【《模拟信号调制技术概述》2100字】

模拟信号调制技术概述模拟信号调制是指利用低频连续的模拟基带信号去调制高频的载波。载波通常是频率、幅度、相位固定的高频连续正弦信号或是余弦信号。因此，根据载波的三个参数可以将模拟信号调制分为两个方法：幅度调制(AmplitudeModulation，AM)和角度调制。模拟信号调制被广泛应用于广播电视系统。一、幅度调制幅度调制是利用连续模拟信号改变载波幅度的一种调制方法，这种方法将载波中的幅度看作因变量，连续模拟信号看作自变量，频率、相位当作常量。幅度调制实现了基带信号频谱的线性搬移，是一种线性调制。幅度调制分为常规调幅(AM)、单边带调制(SSB)、双边带调制(DSB)和残留边带调制(VSB)。REF_Ref13256\r\h[6]本文主要介绍常规调幅(AM)。基带模拟信号可以用式(2-1)来表示： (2-1) 载波信号可以用式(2-2)表示： (2-2)为了方便计算，假设基带模拟信号和载波信号之间的初始相位差。在调制时，如果基带模拟信号均值为0，那么还需要添加一个直流偏置A0，将直流偏置A0和基带信号相加得到，再与载波信号相乘便可以得到AM调制的信号。AM调制信号时域表达式如式(2-3)所示： (2-3)如此一来，基带模拟信号对载波信号的AM调制就成功了。通过公式可以看出，想要实现AM调制需要一个加法器将直流偏置和基带模拟信号相加，还需要一个乘法器将载波信号和相加结果相乘，最终得到AM调制信号。AM调制原理图如图2.7所示。正常AM调制后波形图如图2.8所示，红色的线为基带模拟信号，白色的线为AM调制后的信号。图2.7AM调制原理图图2.8正常AM调制波形图在幅度调制中，引入了调幅系数的概念。调幅系数m可以用式(2-4)表示： (2-4)调幅系数不仅能用来体现调制过程中基带模拟信号改变载波幅度的程度，还能体现AM调制的效率以及功率分配。当调幅系数时，属于正常调幅状态；当时，属于临界状态，被称为满调幅；当时，会发生调幅失真，被称为过调幅。过调幅会导致接收端解调失真，无法完全解调出正确信号，导致信息传递有误，所以AM调制通常要保证调幅系数。图2.9为AM调制的临界状态，图2.10为过调幅状态。从图2.9可以看出，当横坐标在0.003-0.004之间时，载波的幅度为0。从图2.10可以看出，当横坐标为0.003-0.004之间时，载波本该继续变小的幅度的在这个区间反而变大了，这块区域就失真了，会导致后续解调出现问题。图2.9AM调制的临界状态图2.10AM调制的失真状态通过AM信号的表达式，计算它的均方值，可以得到AM信号的功率： (2-5)公式中是载波功率，是边带功率，也就是调制功率。而AM调制信号的调制效率可以由式(2-6)表示： (2-6)由于调幅系数，故，所以调制效率。由此可以看出，AM调制的有用信号功率所占比例很低，最多占总功率的50%，所以AM调制信号功率的利用率是十分低的。也正是因为这种功率上的浪费，使得AM信号在解调的时候是比较简单的。二、角度调制角度调制是利用连续模拟信号改变载波角度的调制方法，角度调制主要包括频率调制(FrequencyModulation，FM)和相位调制(PhaseModulation，PM)。频率调制是利用连续模拟信号改变载波频率的一种调制方法。这种方法将载波中的频率看作因变量，连续模拟信号看作自变量，幅度、相位当作常量。而相位调制是利用基带模拟信号的瞬时值改变载波的瞬时相位的调制方法。对于正弦载波来说，相位的变化会影响频率的变化，频率的变化会引起相位的变化，二者都能够影响角度，所谓将频率调制和相位调制统称为角度调制REF_Ref13256\r\h[6]。和幅度调制不同，角度调制后的信号并不是基带模拟信号频谱的线性搬移，因此属于一种非线性调制。本文主要对频率调制进行介绍。和AM调制一样，基带信号用来表示，载波用来表示。先假设经过频率调制后的FM信号如下所示： (2-7)根据此式可以得出瞬时相位为，瞬时相位偏移为，瞬时角频率为瞬时相位的微分，可以表示为。瞬时频率则为，可以看出瞬时频率的变化仅与有关，就是瞬时角频偏，为了实现频率调制的效果，需要基带模拟信号和瞬时角频偏构成某种线性关系。为此引入了调频灵敏度Kf这一概念。基带模拟信号和瞬时角频偏的线性关系可以用式(2-8)表示： (2-8)由此式可以看出，调频灵敏度Kf反映了载波的瞬时角频偏随着基带模拟信号幅度的线性变化程度。有了调频灵敏度，那么瞬时相位偏移就能用下式表示： (2-9)由式(2-7)和式(2-9)可以得出： (2-10)将基带模拟信号表达式分别带入式(2-9)和式(2-10)中，可得： (2-11) (2-12)在式(2-11)中，被称为最大角频偏，最大角频偏和基带模拟信号角频率(或是最大频偏和基带模拟信号频率)的比值被称为调频指数，表达式如下： (2-13)式(2-12)为FM调制后信号的时域表达式，根据carson公式可以得出调制后信号的带宽： (2-14)当调频指数远小于1时，已调信号带宽，这种调频称为窄带调频(NBFM)；当调频指数远大于1时，已调信号带宽，这种调频称为宽带调频(WBFM)。目前最常用到的调制FM信号的方法是正交调制(I/Q调制)。将式(2-10)展开，可以得到： (2-15)其中被称为I路信号，被称为Q路信号，在实际实现正交调制时，可以将基带模拟信号积分后分别进行余弦和正弦变换得到I路信号和Q路信号，再通过乘法器分别和载波以及相位差为90°的载波相乘，最后通过加法器相加得到调制后信号。FM正交调制原理图如图2.11所示，FM调制后信号波形图如图2.12所示。图中白线为基带模拟信号，