调制解调原理与应用

调制解调原理与应用第一页，共33页。从早期的收音机、电视、有线电话到现在的移动电话、数字电视、3G、4G移动网络，现代社会的种种通讯与传媒方式都离不开信号的传输。而信号的传输过程就如同现实生活中的交通运输一样需要传输的通道。调制与解调则是信号传输原理中最基本的原理。引言第二页，共33页。调制是一种将信号注入载波，以此信号对载波加以调制的技术，以便将原始信号转变成适合传送的电波信号，常用于无线电波的传播与通信、利用电话线的数据通信等各方面。调制的逆过程叫做解调，用以还原出原始的信号。调制解调的含义第三页，共33页。通过调制可以把基带信号的频谱搬移到载波频率附近，即将基带信号变换为带通信号。选择不同的载波频率就可以将信号的频谱搬移到希望的频段上。这样的频谱搬移或是为了适应信道传输的要求，或是为了将多个信号合并起来进行多路传输。调制解调的含义第四页，共33页。调制的实质是进行频谱搬移，把携带消息的基带信号的频谱搬移到较高的频率范围。经过调制后的已调信号应该具有两个基本特征：一是仍然携带消息；二是适合于信道传输。调制的模型如图1-1所示，其中m(t)为基带信号，C(t)为载波信号，Sm(t)为已调信号。调制的分类调制器m(t)C(t)Sm(t)图1-1调制器模型第五页，共33页。根据不同的m(t)、C(t)和不同的调制器功能，可将调制分类如下。

根据m(t)的不同进行划分（1）模拟调制，调制信号m(t)为连续变化的模拟量，通常以单频正弦波为代表。（2）数字调制，调制信号m(t)为离散的数字量，通常以二进制数字脉冲为代表。调制的分类第六页，共33页。根据载波C(t)的不同进行划分（1）连续载波调制，载波信号C(t)为连续波形，通常以单频正弦波为代表。（2）脉冲载波调制，载波信号C(t)为脉冲波形，通常以矩形周期脉冲为代表。调制的分类第七页，共33页。根据调制器的功能不同进行划分（1）幅度调制，调制信号m(t)改变载波信号C(t)的振幅参数，如调幅(AM)振幅键控(ASK)等。（2）频率调制，调制信号m(t)改变载波信号C(t)的频率参数，如调频(FM)频率键控(FSK)等。（3）相位调制，调制信号m(t)改变载波信号C(t)的相位参数，如调相(PM)相位键控(PSK)等。调制的分类第八页，共33页。根据调制器频谱搬移特性的不同进行划分（1）线性调制，输出已调信号Sm(t)的频谱和调制信号m(t)的频谱之间呈线性搬移关系，如AM、单边带调制（SSB）等。（2）非线性调制，输出已调信号Sm(t)的频谱和调制信号m(t)的频谱之间没有线性对应关系，即在输出端含有与调制信号频谱不呈线性对应关系的频谱成分，如FM、FSK等。调制的分类第九页，共33页。调制的实质是频谱搬移其原理如图所示，将调制信号f(t)乘以载波信号cos(ω0t)或sin(ω0t),得到高频已调信号y(t),即

y(t)=f(t)cos(ω0t)或y(t)=f(t)sin(ω0t)对y(t)做傅里叶变换可得调制的基本原理X第十页，共33页。调制的基本原理第十一页，共33页。同步解调也是在频谱搬移的基础上实现的，在接收端对已调信号乘以与发射端频率相同的本地载波信号。然后让信号通过一定增益的低通滤波器从而实现对信号的解调。解调的基本原理第十二页，共33页。令f2(t)=f(t)cos(ω0t)，y2(t)=f2(t)cos(ω0t)对y2(t)进行傅里叶变换可得得到如图所示的频谱图，经过特定低通滤波器后原信号可以被完全还原（理想状况）解调的基本原理第十三页，共33页。解调的基本原理第十四页，共33页。幅度调制AM是指调制信号去控制高频载波的幅度，使其随调制信号呈线性变化的过程。图中m(t)为基带信号，它可以是确定信号，也可以是随记信号。通常认为平均值为0，即无直流分量；A0为外加的直流分量如果基带信号中有直流分量，也可以把基带信号中的直流分量归到A0中。线性调制原理第十五页，共33页。载波为可得

为了分析分析问题的方便令m(t)是确定的模拟信号且为0.由上式可知线性调制原理第十六页，共33页。设m(t)的频谱为M(w),由傅里叶变换的理论可得已调信号

的频谱为线性调制原理第十七页，共33页。总结可以得出以下结论：AM波的频谱与基带信号的频谱呈线性关系，只是将基带信号的频谱搬移到正负

处，并没有产生新的频率成分，因此，AM属于线性调制。AM信号的波形的包络与基带信号m(t)成正比，所以AM信号的解调既可以用相干解调，也可以采用非相干解调（包络检波）为了防止包络失真（已调信号极小点处相位反转π）必须满足AM的频谱中含有上下两个边带。无论上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息，故已调波的带宽为愿基带信号带宽的两倍。AM频谱中含有载波成分，

表现为其在

处有冲激函数。线性调制原理第十八页，共33页。在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果将载波抑制（去掉载波分量），即可输出抑制载波双边带信号，简称双DSB信号。双边带调制第十九页，共33页。DSB信号时域表达式为当调制信号m(t)为确定信号时，已调信号的频谱为双边带调制第二十页，共33页。双边带调制第二十一页，共33页。DSB调制相比于AM调制节省了载波功率，调制效率提高了，但他的频带宽度仍是基带信号贷款的2倍，与AM信号带宽相同。而且DSB信号的上下两个边带完全对称，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输一个边带即可，这是单边带调制能解决的方法。相比前两种调制信号载波信号相乘后直接传输双边带信号，单边带调制信号在调制信号与载波信号相乘后还需要产生单边带信号而后才经过传输，最终被解调。单边带调制第二十二页，共33页。残留边带调制(VSB)是介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的问题，又解决了单边带滤波器不易实现的难题。在残留边带调制中，除了传送一个边带外，还保留了另外一个边带的一部分。对于具有低频及直流分量的调制信号，用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带无限陡的理想滤波器，在残留边带调制中已不再需要，这就避免了实现上的困难。残留边带调制第二十三页，共33页。残留边带调制第二十四页，共33页。线性调制系统的调制方式原理大同小异，都是基于AM调制方式之上不过对载波或是后续的滤波器要求不同。对于解调方式来说，相干解调（接收端加载与载波同频同相的信号）都能使其从传输端恢复。对于AM调制而言，还可以采取非相干解调的方式，即使用检波器进行包络解调。包络解调不需要本地载波，而是利用已调信号中的包络信息来恢复原基带信号。由于包络解调器电路简单、效率高，所以几乎所有AM接收机都采用这种电路。线性调制系统的解调第二十五页，共33页。当R、C满足条件时，包络检波器的输出基本上与输入信号的包络变化呈线性关系，即

隔去直流信号就可后得到原信号线性调制系统的解调第二十六页，共33页。线性调制方式所具有的共同的特点，就是调制后的信号频谱只是调制信号的频谱在频率轴上的搬移，以适应信道的要求。虽然频率位置发生了变化，但是频谱的结构没有改变。非线性调制原理简述第二十七页，共33页。非线性调制又称角度调制，是指调制信号控制高频载波的频率或相位，而载波的幅度保持不变。角度调制后信号的频谱不再保持调制信号的频谱结构，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，而且调制后的信号带宽一般要比调制信号的信号带宽大得多。非线性调制原理简述第二十八页，共33页。非线性调制与线性调制本质的区别在于：线性调制不改变信号的原始频谱结构，而非线性调制改变了信号的原始频谱结构。常见的非线性调制主要有：

调频（FM），窄带调频（如民用对讲机）和宽带调频（FM广播）

均属于非线性调制范畴。

移频键控（FSK），常用于自动控制、无线数传。

移相键控（PSK）和差分移相键控（DPSK），常用于自动控制、无线数传。非线性调制原理简述第二十九页，共33页。通过调制与解调，超远距离传输信息才成为了现实。这使得全球各区域之间的联系日益紧密。从早期的收音机、电视、有线电话到现在的移动电话、数字电视、3G、4G移动网络，现代社会的种种通讯与传媒方式无一能够离得开调制与解调原理。调制解调的实际应用第三十页，共33页。调制解调器是一个将数字信号调制到模拟