笫6章调制与解调2

1、 2、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅3、正交幅度调制与解调、正交幅度调制与解调4、数字信号调幅、数字信号调幅三、角度调制三、角度调制u角调调制的基本概念角调调制的基本概念u频率调制信号的性质频率调制信号的性质u实现频率调制的方法与电路实现频率调制的方法与电路u调频波的解调方法与电路调频波的解调方法与电路四、数字信号的相位调制四、数字信号的相位调制l标准调幅的缺点标准调幅的缺点不能充分利用发射机功率不能充分利用发射机功率（载波分量不含信息，却占去了调幅（载波分量不含信息，却占去了调幅波总功率的一半以上波总功率的一半以上) 载波分量的存在，有时还会形

2、成干扰。载波分量的存在，有时还会形成干扰。所占的带宽宽（所占的带宽宽（有一半是多余的）有一半是多余的） ，不利节省频率资源，不利节省频率资源。于是产生了于是产生了其他调幅其他调幅制式。制式。u抑制载波调幅抑制载波调幅（1）抑制载波调幅的时域表示式（单频调制）：）抑制载波调幅的时域表示式（单频调制）：)cos)(cos()cos)()(tVtVktVtkvtvccmmccmfDSB 抑制载波调幅（续）抑制载波调幅（续）（2）抑制载波调幅信号的波形图：）抑制载波调幅信号的波形图：返回返回u抑制载波调幅波的特点抑制载波调幅波的特点)(21)(21)(cfcfDSBjVjVv c mc mc jVDS

3、B 下边带 上边带 抑制载波调幅信号中抑制载波调幅信号中不含固定的载波分量，调制信号的平不含固定的载波分量，调制信号的平均值不是零，会产生均值不是零，会产生“载漏载漏”。 调制信号是正值时的载波相位与调制信号是负值时的调制信号是正值时的载波相位与调制信号是负值时的载波相位载波相位是反相的是反相的。 已调信号的幅度仍随调制信号变化已调信号的幅度仍随调制信号变化，但其但其包络不能反映调包络不能反映调制信号的形状。制信号的形状。 上图上图（3）抑制载波调幅）抑制载波调幅的频域表示式：的频域表示式：-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5u抑制

4、载波调幅（抑制载波调幅（5）抑制载波调幅的解调电路：）抑制载波调幅的解调电路：只能使用同步解调方法只能使用同步解调方法。)(tvf)(tvDSB)(tvc带通滤波器带通滤波器)2cos1)(21)(cos(cos)cos)(cos)(2ttVKVttVkVttVtkVttvcfcmcfcmcccmfcDSB（4）实现抑制载波调幅的电路：）实现抑制载波调幅的电路：乘法器实现：乘法器实现：差分对模拟差分对模拟 乘法器乘法器四四 个二极管个二极管环形乘法器环形乘法器低通滤波器低通滤波器)(tvDSB)(tvD)(tvcu抑制载波调幅（抑制载波调幅（利用非线性变换提取载波。利用非线性变换提取载波。带通

5、滤波器带通滤波器平方器平方器分频器分频器)(tvDSB)(1tv)(2tv)(tvc若输入信号为：若输入信号为：ttvtvcfDSBcos)()(经平方器后得经平方器后得：ttvtvtvtvcffDSB2cos)(21)(21)()(2221经带通滤波器取出上式中第二项，即经带通滤波器取出上式中第二项，即：ttvtvcf2cos)(21)(22将此分量取出，经放大限幅并经将此分量取出，经放大限幅并经 2：1 分频，即可得所需载波。分频，即可得所需载波。u抑制载波调幅（抑制载波调幅（7T8T1T2T3T4T5T6TeR9T12500500500载波信号入载波信号入调制信号入调制信号入145Vk8

6、 . 6举例举例 1：标准幅度调：标准幅度调制和抑制载波调幅。制和抑制载波调幅。u抑制载波调幅（抑制载波调幅（载波信号入：载波信号入：调制信号入：调制信号入：tVVtvccmccos)(10, 8tVVtvmcos)(4, 1输出信号为：输出信号为：)cos()cos()(10, 84, 1tVVtVVktvccmmo讨论：讨论：1.若若1，4端和端和8，10端直流平衡，输出是什么端直流平衡，输出是什么调幅波形调幅波形？ 2.若若8，10端直流平衡，如何得到端直流平衡，如何得到标准调幅波形？标准调幅波形？ 3.载漏载漏是如何产生的？是如何产生的？ 4.若若1，4端平衡，而端平衡，而8，10端不

7、平衡，输出是端不平衡，输出是什么波形？什么波形？u单边带调幅单边带调幅 双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波分量，因而可以双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波分量，因而可以有效地利用发射机的功率传递信息。但它是双边带信号，所占有效地利用发射机的功率传递信息。但它是双边带信号，所占带宽仍为调制信号最高角频率的两倍。带宽仍为调制信号最高角频率的两倍。 而从有效传输信息的角度看，只要传送一个边带就够了，而从有效传输信息的角度看，只要传送一个边带就够了，只只传送一个边带的调幅信号称为单边调幅，可以选择上边带也可传送一个边带的调幅信号称为单边调幅，可以选择上边带也可以采用下边带。以采用下边带。 单边

8、带调幅，简记为单边带调幅，简记为SSBAM既可充分利用发射机的功率既可充分利用发射机的功率又节省占有频带。又节省占有频带。信息传输的角度是最佳调幅方式。信息传输的角度是最佳调幅方式。但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较复杂。但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较复杂。u单边带调幅（单边带调幅（1）单边带调幅的时域表示式）单边带调幅的时域表示式 为了求得为了求得SSBAM信号的时域表示式，对信号的时域表示式，对SSBAM信号的频谱信号的频谱函数进行逆傅立叶变换。令函数进行逆傅立叶变换。令 表示为：表示为： )( jVSSBcccfcfSSBjVjVjV0)(21)(21)(并假定调制信号的

9、最高频率并假定调制信号的最高频率 。根据逆傅立叶变换公式，。根据逆傅立叶变换公式，可得可得SSBAM信号的时域表示式为信号的时域表示式为 cm)(tvSSB一个取上边带的一个取上边带的SSBAM信号的时域表示式可记为信号的时域表示式可记为ttvttvtvcfcfSSBsin2)(cos2)()(称称 为为 的希尔伯特（的希尔伯特（Hilbert）变换。（见变换。（见P340）)(tvf)(tvfu单边带调幅（单边带调幅（1）单边带调幅的时域表示式）单边带调幅的时域表示式 当当SSBAM信号取下边带时，其时间函数表示式为信号取下边带时，其时间函数表示式为ttvttvtvcfcfSSBsin2)(

10、cos2)()( 若调制信号若调制信号 为一单频余弦信号为一单频余弦信号 ，对载波对载波 进行单边带调幅。进行单边带调幅。（本例中取上边带）：（本例中取上边带）：)(tvftVtvmfcos)(tVtvccmccos)(tVVtvccmmSSB)cos(21)( 单边带调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形。单边带调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形。 对单边带调幅信号，只能使用同步解调方法对单边带调幅信号，只能使用同步解调方法。（2）实现单边带调幅的电路：）实现单边带调幅的电路： 滤波法滤波法：将抑制载波调幅波滤除一个边带。：将抑制载波调幅波滤除一个边带。带通滤波器带通滤波器tVtvccm

11、ccos)(tVtvmfcos)(ccSSBAM HzF300minHzf601010%006. 010600270minfFHzf401010%6 . 010600250minfF改进方法：较低载频改进方法：较低载频SSBAM 再用再用 混频法逐次提高载频至所需频率。混频法逐次提高载频至所需频率。 f cf minFfc minFfc 难点：当调制信号中含有低频分量而载频较高时，滤波器的实难点：当调制信号中含有低频分量而载频较高时，滤波器的实现困难因为两个边带相距很近，载频处有锐截止特性。现困难因为两个边带相距很近，载频处有锐截止特性。u单边带调幅（单边带调幅（滤波滤波滤波滤波载波载波载波载

12、波载波载波)(tvf滤波滤波功放功放Ff 11fFFf 1)(12Fff)(12Fff2f)(123Ffff)(123Ffff3fKHZf1001u单边带调幅（单边带调幅（ 相移法相移法：另一种实现单边带调幅的方法是相移法。另一种实现单边带调幅的方法是相移法。tVVtVtVtVtVtvccmmccmmccmmSSB)cos(21sin2sincos2cos)(22)(tvSSBtccostcostsintcsinttcsinsinttccoscosu单边带调幅（单边带调幅（c（3）单边带调幅的解调电路：）单边带调幅的解调电路：SSBAM信号中，既无载波分量，其包络也不反映调制信号的信号中，既无

13、载波分量，其包络也不反映调制信号的波形。波形。只能用同步解调方法。而且只能用同步解调方法。而且 SSB AM对载波恢复要求更对载波恢复要求更为严格必须与发射载频同频同相才能实现无失真解调。为严格必须与发射载频同频同相才能实现无失真解调。 为了实现同步解调，为了实现同步解调，通常，采用方法采用方法： 在在SSBAM信号中加入导频发一点载频（信号中加入导频发一点载频（边带功率占总边带功率占总发射功率发射功率96%）作为接收端解调基准，用锁相环路提取。作为接收端解调基准，用锁相环路提取。 在本地产生一个频率为在本地产生一个频率为 的振荡的振荡。当然，它不可能与它不可能与发发送信号中的载波同频同相，因

14、此，它不属于相干解调。送信号中的载波同频同相，因此，它不属于相干解调。但只要这两个载波的频率差在容许范围之内还是可用的。但只要这两个载波的频率差在容许范围之内还是可用的。例如，在传送话音信号时，如果频率差在几赫兹以内，例如，在传送话音信号时，如果频率差在几赫兹以内，并不影响信息的传送。并不影响信息的传送。但有失真！但有失真！u残留边带调幅残留边带调幅 从有效传输信息的角度，单边带调幅是各种调幅方式中最好从有效传输信息的角度，单边带调幅是各种调幅方式中最好的。但的。但SSBAM的调制与解调比较复杂。的调制与解调比较复杂。 不适于传送带有直流分量的信号（或包含大量低频分量）不适于传送带有直流分量的

15、信号（或包含大量低频分量）。 在单边带调幅和双边带调幅之间找到了一种折衷方式，这就在单边带调幅和双边带调幅之间找到了一种折衷方式，这就是残留边带调幅残留边带调幅，简记为简记为VSBAM。 在在VSBAM方式中，不是将一个边带完全滤除，而是保留一方式中，不是将一个边带完全滤除，而是保留一部分。部分。下图下图所示为所示为VSBAM信号幅度谱的示意图。信号幅度谱的示意图。 VSBAM与与SSBAM不同，它传送被抑制边带的一部分，同时不同，它传送被抑制边带的一部分，同时又将被传送边带抑制掉一部分，故称其为残留边带。又将被传送边带抑制掉一部分，故称其为残留边带。n为了保证信号无失真地传输，传送边带中被抑

16、制的部分和为了保证信号无失真地传输，传送边带中被抑制的部分和抑制边带中被传送的部分应满足互补对称关系实现斜切滤抑制边带中被传送的部分应满足互补对称关系实现斜切滤波器。波器。u残留边带调幅（残留边带调幅（ 广播电视系统的图象部分应用的是残留边带调幅，它在发送广播电视系统的图象部分应用的是残留边带调幅，它在发送端和接收端都接有滤波器。发端和收端滤波器的频率特性分别端和接收端都接有滤波器。发端和收端滤波器的频率特性分别如下图所示。发送端传送上边带，同时将下边带中载波附近如下图所示。发送端传送上边带，同时将下边带中载波附近0.75MHz的部分全部保留。的部分全部保留。 接收端的滤波器，在载波接收端的滤

17、波器，在载波 附近附近0.75MHz范围内满足互补对范围内满足互补对称关系称关系。cf)(MHZf)(jHT)(jHR0110.50cfcf60.750.750.750.750.50.25)(MHZf返回返回u残留边带调幅的解调残留边带调幅的解调 对不含载波分量的对不含载波分量的VSBAM信号的解调只能采用同步解调信号的解调只能采用同步解调的的方法。为了恢复本地载波信号可以用在方法。为了恢复本地载波信号可以用在VSBAM信号中加导频信号中加导频的方法，也可采用的方法，也可采用DSBAM类似的非线性变换方法类似的非线性变换方法。 在容许一定失真情况下，对含有大载波分量的在容许一定失真情况下，对含

18、有大载波分量的VSBAM信号信号可以使用峰值包络检波器解调，可以使用峰值包络检波器解调，从而可大大简化解调电路。从而可大大简化解调电路。 在调制信号中含有直流分量时，这种调制方式可以使用。在调制信号中含有直流分量时，这种调制方式可以使用。残留边带滤波器比单边带滤波器也易于实现。残留边带滤波器比单边带滤波器也易于实现。 VSBAM所占带宽比单边带略宽所占带宽比单边带略宽，基本具有，基本具有SSBAM的优点的优点。 正交幅度调制与解调是一种特殊的复用技术正交幅度调制与解调是一种特殊的复用技术，一般一般是指利用两个频率相同但相位相差是指利用两个频率相同但相位相差90度的正弦波作为度的正弦波作为载波，

19、以调幅的方法同时传送两路互相独立的信号的载波，以调幅的方法同时传送两路互相独立的信号的一种调制方式一种调制方式。 这种调制方式的已调信号所占频带仅为两路信号这种调制方式的已调信号所占频带仅为两路信号中的较宽者而不是二者之和，可以节省传输带宽中的较宽者而不是二者之和，可以节省传输带宽。u正交幅度调制与解调原理正交幅度调制与解调原理22tccostcsintccostcsina(t)b(t)a(t)b(t)x(t) 两路互相独立的信号两路互相独立的信号a(t)和和b(t)分别调制角频率为分别调制角频率为 c的两个互的两个互相差相差90度的正弦波，通常用度的正弦波，通常用 和和 表示，并称表示，并称

20、它们是互相正交的。调制后的两路信号相加得到输出信号它们是互相正交的。调制后的两路信号相加得到输出信号x(t)，表示为：表示为：tccostcsinttbttatxccsin)(cos)()(调制器调制器解调器解调器tccostccos返回返回u正交幅度调制与解调原理（正交幅度调制与解调原理（ 输入信号输入信号x(t)被两个互相正交的正弦波相乘，与被两个互相正交的正弦波相乘，与 相乘相乘的结果为：的结果为：2sin)(2cos)(21)(21cos)(ttbttatattxccctccos滤除滤除2 c 分量，得到解调输出分量，得到解调输出a(t)。 输入信号输入信号 x(t) 与与 相乘的结果

21、为相乘的结果为：tcsin2cos)(2sin)(21)(21sin)(ttbttatbttxccc滤除滤除2 c分量，得到解调输出分量，得到解调输出b(t)。解调原理：解调原理：u 数字信号调幅数字信号调幅 当用数字信号对载波进行幅度调制时，称为数字信号调幅，也当用数字信号对载波进行幅度调制时，称为数字信号调幅，也称为幅度键控，称为幅度键控，简记为简记为ASK。 一般情况下，数字信号为一随机脉冲序列，并表示为：一般情况下，数字信号为一随机脉冲序列，并表示为：式中，式中， 为随机变量，对二进制数字信号，它可取为随机变量，对二进制数字信号，它可取0，1两种数两种数值。值。 是码元波形，它可以是矩

22、形脉冲波形，也可以是升余弦是码元波形，它可以是矩形脉冲波形，也可以是升余弦脉冲、钟形脉冲或抽样脉冲等波形。脉冲、钟形脉冲或抽样脉冲等波形。kskkTtgatS)()(ka)(tg 通常，数字信号中含有直流分量和丰富的低频分量。通常，数字信号中含有直流分量和丰富的低频分量。 为了在具有带通特性的信道内传送，必须进行调制。在数字信为了在具有带通特性的信道内传送，必须进行调制。在数字信号调幅中，多用残留边带调幅方式号调幅中，多用残留边带调幅方式。调制信号源调制信号源带通滤波器带通滤波器前置放大器前置放大器调制信号驱动器调制信号驱动器RF载波振荡器载波振荡器缓冲放大器缓冲放大器载波驱动器载波驱动器调制

23、器调制器带通滤波器带通滤波器线性功率放大器线性功率放大器带通滤波器带通滤波器耦合网络耦合网络天线天线 音频放大器音频放大器检波器检波器中频放大器中频放大器带通滤波器带通滤波器RF低噪声放大器低噪声放大器带通滤波器带通滤波器天线天线扬声器扬声器本地振荡器本地振荡器统一调谐统一调谐AGC控制控制静噪静噪举例举例 ：实验三：实验三 调幅信号的解调电路调幅信号的解调电路同步检波与二极管峰值包络检波是常用的两种调幅同步检波与二极管峰值包络检波是常用的两种调幅波解调电路本实验仍采用波解调电路本实验仍采用1496集成片来构成解调器，集成片来构成解调器，电路如下图所示电路如下图所示。图（图（a）用用1496集

24、成片来构成解调器集成片来构成解调器14965Rk101R100123 4 5 6 78910111213146Rk3 . 3122C005. 0VAMIN1C1 . 02R3Rk1k14Rk110R820VC6C1 . 01211Rk2 . 19R567C1 . 012005. 03CVO8R7Rk1k3 . 34C005. 05C13546图（图（b）二极管包络检波器二极管包络检波器VAMINVO1R2R3R1C2C1Dk7 . 4k7 . 4k101 . 01 . 078本实验仍采用本实验仍采用1496集成片来构成解调器。电路如图（集成片来构成解调器。电路如图（a） 所示，载波信号经电容所

25、示，载波信号经电容 加在、脚之间，相乘后加在、脚之间，相乘后的信号由的信号由12脚输出，经过脚输出，经过 、 与与 组成的低通滤组成的低通滤 波器后，在解调输出端得到恢复出来的调制信号。波器后，在解调输出端得到恢复出来的调制信号。6C3C4C8R二极管包络检波器适合于解调含有较大载波分量的调幅信号二极管包络检波器适合于解调含有较大载波分量的调幅信号它具有电路简单，易于实现等优点，本实验电路如图（它具有电路简单，易于实现等优点，本实验电路如图（b）所示，它主要由检波二极管所示，它主要由检波二极管D及及RC低通滤波器组成，由于低通滤波器组成，由于它是利用二极管的单向导电及它是利用二极管的单向导电及

26、RC元件的充放电特性实现检波元件的充放电特性实现检波的。因此，的。因此，RC时间常数的选取很关键，若时间常数的选取很关键，若RC时间常数过大时间常数过大，则会产生对角切割失真，若，则会产生对角切割失真，若RC时间常数过小，高频分量会时间常数过小，高频分量会滤除不干净，综合考虑要求满足下式：滤除不干净，综合考虑要求满足下式：mcmRCf211习题：习题：6-5，6-6 ， 6-9应用应用MATLAB调制和解调演示程序调制和解调演示程序 MATLAB的信号处理工具箱提供了一系列的函数可以实现的信号处理工具箱提供了一系列的函数可以实现对通信系统的仿真。运行演示程序可以观察不同的调制方式下对通信系统的仿真。运行演示程序可以观察不同的调制方式下产生信号波形的区别，并且如果指定源信号为语音信号，可以产生信号波形的区别，并且如果指定源信号为语音信号，可以单击图中的单击图中的 play 按钮听到对应的声音。按钮听到对应的声音。 运行这个程序可以在运行这个程序可以在MATLAB