第二章调制与解调-2

1、笫2章 调制与解调 2.1 幅度调制 2.1.1 标准幅度调制 2.1.2 抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅 2.1.3 正交幅度调制与解调 2.1.4 数字信号调幅2.2 角度调制 2.2.1 角调调制的基本概念 2.2.2 频率调制信号的性质 2.2.3 实现频率调制的方法与电路 2.2.4 调频波的解调方法与电路 2.2.5 数字信号的相位调制2022/7/2612.1.2 抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅对标准调幅信号的分析曾经得出： 从传输信息的角度看，载波分量是多余的，而且它还占去了调幅波总功率的一半以上，这对充分利用发射机功率不利。 由于载波分量的存在，有时还会对其它

2、信号形成干扰。 从传输信号的角度看，它所占的带宽多一半是多余的，这对节省频率资源不利。2.1.2.1 抑制载波调幅（1）抑制载波调幅的时域表示式：（2）抑制载波调幅的频域表示式：2022/7/2622.1.2.1 抑制载波调幅（续1）（3）抑制载波调幅信号的波形图： 返回2022/7/2632.1.2.1 抑制载波调幅（续2） 从图中可以看出： 抑制载波调幅信号中不含固定的载波分量，若调制信号的平均值不是零，会产生“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载波相位是反相的。 已调信号的幅度仍随调制信号变化，但其包络不能反映调制信号的形状。 由于抑制载波调幅信号的幅度包络不反映调

3、制信号的波形，因而也不能应用峰值包络检波方法。所以，对这类调幅信号，只能使用同步解调方法。上图2022/7/2642.1.2.1 抑制载波调幅（续3）（5）抑制载波调幅的解调电路：由于抑制载波调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形，因而也不能应用峰值包络检波方法。所以，对这类调幅信号，只能使用同步解调方法。带通滤波器（4）实现抑制载波调幅的电路：2022/7/2652.1.2.1 抑制载波调幅（续4） 产生和载频信号同频同相本地载波是相干解调的一个关键问题：带通滤波器平方器分频器若输入信号为：经平方器后得：经带通滤波器取出上式中第二项，即：将此分量取出，经放大限幅并经 2：1 分频，即可得所需

4、载波。2022/7/2662.1.2.1 抑制载波调幅（续5）12载波信号入调制信号入145举例 1：标准幅度调制和抑制载波调幅。2022/7/2672.1.2.1 抑制载波调幅（续6）载波信号入：调制信号入：输出信号为：讨论：1.若1，4端和8，10端直流平衡，输出是什么调幅波形？ 2.若8，10端直流平衡，如何得到标准调幅波形？ 3.载漏是如何产生的？ 4.若1，4端平衡，而8，10端不平衡，输出是什么波形？2022/7/2682.1.2.2 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

5、倍。 而从有效传输信息的角度看，只要传送一个边带就够了，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以采用下边带。 单边带调幅，简记为SSBAM，显然，它既可充分利用发射机的功率又节省占有频带。所以，它是传输信息的最佳调幅方式。但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较复杂。2022/7/2692.1.2.2 单边带调幅（续1）（1）单边带调幅的时域表示式 为了求得SSBAM信号的时域表示式，对SSBAM信号的频谱函数进行逆傅立叶变换。令 表示为： 并假定调制信号的最高频率 。根据逆傅立叶变换公式，可得SSBAM信号的时域表示式为 ：一个取上边带的SSBAM信号的时域表示式可记为 ：

6、称 为 的希尔伯特（Hilbert）变换。 2022/7/26102.1.2.2 单边带调幅（续2）（1）单边带调幅的时域表示式 当SSBAM信号取下边带时，其时间函数表示式为 ： 若调制信号 为一单频余弦信号 ，对载波 进行单边带调幅。（本例中取上边带）： 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。2022/7/26112.1.2.2 单边带调幅（续3）（2）实现单边带调幅的电路： 滤波法：当调制信号中含有低频分量时，滤波器的实现困难。带通滤波器SSBAM 存在问题：对滤波器提出很高要求。改进方法：2022/7/26122.1.2.2 单边带调幅

7、（续4）滤波滤波载波载波载波滤波功放2022/7/26132.1.2.2 单边带调幅（续5） 相移法：另一种实现单边带调幅的方法是相移法。2022/7/26142.1.2.2 单边带调幅（续6）（3）单边带调幅的解调电路： 从前面分析可知，SSBAM信号中，既无载波分量，其包络也不反映调制信号的波形。因此，只能用同步解调方法。 为了实现同步解调，需要建立本地载波信号。由于SSBAM信号中不含载波分量，无法从调幅信号中直接滤出载波。通常，采用两种方法： 在SSBAM信号中加入导频。 在本地产生一个频率为 的振荡。当然，它不可能与发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

8、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，并不影响信息的传送。2022/7/26152.1.2.3 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的。但SSBAM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）。 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，简记为VSBAM。 在VSBAM方式中，不是将一个边带完全滤除，而是保留一部分。下图所示为VSBAM信号幅度谱的示意图。 VSBAM与SSBAM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。为了保证

9、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。2022/7/26162.1.2.3 残留边带调幅（续1） 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。 接收端的滤波器，在载波 附近0.75MHz范围内满足互补对称关系。0110.5060.750.750.750.750.50.25返回2022/7/26172.1.2.3 残留边带调幅（续2） 对不含载波分量的VSBAM信号的解调只能采用同步的解调的方法。为了恢复本地

10、载波信号可以用在VSBAM信号中加导频的方法，也可采用DSBAM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VSBAM信号可以使用峰值包络检波器解调，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。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，基本具有SSBAM的优点。2022/7/26182.1.3 正交幅度调制与解调 正交幅度调制与解调是一种特殊的复用技术，一般是指利用两个频率相同但相位相差90度的正弦波作为载波，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。 这种调制方式的已调信号所占频带仅为两路信号中的

11、较宽者而不是二者之和，可以节省传输带宽。2022/7/26192.1.3.1 正交幅度调制与解调原理a(t)b(t)a(t)b(t)x(t) 两路互相独立的信号a(t)和b(t)分别调制角频率为c的两个互相差90度的正弦波，通常用 和 表示，并称它们是互相正交的。调制后的两路信号相加得到输出信号x(t)，表示为：调制器解调器返回2022/7/26202.1.3.1 正交幅度调制与解调原理（续1） 输入信号x(t)被两个互相正交的正弦波相乘，与 相乘的结果为：滤除2 c 分量，得到解调输出a(t)。 输入信号 x(t) 与 相乘的结果为：滤除2 c分量，得到解调输出b(t)。解调原理：2022/

12、7/26212.1.4 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，也称为幅度键控，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：式中， 为随机变量，对二进制数字信号，它可取0，1两种数值。 是码元波表，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。 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。在数字信号调幅中，多用残留边带调幅方式。2022/7/2622举例 2： 调幅信号的解调电路的软件仿真。 解调是调制的逆过程，调幅波的解调即是从调幅信号中恢复出调制信号的过程，通常称之为检波。

13、 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1496集成片来构成解调器，电路如下图所示。2022/7/2623调幅信号的解调电路的软件仿真。 解调是调制的逆过程，调幅波的解调即是从调幅信号中恢复出调制信号的过程，通常称之为检波。 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，同步检波是利用一个和调幅信号的载波同频同相的载波信号与调幅波相乘，再通过低通滤波器滤除高频分量而获得调制信号的。理论上讲，这种电路能对任何调幅信号实现无失真解调，包括各种调制度的全载波调幅信号、抑制载波的双边带调幅信号、残留边带调幅信号、单边带调幅信号等。缺点是在实际工作中载波信号的提

14、取比较麻烦。 本实验仍采用1496集成片来构成解调器。电路如图（a） 所示，载波信号经电容 加在、脚之间，相乘后的信号由12脚输出，经过 、 与 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。2022/7/2624例2 （续1） 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（b）所示，它主要由检波二极管D及RC低通滤波器组成，由于它是利用二极管的单向导电及RC元件的充放电特性实现检波的。因此，RC时间常数的选取很关键，若RC时间常数过大，则会产生对角切割失真，若RC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：式中m

15、为调幅系数，fC为载波频率，为调制信号角频率。2022/7/2625例2 （续2）（1）根据1496集成片构成解调器的电路，利用题例1的方法产生全载波调幅信号和抑制载波的双边带调幅信号作为解调器的VAMIN端口的输入信号，进行解调电路的软件仿真。（2）根据二极管包络检波器的电路，进行对全载波调幅信号和抑制载波信号的软件仿真。2022/7/2626图（a）用1496集成片来构成解调器149635462022/7/2627图（b）二极管包络检波器782022/7/2628例3. 应用MATLAB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对通信系统的仿真。运行演示程

16、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，可以单击图中的 play 按钮听到对应的声音。 运行这个程序可以在MATLAB的主界面中， 单击 HelpExamples and Demos, 然后从弹出的MATLAB Demos主控画面的Toolboxes中，选择Signal processingModulation, 单击run按钮运行。 1选用单频正弦波，观察AM，AMSSB，FM，PM调制时，已调信号的区别？（载频FC400Hz,采样Fs=2000Hz） 2利用play mod按钮，“听出”上述四种调制时，已调信号的区别？（即是听瞬时频率变化时的声音）202

17、2/7/2629例4. 使用modulate函数编写语音调制的程序。（编写1000Hz正弦信号幅度是1）参考程序：cd(c:windows)； cd(media)； Sound_data =Wavread(The Microsoft Sound.wav)； Display(播放原始信号)； Sound(Sound_data,24000,8)； Pause Subplot(2,1,1)；Plot(Sound_data)；Title(调制信号)； moded=modulate(Sound_data,5,1)； Subplot(2,1,2)；Plot(moded)；Title(已调信号)；2022/7/2630例4 （续）程序说明：1声音文件后缀是“wav”，寻找声音文件。2使用wavread函数读入文件中的声音数据到内存变量 Sound_data中去。