笫6章調(diào)制與解調(diào)2

1、 2、抑制載波調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅和殘留邊帶調(diào)幅、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)、正交幅度調(diào)制與解調(diào)4、數(shù)字信號調(diào)幅、數(shù)字信號調(diào)幅三、角度調(diào)制三、角度調(diào)制u角調(diào)調(diào)制的基本概念角調(diào)調(diào)制的基本概念u頻率調(diào)制信號的性質(zhì)頻率調(diào)制信號的性質(zhì)u實現(xiàn)頻率調(diào)制的方法與電路實現(xiàn)頻率調(diào)制的方法與電路u調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路調(diào)頻波的解調(diào)方法與電路四、數(shù)字信號的相位調(diào)制四、數(shù)字信號的相位調(diào)制l標(biāo)準調(diào)幅的缺點標(biāo)準調(diào)幅的缺點不能充分利用發(fā)射機功率不能充分利用發(fā)射機功率（載波分量不含信息，卻占去了調(diào)幅（載波分量不含信息，卻占去了調(diào)幅波總功率的一半以上波總功率的一半以上) 載波分量的存在，有時還會形

2、成干擾。載波分量的存在，有時還會形成干擾。所占的帶寬寬（所占的帶寬寬（有一半是多余的）有一半是多余的） ，不利節(jié)省頻率資源，不利節(jié)省頻率資源。于是產(chǎn)生了其他調(diào)幅制式。于是產(chǎn)生了其他調(diào)幅制式。u抑制載波調(diào)幅抑制載波調(diào)幅（1）抑制載波調(diào)幅的時域表示式（單頻調(diào)制）：）抑制載波調(diào)幅的時域表示式（單頻調(diào)制）：)cos)(cos()cos)()(tVtVktVtkvtvccmmccmfDSB（2）抑制載波調(diào)幅信號的波形圖：）抑制載波調(diào)幅信號的波形圖：返回返回)(21)(21)(cfcfDSBjVjVv c mc mc jVDSB 下邊帶 上邊帶 抑制載波調(diào)幅信號中抑制載波調(diào)幅信號中不含固定的載波分量，調(diào)制

3、信號的平不含固定的載波分量，調(diào)制信號的平均值不是零，會產(chǎn)生均值不是零，會產(chǎn)生“載漏載漏”。 調(diào)制信號是正值時的載波相位與調(diào)制信號是負值時的調(diào)制信號是正值時的載波相位與調(diào)制信號是負值時的載波相位載波相位是反相的是反相的。 已調(diào)信號的幅度仍隨調(diào)制信號變化已調(diào)信號的幅度仍隨調(diào)制信號變化，但其但其包絡(luò)不能反映調(diào)包絡(luò)不能反映調(diào)制信號的形狀。制信號的形狀。 上圖上圖（3）抑制載波調(diào)幅）抑制載波調(diào)幅的頻域表示式：的頻域表示式：-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5（5）抑制載波調(diào)幅的解調(diào)電路：）抑制載波調(diào)幅的解調(diào)電路：只能使用同步解調(diào)方法只能使用同

4、步解調(diào)方法。)(tvf)(tvDSB)(tvc帶通濾波器帶通濾波器)2cos1)(21)(cos(cos)cos)(cos)(2ttVKVttVkVttVtkVttvcfcmcfcmcccmfcDSB（4）實現(xiàn)抑制載波調(diào)幅的電路：）實現(xiàn)抑制載波調(diào)幅的電路：乘法器實現(xiàn)：乘法器實現(xiàn)：差分對模擬差分對模擬 乘法器乘法器四四 個二極管個二極管環(huán)形乘法器環(huán)形乘法器低通濾波器低通濾波器)(tvDSB)(tvD)(tvc利用非線性變換提取載波。利用非線性變換提取載波。帶通濾波器帶通濾波器平方器平方器分頻器分頻器)(tvDSB)(1tv)(2tv)(tvc若輸入信號為：若輸入信號為：ttvtvcfDSBcos

5、)()(經(jīng)平方器后得經(jīng)平方器后得：ttvtvtvtvcffDSB2cos)(21)(21)()(2221經(jīng)帶通濾波器取出上式中第二項，即經(jīng)帶通濾波器取出上式中第二項，即：ttvtvcf2cos)(21)(22將此分量取出，經(jīng)放大限幅并經(jīng)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。分頻，即可得所需載波。7T8T1T2T3T4T5T6TeR9T12500500500載波信號入載波信號入調(diào)制信號入調(diào)制信號入145Vk8 . 6舉例舉例 1：標(biāo)準幅度調(diào)：標(biāo)準幅度調(diào)制和抑制載波調(diào)幅。制和抑制載波調(diào)幅。載波信號入：載波信號入：調(diào)制信號入：調(diào)制信號入：tVVtvccmccos)(10, 8t

6、VVtvmcos)(4, 1輸出信號為：輸出信號為：)cos()cos()(10, 84, 1tVVtVVktvccmmo討論：討論：1.若若1，4端和端和8，10端直流平衡，輸出是什么調(diào)幅波形？端直流平衡，輸出是什么調(diào)幅波形？ 2.若若8，10端直流平衡，如何得到標(biāo)準調(diào)幅波形？端直流平衡，如何得到標(biāo)準調(diào)幅波形？ 3.載漏是如何產(chǎn)生的？載漏是如何產(chǎn)生的？ 4.若若1，4端平衡，而端平衡，而8，10端不平衡，輸出是什么波形？端不平衡，輸出是什么波形？ 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，因而可以有效地利用發(fā)射機的功率傳遞信息。但它是雙邊

7、帶信號，所占有效地利用發(fā)射機的功率傳遞信息。但它是雙邊帶信號，所占帶寬仍為調(diào)制信號最高角頻率的兩倍。帶寬仍為調(diào)制信號最高角頻率的兩倍。 而從有效傳輸信息的角度看，只要傳送一個邊帶就夠了，而從有效傳輸信息的角度看，只要傳送一個邊帶就夠了，只只傳送一個邊帶的調(diào)幅信號稱為單邊調(diào)幅，可以選擇上邊帶也可傳送一個邊帶的調(diào)幅信號稱為單邊調(diào)幅，可以選擇上邊帶也可以采用下邊帶。以采用下邊帶。 單邊帶調(diào)幅，簡記為單邊帶調(diào)幅，簡記為SSBAM既可充分利用發(fā)射機的功率既可充分利用發(fā)射機的功率又節(jié)省占有頻帶。又節(jié)省占有頻帶。信息傳輸?shù)慕嵌仁亲罴颜{(diào)幅方式。信息傳輸?shù)慕嵌仁亲罴颜{(diào)幅方式。但是實現(xiàn)這種調(diào)幅方式的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)

8、比較復(fù)雜。但是實現(xiàn)這種調(diào)幅方式的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)比較復(fù)雜。（1）單邊帶調(diào)幅的時域表示式）單邊帶調(diào)幅的時域表示式 為了求得為了求得SSBAM信號的時域表示式，對信號的時域表示式，對SSBAM信號的頻譜信號的頻譜函數(shù)進行逆傅立葉變換。令函數(shù)進行逆傅立葉變換。令 表示為：表示為： )( jVSSBcccfcfSSBjVjVjV0)(21)(21)(并假定調(diào)制信號的最高頻率并假定調(diào)制信號的最高頻率 。根據(jù)逆傅立葉變換公式，。根據(jù)逆傅立葉變換公式，可得可得SSBAM信號的時域表示式為信號的時域表示式為 cm)(tvSSB一個取上邊帶的一個取上邊帶的SSBAM信號的時域表示式可記為信號的時域表示式可記為tt

9、vttvtvcfcfSSBsin2)(cos2)()(稱稱 為為 的希爾伯特（的希爾伯特（Hilbert）變換。（見變換。（見P340）)(tvf)(tvf（1）單邊帶調(diào)幅的時域表示式）單邊帶調(diào)幅的時域表示式 當(dāng)當(dāng)SSBAM信號取下邊帶時，其時間函數(shù)表示式為信號取下邊帶時，其時間函數(shù)表示式為ttvttvtvcfcfSSBsin2)(cos2)()( 若調(diào)制信號若調(diào)制信號 為一單頻余弦信號為一單頻余弦信號 ，對載波對載波 進行單邊帶調(diào)幅。進行單邊帶調(diào)幅。（本例中取上邊帶）：（本例中取上邊帶）：)(tvftVtvmfcos)(tVtvccmccos)(tVVtvccmmSSB)cos(21)( 單

10、邊帶調(diào)幅信號的幅度包絡(luò)不反映調(diào)制信號的波形。單邊帶調(diào)幅信號的幅度包絡(luò)不反映調(diào)制信號的波形。 對單邊帶調(diào)幅信號，只能使用同步解調(diào)方法對單邊帶調(diào)幅信號，只能使用同步解調(diào)方法。 濾波法濾波法：將抑制載波調(diào)幅波濾除一個邊帶。：將抑制載波調(diào)幅波濾除一個邊帶。帶通濾波器帶通濾波器tVtvccmccos)(tVtvmfcos)(ccSSBAM HzF300minHzf601010%006. 010600270minfFHzf401010%6 . 010600250minfF改進方法：較低載頻改進方法：較低載頻SSBAM 再用再用 混頻法逐次提高載頻至所需頻率。混頻法逐次提高載頻至所需頻率。 f cf min

11、Ffc minFfc 難點：當(dāng)調(diào)制信號中含有低頻分量而載頻較高時，濾波器的實難點：當(dāng)調(diào)制信號中含有低頻分量而載頻較高時，濾波器的實現(xiàn)困難因為兩個邊帶相距很近，載頻處有銳截止特性?，F(xiàn)困難因為兩個邊帶相距很近，載頻處有銳截止特性。濾波濾波濾波濾波載波載波載波載波載波載波)(tvf濾波濾波功放功放Ff 11fFFf 1)(12Fff)(12Fff2f)(123Ffff)(123Ffff3fKHZf1001 相移法相移法：另一種實現(xiàn)單邊帶調(diào)幅的方法是相移法。另一種實現(xiàn)單邊帶調(diào)幅的方法是相移法。tVVtVtVtVtVtvccmmccmmccmmSSB)cos(21sin2sincos2cos)(22)(

12、tvSSBtccostcostsintcsinttcsinsinttccoscosc（3）單邊帶調(diào)幅的解調(diào)電路：）單邊帶調(diào)幅的解調(diào)電路：SSBAM信號中，既無載波分量，其包絡(luò)也不反映調(diào)制信號的信號中，既無載波分量，其包絡(luò)也不反映調(diào)制信號的波形。波形。只能用同步解調(diào)方法。而且只能用同步解調(diào)方法。而且 SSB AM對載波恢復(fù)要求更對載波恢復(fù)要求更為嚴格必須與發(fā)射載頻同頻同相才能實現(xiàn)無失真解調(diào)。為嚴格必須與發(fā)射載頻同頻同相才能實現(xiàn)無失真解調(diào)。 為了實現(xiàn)同步解調(diào)，為了實現(xiàn)同步解調(diào)，通常，采用方法采用方法： 在在SSBAM信號中加入導(dǎo)頻發(fā)一點載頻（信號中加入導(dǎo)頻發(fā)一點載頻（邊帶功率占總邊帶功率占總發(fā)射功

13、率發(fā)射功率96%）作為接收端解調(diào)基準，用鎖相環(huán)路提取。作為接收端解調(diào)基準，用鎖相環(huán)路提取。 在本地產(chǎn)生一個頻率為在本地產(chǎn)生一個頻率為 的振蕩的振蕩。當(dāng)然，它不可能與它不可能與發(fā)發(fā)送信號中的載波同頻同相，因此，它不屬于相干解調(diào)。送信號中的載波同頻同相，因此，它不屬于相干解調(diào)。但只要這兩個載波的頻率差在容許范圍之內(nèi)還是可用的。但只要這兩個載波的頻率差在容許范圍之內(nèi)還是可用的。例如，在傳送話音信號時，如果頻率差在幾赫茲以內(nèi)，例如，在傳送話音信號時，如果頻率差在幾赫茲以內(nèi)，并不影響信息的傳送。并不影響信息的傳送。但有失真！但有失真！ 從有效傳輸信息的角度，單邊帶調(diào)幅是各種調(diào)幅方式中最好從有效傳輸信息的

14、角度，單邊帶調(diào)幅是各種調(diào)幅方式中最好的。但的。但SSBAM的調(diào)制與解調(diào)比較復(fù)雜。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（或包含大量低頻分量）不適于傳送帶有直流分量的信號（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)幅殘留邊帶調(diào)幅，簡記為簡記為VSBAM。 在在VSBAM方式中，不是將一個邊帶完全濾除，而是保留一方式中，不是將一個邊帶完全濾除，而是保留一部分。下圖所示為部分。下圖所示為VSBAM信號幅度譜的示意圖。信號幅度譜的示意圖。 VSBAM與與SSBAM不同，它傳送被抑制邊帶的一部

15、分，同時不同，它傳送被抑制邊帶的一部分，同時又將被傳送邊帶抑制掉一部分，故稱其為殘留邊帶。又將被傳送邊帶抑制掉一部分，故稱其為殘留邊帶。n為了保證信號無失真地傳輸，傳送邊帶中被抑制的部分和為了保證信號無失真地傳輸，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)滿足互補對稱關(guān)系實現(xiàn)斜切濾抑制邊帶中被傳送的部分應(yīng)滿足互補對稱關(guān)系實現(xiàn)斜切濾波器。波器。 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，同時將

16、下邊帶中載波附近如下圖所示。發(fā)送端傳送上邊帶，同時將下邊帶中載波附近0.75MHz的部分全部保留。的部分全部保留。 接收端的濾波器，在載波接收端的濾波器，在載波 附近附近0.75MHz范圍內(nèi)滿足互補對范圍內(nèi)滿足互補對稱關(guān)系稱關(guān)系。cf)(MHZf)(jHT)(jHR0110.50cfcf60.750.750.750.750.50.25)(MHZf返回返回 對不含載波分量的對不含載波分量的VSBAM信號的解調(diào)只能采用同步解調(diào)信號的解調(diào)只能采用同步解調(diào)的的方法。為了恢復(fù)本地載波信號可以用在方法。為了恢復(fù)本地載波信號可以用在VSBAM信號中加導(dǎo)頻信號中加導(dǎo)頻的方法，也可采用的方法，也可采用DSBAM

17、類似的非線性變換方法類似的非線性變換方法。 在容許一定失真情況下，對含有大載波分量的在容許一定失真情況下，對含有大載波分量的VSBAM信號信號可以使用峰值包絡(luò)檢波器解調(diào)，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。從而可大大簡化解調(diào)電路。 在調(diào)制信號中含有直流分量時，這種調(diào)制方式可以使用。在調(diào)制信號中含有直流分量時，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現(xiàn)。殘留邊帶濾波器比單邊帶濾波器也易于實現(xiàn)。 VSBAM所占帶寬比單邊帶略寬所占帶寬比單邊帶略寬，基本具有，基本具有SSBAM的優(yōu)點的優(yōu)點。 正交幅度調(diào)制與解調(diào)是一種特殊的復(fù)用技術(shù)正交幅度調(diào)制與解調(diào)是一種特殊的復(fù)用技

18、術(shù)，一般一般是指利用兩個頻率相同但相位相差是指利用兩個頻率相同但相位相差90度的正弦波作為度的正弦波作為載波，以調(diào)幅的方法同時傳送兩路互相獨立的信號的載波，以調(diào)幅的方法同時傳送兩路互相獨立的信號的一種調(diào)制方式一種調(diào)制方式。 這種調(diào)制方式的已調(diào)信號所占頻帶僅為兩路信號這種調(diào)制方式的已調(diào)信號所占頻帶僅為兩路信號中的較寬者而不是二者之和，可以節(jié)省傳輸帶寬中的較寬者而不是二者之和，可以節(jié)省傳輸帶寬。22tccostcsintccostcsina(t)b(t)a(t)b(t)x(t) 兩路互相獨立的信號兩路互相獨立的信號a(t)和和b(t)分別調(diào)制角頻率為分別調(diào)制角頻率為 c的兩個互的兩個互相差相差90

19、度的正弦波，通常用度的正弦波，通常用 和和 表示，并稱表示，并稱它們是互相正交的。調(diào)制后的兩路信號相加得到輸出信號它們是互相正交的。調(diào)制后的兩路信號相加得到輸出信號x(t)，表示為：表示為：tccostcsinttbttatxccsin)(cos)()(調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器tccostccos返回返回 輸入信號輸入信號x(t)被兩個互相正交的正弦波相乘，與被兩個互相正交的正弦波相乘，與 相乘相乘的結(jié)果為：的結(jié)果為：2sin)(2cos)(21)(21cos)(ttbttatattxccctccos濾除濾除2 c 分量，得到解調(diào)輸出分量，得到解調(diào)輸出a(t)。 輸入信號輸入信號 x(t) 與

20、與 相乘的結(jié)果為相乘的結(jié)果為：tcsin2cos)(2sin)(21)(21sin)(ttbttatbttxccc濾除濾除2 c分量，得到解調(diào)輸出分量，得到解調(diào)輸出b(t)。解調(diào)原理：解調(diào)原理： 當(dāng)用數(shù)字信號對載波進行幅度調(diào)制時，稱為數(shù)字信號調(diào)幅，也當(dāng)用數(shù)字信號對載波進行幅度調(diào)制時，稱為數(shù)字信號調(diào)幅，也稱為幅度鍵控，稱為幅度鍵控，簡記為簡記為ASK。 一般情況下，數(shù)字信號為一隨機脈沖序列，并表示為：一般情況下，數(shù)字信號為一隨機脈沖序列，并表示為：式中，式中， 為隨機變量，對二進制數(shù)字信號，它可取為隨機變量，對二進制數(shù)字信號，它可取0，1兩種數(shù)兩種數(shù)值。值。 是碼元波形，它可以是矩形脈沖波形，也

21、可以是升余弦是碼元波形，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。脈沖、鐘形脈沖或抽樣脈沖等波形。kskkTtgatS)()(ka)(tg 通常，數(shù)字信號中含有直流分量和豐富的低頻分量。通常，數(shù)字信號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，必須進行調(diào)制。在數(shù)字信為了在具有帶通特性的信道內(nèi)傳送，必須進行調(diào)制。在數(shù)字信號調(diào)幅中，多用殘留邊帶調(diào)幅方式號調(diào)幅中，多用殘留邊帶調(diào)幅方式。調(diào)制信號源調(diào)制信號源帶通濾波器帶通濾波器前置放大器前置放大器調(diào)制信號驅(qū)動器調(diào)制信號驅(qū)動器RF載波振蕩器載波振蕩器緩沖放大器緩沖放大器載波驅(qū)動器載波驅(qū)動器調(diào)制器調(diào)制器帶通濾

22、波器帶通濾波器線性功率放大器線性功率放大器帶通濾波器帶通濾波器耦合網(wǎng)絡(luò)耦合網(wǎng)絡(luò)天線天線 音頻放大器音頻放大器檢波器檢波器中頻放大器中頻放大器帶通濾波器帶通濾波器RF低噪聲放大器低噪聲放大器帶通濾波器帶通濾波器天線天線揚聲器揚聲器本地振蕩器本地振蕩器統(tǒng)一調(diào)諧統(tǒng)一調(diào)諧AGC控制控制靜噪靜噪舉例舉例 ：實驗三：實驗三 調(diào)幅信號的解調(diào)電路調(diào)幅信號的解調(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)電路本實驗仍采用波解調(diào)電路本實驗仍采用1496集成片來構(gòu)成解調(diào)器，集成片來構(gòu)成解調(diào)器，電路如下圖所示電路如下圖所示。14965Rk101R1001 2 3

23、4 5 6 78910111213146Rk3 . 3122C005. 0VAMIN1C1 . 02R3Rk1k14Rk110R820VC6C1 . 01211Rk2 . 19R567C1 . 012005. 03CVO8R7Rk1k3 . 34C005. 05C13546VAMINVO1R2R3R1C2C1Dk7 . 4k7 . 4k101 . 01 . 078本實驗仍采用本實驗仍采用1496集成片來構(gòu)成解調(diào)器。電路如圖（集成片來構(gòu)成解調(diào)器。電路如圖（a） 所示，載波信號經(jīng)電容所示，載波信號經(jīng)電容 加在、腳之間，相乘后加在、腳之間，相乘后的信號由的信號由12腳輸出，經(jīng)過腳輸出，經(jīng)過 、 與與

24、 組成的低通濾組成的低通濾 波器后，在解調(diào)輸出端得到恢復(fù)出來的調(diào)制信號。波器后，在解調(diào)輸出端得到恢復(fù)出來的調(diào)制信號。6C3C4C8R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)幅信號它具有電路簡單，易于實現(xiàn)等優(yōu)點，本實驗電路如圖（它具有電路簡單，易于實現(xiàn)等優(yōu)點，本實驗電路如圖（b）所示，它主要由檢波二極管所示，它主要由檢波二極管D及及RC低通濾波器組成，由于低通濾波器組成，由于它是利用二極管的單向?qū)щ娂八抢枚O管的單向?qū)щ娂癛C元件的充放電特性實現(xiàn)檢波元件的充放電特性實現(xiàn)檢波的。因此，的。因此，RC時間常數(shù)的選取很關(guān)鍵，若時間常數(shù)的選取

25、很關(guān)鍵，若RC時間常數(shù)過大時間常數(shù)過大，則會產(chǎn)生對角切割失真，若，則會產(chǎn)生對角切割失真，若RC時間常數(shù)過小，高頻分量會時間常數(shù)過小，高頻分量會濾除不干凈，綜合考慮要求滿足下式：濾除不干凈，綜合考慮要求滿足下式：mcmRCf211習(xí)題：習(xí)題：6-5，6-6 ， 6-9 MATLAB的信號處理工具箱提供了一系列的函數(shù)可以實現(xiàn)的信號處理工具箱提供了一系列的函數(shù)可以實現(xiàn)對通信系統(tǒng)的仿真。運行演示程序可以觀察不同的調(diào)制方式下對通信系統(tǒng)的仿真。運行演示程序可以觀察不同的調(diào)制方式下產(chǎn)生信號波形的區(qū)別，并且如果指定源信號為語音信號，可以產(chǎn)生信號波形的區(qū)別，并且如果指定源信號為語音信號，可以單擊圖中的單擊圖中的 play 按鈕聽到對應(yīng)的聲音。按鈕聽到對應(yīng)的聲音。 運行這個程序可以在運行這個程序可以在MATLAB的主界面中，的