2、的載波頻率就可以將信號(hào)的頻譜搬移到希望的頻段上。這樣的頻譜搬移或是為了適應(yīng)信道傳輸?shù)囊?，或是為了將多個(gè)信號(hào)合并起來進(jìn)行多路傳輸。調(diào)制解調(diào)的含義 調(diào)制的實(shí)質(zhì)是進(jìn)行頻譜搬移，把攜帶消息的基帶信號(hào)的頻譜搬移到較高的頻率范圍。經(jīng)過調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)應(yīng)該具有兩個(gè)基本特征：一是仍然攜帶消息；二是適合于信道傳輸。調(diào)制的模型如圖1-1所示，其中 m(t)為基帶信號(hào)，C(t)為載波信號(hào)，Sm(t)為已調(diào)信號(hào)。調(diào)制的分類調(diào)制器m(t)C(t)Sm(t)圖1-1調(diào)制器模型 根據(jù)不同的m(t)、C(t)和不同的調(diào)制器功能，可將調(diào)制分類如下。 根據(jù)m(t)的不同進(jìn)行劃分（1）模擬調(diào)制，調(diào)制信號(hào)m(t)為連續(xù)變化的模擬量

3、，通常以單頻正弦波為代表。（2）數(shù)字調(diào)制，調(diào)制信號(hào)m(t)為離散的數(shù)字量，通常以二進(jìn)制數(shù)字脈沖為代表。調(diào)制的分類 根據(jù)載波C(t)的不同進(jìn)行劃分（1）連續(xù)載波調(diào)制，載波信號(hào)C(t)為連續(xù)波形，通常以單頻正弦波為代表。（2）脈沖載波調(diào)制，載波信號(hào)C(t)為脈沖波形，通常以矩形周期脈沖為代表。調(diào)制的分類 根據(jù)調(diào)制器的功能不同進(jìn)行劃分（1）幅度調(diào)制，調(diào)制信號(hào)m(t)改變載波信號(hào)C(t)的振幅參數(shù)，如調(diào)幅(AM)振幅鍵控 (ASK)等。（2）頻率調(diào)制，調(diào)制信號(hào)m(t)改變載波信號(hào)C(t)的頻率參數(shù)，如調(diào)頻(FM)頻率鍵控(FSK)等。（3）相位調(diào)制，調(diào)制信號(hào)m(t)改變載波信號(hào)C(t)的相位參數(shù)，如調(diào)

4、相(PM)相位鍵控(PSK)等。調(diào)制的分類 根據(jù)調(diào)制器頻譜搬移特性的不同進(jìn)行劃分（1）線性調(diào)制，輸出已調(diào)信號(hào)Sm(t)的頻譜和調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜之間呈線性搬移關(guān)系，如AM、單邊帶調(diào)制（SSB）等。（2）非線性調(diào)制，輸出已調(diào)信號(hào)Sm(t)的頻譜和調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜之間沒有線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，即在輸出端含有與調(diào)制信號(hào)頻譜不呈線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的頻譜成分，如FM、FSK等。調(diào)制的分類調(diào)制的實(shí)質(zhì)是頻譜搬移其原理如圖所示，將調(diào)制信號(hào)f(t)乘以載波信號(hào)cos(0t)或sin(0t),得到高頻已調(diào)信號(hào)y(t),即 y(t)=f(t)cos(0t)或y(t)=f(t)sin(0t)對(duì)y(t)做傅里葉變換可得調(diào)制

5、的基本原理X()f t00co s( ),sin ( )tt 0000001cos 21 sin2f ttFFf ttFFj調(diào)制的基本原理 同步解調(diào)也是在頻譜搬移的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，在接收端對(duì)已調(diào)信號(hào)乘以與發(fā)射端頻率相同 的本地載波信號(hào)。然后讓信號(hào)通過一定增益的低通濾波器從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的解調(diào)。 解調(diào)的基本原理令f2(t)= f(t)cos(0t)， y2(t)= f2(t)cos(0t)對(duì)y2(t)進(jìn)行傅里葉變換可得 得到如圖所示的頻譜圖，經(jīng)過特定低通濾波器后原信號(hào)可以被完全還原（理想狀況）f2(t)cos(0t) 12F()14F(20)F(20)解調(diào)的基本原理解調(diào)的基本原理 幅度調(diào)制 AM是指

6、調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使其隨調(diào)制信號(hào)呈線性變化的過程。圖中m(t)為基帶信號(hào)，它可以是確定信號(hào)， 也可以是隨記信號(hào)。通常認(rèn)為平均值為0，即無直流分量； A0為外加的直流分量如果基帶信號(hào)中有直流分量，也可以把基帶信號(hào)中的直流分量歸到A0中。 線性調(diào)制原理載波為可得 為了分析分析問題的方便令m(t)是確定的模擬信號(hào)且為0.由上式可知 C(t)=cos(ctf0)SAM(t)=A0m(t)cos(ctf0)SAM(t)=A0m(t)cos(ctf0)=A0cosctm(t)cosct線性調(diào)制原理設(shè)m(t)的頻譜為 M(w),由傅里葉變換的理論可得已調(diào)信號(hào) 的頻譜 為SAM(t)SAM()SA

7、M()=pA0d(c)d(c)12M(c)M(c)線性調(diào)制原理 總結(jié)可以得出以下結(jié)論： AM波的頻譜與基帶信號(hào)的頻譜呈線性關(guān)系，只是將基帶信號(hào)的頻譜搬移到正負(fù) 處，并沒有產(chǎn)生新的頻率成分，因此，AM屬于線性調(diào)制。 AM信號(hào)的波形的包絡(luò)與基帶信號(hào)m(t)成正比，所以AM信號(hào)的解調(diào)既可以用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）為了防止包絡(luò)失真（已調(diào)信號(hào)極小點(diǎn)處相位反轉(zhuǎn)）必須滿足 AM的頻譜中含有上下兩個(gè)邊帶。無論上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息，故已調(diào)波的帶寬為愿基帶信號(hào)帶寬的兩倍。 AM頻譜中含有載波成分， 表現(xiàn)為其在 處有沖激函數(shù)。cA0m(t) 0&|m(t)|max

8、A0c線性調(diào)制原理 在AM信號(hào)中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。如果將載波抑制（去掉載波分量），即可輸出抑制載波雙邊帶信號(hào)，簡(jiǎn)稱雙DSB信號(hào)。 雙邊帶調(diào)制 DSB信號(hào)時(shí)域表達(dá)式為 當(dāng)調(diào)制信號(hào)m(t)為確定信號(hào)時(shí)，已調(diào)信號(hào)的頻譜為SDSB(t)=m(t)cosctSDSB()=12M(C)M(C)雙邊帶調(diào)制雙邊帶調(diào)制 DSB調(diào)制相比于AM調(diào)制節(jié)省了載波功率，調(diào)制效率提高了，但他的頻帶寬度仍是基帶信號(hào)貸款的2倍，與AM信號(hào)帶寬相同。而且DSB信號(hào)的上下兩個(gè)邊帶完全對(duì)稱，它們都攜帶了調(diào)制信號(hào)的全部信息，因此僅傳輸一個(gè)邊帶即可，這是單邊帶調(diào)制能解決的方法。 相比前兩種調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)相乘后

9、直接傳輸雙邊帶信號(hào)，單邊帶調(diào)制信號(hào)在調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)相乘后還需要產(chǎn)生單邊帶信號(hào)而后才經(jīng)過傳輸，最終被解調(diào)。單邊帶調(diào)制 殘留邊帶調(diào)制(VSB)是介于單邊帶調(diào)制與雙邊帶調(diào)制之間的一種調(diào)制方式，它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的問題，又解決了單邊帶濾波器不易實(shí)現(xiàn)的難題。在殘留邊帶調(diào)制中，除了傳送一個(gè)邊帶外，還保留了另外一個(gè)邊帶的一部分。對(duì)于具有低頻及直流分量的調(diào)制信號(hào)，用濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制時(shí)所需要的過渡帶無限陡的理想濾波器，在殘留邊帶調(diào)制中已不再需要，這就避免了實(shí)現(xiàn)上的困難。 殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制 線性調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制方式原理大同小異，都是基于AM調(diào)制方式之上不過對(duì)載波或是后續(xù)的濾波器要求不同。

10、對(duì)于解調(diào)方式來說，相干解調(diào)（接收端加載與載波同頻同相的信號(hào)）都能使其從傳輸端恢復(fù)。 對(duì)于AM調(diào)制而言，還可以采取非相干解調(diào)的方式，即使用檢波器進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)。包絡(luò)解調(diào)不需要本地載波，而是利用已調(diào)信號(hào)中的包絡(luò)信息來恢復(fù)原基帶信號(hào)。由于包絡(luò)解調(diào)器電路簡(jiǎn)單、效率高，所以幾乎所有AM接收機(jī)都采用這種電路。線性調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào) 當(dāng)R、C滿足條件 時(shí)，包絡(luò)檢波器的輸出基本上與輸入信號(hào)的包絡(luò)變化呈線性關(guān)系，即 隔去直流信號(hào)就可后得到原信號(hào) 1cRC1Hm0(t)=A0m(t)m(t)線性調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào) 線性調(diào)制方式所具有的共同的特點(diǎn)，就是調(diào)制后的信號(hào)頻譜只是調(diào)制信號(hào)的頻譜在頻率軸上的搬移，以適應(yīng)信道的要求。雖然

11、頻率位置發(fā)生了變化，但是頻譜的結(jié)構(gòu)沒有改變。非線性調(diào)制原理簡(jiǎn)述 非線性調(diào)制又稱角度調(diào)制，是指調(diào)制信號(hào)控制高頻載波的頻率或相位，而載波的幅度保持不變。角度調(diào)制后信號(hào)的頻譜不再保持調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，而且調(diào)制后的信號(hào)帶寬一般要比調(diào)制信號(hào)的信號(hào)帶寬大得多。非線性調(diào)制原理簡(jiǎn)述 非線性調(diào)制與線性調(diào)制本質(zhì)的區(qū)別在于：線性調(diào)制不改變信號(hào)的原始頻譜結(jié)構(gòu)，而非線性調(diào)制改變了信號(hào)的原始頻譜結(jié)構(gòu)。 常見的非線性調(diào)制主要有： 調(diào)頻（FM），窄帶調(diào)頻（如民用對(duì)講機(jī)）和寬帶調(diào)頻（FM廣播） 均屬于非線性調(diào)制范疇。 移頻鍵控（FSK），常用于自動(dòng)控制、無線數(shù)傳。 移相鍵控（PSK）和差分移相鍵控（DPSK），常用于自動(dòng)控制、無線數(shù)傳。非線性調(diào)制原理簡(jiǎn)述 通過調(diào)制與解調(diào)，超遠(yuǎn)距離傳輸信息才成為了現(xiàn)實(shí)。這使得全球各區(qū)域之間的聯(lián)系日益緊密。從早期的收音機(jī)、電視、有線電話到現(xiàn)在的移動(dòng)電話、數(shù)字電視、3G、4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)代社會(huì)的種種通訊與傳媒方式無一能夠離得開調(diào)制與解調(diào)原理。 調(diào)制解調(diào)