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1、笫笫6 6章章 调制与解调调制与解调 一、调制的基本概念一、调制的基本概念一、调制的基本概念一、调制的基本概念二、幅度调制二、幅度调制二、幅度调制二、幅度调制1 1、标准幅度调制与解调、标准幅度调制与解调、标准幅度调制与解调、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、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、正交幅度调制与解调4、数字信号调幅、数字信号调幅三、角度调制三、角度调制u角调调制的基本概念角调调制的基本概念u频率调制信号的性质频率调制信号的性质u实现频率调制的方法与电路实现频率调制的方法与电路u调频波的解调方法与电路调频波的解调方法与电路四、数
2、字信号的相位调制四、数字信号的相位调制2001年9月-12月1通信电路原理-无九2 2、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅l标准调幅的缺点标准调幅的缺点不能充分利用放射机功率（载波重量不含信息，却占去了调幅不能充分利用放射机功率（载波重量不含信息，却占去了调幅波总功率的一半以上波总功率的一半以上)载波重量的存在，有时还会形成干扰。所占的带宽宽（有一半是多余的）所占的带宽宽（有一半是多余的），不利节约频率资源。，不利节约频率资源。于是产生了其他调幅制式。于是产生了其他调幅制
3、式。u抑制载波调幅抑制载波调幅（1）抑制载波调幅的时域表示式（单频调制）：）抑制载波调幅的时域表示式（单频调制）：调幅时不放射载波。调幅时不放射载波。调幅时不放射载波。调幅时不放射载波。2001年9月-12月2通信电路原理-无九 抑制载波调幅（续）抑制载波调幅（续）抑制载波调幅（续）抑制载波调幅（续）（2）抑制载波调幅信号的波形图：）抑制载波调幅信号的波形图：返回返回2001年9月-12月3通信电路原理-无九uu抑制载波调幅波的特点抑制载波调幅波的特点抑制载波调幅波的特点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重量，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
4、位与调制信号是负值时的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载波相位是反相的是反相的。已调信号的幅度仍随调制信号变更，但其包络不能反映调制信号的形态。上图上图（3）抑制载波调幅）抑制载波调幅的频域表示式：的频域表示式：2001年9月-12月4通信电路原理-无九uu抑制载波调幅（抑制载波调幅（抑制载波调幅（抑制载波调幅（续续续续3 3）（5）抑制载波调幅的解调电路：只能运用同步解调方法。）抑制载波调幅的解调电路：只能运用同步解调方法。带通滤波器带通滤波器（4）实现抑制载波调幅的电路：）实现抑制载波调幅的电路：乘法器实现：乘法器实现：差分对模拟差分对模拟 乘法器乘法器四四 个二极管
5、个二极管环形乘法器环形乘法器低通滤波器低通滤波器载波复原载波复原载波复原载波复原2001年9月-12月5通信电路原理-无九uu抑制载波调幅（抑制载波调幅（抑制载波调幅（抑制载波调幅（续续续续4 4）利用非线性变换提取载波。利用非线性变换提取载波。带通滤波器带通滤波器平方器平方器分频器分频器若输入信号为：若输入信号为：经平方器后得经平方器后得：经带通滤波器取出上式中其次项，即：经带通滤波器取出上式中其次项，即：将此重量取出，经放大限幅并经将此重量取出，经放大限幅并经 2：1 分频，即可得所需载波。分频，即可得所需载波。2001年9月-12月6通信电路原理-无九uu抑制载波调幅（抑制载波调幅（抑制
6、载波调幅（抑制载波调幅（续续续续5 5）12载波信号入载波信号入调制信号入调制信号入145举例举例 1：标准幅度调：标准幅度调制和抑制载波调幅。制和抑制载波调幅。2001年9月-12月7通信电路原理-无九uu抑制载波调幅（抑制载波调幅（抑制载波调幅（抑制载波调幅（续续续续6 6）载波信号入：载波信号入：调制信号入：调制信号入：输出信号为：输出信号为：探讨：探讨：1.若若1，4端和端和8，10端直流平衡，输出是什么调幅波形？端直流平衡，输出是什么调幅波形？2.若若8，10端直流平衡，如何得到标准调幅波形？端直流平衡，如何得到标准调幅波形？3.载漏是如何产生的？载漏是如何产生的？4.若若1，4端平
7、衡，而端平衡，而8，10端不平衡，输出是什么波形？端不平衡，输出是什么波形？2001年9月-12月8通信电路原理-无九uu单边带调幅单边带调幅单边带调幅单边带调幅 双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波重量，因而可以有效地利用放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接受下边带。单边带调幅，简记为单边带调幅，简记为SSBAM既可充分利用放射机的功率既可充分利用放射机的功率又节约占有频带。又节约占有频带。信息传输的角度是最佳调幅方式。信息传输的角度是最佳
8、调幅方式。但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较困难。但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较困难。2001年9月-12月9通信电路原理-无九uu单边带调幅（单边带调幅（单边带调幅（单边带调幅（续续续续1 1）（1）单边带调幅的时域表示式）单边带调幅的时域表示式 为了求得为了求得SSBAM信号的时域表示式，对信号的时域表示式，对SSBAM信号的频谱信号的频谱函数进行逆傅立叶变换。令函数进行逆傅立叶变换。令 表示为：表示为：并假定调制信号的最高频率并假定调制信号的最高频率 。依据逆傅立叶变换公式，。依据逆傅立叶变换公式，可得可得SSBAM信号的时域表示式为信号的时域表示式为 ：一个取上边带的一
9、个取上边带的SSBAM信号的时域表示式可记为信号的时域表示式可记为 ：称称 为为 的希尔伯特（的希尔伯特（Hilbert）变换。（见变换。（见P340）2001年9月-12月10通信电路原理-无九uu单边带调幅（单边带调幅（单边带调幅（单边带调幅（续续续续2 2）（1）单边带调幅的时域表示式）单边带调幅的时域表示式 当当SSBAM信号取下边带时，其时间函数表示式为信号取下边带时，其时间函数表示式为 ：若调制信号若调制信号 为一单频余弦信号为一单频余弦信号 ，对载波对载波 进行单边带调幅。进行单边带调幅。（本例中取上边带）：（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。单边带
10、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，只能运用同步解调方法。2001年9月-12月11通信电路原理-无九（2 2）实现单边带调幅的电路：）实现单边带调幅的电路：）实现单边带调幅的电路：）实现单边带调幅的电路：滤波法滤波法：将抑制载波调幅波滤除一个边带。：将抑制载波调幅波滤除一个边带。带通滤波器带通滤波器SSBAM 改进方法：较低载频改进方法：较低载频SSBAM 再用再用 混频法逐次提高载频至所需频率。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重量而载频较高时，滤波器的实难点：当调制信号中含有低频重量而载频较高时，滤波器的实现困难因为两个边带相距很近，载频处有锐
11、截止特性。现困难因为两个边带相距很近，载频处有锐截止特性。例如例如例如例如2001年9月-12月12通信电路原理-无九uu单边带调幅（单边带调幅（单边带调幅（单边带调幅（续续续续4 4）滤波滤波滤波滤波载波载波载波载波载波载波滤波滤波功放功放取上边带取上边带取上边带取上边带问题：提高问题：提高问题：提高问题：提高SSBAMSSBAM载频能否用倍频法？载频能否用倍频法？载频能否用倍频法？载频能否用倍频法？逐级滤波，两边带距离较大，滤波器易做逐级滤波，两边带距离较大，滤波器易做逐级滤波，两边带距离较大，滤波器易做逐级滤波，两边带距离较大，滤波器易做2001年9月-12月13通信电路原理-无九uu单
12、边带调幅（单边带调幅（单边带调幅（单边带调幅（续续续续5 5）相移法相移法：另一种实现单边带调幅的方法是相移法。另一种实现单边带调幅的方法是相移法。2001年9月-12月14通信电路原理-无九uu单边带调幅（单边带调幅（单边带调幅（单边带调幅（续续续续6 6）（3）单边带调幅的解调电路：）单边带调幅的解调电路：SSBAM信号中，既无载波重量，其包络也不反映调制信号的信号中，既无载波重量，其包络也不反映调制信号的波形。只能用同步解调方法。而且波形。只能用同步解调方法。而且 SSB AM对载波复原要求更对载波复原要求更为严格必需与放射载频同频同相才能实现无失真解调。为严格必需与放射载频同频同相才能
13、实现无失真解调。为了实现同步解调，通常，接受方法：在在SSBAM信号中加入导频发一点载频（边带功率占总信号中加入导频发一点载频（边带功率占总放射功率放射功率96%）作为接收端解调基准，用锁相环路提取。）作为接收端解调基准，用锁相环路提取。在本地产生一个频率为在本地产生一个频率为 的振荡。当然，它不行能与发的振荡。当然，它不行能与发送信号中的载波同频同相，因此，它不属于相干解调。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。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，假如频率差在几赫兹以内，例如，在传送话音信号时，
14、假如频率差在几赫兹以内，并不影响信息的传送。但有失真！并不影响信息的传送。但有失真！2001年9月-12月15通信电路原理-无九uu残留边带调幅残留边带调幅残留边带调幅残留边带调幅 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的调制与解调比较困难。不适于传送带有直流重量的信号（或包含大量低频重量）。不适于传送带有直流重量的信号（或包含大量低频重量）。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残留边带调幅，简记为简记为VSBAM。在在VSBAM方式中，不是将一个边带完全滤除，而是保留一方式中，不是
15、将一个边带完全滤除，而是保留一部分。部分。下图下图所示为所示为VSBAM信号幅度谱的示意图。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。2001年9月-12月16通信电路原理-无九uu残留边带调幅（残留边带调幅（残留边带调幅（残留边带调幅（续续续续1 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旁边
16、0.75MHz的部分全部保留。接收端的滤波器，在载波 旁边0.75MHz范围内满足互补对称关系。0110.5060.750.750.750.750.50.25返回返回上边带上边带上边带上边带（a a）发送端）发送端）发送端）发送端（b b）接收端）接收端）接收端）接收端2001年9月-12月17通信电路原理-无九uu残留边带调幅的解调残留边带调幅的解调残留边带调幅的解调残留边带调幅的解调 对不含载波重量的VSBAM信号的解调只能接受同步解调的方法。为了复原本地载波信号可以用在VSBAM信号中加导频的方法，也可接受DSBAM类似的非线性变换方法。在容许确定失真状况下，对含有大载波重量的在容许确定
17、失真状况下，对含有大载波重量的VSBAM信号信号可以运用峰值包络检波器解调，从而可大大简化解调电路。可以运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重量时，这种调制方式可以运用。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所占带宽比单边带略宽，基本具有，基本具有SSBAM的优点的优点。2001年9月-12月18通信电路原理-无九uu正交幅度调制与解调正交幅度调制与解调正交幅度调制与解调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相互独立的信号的一种
18、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，可以节约传输带宽。2001年9月-12月19通信电路原理-无九uu正交幅度调制与解调原理正交幅度调制与解调原理正交幅度调制与解调原理正交幅度调制与解调原理a(t)b(t)a(t)b(t)x(t)两路相互独立的信号a(t)和b(t)分别调制角频率为c的两个相互差90度的正弦波，通常用 和 表示，并称它们是相互正交的。调制后的两路信号相加得到输出信号x(t)，表示为：调制器调制器解调器解调器返回返回2001年9月-12月20通信电路原理-无九uu正交幅度调制与解调原理（正交幅度调制与解调原理（正交幅度调制与解调原理（正交
19、幅度调制与解调原理（续续续续1 1）输入信号x(t)被两个相互正交的正弦波相乘，与 相乘的结果为：滤除滤除2 c 重量，得到解调输出重量，得到解调输出a(t)。输入信号输入信号 x(t)与与 相乘的结果为相乘的结果为：滤除滤除2 c重量，得到解调输出重量，得到解调输出b(t)。解调原理：解调原理：2001年9月-12月21通信电路原理-无九uu 数字信号调幅数字信号调幅数字信号调幅数字信号调幅 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，称为幅度键控，简记为简记为ASK。一般状况下，数字信号为一随机脉冲序列，并表示为
20、：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重量和丰富的低频重量。为了在具有带通特性的信道内传送，必需进行调制。在数字信号调幅中，多用残留边带调幅方式。2001年9月-12月22通信电路原理-无九AM放射机放射机调制信号源调制信号源带通滤波器带通滤波器前置放大器前置放大器调制信号驱动器调制信号驱动器RF载波振荡器载波振荡器缓冲放大器缓冲放大器载波驱动器载波驱动器调制器调制器带通滤波器带通滤波器线性功率放大器线性功率放大器带通滤波器带通滤波器耦合网络耦合网络天线天线 2001年
21、9月-12月23通信电路原理-无九超外差AM接收机方框图音频放大器音频放大器检波器检波器中频放大器中频放大器带通滤波器带通滤波器RF低噪声放大器低噪声放大器带通滤波器带通滤波器天线天线扬声器扬声器本地振荡器本地振荡器统一调谐统一调谐AGC控制控制静噪静噪2001年9月-12月24通信电路原理-无九1919KHzKHz导频导频3838KHzKHz副载波副载波协助信道协助信道调频立体声广播的基带信号频谱调频立体声广播的基带信号频谱2001年9月-12月25通信电路原理-无九举例举例：试验三：试验三 调幅信号的解调电路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同步检波与二极管峰值
22、包络检波是常用的两种调幅波解调电路本试验仍接受波解调电路本试验仍接受1496集成片来构成解调器，集成片来构成解调器，电路如下图所示。电路如下图所示。2001年9月-12月26通信电路原理-无九图（图（图（图（a a）用用用用14961496集成片来构成解调器集成片来构成解调器集成片来构成解调器集成片来构成解调器149635462001年9月-12月27通信电路原理-无九图（图（图（图（b b）二极管包络检波器二极管包络检波器二极管包络检波器二极管包络检波器782001年9月-12月28通信电路原理-无九本试验仍接受本试验仍接受1496集成片来构成解调器。电路如图（集成片来构成解调器。电路如图（
23、a）所示，载波信号经电容所示，载波信号经电容 加在加在、脚之间，相乘后脚之间，相乘后的信号由的信号由12脚输出，经过脚输出，经过 、与与 组成的低通滤组成的低通滤 波器后，在解调输出端得到复原出来的调制信号。波器后，在解调输出端得到复原出来的调制信号。二极管包络检波器适合于解调含有较大载波重量的调幅信号二极管包络检波器适合于解调含有较大载波重量的调幅信号它具有电路简洁，易于实现等优点，本试验电路如图（它具有电路简洁，易于实现等优点，本试验电路如图（b）所）所示，它主要由检波二极管示，它主要由检波二极管D及及RC低通滤波器组成，由于低通滤波器组成，由于它是利用二极管的单向导电及它是利用二极管的单
24、向导电及RC元件的充放电特性实现检波元件的充放电特性实现检波的。因此，的。因此，RC时间常数的选取很关键，若时间常数的选取很关键，若RC时间常数过大，时间常数过大，则会产生对角切割失真，若则会产生对角切割失真，若RC时间常数过小，高频重量会滤时间常数过小，高频重量会滤除不干净，综合考虑要求满足下式：除不干净，综合考虑要求满足下式：2001年9月-12月29通信电路原理-无九各种调幅方式的频谱各种调幅方式的频谱各种调幅方式的频谱各种调幅方式的频谱（a a）标准调幅）标准调幅）标准调幅）标准调幅（b b）抑制）抑制）抑制）抑制载波调幅载波调幅载波调幅载波调幅（c c）单边带）单边带）单边带）单边带
25、调幅调幅调幅调幅（d d）残留）残留）残留）残留边带调幅边带调幅边带调幅边带调幅返回返回返回返回1 1返回返回返回返回2 2返回返回3 32001年9月-12月30通信电路原理-无九抑制载波调幅电路抑制载波调幅电路返回返回2001年9月-12月31通信电路原理-无九习题：习题：6-5，6-6，6-92001年9月-12月32通信电路原理-无九应用应用应用应用MATLABMATLAB调制和解调演示程序调制和解调演示程序调制和解调演示程序调制和解调演示程序 MATLAB的信号处理工具箱供应了一系列的函数可以实现对通信系统的仿真。运行演示程序可以视察不同的调制方式下产生信号波形的区分，并且假如指定源
26、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，视察AM，AMSSB，FM，PM调制时，已调信号的区分？（载频FC400Hz,采样Fs=2000Hz）2利用play mod按钮，“听出”上述四种调制时，已调信号的区分？（即是听瞬时频率变更时的声音）2001年9月-12月33通信电路原理-无九运用运用运用运用modulatem
27、odulate函数编写语音调制的程序函数编写语音调制的程序函数编写语音调制的程序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：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)；Tit
28、le(已调信号)；2001年9月-12月34通信电路原理-无九参考程序参考程序参考程序参考程序（续）（续）（续）（续）程序说明：程序说明：1声音文件后缀是声音文件后缀是“wav”，找寻声音文件。，找寻声音文件。2运用运用wavread函数读入文件中的声音数据到内存变量函数读入文件中的声音数据到内存变量 Sound_data中去。中去。3运用运用sound函数可以用来播放声音。函数可以用来播放声音。4 modulate函数的语法如下：函数的语法如下：y=modulate（X,FC,FS,method,opt）式中：式中：X是调制的信号序列；是调制的信号序列；FC是载波频率；是载波频率；FS是采样
29、频率；是采样频率；method参数指定接受的调制方法；假如不指定参数，参数指定接受的调制方法；假如不指定参数，则则medulate函数自动接受函数自动接受am方法。方法。Opt是附加参数（不是每种调制方法都须要附加参数）。是附加参数（不是每种调制方法都须要附加参数）。2001年9月-12月35通信电路原理-无九附图一：附图一：附图一：附图一：抑制载波调幅抑制载波调幅抑制载波调幅抑制载波调幅返回返回2001年9月-12月36通信电路原理-无九附图二：附图二：附图二：附图二：标准幅度调制标准幅度调制标准幅度调制标准幅度调制返回返回2001年9月-12月37通信电路原理-无九附图三：载漏附图三：载漏附图三：载漏附图三：载漏返回返回2001年9月-12月38通信电路原理-无九附图四：音漏附图四：音漏附图四：音漏附图四：音漏返回返回2001年9月-12月39通信电路原理-无九