笫6章 調(diào)制與解調(diào)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2001年9月--12月1《通信電路原理》--無九

調(diào)制是使消息載體的某些特性隨消息變化的過程。無線傳輸時(shí)調(diào)制就是由攜帶信息的電信號(hào)去控制高頻振蕩信號(hào)的某一參數(shù)(振幅、頻率或相位），使該參數(shù)按照電信號(hào)的規(guī)律而變化的處理方式。一、調(diào)制的基本概念載波:用來傳送消息的載體叫作載波。載波可以是正弦波、脈沖波和光波等。所欲傳送的消息可以是話音、圖象或其它物理量－－模擬信號(hào)，也可以是數(shù)據(jù)、電報(bào)和編碼信號(hào)等－－數(shù)字信號(hào)。調(diào)制的作用是把消息置入消息載體，以便于傳輸和處理。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，從消息載體中還原出原來的消息。調(diào)制信號(hào):代表欲傳送消息的信號(hào)叫作調(diào)制信號(hào)。已調(diào)信號(hào):經(jīng)調(diào)制后的信號(hào)叫作已調(diào)信號(hào)。2001年9月--12月2《通信電路原理》--無九調(diào)制調(diào)制的基本概（續(xù)）調(diào)制的必要性：可實(shí)現(xiàn)有效地發(fā)射，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用（如頻分復(fù)用)，實(shí)現(xiàn)有選擇地接收，還可以降低干擾對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>

(如擴(kuò)頻調(diào)制）。調(diào)制的方式和分類：按載波的不同可分為脈沖調(diào)制、正弦調(diào)制和對(duì)光波進(jìn)行的光強(qiáng)度調(diào)制等。按調(diào)制信號(hào)的形式可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。調(diào)制信號(hào)為模擬信號(hào)的稱為模擬調(diào)制，調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的稱為數(shù)字調(diào)制。

正弦波調(diào)制有幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制三種基本方式，后兩者合稱為角度調(diào)制。

調(diào)制是一種非線性過程。載波被調(diào)制后將產(chǎn)生新的頻率分量，通常它們分布在載波頻率的兩邊，并占有一定的頻帶。2001年9月--12月3《通信電路原理》--無九二、幅度調(diào)制

幅度調(diào)制（AM）是指載波的幅度隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化，而其角頻率和初相位均為常數(shù)。

幅度調(diào)制有如下方式：

標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制（StandardAM）。

雙邊帶幅度調(diào)制（DoubleSidebandAM，記為DSBAM），這種調(diào)幅方式又稱抑制載波調(diào)幅（SuppressedCarrierAM，簡(jiǎn)記為SCAM）。

殘留邊帶幅度調(diào)制（VestigialSidebandAM，簡(jiǎn)記為VSBAM）。

正交幅度調(diào)制（QuadratureAM，簡(jiǎn)寫為QAM）。

單邊帶幅度調(diào)制（SingleSidebandAM，記為SSBAM）。

數(shù)字信號(hào)調(diào)幅（ASK，幅度鍵控）。多電平幅度調(diào)制如16QAM、64QAM、128QAM等。2001年9月--12月4《通信電路原理》--無九1、標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制是各種幅度調(diào)制中最基本的一種。標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制因其所占頻帶寬，功率利用效率低等原因，使用范圍受到限制，但它是各種調(diào)制形式的基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波信號(hào)的性質(zhì)：

信號(hào)的數(shù)學(xué)表示式。

波形圖。

頻譜函數(shù)與頻譜圖。

信號(hào)所具有的功率在各頻率分量之間的分配關(guān)系等。標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波的基本特性2001年9月--12月5《通信電路原理》--無九（1）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波信號(hào)的數(shù)學(xué)表示式假定調(diào)制信號(hào)為：載波信號(hào)為：進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅后的表示式為：從定義角度從畫波形角度從調(diào)幅波產(chǎn)生與頻譜角度式中，稱為調(diào)幅指數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制中，為保證不出現(xiàn)過調(diào)制，要求。2001年9月--12月6《通信電路原理》--無九（2）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波信號(hào)的波形與頻譜單頻余弦波調(diào)幅：m<1返回調(diào)幅將調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到載頻兩旁。故稱幅度調(diào)制為線性調(diào)制。下邊頻上邊頻2001年9月--12月7《通信電路原理》--無九過調(diào)制波形（m>1)特點(diǎn)：已調(diào)波包絡(luò)不反映調(diào)制信號(hào)規(guī)律，且載波有反相。2001年9月--12月8《通信電路原理》--無九（2）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波信號(hào)的波形與頻譜（續(xù)）任意波形調(diào)幅：上圖調(diào)制信號(hào)有n個(gè)頻率分量時(shí)：2001年9月--12月9《通信電路原理》--無九（3）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波信號(hào)的功率（單位電阻上）分配關(guān)系載波占有功率為：邊帶（兩個(gè)）所占有的功率為：調(diào)幅波所具有的總功率為：2001年9月--12月10《通信電路原理》--無九標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波的性質(zhì)小結(jié)已調(diào)信號(hào)的幅度隨調(diào)制信號(hào)而變化。而且當(dāng)

時(shí)調(diào)幅信號(hào)幅度的包絡(luò)反映了調(diào)制信號(hào)的規(guī)律.只要能取出這個(gè)包絡(luò)信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)解調(diào)。

調(diào)幅波的頻譜由兩部分組成。一部分是未調(diào)載波的頻譜，另一部分是分別平移至兩旁的調(diào)制信號(hào)的頻譜。

調(diào)幅波所具有的總功率：載波占有功率和邊帶所占有的功率之和。在調(diào)幅波中，欲傳送的信息包含在邊帶內(nèi)，載波分量并不包含欲傳送的信息。而它所占有的功率卻為總功率的一半以上。因此，從有效地利用發(fā)射機(jī)功率的角度考慮，標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制是有缺點(diǎn)的。頻帶寬度：標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)所占的頻帶寬度為，即它是調(diào)制信號(hào)頻帶寬度的兩倍。但從傳遞信息的角度看，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)所占的頻帶寬度中有一半是多余的，因此，這種調(diào)幅方式在頻率資源利用上是有缺點(diǎn)的。2001年9月--12月11《通信電路原理》--無九實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅的方法

它是由載波及載波與調(diào)制信號(hào)相乘這兩部分組成。據(jù)此，可以得到實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅的兩種方案，如下圖所示。

實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)的相乘，可以應(yīng)用第4章中討論的時(shí)變參量線性電路或相乘器，這里不再詳述。)(tvf)(tvf)(tvAM)(tvAMcmVcmVK=tcwcostcwcos圖A圖B直流電壓2001年9月--12月12《通信電路原理》--無九舉例1：1496電路圖本實(shí)驗(yàn)采用集成模擬相乘器1496來構(gòu)成調(diào)幅器。（通信電路原理實(shí)驗(yàn)講義7~12）－－圖A方案實(shí)現(xiàn)

高頻信號(hào)為載波信號(hào)：低頻信號(hào)為調(diào)制信號(hào)：實(shí)驗(yàn)二幅度調(diào)制器電路直流電壓為1、4腳之間的電壓2001年9月--12月13《通信電路原理》--無九三、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)－－檢波，就是從調(diào)幅信號(hào)中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)。它是調(diào)幅的逆過程（頻域：將調(diào)制信號(hào)頻譜搬回原點(diǎn)附近）。（1）對(duì)檢波器的技術(shù)要求：

檢波效率：檢波效率是指檢波器輸出信號(hào)的幅度與輸入調(diào)幅信號(hào)中包絡(luò)的幅度之比。對(duì)于單頻正弦信號(hào)調(diào)幅，這時(shí)的檢波效率或稱為檢波器的傳輸系數(shù)為：這里需要說明，指的是兩個(gè)不同頻率信號(hào)的幅度比，這與一般放大器的增益概念是不同的。2001年9月--12月14《通信電路原理》--無九（1）對(duì)檢波器的技術(shù)要求（續(xù)）

檢波失真：要求檢波器的輸出信號(hào)波形與輸入調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)之間只有時(shí)間延遲或幅度比例上的變化，而不出現(xiàn)新的頻率成分或改變?cè)懈黝l率分量間的相互關(guān)系，也即不出現(xiàn)非線性失真或線性失真。

輸入阻抗：檢波電路是前級(jí)放大器的負(fù)載，它的輸入阻抗將影響前級(jí)的工作，需合理設(shè)計(jì)。

諧波輸出：檢波器的輸出信號(hào)中，除有用信號(hào)外，往往還包含有載波及其各次諧波分量。低通濾波器可以使送往下級(jí)的檢波信號(hào)中不包含這些分量，但在載波頻率較高時(shí)，在低通濾波器之前，這些分量就可能通過空間輻射、寄生耦合或電源反饋到前級(jí)，影響電路工作的穩(wěn)定性。因此在設(shè)計(jì)檢波器時(shí)，要盡量避免載波及其高次諧波的出現(xiàn)。2001年9月--12月15《通信電路原理》--無九（2）解調(diào)方法可分為兩類，即相干解調(diào)與非相干解調(diào)。

相干解調(diào)：相干解調(diào)方法的方框圖如下圖所示。它是將調(diào)幅信號(hào)與一本地載波信號(hào)相乘以得出調(diào)制信號(hào)分量。這個(gè)本地載波信號(hào)是在接收設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的，并且與調(diào)幅信號(hào)中的載波相干，或者說是同步的，即本地載波與調(diào)幅信號(hào)中載波的頻率相同，二者的相位也應(yīng)相同或有很小的相位差，所以這種解調(diào)方法又稱同步解調(diào)。低通濾波器返回相干解調(diào)框圖與調(diào)幅載波同頻同相2001年9月--12月16《通信電路原理》--無九（2）解調(diào)方法（續(xù)1）

數(shù)學(xué)分析：若調(diào)幅信號(hào)表示為：本地載波信號(hào)表示為：則相乘后：它包括低頻分量和二倍載頻調(diào)幅分量兩部分，經(jīng)低通濾波器濾除及附近分量，可得解調(diào)輸出為：從上式可以看出，相角將直接影響解調(diào)的輸出。極端情況下，如果，則將無解調(diào)輸出。上圖結(jié)論：若本地載波和載頻信號(hào)同頻同相，則可實(shí)現(xiàn)無失真解調(diào)；產(chǎn)生和載頻信號(hào)同頻同相本地載波是相干解調(diào)的一個(gè)關(guān)鍵問題。2001年9月--12月17《通信電路原理》--無九（2）解調(diào)方法（續(xù)2）

非相干解調(diào)：

利用某些元件的非線性特性對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行非線性變換，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)幅波的解調(diào)。它不需要本地載波作為相干信號(hào)，因此稱之為非相干解調(diào)。

經(jīng)常應(yīng)用的非相干解調(diào)方法有小信號(hào)平方律解調(diào)、平均包絡(luò)解調(diào)和大信號(hào)峰值包絡(luò)解調(diào)等。大信號(hào)峰值包絡(luò)解調(diào)：當(dāng)載波頻率比調(diào)制信號(hào)的最高頻率高得多時(shí)，調(diào)幅信號(hào)幅度的包絡(luò)線近似為調(diào)制信號(hào)的波形。因此，只要能取出這個(gè)包絡(luò)信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)解調(diào)。（要求，其中是調(diào)制信號(hào)最高頻率。）2001年9月--12月18《通信電路原理》--無九1、小信號(hào)平方律解調(diào)檢波器電路：如右圖所示

二極管有偏置電壓。

二極管電流全周期流通。

輸入信號(hào)很小。電路的技術(shù)指標(biāo)：檢波效率：輸入阻抗：檢波失真：非線性失真系數(shù)平方律檢波：用于功率指示。低通，檢波負(fù)載2001年9月--12月19《通信電路原理》--無九2、大信號(hào)峰值包絡(luò)解調(diào)器檢波器電路：最常用的峰值包絡(luò)解調(diào)器是如右圖所示。

二極管無偏置電壓。

輸入信號(hào)大，幾百mv。

二極管電流流通角很小。返回

元件參數(shù)滿足下列條件：載波信號(hào)周期調(diào)制信號(hào)周期利用二極管的單向?qū)щ姾蚏C充、放電特性進(jìn)行解調(diào)。充電時(shí)間常數(shù)放電時(shí)間常數(shù)2001年9月--12月20《通信電路原理》--無九2、大信號(hào)峰值包絡(luò)解調(diào)器（續(xù)1）電路的技術(shù)指標(biāo)：電流流通角：檢波效率：輸入阻抗：檢波失真：波形失真。當(dāng)R、C時(shí)間常數(shù)過大會(huì)產(chǎn)生對(duì)角切割失真。2001年9月--12月21《通信電路原理》--無九2、大信號(hào)峰值包絡(luò)解調(diào)器（續(xù)2）電路的工作過程：電路充放電。上圖返回1返回22001年9月--12月22《通信電路原理》--無九2、大信號(hào)峰值包絡(luò)解調(diào)器（續(xù)3）

電路的對(duì)角切割失真：（惰性失真）

如果檢波器的數(shù)值選擇過大，當(dāng)載波幅度下降到某一時(shí)刻時(shí)，由于電路放電速度慢，以致下一個(gè)載波周期的正半周最大值仍低于該時(shí)刻的，則二極管不能導(dǎo)通。現(xiàn)象：

將按決定的自身的放電規(guī)律變化，而不反映輸入調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)。

直到某一時(shí)刻，輸入信號(hào)幅度又增長到超過該時(shí)刻的值后，檢波器才恢復(fù)正常工作。

這種失真現(xiàn)象，好像是沿正弦波的對(duì)角切了一刀，因此叫做“對(duì)角切割”失真。為避免這種失真，要求的放電速度較調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)下降速度快。上圖2001年9月--12月23《通信電路原理》--無九2、大信號(hào)峰值包絡(luò)解調(diào)器（續(xù)4）

為避免這種失真，要求的放電速度較調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)下降速度快。如果輸入信號(hào)為一調(diào)幅波：調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)是：

在時(shí)刻

包絡(luò)下降速度：在時(shí)刻

放電的起始電壓：

在時(shí)刻放電的速度：放電的規(guī)律是：

在時(shí)刻上圖2001年9月--12月24《通信電路原理》--無九2、大信號(hào)峰值包絡(luò)解調(diào)器（續(xù)5）

在時(shí)刻包絡(luò)下降速度：在時(shí)刻放電的速度：

為避免這種失真，要求的放電速度較調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)下降速度快（在任何時(shí)刻）。令將A對(duì)t求導(dǎo)，并令<12001年9月--12月25《通信電路原理》--無九2、大信號(hào)峰值包絡(luò)解調(diào)器（續(xù)6）

舉例：得：若調(diào)制信號(hào)有多個(gè)頻率，則用其最高頻率代入。－－不產(chǎn)生對(duì)角切割的條件2001年9月--12月26《通信電路原理》--無九習(xí)題：6-1，6-3，6-4綜合性研究課題實(shí)驗(yàn)二幅度調(diào)制器電路的軟件仿真幅度調(diào)制是使高頻信號(hào)的振幅正比于一個(gè)低頻信號(hào)的瞬時(shí)值的過程，通常稱高頻信號(hào)為載波信號(hào)，低頻信號(hào)為調(diào)制信號(hào)，調(diào)幅器即為產(chǎn)生調(diào)幅信號(hào)的裝置。本實(shí)驗(yàn)采用集成模擬相乘器1496來構(gòu)成調(diào)幅器，圖(a)一為1496集成片的內(nèi)部電路圖，它是一個(gè)四象限模擬相乘器的基本電路。由差動(dòng)放大器、、驅(qū)動(dòng)雙差分放大器組成，、和為差動(dòng)放大器、的恒流源。進(jìn)行調(diào)幅時(shí)，載波信號(hào)加在雙差分放大器的輸入端即引出腳⑧、⑩之間，調(diào)制信號(hào)加在差動(dòng)放大器、的輸入端即①和④腳之間。2001年9月--12月27《通信電路原理》--無九綜合性研究課題（續(xù)）

、的兩發(fā)射極之間（即引出腳②、③之間）外接1k電阻，以擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。已調(diào)信號(hào)取自雙差動(dòng)放大器的兩集電極之間（即引出腳⑥、(12)之間）輸出。用1496集成片構(gòu)成的調(diào)幅器電路如圖(b)所示，圖中用來調(diào)節(jié)引出腳①和④之間的平衡，用來調(diào)節(jié)⑧、⑩腳之間的平衡，三極管3DG6為射極跟隨器，以提高調(diào)幅器帶負(fù)載的能力。（1）根據(jù)圖(a)和圖(b)畫出調(diào)幅器的電路圖；（2）實(shí)現(xiàn)全載波調(diào)幅（）；（3）實(shí)現(xiàn)抑制載波調(diào)幅?！咎崾尽克虞斎胄盘?hào)請(qǐng)參考實(shí)驗(yàn)講義。2001年9月--12月28《通信電路原理》--無九圖（

a）1496集成片的內(nèi)部電路圖①④③②⑧⑩⑥12載波信號(hào)入調(diào)制信號(hào)入145返回2001年9月--12月29《通信電路原理》--無九圖（b）用1496集成片構(gòu)成的調(diào)幅器電路1496返回MC14962001年9月--12月30《通信電路原理》--無九第4章部分習(xí)題參考答案4－4輸出電壓中含有下述頻率分量：不含有：等頻率分量.4－5直流分量的幅值為:

基波和二次諧波的幅值為

在適當(dāng)范圍內(nèi),適當(dāng)增大或適當(dāng)增大激勵(lì)信號(hào)的振幅就可以增大基波(本題為頻率)的振幅。2001年9月--12月31《通信電路原理》--無九4-7整流器:非線性電路——因?yàn)殡娐分杏蟹蔷€性的半導(dǎo)體二極管.可以進(jìn)行頻率變換。（2）混頻（變頻）器：非線性電路——因?yàn)樾盘?hào)通過混頻器將產(chǎn)生新的頻率分量，即會(huì)產(chǎn)生輸入信號(hào)頻率與控制信號(hào)頻率的和頻與差頻，顯然可以進(jìn)行頻率變換。（3）并聯(lián)或串聯(lián)諧振回路（輸入信號(hào)是許多頻率的正弦波）：線性電路——因?yàn)檩斎胄盘?hào)通過諧振回路時(shí)輸出信號(hào)中仍然含有原來的各頻率分量，只是各頻率分量的幅度和相位發(fā)生變化了。不能進(jìn)行頻率變換——諧振回路不產(chǎn)生新的頻率分量。（4）脈沖技術(shù)中的微分電路，積分電路：線性電路——信號(hào)在輸入系統(tǒng)之后其輸出信號(hào)僅是在幅值上發(fā)生變化，頻率與輸入信號(hào)相同。線性電路顯然不能進(jìn)行頻率變換，因?yàn)樗划a(chǎn)生新的頻率分量，就更談不上產(chǎn)生頻率為輸入信號(hào)頻率的和頻或差頻信號(hào)了。（5）工作在開關(guān)狀態(tài)的晶體二極管：非線性電路?？梢赃M(jìn)行頻率變換.2001年9月--12月32《通信電路原理》--無九4-104-11諧振功率放大器要用諧振回路作負(fù)載，并且要調(diào)諧在工作頻率上。這是因?yàn)椋海?）諧振功率放大器是工作在非線性狀態(tài)，輸出信號(hào)除了有輸入信號(hào)的成份，還有輸入信號(hào)的諧波成份和輸入信號(hào)的組合頻率成份。這時(shí)負(fù)載要起到選頻濾波的作用，所以要用諧振回路作負(fù)載。（2）諧振功率放大器是放大器，因此放大器的負(fù)載阻抗應(yīng)是頻率的函數(shù)。當(dāng)調(diào)諧在工作頻率上時(shí)，此時(shí)它呈現(xiàn)最大的阻抗，而對(duì)于其它角頻率而言，它呈現(xiàn)的阻抗很低。可以認(rèn)為只有角頻率為工作頻率的電流分量才可以在負(fù)載上建立電壓，.因此起到了選頻濾波的作用。2001年9月--12月33《通