笫6章--调制与解调2概要.ppt

1、笫6章 调制与解调,一、调制的基本概念 二、幅度调制 1、标准幅度调制与解调 2、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 4、数字信号调幅 三、角度调制 角调调制的基本概念 频率调制信号的性质 实现频率调制的方法与电路 调频波的解调方法与电路 四、数字信号的相位调制,2、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅,标准调幅的缺点,不能充分利用发射机功率（载波分量不含信息，却占去了调幅波总功率的一半以上),载波分量的存在，有时还会形成干扰。,所占的带宽宽（有一半是多余的） ，不利节省频率资源。 于是产生了其他调幅制式。,抑制载波调幅,（1）抑制载波调幅的时域表示式（单频调制）

2、：,调幅时不发射载波。,抑制载波调幅（续）,（2）抑制载波调幅信号的波形图：,返回,抑制载波调幅波的特点,抑制载波调幅信号中不含固定的载波分量，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。,上图,（3）抑制载波调幅 的频域表示式：,抑制载波调幅（续3）,（5）抑制载波调幅的解调电路：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：,乘法器实现： 差分对模拟 乘法器 四 个二极管环形乘法器,低通滤波器,载波恢复,抑制载波调幅（续4）,利用非线性变换提

3、取载波。,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，即可得所需载波。,抑制载波调幅（续5）,12,载波信号入,调制信号入,14,5,举例 1：标准幅度调制和抑制载波调幅。,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？,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

4、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。,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 既可充分利用发射机的功率 又节省占有频带。 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。,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 ：,

5、一个取上边带的SSBAM信号的时域表示式可记为 ：,称 为 的希尔伯特（Hilbert）变换。（见P340）,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。,（2）实现单边带调幅的电路：,滤波法：将抑制载波调幅波滤除一个边带。,带通滤波器,SSBAM,改进方法：较低载频SSBAM 再用 混频法逐次提高载频至所需频率。,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

6、现困难因为两个边带相距很近，载频处有锐截止特性。,例如,单边带调幅（续4）,滤波,滤波,载波,载波,载波,滤波,功放,取上边带,问题：提高SSBAM载频能否用倍频法？,逐级滤波，两边带距离较大，滤波器易做,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。,单边带调幅（续6）,（3）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 波形。只能用同步解调方法。而且 SSB AM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。,为了实现同步解调，通常，采用方法：,在SSBAM信号中加入导频发一点载频（边带功率占总发射功率96%）作为接

7、收端解调基准，用锁相环路提取。,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。但有失真！,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

8、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波器。,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。,0,1,1,0.5,0,6,0.75,0.75,0.75,0.75,0.5

9、,0.25,返回,上边带,（a）发送端,（b）接收端,残留边带调幅的解调,对不含载波分量的VSBAM信号的解调只能采用同步解调的 方法。为了恢复本地载波信号可以用在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。,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

10、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较宽者而不是二者之和，可以节省传输带宽。,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,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

11、乘的结果为：,滤除2 c分量，得到解调输出b(t)。,解调原理：,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。,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。,AM发射机,调制信号源,带通滤波器,前置放大器,调制信号驱动器,RF载波振荡器,缓冲放大器,载波驱动器,调

12、制器,带通滤波器,线性功率放大器,带通滤波器,耦合网络,天线,超外差AM接收机方框图,19KHz导频,38KHz 副载波,辅助信道,调频立体声广播的基带信号频谱,举例 ：实验三 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 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。,图（a）用1496集成片来构成解调器,1496,3,5,4,6,图（b）二极管包络检波器,7,8,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

13、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（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：,各种调幅方式的频谱,（a）标准调幅,（b）抑制载波调幅,（c）单边带调幅,（d）残留边带调幅,返回1,返回2,返回3,抑制载波调幅电路,返回,习题：6-5，6-6 ， 6-9,应用MATLAB调制和解调演示程序,MATLAB的信号处理工具

14、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

15、时，已调信号的区别？（即是听瞬时频率变化时的声音）,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)；,参考程序（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