笫6章 調制與解調1

笫6章調制與解調

一、調制的基本概念二、幅度調制1、標準幅度調制與解調2、抑制載波調幅、單邊帶調幅和殘留邊帶調幅3、正交幅度調制與解調4、數(shù)字信號調幅三、角度調制角調調制的基本概念頻率調制信號的性質實現(xiàn)頻率調制的方法與電路調頻波的解調方法與電路四、數(shù)字信號的相位調制2001年9月--12月1《通信電路原理》--無九

調制是使消息載體的某些特性隨消息變化的過程。無線傳輸時調制就是由攜帶信息的電信號去控制高頻振蕩信號的某一參數(shù)(振幅、頻率或相位），使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化的處理方式。一、調制的基本概念載波: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，也可以是數(shù)據、電報和編碼信號等－－數(shù)字信號。調制的作用是把消息置入消息載體，以便于傳輸和處理。解調是調制的逆過程，從消息載體中還原出原來的消息。調制信號:代表欲傳送消息的信號叫作調制信號。已調信號:經調制后的信號叫作已調信號。2001年9月--12月2《通信電路原理》--無九調制調制的基本概（續(xù)）調制的必要性：可實現(xiàn)有效地發(fā)射，實現(xiàn)多路復用（如頻分復用)，實現(xiàn)有選擇地接收，還可以降低干擾對信號傳輸?shù)挠绊?/p>

(如擴頻調制）。調制的方式和分類：按載波的不同可分為脈沖調制、正弦調制和對光波進行的光強度調制等。按調制信號的形式可以分為模擬調制和數(shù)字調制。調制信號為模擬信號的稱為模擬調制，調制信號為數(shù)字信號的稱為數(shù)字調制。

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

調制是一種非線性過程。載波被調制后將產生新的頻率分量，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、幅度調制

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

幅度調制有如下方式：

標準幅度調制（StandardAM）。

雙邊帶幅度調制（DoubleSidebandAM，記為DSBAM），這種調幅方式又稱抑制載波調幅（SuppressedCarrierAM，簡記為SCAM）。

殘留邊帶幅度調制（VestigialSidebandAM，簡記為VSBAM）。

正交幅度調制（QuadratureAM，簡寫為QAM）。

單邊帶幅度調制（SingleSidebandAM，記為SSBAM）。

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

標準調幅波信號的性質：

信號的數(shù)學表示式。

波形圖。

頻譜函數(shù)與頻譜圖。

信號所具有的功率在各頻率分量之間的分配關系等。標準調幅波的基本特性2001年9月--12月5《通信電路原理》--無九（1）標準調幅波信號的數(shù)學表示式假定調制信號為：載波信號為：進行標準調幅后的表示式為：從定義角度從畫波形角度從調幅波產生與頻譜角度式中，稱為調幅指數(shù)，在標準幅度調制中，為保證不出現(xiàn)過調制，要求。2001年9月--12月6《通信電路原理》--無九（2）標準調幅波信號的波形與頻譜單頻余弦波調幅：m<1返回調幅將調制信號的頻譜搬移到載頻兩旁。故稱幅度調制為線性調制。下邊頻上邊頻2001年9月--12月7《通信電路原理》--無九過調制波形（m>1)特點：已調波包絡不反映調制信號規(guī)律，且載波有反相。2001年9月--12月8《通信電路原理》--無九（2）標準調幅波信號的波形與頻譜（續(xù)）任意波形調幅：上圖調制信號有n個頻率分量時：2001年9月--12月9《通信電路原理》--無九（3）標準調幅波信號的功率（單位電阻上）分配關系載波占有功率為：邊帶（兩個）所占有的功率為：調幅波所具有的總功率為：2001年9月--12月10《通信電路原理》--無九標準調幅波的性質小結已調信號的幅度隨調制信號而變化。而且當

時調幅信號幅度的包絡反映了調制信號的規(guī)律.只要能取出這個包絡信號就可實現(xiàn)解調。

調幅波的頻譜由兩部分組成。一部分是未調載波的頻譜，另一部分是分別平移至兩旁的調制信號的頻譜。

調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。在調幅波中，欲傳送的信息包含在邊帶內，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)射機功率的角度考慮，標準幅度調制是有缺點的。頻帶寬度：標準調幅信號所占的頻帶寬度為，即它是調制信號頻帶寬度的兩倍。但從傳遞信息的角度看，標準調幅信號所占的頻帶寬度中有一半是多余的，因此，這種調幅方式在頻率資源利用上是有缺點的。2001年9月--12月11《通信電路原理》--無九實現(xiàn)標準調幅的方法

它是由載波及載波與調制信號相乘這兩部分組成。據此，可以得到實現(xiàn)標準調幅的兩種方案，如下圖所示。

實現(xiàn)兩個信號的相乘，可以應用第4章中討論的時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電路圖本實驗采用集成模擬相乘器1496來構成調幅器。（通信電路原理實驗講義7~12）－－圖A方案實現(xiàn)

高頻信號為載波信號：低頻信號為調制信號：實驗二幅度調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、標準調幅信號的解調調幅信號的解調－－檢波，就是從調幅信號中恢復出原調制信號。它是調幅的逆過程（頻域：將調制信號頻譜搬回原點附近）。（1）對檢波器的技術要求：

檢波效率：檢波效率是指檢波器輸出信號的幅度與輸入調幅信號中包絡的幅度之比。對于單頻正弦信號調幅，這時的檢波效率或稱為檢波器的傳輸系數(shù)為：這里需要說明，指的是兩個不同頻率信號的幅度比，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）對檢波器的技術要求（續(xù)）

檢波失真：要求檢波器的輸出信號波形與輸入調幅信號的包絡之間只有時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原有各頻率分量間的相互關系，也即不出現(xiàn)非線性失真或線性失真。

輸入阻抗：檢波電路是前級放大器的負載，它的輸入阻抗將影響前級的工作，需合理設計。

諧波輸出：檢波器的輸出信號中，除有用信號外，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的檢波信號中不包含這些分量，但在載波頻率較高時，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，影響電路工作的穩(wěn)定性。因此在設計檢波器時，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）解調方法可分為兩類，即相干解調與非相干解調。

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

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

非相干解調：

利用某些元件的非線性特性對調幅信號進行非線性變換，也可實現(xiàn)調幅波的解調。它不需要本地載波作為相干信號，因此稱之為非相干解調。

經常應用的非相干解調方法有小信號平方律解調、平均包絡解調和大信號峰值包絡解調等。大信號峰值包絡解調：當載波頻率比調制信號的最高頻率高得多時，調幅信號幅度的包絡線近似為調制信號的波形。因此，只要能取出這個包絡信號就可實現(xiàn)解調。（要求，其中是調制信號最高頻率。）2001年9月--12月18《通信電路原理》--無九1、小信號平方律解調檢波器電路：如右圖所示

二極管有偏置電壓。

二極管電流全周期流通。

輸入信號很小。電路的技術指標：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，檢波負載2001年9月--12月19《通信電路原理》--無九2、大信號峰值包絡解調器檢波器電路：最常用的峰值包絡解調器是如右圖所示。

二極管無偏置電壓。

輸入信號大，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：載波信號周期調制信號周期利用二極管的單向導電和RC充、放電特性進行解調。充電時間常數(shù)放電時間常數(shù)2001年9月--12月20《通信電路原理》--無九2、大信號峰值包絡解調器（續(xù)1）電路的技術指標：電流流通角：檢波效率：輸入阻抗：檢波失真：波形失真。當R、C時間常數(shù)過大會產生對角切割失真。2001年9月--12月21《通信電路原理》--無九2、大信號峰值包絡解調器（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、大信號峰值包絡解調器（續(xù)3）

電路的對角切割失真：（惰性失真）

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

將按決定的自身的放電規(guī)律變化，而不反映輸入調幅信號的包絡。

直到某一時刻，輸入信號幅度又增長到超過該時刻的值后，檢波器才恢復正常工作。

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

為避免這種失真，要求的放電速度較調幅信號包絡下降速度快。如果輸入信號為一調幅波：調幅信號包絡是：

在時刻

包絡下降速度：在時刻

放電的起始電壓：

在時刻放電的速度：放電的規(guī)律是：

在時刻上圖2001年9月--12月24《通信電路原理》--無九2、大信號峰值包絡解調器（續(xù)5）

在時刻包絡下降速度：在時刻放電的速度：

為避免這種失真，要求的放電速度較調幅信號包絡下降速度快（在任何時刻）。令將A對t求導，并令<12001年9月--12月25《通信電路原理》--無九2、大信號峰值包絡解調器（續(xù)6）

舉例：得：若調制信號有多個頻率，則用其最高頻率代入。－－不產生對角切割的條件2001年9月--12月26《通信電路原理》--無九習題：6-1，6-3，6-4綜合性研究課題實驗二幅度調制器電路的軟件仿真幅度調制是使高頻信號的振幅正比于一個低頻信號的瞬時值的過程，通常稱高頻信號為載波信號，低頻信號為調制信號，調幅器即為產生調幅信號的裝置。本實驗采用集成模擬相乘器1496來構成調幅器，圖(a)一為1496集成片的內部電路圖，它是一個四象限模擬相乘器的基本電路。由差動放大器、、驅動雙差分放大器組成，、和為差動放大器、的恒流源。進行調幅時，載波信號加在雙差分放大器的輸入端即引出腳⑧、⑩之間，調制信號加在差動放大器、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，以擴大調制信號的動態(tài)范圍。已調信號取自雙差動放大器的兩集電極之間（即引出腳⑥、(12)之間）輸出。用1496集成片構成的調幅器電路如圖(b)所示，圖中用來調節(jié)引出腳①和④之間的平衡，用來調節(jié)⑧、⑩腳之間的平衡，三極管3DG6為射極跟隨器，以提高調幅器帶負載的能力。（1）根據圖(a)和圖(b)畫出調幅器的電路圖；（2）實現(xiàn)全載波調幅（）；（3）實現(xiàn)抑制載波調幅?！咎崾尽克虞斎胄盘栒垍⒖紝嶒炛v義。2001年9月--12月28《通信電路原理》--無九圖（

a）1496集成片的內部電路圖①④③②⑧⑩⑥12載波信號入調制信號入145返回2001年9月--12月29《通信電路原理》--無九圖（b）用1496集成片構成的調幅器電路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

在適當范圍內,適當增大或適當增大激勵信號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——因為電路中有非線性的半導體二極管.可以進行頻率變換。（2）混頻（變頻）器：非線性電路——因為信號通過混頻器將產生新的頻率分量，即會產生輸入信號頻率與控制信號頻率的和頻與差頻，顯然可以進行頻率變換。（3）并聯(lián)或串聯(lián)諧振回路（輸入信號是許多頻率的正弦波）：線性電路——因為輸入信號通過諧振回路時輸出信號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。不能進行頻率變換——諧振回路不產生新的頻率分量。（4）脈沖技術中的微分電路，積分電路：線性電路——信號在輸入系統(tǒng)之后其輸出信號僅是在幅值上發(fā)生變化，頻率與輸入信號相同。線性電路顯然不能進行頻率變換，因為它不產生新的頻率分量，就更談不上產生頻率為輸入信號頻率的和頻或差頻信號了。（5）工作在開關狀態(tài)的晶體二極管：非線性電路?？梢赃M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載，并且要調諧在工作頻率上。這是因為：（1）諧振功率放大器是工作在非線性狀態(tài)，輸出信號除了有輸入信號的成份，還有輸入信號的諧波成份和輸入信號的組合頻率成份。這時負載要起到選頻濾波的作用，所以要用諧振回路作負載。（2）諧振功率放大器是放大器，因此放大器的負載阻抗應是頻率的函數(shù)。當調諧在工作頻率上時，此時它呈現(xiàn)最大的阻抗，而對于其它角頻率而言，它呈現(xiàn)的阻抗很低?？梢哉J為只有角頻率為工作頻率的電流分量才可以在負載上建立電壓，.因此起到了選頻濾波的作用。2001年9月--12月33《通