高频-第3章课件

1、高频电子技术高频电子技术第第3章章调制与解调 第第3 3章教学要点章教学要点 1 1、模拟调制解调方式的分类、原理和特性、模拟调制解调方式的分类、原理和特性 2 2、产生调幅波、调频波的方法、产生调幅波、调频波的方法 3 3、常用分立元器件组成的调制和解调电路、常用分立元器件组成的调制和解调电路 识读识读 4 4、常用数字信号幅移、频移和相移键控调制的、常用数字信号幅移、频移和相移键控调制的原理和特性原理和特性 5 5、常用频率调制和解调电路识读、常用频率调制和解调电路识读 3.1 3.1 调制与解调概述调制与解调概述 3.1.1 3.1.1 调制解调方式分类调制解调方式分类 1 1、为什么要

2、调制与解调？、为什么要调制与解调？ (1)(1)无线通信中需要传输的原始信号的频率都比较低无线通信中需要传输的原始信号的频率都比较低, ,这这些较低频率的信号直接以无线电波的形式传输，效率就很些较低频率的信号直接以无线电波的形式传输，效率就很低。低。 (2)(2)低频信号直接发射所需要的天线过长。低频信号直接发射所需要的天线过长。 发射发射20kHz20kHz无线电波所需要的最佳天线长度为无线电波所需要的最佳天线长度为7575万米长。万米长。 (3)(3)调制可以解决不同基带信号相互之间干扰的问题。调制可以解决不同基带信号相互之间干扰的问题。 以电视信号传输为例，一个城市十个电视频道，由于这以

3、电视信号传输为例，一个城市十个电视频道，由于这十个频道图像信号的频率都在十个频道图像信号的频率都在0 06MHz6MHz之间，每个电视接收之间，每个电视接收机将同时收到所有十个频道的信号，结果屏幕上所显示的机将同时收到所有十个频道的信号，结果屏幕上所显示的将是十个频道图像的复合，这显然是无法接受的。将是十个频道图像的复合，这显然是无法接受的。 3.1.1 3.1.1 调制解调方式分类调制解调方式分类 2 2、调制解调方式分类、调制解调方式分类 每一种调制方式都有其相应的解调方法每一种调制方式都有其相应的解调方法, ,于是就有六种常于是就有六种常用的调制解调方式。用的调制解调方式。 3.1.1

4、3.1.1 调制解调方式分类调制解调方式分类 3 3、调制解调方式及调制解调电路、调制解调方式及调制解调电路 一个完整的调制技术还必须研究如何组成一个一个完整的调制技术还必须研究如何组成一个电路来实现基带信号的调制，按照某种调制方式电路来实现基带信号的调制，按照某种调制方式用基带信号对载波信号进行调制形成符合要求的用基带信号对载波信号进行调制形成符合要求的已调信号的电路，称为调制电路。已调信号的电路，称为调制电路。相应地，实现基带信号复原的电路则称为解调电相应地，实现基带信号复原的电路则称为解调电路，一定的调制解调方式与相应的电路的组合，路，一定的调制解调方式与相应的电路的组合，才形成一种完整

5、的调制解调技术。因此，在以后才形成一种完整的调制解调技术。因此，在以后的叙述中，的叙述中，“调制解调方式调制解调方式”用于特指调制解调用于特指调制解调参数的选择，而参数的选择，而“调制解调技术调制解调技术”则包括实现调则包括实现调制解调的电路。制解调的电路。3.1.2 3.1.2 各种调制方式的波形各种调制方式的波形 讨论各种调制方式前，需要介绍各种调制方式时基带信讨论各种调制方式前，需要介绍各种调制方式时基带信号、载波信号和已调信号的波形关系，有了这些波形分析号、载波信号和已调信号的波形关系，有了这些波形分析的基础，将使调制方式的理论分析变得容易理解。的基础，将使调制方式的理论分析变得容易理

6、解。 1 1、幅度调制波形图、幅度调制波形图 基带信号基带信号 载波信号载波信号 调幅波调幅波 载波频率等于基带频率的载波频率等于基带频率的1010倍倍 幅度调制的结果是使已调信号的幅度随基带信号的幅度变化。幅度调制的结果是使已调信号的幅度随基带信号的幅度变化。3.1.2 3.1.2 各种调制方式的波形各种调制方式的波形 2 2、频率调制波形图、频率调制波形图 调频波的特征是幅度维持不变，频率随基带信号变化，调频波的特征是幅度维持不变，频率随基带信号变化，这种频率变化也称频移。由图可以看出，调频波的频率随这种频率变化也称频移。由图可以看出，调频波的频率随基带信号变化，基带信号取负值时，调频波频

7、率变低，取基带信号变化，基带信号取负值时，调频波频率变低，取正值时频率变高正值时频率变高. . 载波频率等于基带频率的载波频率等于基带频率的1010倍倍 基带信号基带信号 载波信号载波信号 调频波调频波 3.1.2 3.1.2 各种调制方式的波形各种调制方式的波形 3 3、相位调制波形图、相位调制波形图 调相波的特征是幅度维持不变，相位随基带信号变化，调相波的特征是幅度维持不变，相位随基带信号变化，载波频率等于基带频率的载波频率等于基带频率的1010倍倍 基带信号基带信号 载波信号载波信号 调相波调相波 3.1.2 3.1.2 各种调制方式的波形各种调制方式的波形 4 4、数字信号调制波形图、

8、数字信号调制波形图 基带信号基带信号 载波信号载波信号 ASKASK调制波调制波 FSKFSK调制波调制波 PSKPSK调制波调制波 3.1.3 3.1.3 调制的主要性能指标调制的主要性能指标 由于存在多种调制方式，自然就有一个如何选择最佳调制由于存在多种调制方式，自然就有一个如何选择最佳调制方式的问题。为此，就需要讨论调制的主要性能指标，以便方式的问题。为此，就需要讨论调制的主要性能指标，以便根据各种调制方式的性能来确定最佳选用方案。根据各种调制方式的性能来确定最佳选用方案。 1 1、调制方式的频带利用效率、调制方式的频带利用效率 高频载波具有单一的频率高频载波具有单一的频率, ,基带信号

9、对其进行调制后，所形基带信号对其进行调制后，所形成的已调信号必然具有一定的频带宽度，这个频带宽度除了成的已调信号必然具有一定的频带宽度，这个频带宽度除了与基带信号自身的频带宽度有关之外，还与调制方式有关。与基带信号自身的频带宽度有关之外，还与调制方式有关。已调信号所使用的频带宽度即为频带利用效率的含义。已调信号所使用的频带宽度即为频带利用效率的含义。 例如，例如，48.5MHz48.5MHz92MHz92MHz的甚高频段用于电视及数据广播，的甚高频段用于电视及数据广播，电视广播已调信号频带宽度电视广播已调信号频带宽度6.5MHz6.5MHz，规定每个电视频道频率，规定每个电视频道频率间隔间隔8

10、MHz8MHz，整个频段就可以安排，整个频段就可以安排5 5个频道。调制方式选用不当，个频道。调制方式选用不当，每个电视频道占用的频带宽度提高到每个电视频道占用的频带宽度提高到13MHz13MHz，上述频段就只能，上述频段就只能安排安排3 3个频道，频带利用效率就大大下降了。个频道，频带利用效率就大大下降了。 3.1.3 3.1.3 调制的主要性能指标调制的主要性能指标 2 2、调制方式的功率有效性、调制方式的功率有效性 在保证相同通信距离的情况下，采用不同的调制方式，所在保证相同通信距离的情况下，采用不同的调制方式，所需要的发射功率会有所不同，所需要的功率越小，就说其功需要的发射功率会有所不

11、同，所需要的功率越小，就说其功率有效性越高。功率有效性也是衡量调制方式的重要性能指率有效性越高。功率有效性也是衡量调制方式的重要性能指标之一。标之一。 例如，幅度调制方式中有一种称为单边带调制的技术能使例如，幅度调制方式中有一种称为单边带调制的技术能使功率减小一半有效性就较高。功率减小一半有效性就较高。 各种调制方式对于噪声等各种干扰的抑制能力也是衡量调各种调制方式对于噪声等各种干扰的抑制能力也是衡量调制方式优劣的重要指标。例如，频率调制方式的抗干扰能力制方式优劣的重要指标。例如，频率调制方式的抗干扰能力就比幅度调制方式强，调频波的特点是幅度为恒定值，假如就比幅度调制方式强，调频波的特点是幅度

12、为恒定值，假如通信过程中混入了幅度干扰，在解调前只要加一个限幅器电通信过程中混入了幅度干扰，在解调前只要加一个限幅器电路就可以消除这种干扰。路就可以消除这种干扰。 3 3、抗噪声抗干扰能力、抗噪声抗干扰能力 3.2 3.2 幅度调制与解调原理幅度调制与解调原理 3.2.1 3.2.1 幅度调制的解析分析法幅度调制的解析分析法 1 1、基带信号为单音频时已调波的频谱和带宽、基带信号为单音频时已调波的频谱和带宽 已知：基带信号为余弦波已知：基带信号为余弦波 载波信号为载波信号为 解：解：幅度调制是用基带信号控制载波的振幅，使载波的振幅度调制是用基带信号控制载波的振幅，使载波的振幅随基带信号的规律变

13、化，因此调制后形成的已调波表示为幅随基带信号的规律变化，因此调制后形成的已调波表示为 求：调幅波的表达式求：调幅波的表达式 tCosU)t (umtCosU)t (uccmctCos)t (ukU()t (ucacmAMcmmaaUUkm 定义调幅指数定义调幅指数 调幅波可表示为：调幅波可表示为： tCos)tCosm(U)t (ucacmAM13.2.1 3.2.1 幅度调制的解析分析法幅度调制的解析分析法 1 1、基带信号为单音频时已调波的频谱和带宽、基带信号为单音频时已调波的频谱和带宽 调幅波表达式化为调幅波表达式化为 利用三角函数公式利用三角函数公式 (1) (1)已调波由原来的载波和

14、新增加的两项余弦波组成，新已调波由原来的载波和新增加的两项余弦波组成，新增余弦波频率为增余弦波频率为c c和和c c，由于，由于c c，新增的两，新增的两个频率成分都接近个频率成分都接近c c，属高频信号。，属高频信号。 (2)(2)已调波包含多个频率成分，其频带宽度为已调波包含多个频率成分，其频带宽度为BWBW为为调幅波：调幅波： tCos)tCosm(U)t (ucacmAM1)(Cos)(Cos(21CosCos t )(CosUm21t )(CosUm21tCosU)t (uccmaccmaccmAM F2)Ff()Ff(BWcc结论：结论： 3.2.1 3.2.1 幅度调制的解析分析

15、法幅度调制的解析分析法 2 2、基带信号为任意波形时已调波的频谱和带宽、基带信号为任意波形时已调波的频谱和带宽 为了与实际情况相符，必须研究基带信号为任意函数时为了与实际情况相符，必须研究基带信号为任意函数时已调波的频谱和带宽。解析分析的方法是将基带信号展开为已调波的频谱和带宽。解析分析的方法是将基带信号展开为傅立叶级数，然后逐一研究级数中每一项对已调波的影响。傅立叶级数，然后逐一研究级数中每一项对已调波的影响。理论上，基带信号分解后将包含无限多项余弦波（也可表示理论上，基带信号分解后将包含无限多项余弦波（也可表示为正弦波），如果逐项分析，解析分析将变得非常困难。因为正弦波），如果逐项分析，解

16、析分析将变得非常困难。因此，实际上总是用有限多项去近似，所取项数越多，近似就此，实际上总是用有限多项去近似，所取项数越多，近似就越好，究竟取多少项才合适，则决定于基带信号的频谱，即越好，究竟取多少项才合适，则决定于基带信号的频谱，即基带信号所包含的频率成分。作了近似以后基于傅立叶级数基带信号所包含的频率成分。作了近似以后基于傅立叶级数的分析方法将得到简化，尽管如此，用解析法分析已调信号的分析方法将得到简化，尽管如此，用解析法分析已调信号仍然过于复杂。仍然过于复杂。 为此，下面讨论频谱图分析法。为此，下面讨论频谱图分析法。 3.2.2 3.2.2 幅度调制的频谱图分析法幅度调制的频谱图分析法 1

17、 1、基带信号为单音频时的频谱图分析、基带信号为单音频时的频谱图分析 一个正弦波（或余弦波）信号可以用频谱图上的一根竖一个正弦波（或余弦波）信号可以用频谱图上的一根竖线来表示，竖线的位置表示其角频率，竖线的高度即为其振线来表示，竖线的位置表示其角频率，竖线的高度即为其振幅。因此，基带信号和载波信号可以用竖线在频谱图上表示幅。因此，基带信号和载波信号可以用竖线在频谱图上表示如图所示如图所示 c c，因此载波的频谱线位于高端，基带的频谱线位于，因此载波的频谱线位于高端，基带的频谱线位于低端，两者频率相差很大，为便于分析，将频率轴的中间部分低端，两者频率相差很大，为便于分析，将频率轴的中间部分截去。

18、两个信号的振幅不等，因此竖线的高度也不等。截去。两个信号的振幅不等，因此竖线的高度也不等。 3.2.2 3.2.2 幅度调制的频谱图分析法幅度调制的频谱图分析法 1 1、基带信号为单音频时的频谱图分析、基带信号为单音频时的频谱图分析 (1)(1)调制的结果是把基带信号搬移到载波频率的两侧，形成调制的结果是把基带信号搬移到载波频率的两侧，形成上下两个边频，两个边频相对于载波频率对称分布，边频的振上下两个边频，两个边频相对于载波频率对称分布，边频的振幅小于载波的一半。幅小于载波的一半。 (2)(2)调制前后，载波仍保持其频率和幅度不变，因此也不携调制前后，载波仍保持其频率和幅度不变，因此也不携带基

19、带信号的任何信息。带基带信号的任何信息。 (3)(3)从频谱图中可以计算出已调波的频带宽度，它就等于上下从频谱图中可以计算出已调波的频带宽度，它就等于上下边频之差，即边频之差，即 已调波共包含三个频率成分，已调波共包含三个频率成分，c c、c c和和c c，新增，新增的两个频率成分位于的两个频率成分位于c c的上下两侧，称为上下边频，频谱如图。的上下两侧，称为上下边频，频谱如图。 F2)Ff()Ff(BWcc3.2.2 3.2.2 幅度调制的频谱图分析法幅度调制的频谱图分析法 2 2、基带信号为任意函数时的频谱图分析、基带信号为任意函数时的频谱图分析 基带信号为任意函数时，可以将其展开为傅立叶

20、级数，其每基带信号为任意函数时，可以将其展开为傅立叶级数，其每一项都是余弦波。在频谱图上级数的每一项都由一根竖线表示一项都是余弦波。在频谱图上级数的每一项都由一根竖线表示，于是基带信号就由频谱图上的一组谱线所表示，称为基带频，于是基带信号就由频谱图上的一组谱线所表示，称为基带频谱。谱。 上述单音频的结果很容易推广到基带为任意函数时的情况。上述单音频的结果很容易推广到基带为任意函数时的情况。 基带为任意函数时，由一组谱线取代单根的谱线基带为任意函数时，由一组谱线取代单根的谱线 基带为单音频信号基带为单音频信号 基带为任意函数基带为任意函数 3.2.2 3.2.2 幅度调制的频谱图分析法幅度调制的

21、频谱图分析法 2 2、基带信号为任意函数时的频谱图分析、基带信号为任意函数时的频谱图分析 单音频单音频任意函数任意函数 调制的作用是将基带信号的频谱线搬移到载波频率的两调制的作用是将基带信号的频谱线搬移到载波频率的两边，单音频情况下是将一条谱线搬移成高频端的上下边频，边，单音频情况下是将一条谱线搬移成高频端的上下边频，任意函数时，幅度调制的结果就是将这一组谱线搬移到载波任意函数时，幅度调制的结果就是将这一组谱线搬移到载波谱线的两边，在载波谱线两侧形成两组谱线，称为上下边谱线的两边，在载波谱线两侧形成两组谱线，称为上下边带，如图所示。带，如图所示。 3.2.2 3.2.2 幅度调制的频谱图分析法

22、幅度调制的频谱图分析法 2 2、基带信号为任意函数时的频谱图分析、基带信号为任意函数时的频谱图分析 (1)(1)幅度调制时，基带谱线搬移所形成的上下边带相对与载幅度调制时，基带谱线搬移所形成的上下边带相对与载波谱线对称分布，边带的频谱结构和基带信号的相同。波谱线对称分布，边带的频谱结构和基带信号的相同。(2)(2)和单音频时的情况相同，调制前后，载波仍保持其频率和单音频时的情况相同，调制前后，载波仍保持其频率和幅度不变，因此也不携带基带信号的任何信息。和幅度不变，因此也不携带基带信号的任何信息。(3)(3)根据频谱图根据频谱图3.93.9，可以求得已调波的带宽，可以求得已调波的带宽BWBW等于

23、等于 由已调波的频谱图，可以分析基带信号为任意函数时已调由已调波的频谱图，可以分析基带信号为任意函数时已调波的谱线和带宽：波的谱线和带宽： maxmaxcmaxcF2)Ff()Ff(BW3.2.3 3.2.3 抑制载波的双边带调幅和单边带调幅抑制载波的双边带调幅和单边带调幅 1 1、DSBDSB（抑制载波的双边带）调幅（抑制载波的双边带）调幅 载波成分并不包含任何基带信号的信息，在向外发射无线电载波成分并不包含任何基带信号的信息，在向外发射无线电波时将载波成分抑制掉，信息的传输没有受到任何影响，功波时将载波成分抑制掉，信息的传输没有受到任何影响，功率有效性得到提高。这种调制称为抑制载波的双边带

24、调幅，率有效性得到提高。这种调制称为抑制载波的双边带调幅，简称简称DSBDSB调制。调制。 下面讨论如何提高幅度调制的频带利用率和功率有效性，下面讨论如何提高幅度调制的频带利用率和功率有效性，即在保证相同通信质量的前提下如何压缩频带宽度和减小即在保证相同通信质量的前提下如何压缩频带宽度和减小无线发射功率的问题。无线发射功率的问题。 带宽没有变化！带宽没有变化！ 3.2.3 3.2.3 抑制载波的双边带调幅和单边带调幅抑制载波的双边带调幅和单边带调幅 2 2、SSBSSB（单边带抑制载波）调幅（单边带抑制载波）调幅 DSB DSB已调波包含两个边带，这两个边带所包含的基带信号已调波包含两个边带，

25、这两个边带所包含的基带信号信息是完全相同的，因此，进一步抑制掉其中的一个边带，信息是完全相同的，因此，进一步抑制掉其中的一个边带，只发射一个边带（上边带或下边带），发射功率就可以进一只发射一个边带（上边带或下边带），发射功率就可以进一步降下来。这样的调制方式称为单边带抑制载波调幅（也称步降下来。这样的调制方式称为单边带抑制载波调幅（也称单边带调幅），简称单边带调幅），简称SSBSSB调幅调幅 已调信号的带宽减小为：已调信号的带宽减小为：与基带信号带宽相同与基带信号带宽相同minmaxmincmaxcFF)Ff()Ff(BW3.2.3 3.2.3 抑制载波的双边带调幅和单边带调幅抑制载波的双边带

26、调幅和单边带调幅 习惯上将没有抑制载波和边带的幅度调制方式称为普通调习惯上将没有抑制载波和边带的幅度调制方式称为普通调幅方式，简称幅方式，简称AMAM，于是就有三种幅度调制方式：，于是就有三种幅度调制方式：AMAM、DSBDSB和和SSBSSB调制，表调制，表3.13.1给出了三种调幅方式性能的比较。给出了三种调幅方式性能的比较。 3.2.3 3.2.3 抑制载波的双边带调幅和单边带调幅抑制载波的双边带调幅和单边带调幅 3 3、电视图像信号的残留边带调制、电视图像信号的残留边带调制 电视图像信号的最低角频率电视图像信号的最低角频率minmin为零，为零，AMAM调制后上边带高调制后上边带高频沿

27、、载波频谱线和上边带低频沿重叠在一起。频沿、载波频谱线和上边带低频沿重叠在一起。 电视信号的频率范围在电视信号的频率范围在0 06MHz6MHz之间，已调信号带宽之间，已调信号带宽1212MHzMHz。为减小带宽和发射功率，应即采用单边带（为减小带宽和发射功率，应即采用单边带（SSBSSB）调制，但采）调制，但采用滤波器完整地保留一个边带而完全滤除一个边带几乎是办不用滤波器完整地保留一个边带而完全滤除一个边带几乎是办不到的。到的。 3.2.3 3.2.3 抑制载波的双边带调幅和单边带调幅抑制载波的双边带调幅和单边带调幅 3 3、电视图像信号的残留边带调制、电视图像信号的残留边带调制 为此，电视

28、图像信号采用了一种称为残留边带的发送方为此，电视图像信号采用了一种称为残留边带的发送方式，即发送全部上边带和部分下边带，如图所示。式，即发送全部上边带和部分下边带，如图所示。 加上残留部分，调制后图像信号频带宽度等于加上残留部分，调制后图像信号频带宽度等于7.25MHz7.25MHz，加，加上电视伴音信号（采用频率调制方式发送），全电视信上电视伴音信号（采用频率调制方式发送），全电视信号的宽度为号的宽度为8MHz8MHz，对照第，对照第1 1章电视频道的划分，不同电视频章电视频道的划分，不同电视频道之间的频率差正好是道之间的频率差正好是8 8MHzMHz。残留边带调制残留边带调制简称简称VSB

29、VSB调制调制 3.2.4 3.2.4 调幅信号的产生方法调幅信号的产生方法 1 1、AMAM和和DSBDSB信号的产生信号的产生 AM AM和和DSBDSB波可以通过乘法器来产生，原理如图所示。波可以通过乘法器来产生，原理如图所示。 第一项为载波成分，第二项为第一项为载波成分，第二项为两个边频两个边频c c，类似地第三，类似地第三项为两个边频项为两个边频c c22第第n n项代表两个边频项代表两个边频c cnn，这些，这些边频组成上下边带。边频组成上下边带。 u u(t)(t)为任意函数基带信号，可表示为为任意函数基带信号，可表示为 tCosnUt2CosUtCosUU)t (un210 载

30、波信号载波信号u uc c(t)(t)为为tCosU)t (uccmc 上述两个信号经乘法器相乘，所得的结果为上述两个信号经乘法器相乘，所得的结果为 )ttCosnCosUt2tCosCosUttCosCosUtCosU(Ucnc2c1c0cm 3.2.4 3.2.4 调幅信号的产生方法调幅信号的产生方法 1 1、AMAM和和DSBDSB信号的产生信号的产生 上式含有载波成分（第一项），因此属上式含有载波成分（第一项），因此属AMAM调制。如果调制。如果基带信号中基带信号中U U00等于零，即基带信号不含直流成分，则已等于零，即基带信号不含直流成分，则已调波不含载波成分，属调波不含载波成分，属

31、DSBDSB调制。调制。tCosnUt2CosUtCosUU)t (un210 tCosU)t (uccmc 相乘结果：相乘结果： )ttCosnCosUt2tCosCosUttCosCosUtCosU(Ucnc2c1c0cm 可见无论可见无论AMAM还是还是DSBDSB信号，都可以信号，都可以通过乘法器来产生，只要控制基带信通过乘法器来产生，只要控制基带信号的直流成分即可，这种产生调幅波号的直流成分即可，这种产生调幅波的方法称为相乘法。的方法称为相乘法。 3.2.4 3.2.4 调幅信号的产生方法调幅信号的产生方法 2 2、SSBSSB信号的产生信号的产生 产生单边带信号的方法有两种。产生单

32、边带信号的方法有两种。 （1 1）滤波法）滤波法 用滤波器从双边带信号中滤除一个边带，即可得到单边带用滤波器从双边带信号中滤除一个边带，即可得到单边带信号，如图所示。信号，如图所示。 难点是滤波器，如果基带信号的最小频率难点是滤波器，如果基带信号的最小频率F Fminmin很小，上下边很小，上下边带的间隔带的间隔F=F=（f fc c+F+Fminmin）（）（f fc cF Fminmin）=2F=2Fminmin将变得很小，即将变得很小，即相对频差值相对频差值F/fF/fc c变得很小，为了滤除一个边带时不影响另一变得很小，为了滤除一个边带时不影响另一个边带，滤波器的矩形系数将接近于个边带

33、，滤波器的矩形系数将接近于1 1，滤波器的制作就非常，滤波器的制作就非常困难。困难。 3.2.4 3.2.4 调幅信号的产生方法调幅信号的产生方法 （1 1）滤波法）滤波法 为解决上述问题。可采用对频谱进行多次搬移的方法来实为解决上述问题。可采用对频谱进行多次搬移的方法来实现，如图所示。现，如图所示。 以两次搬移为例，第一次用频率以两次搬移为例，第一次用频率f fc1c1较低的载波信号与基带较低的载波信号与基带信号相乘，将基带频谱搬移到信号相乘，将基带频谱搬移到f fc1c1附近，附近，（f fc1c1F Fminmin）是所形是所形成的两个边带最高和最低频率。第一个滤波器滤除下边带成的两个边

34、带最高和最低频率。第一个滤波器滤除下边带得到上边带，其最低频率为得到上边带，其最低频率为（f fc1c1+F+Fminmin）。）。第二次与载波第二次与载波f fc2c2相相乘，将基带信号搬移到载频乘，将基带信号搬移到载频f fc2c2的两边，形成上下边带（的两边，形成上下边带（f fc1c1+ + f fc2c2F Fminmin），第二个滤波器滤除下边带，获取最低频率为），第二个滤波器滤除下边带，获取最低频率为（f fc1c1+ f+ fc2c2+F+Fminmin）的上边带。上下两个边带的间）的上边带。上下两个边带的间F=2(fF=2(fc1c1+F+Fminmin) )较大，滤波比较容

35、易实现。较大，滤波比较容易实现。 3.2.4 3.2.4 调幅信号的产生方法调幅信号的产生方法 （2 2）移相法）移相法 首先假定基带为单音频信号，然后将结果推广到基带信号首先假定基带为单音频信号，然后将结果推广到基带信号为任意函数的情况。为任意函数的情况。 ttSinSinUUmttCosCosUUmSSBHccmmaccmma 载波信号载波信号基带信号基带信号ttSinSinUUmttCosCosUUmSSBLccmmaccmma t )(CosUUmSSBLccmma t )(CosUUmSSBHccmma 下边频下边频上边频上边频3.2.4 3.2.4 调幅信号的产生方法调幅信号的产生

36、方法 （2 2）移相法）移相法 推广到基带信号为任意函数的情况，加法器和减法器的输推广到基带信号为任意函数的情况，加法器和减法器的输出信号分别形成下边带和上边带。出信号分别形成下边带和上边带。 形成下边带形成下边带形成上边带形成上边带3.2.5 3.2.5 调幅信号解调原理调幅信号解调原理 1 1、相干解调、相干解调 调制是将基带信号从低频端搬移到载波附近的高频端，调制是将基带信号从低频端搬移到载波附近的高频端，解调解调就是将高频端的基带谱线重新搬回到低频端就是将高频端的基带谱线重新搬回到低频端。因此，只要找到。因此，只要找到实现谱线从高频端向低频端搬移的方法，就能实现解调。实现谱线从高频端向

37、低频端搬移的方法，就能实现解调。 首先讨论基带信号为单音频信号时的情况，以首先讨论基带信号为单音频信号时的情况，以DSBDSB波为例。波为例。 DSBDSB波：波：t)(CosUm21t)(CosUm21)t (uccmaccmaDSB 可通过乘法运算解调可通过乘法运算解调)t)(CosUm21t)(CosUm21( tACos)t (uccmaccmaco t)2(CosUAm41t)2(CosUAm41tCosUAm21)t (uccmaccmacmao 基带信号基带信号2 2c c附近的高频信号附近的高频信号3.2.5 3.2.5 调幅信号解调原理调幅信号解调原理 1 1、相干解调、相干

38、解调 在在频谱图频谱图上表示上述解调运算上表示上述解调运算 t)2(CosUAm41t)2(CosUAm41tCosUAm21)t (uccmaccmacmao 基带信号基带信号2 2c c附近的高频信号附近的高频信号DSBDSB调制调制DSBDSB解调解调解调过程产生的多余高频信号解调过程产生的多余高频信号3.2.5 3.2.5 调幅信号解调原理调幅信号解调原理 1 1、相干解调、相干解调 上述结论可以推广到基带信号为任意函数时的情况，只需用上述结论可以推广到基带信号为任意函数时的情况，只需用基带信号的频带替换单根的谱线即可，这时的频谱图如图所示基带信号的频带替换单根的谱线即可，这时的频谱图

39、如图所示 基带为任意函数基带为任意函数 基带为单音频信号基带为单音频信号3.2.5 3.2.5 调幅信号解调原理调幅信号解调原理 1 1、相干解调、相干解调 将将DSBDSB信号信号u uDSBDSB(t)(t)换成换成AMAM和和SSBSSB信号，与信号，与ACosACosc ct t相乘的结果相乘的结果也都能复原低频端基带信号谱线。也都能复原低频端基带信号谱线。注意，注意，AMAM信号与信号与ACosACosc ct t相相乘，复原基带频谱的同时在高端还产生频率为乘，复原基带频谱的同时在高端还产生频率为c c的载波谱线，的载波谱线，这一谱线和这一谱线和(2(2c c+)+)和和(2(2c

40、c+)+)谱线一样可以通过低通滤波谱线一样可以通过低通滤波器滤除。器滤除。 上述通过乘法运算实现解调的方法称为相干解调。上述通过乘法运算实现解调的方法称为相干解调。3.2.5 3.2.5 调幅信号解调原理调幅信号解调原理 2 2、包络线解调、包络线解调 普通调幅波的幅度包络线即为基带信号波，如图普通调幅波的幅度包络线即为基带信号波，如图3.33.3所示，所示，从已调波中检出包络线来进行解调的方法称为包络线解调法。从已调波中检出包络线来进行解调的方法称为包络线解调法。包络线解调的电路最简单，但它仅适用于普通幅度包络线解调的电路最简单，但它仅适用于普通幅度(AM)(AM)调制的调制的解调，相干解调

41、则适用与解调，相干解调则适用与AMAM、DSBDSB和和SSBSSB等三类调制波的解调。等三类调制波的解调。 由于由于AMAM调制信息包含在幅度的包络中，极易受到干扰和噪调制信息包含在幅度的包络中，极易受到干扰和噪声的影响，其大部分功率消耗在不携带信息的载波的发上，声的影响，其大部分功率消耗在不携带信息的载波的发上，加上加上AMAM调幅对功率放大电路的线性要求比较高，除调幅无线调幅对功率放大电路的线性要求比较高，除调幅无线电广播和电视图像信号的传输外，电广播和电视图像信号的传输外，AMAM调制已很少使用。调制已很少使用。 3.3 3.3 角度调制与解调原理角度调制与解调原理 3.3 3.3 角

42、度调制与解调原理角度调制与解调原理 角度调制的概念角度调制的概念 用 基 带 信 号 去 控 制 高 频 载 波 的 频 率 称 为 调 频用 基 带 信 号 去 控 制 高 频 载 波 的 频 率 称 为 调 频（FMFM），所形成的已调信号称为调频波；用基带信号），所形成的已调信号称为调频波；用基带信号控制高频载波的相位称为调相（控制高频载波的相位称为调相（PMPM），所形成的已调），所形成的已调信号称为调相波。信号称为调相波。调频调频和和调相调相都表现为高频载波的瞬都表现为高频载波的瞬时相位随基带信号的变化而变化，通称为时相位随基带信号的变化而变化，通称为角度调制角度调制。实际应用时，调

43、频的使用比调相更广泛，因此本节重实际应用时，调频的使用比调相更广泛，因此本节重点介绍频率调制与解调。此外，和前面的做法一样，点介绍频率调制与解调。此外，和前面的做法一样，下面的讨论暂不涉及具体的调制解调电路，即限于论下面的讨论暂不涉及具体的调制解调电路，即限于论述调制与解调的原理。述调制与解调的原理。3.3.1 3.3.1 单音频信号的频率调制单音频信号的频率调制 和研究幅度调制时的做法一样，首先讨论基带信号为单音和研究幅度调制时的做法一样，首先讨论基带信号为单音频余弦信号时频率调制的原理，然后将所得的结论推广到基频余弦信号时频率调制的原理，然后将所得的结论推广到基带信号为任意函数时的情况。带

44、信号为任意函数时的情况。 1 1、频率调制的定义、频率调制的定义 mfmmUk22f 所谓调频，就是让已调波的角频率与基带信号的振幅成所谓调频，就是让已调波的角频率与基带信号的振幅成正比，即按如下规律变化：正比，即按如下规律变化： 最大频率偏移最大频率偏移ffm m 为为k kf f是比例常数，由电路确定是比例常数，由电路确定 tCosUk)t (mfc 为单音频基带信号为单音频基带信号 tCosU)t (um tCosU)t (uccmc 为载波信号为载波信号其中其中是是一个描述基带信号对载波调制作用的重要参数一个描述基带信号对载波调制作用的重要参数 3.3.1 3.3.1 单音频信号的频率

45、调制单音频信号的频率调制 2 2、调频波的表达式、调频波的表达式 (t)(t)等于角频率对时间的积分，即等于角频率对时间的积分，即 用用(t)(t)表示表示t t时刻调频波的相位，则调频波表达式（即时刻调频波的相位，则调频波表达式（即t t时刻瞬时值）为时刻瞬时值）为 ： 求出调频波的表达式为求出调频波的表达式为 (t)(t)的表达式代入的表达式代入 m mf f为调频指数为调频指数)t (CosU)t (ucmFM t0dt)t ()t ( dt)tCosUk(dt)t ()t (t0t0mfc tSinUkt)t (mfc )tSinUkt(CosU)t (umfccmFM )tSinmt

46、(CosU)t (ufccmFM 或或Ff2/F2/fmmmf 3.3.1 3.3.1 单音频信号的频率调制单音频信号的频率调制 3 3、调频波频谱特性、调频波频谱特性 分析调频波表达式，可以得到以下三个结论：分析调频波表达式，可以得到以下三个结论： 考察单音频基带信号频率调制会产生怎么样的谱线搬移。考察单音频基带信号频率调制会产生怎么样的谱线搬移。为此，将调频波表达式展开为傅立叶级数，结果如下：为此，将调频波表达式展开为傅立叶级数，结果如下： 式中式中J Jn n(m(mf f) )是是n n阶贝塞尔函数，上式对阶贝塞尔函数，上式对n n的求和从的求和从至至+，因此涉及无穷多个贝塞尔函数，式

47、中调频指数，因此涉及无穷多个贝塞尔函数，式中调频指数m mf f是贝塞是贝塞尔函数的变量。尔函数的变量。 ncfncmFMt)n(Cos)m(JU)t (u 上式右边每一项都是余弦波，因此表明调频波可以看作无上式右边每一项都是余弦波，因此表明调频波可以看作无数个余弦波之和，这些余弦波的频率依次为数个余弦波之和，这些余弦波的频率依次为c c、c c、c c22、c c33，这些余弦波的振幅则为，这些余弦波的振幅则为U Ucmcm和各阶和各阶贝塞尔函数的乘积。贝塞尔函数的乘积。 3 3、调频波频谱特性、调频波频谱特性 （1 1）其频谱以载频）其频谱以载频c c为中心，两边有无数个边频（基带为中心，

48、两边有无数个边频（基带信号为单音频信号时，调幅波只有上下两个边频），相邻边信号为单音频信号时，调幅波只有上下两个边频），相邻边频的间隔为频的间隔为，如下图所示。，如下图所示。 n=1n=1、n=-1n=-1所对应的谱线是所对应的谱线是c c + +和和c c-，n n从负无穷大从负无穷大至正无穷大，形成无穷多条谱线。至正无穷大，形成无穷多条谱线。ncfncmFMt)n(Cos)m(JU)t (u （2 2）边频的振幅随）边频的振幅随n n的增加而减小，因此如果在规定的误的增加而减小，因此如果在规定的误差范围内忽略振幅过低的边频，即忽略差范围内忽略振幅过低的边频，即忽略n n值高于某一数值的谱值

49、高于某一数值的谱线，调频波的边频数就成为有限数，线，调频波的边频数就成为有限数，如图所示。如图所示。3 3、调频波频谱特性、调频波频谱特性 （3 3）按照调频指数大于）按照调频指数大于1 1还是小于还是小于1 1，可以将调频分为窄带，可以将调频分为窄带调频和宽带调频。调频和宽带调频。 窄带调频时最大频偏小于基带频率，载频分量振幅较大，边窄带调频时最大频偏小于基带频率，载频分量振幅较大，边频个数较少，特别是频个数较少，特别是m mf f11时，和调幅波一样只需保留时，和调幅波一样只需保留c c两条边频。两条边频。 宽带调频宽带调频窄带调频窄带调频宽带调频时宽带调频时最大频偏大于基带频率，最大频偏

50、大于基带频率，载频分量的振幅较小，边载频分量的振幅较小，边频较多。频较多。3.3.1 3.3.1 单音频信号的频率调制单音频信号的频率调制 4 4、调频波频谱宽度、调频波频谱宽度 对于对于窄带调制窄带调制，当，当m mf f11时，时，ffm mF11时，与时，与ffm m相比忽略相比忽略F F, ,频谱带宽近似频谱带宽近似等于最大频偏的两倍等于最大频偏的两倍 mCRf2BW 3.3.23.3.2基带信号为任意函数时的频率调制基带信号为任意函数时的频率调制 频率调制时谱线的个数是无穷大，单音频过渡为多音频时频率调制时谱线的个数是无穷大，单音频过渡为多音频时每一条谱线要由频带取代，调频波的频谱图

51、将变得十分复杂每一条谱线要由频带取代，调频波的频谱图将变得十分复杂。不过从单音频推广到多音频时，用于表征调制特性的相关不过从单音频推广到多音频时，用于表征调制特性的相关公式则不需要作太大的变化，只要将基带频率公式则不需要作太大的变化，只要将基带频率F F改为基带信号改为基带信号频谱的最高频率频谱的最高频率F Fmaxmax即可，调频指数及带宽公式如表所示。即可，调频指数及带宽公式如表所示。 3.3.3 3.3.3 调频信号的产生调频信号的产生 1 1、直接调频法、直接调频法 由基带信号控制振荡器的频率，使其振荡频率随基带信号变由基带信号控制振荡器的频率，使其振荡频率随基带信号变化，振荡器输出的

52、即为调频波。这种方法的特点是基带信号化，振荡器输出的即为调频波。这种方法的特点是基带信号直接控制振荡器频率，由此产生调频波的方法称为直接法。直接控制振荡器频率，由此产生调频波的方法称为直接法。 直接法产生调频波的一个例子是直接法产生调频波的一个例子是用基带电压控制用基带电压控制LCLC谐振回路的电谐振回路的电容，使谐振频率随基带信号变容，使谐振频率随基带信号变化。化。 tCosUk)t (mfc )tSinUkt(CosU)t (umfccmFM 3.3.3 3.3.3 调频信号的产生调频信号的产生 2 2、间接调频法、间接调频法 调频波瞬时相位与基带函数的积分成正比，据此，可以组成调频波瞬时

53、相位与基带函数的积分成正比，据此，可以组成间接产生调频波的电路如图所示。间接产生调频波的电路如图所示。 调相器的作用是使输出信号的相位与调相器的作用是使输出信号的相位与控制信号成正比，因此输出信号的相位控制信号成正比，因此输出信号的相位等于：等于：t0fcdt)t (ukt )tSinUkt(CosU)t (umfccmFM 求出积分求出积分3.3.43.3.4调频信号解调原理调频信号解调原理 （1 1）斜率鉴频）斜率鉴频 调频波的解调称为频率检波，简称鉴频，鉴频的作用是从调调频波的解调称为频率检波，简称鉴频，鉴频的作用是从调频波中检出基带信号，即将调频波的瞬时频率变化转换为电频波中检出基带信

54、号，即将调频波的瞬时频率变化转换为电压输出。用于实现鉴频的方法有以下几类压输出。用于实现鉴频的方法有以下几类： 输入的等幅调频信号经过一个频率输入的等幅调频信号经过一个频率振幅转换电路，使输出振幅转换电路，使输出电压的幅度随瞬时频率而变化，这个输出电压的幅度包含了电压的幅度随瞬时频率而变化，这个输出电压的幅度包含了基带信号的信息，经过包络检波电路检出包络线，即为基带基带信号的信息，经过包络检波电路检出包络线，即为基带信号。信号。 3.3.43.3.4调频信号解调原理调频信号解调原理 （2 2）正交鉴频）正交鉴频 先将等幅调频波通过频率先将等幅调频波通过频率相位转换电路，使输出信号产生相位转换电

55、路，使输出信号产生与频率成正比的附加相位移动，再经相位检波器得到解调信与频率成正比的附加相位移动，再经相位检波器得到解调信号输出。号输出。相位检波电路将两个输入信号的相位差转换为电压输出，因相位检波电路将两个输入信号的相位差转换为电压输出，因此其输出电压反映附加相移的变化，而附加相移又和调频波此其输出电压反映附加相移的变化，而附加相移又和调频波的频率变化成正比，相位检波电路输出的即为与基带信号成的频率变化成正比，相位检波电路输出的即为与基带信号成正比的解调结果。正比的解调结果。 3.3.43.3.4调频信号解调原理调频信号解调原理 （3 3）脉冲计数式鉴频）脉冲计数式鉴频 通过一非线性网络，将

56、调频波转换为一串宽度随调频波频率通过一非线性网络，将调频波转换为一串宽度随调频波频率变化的脉冲序列，这一脉冲序列的疏密情况反映调频信号的变化的脉冲序列，这一脉冲序列的疏密情况反映调频信号的瞬时频率变化，再用低通滤波器，滤除脉冲序列的高频成瞬时频率变化，再用低通滤波器，滤除脉冲序列的高频成分，所得到的即为与基带信号成正比的解调结果。分，所得到的即为与基带信号成正比的解调结果。 3.3.5 3.3.5 相位调制概述相位调制概述 1 1、基带为单音频信号时调相波的表达式、基带为单音频信号时调相波的表达式相位调制的定义是调相波的瞬时相位随基带信号线性地变相位调制的定义是调相波的瞬时相位随基带信号线性地

57、变化，因此，调相波的瞬时相位化，因此，调相波的瞬时相位(t)(t)可表示为可表示为 tCosUkt)t (mpc 右边第二项即为与基带信号成正比的附加相位，右边第二项即为与基带信号成正比的附加相位，k kp p为比例系为比例系数。定义调相指数数。定义调相指数m mp p等于等于k kp pU Umm，上式化为，上式化为tCosmt)t (pc 调相波表达式为：调相波表达式为： 和调频指数一样，调相指数和调频指数一样，调相指数m mp p也是最大相移。也是最大相移。 )tCosmt(CosU)t (upccmPM 与调频波比较：与调频波比较：)tSinmt(CosU)t (ufccmFM 3.3

58、.5 3.3.5 相位调制概述相位调制概述 2 2、 基带信号为任意函数时的相位调制基带信号为任意函数时的相位调制 正弦函数与余弦函数的更换并不影响频谱结构，因此，调相正弦函数与余弦函数的更换并不影响频谱结构，因此，调相波的频谱、带宽公式和调频波的相同，只需将式（波的频谱、带宽公式和调频波的相同，只需将式（3.283.28）(3.30)(3.30)中的调频指数中的调频指数m mf f换为调相指数换为调相指数m mp p即可。即可。当基带信号为多音频的任意函数时，带宽计算公式中的当基带信号为多音频的任意函数时，带宽计算公式中的F F进进一步换成基带信号的最高频率一步换成基带信号的最高频率F Fm

59、axmax即可。即可。调相波调相波 )tCosmt(CosU)t (upccmPM 调频波调频波)tSinmt(CosU)t (ufccmFM 3.4 3.4 数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调 3.4.1 3.4.1 数字信号调制方法分类数字信号调制方法分类 1 1、数字信号调制方法分类、数字信号调制方法分类 近十年来陆续提出的调制技术，如最小频移键控（近十年来陆续提出的调制技术，如最小频移键控（MSKMSK）、高斯滤波最小）、高斯滤波最小频移键控（频移键控（GMSKGMSK）、正交幅度调制（）、正交幅度调制（QAMQAM）和正交频分复用调制（）和正交频分复用调制（OFDMOFDM）等

60、称为现代数字调制技术。等称为现代数字调制技术。 3.4.1 3.4.1 数字信号调制方法分类数字信号调制方法分类 2 2、数字信号调制的主要性能指标、数字信号调制的主要性能指标 比特率是指数字信号传输的速率，定义为每秒传输的二进制比特率是指数字信号传输的速率，定义为每秒传输的二进制代码的有效位数，单位是代码的有效位数，单位是bit/sbit/s，表示每秒可传输多少个二，表示每秒可传输多少个二进制位数。进制位数。常用的比特率单位还有常用的比特率单位还有kbit/skbit/s和和MbitMbit/s/s等。等。 (1)(1)比特率和波特率比特率和波特率 波特率指数字信号对载波的调制速率，它用单位