调制解调幅度调制解调角度调制解调数字信号调制解调调制解调电路分析PPT文档格式.ppt

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,3.1.1调制解调方式分类,3、调制解调方式及调制解调电路,一个完整的调制技术还必须研究如何组成一个电路来实现基带信号的调制，按照某种调制方式用基带信号对载波信号进行调制形成符合要求的已调信号的电路，称为调制电路。

相应地，实现基带信号复原的电路则称为解调电路，一定的调制解调方式与相应的电路的组合，才形成一种完整的调制解调技术。

因此，在以后的叙述中，“调制解调方式”用于特指调制解调参数的选择，而“调制解调技术”则包括实现调制解调的电路。

3.1.2各种调制方式的波形,讨论各种调制方式前，需要介绍各种调制方式时基带信号、载波信号和已调信号的波形关系，有了这些波形分析的基础，将使调制方式的理论分析变得容易理解。

1、幅度调制波形图,载波频率等于基带频率的10倍,幅度调制的结果是使已调信号的幅度随基带信号的幅度变化。

3.1.2各种调制方式的波形,2、频率调制波形图,调频波的特征是幅度维持不变，频率随基带信号变化，这种频率变化也称频移。

由图可以看出，调频波的频率随基带信号变化，基带信号取负值时，调频波频率变低，取正值时频率变高.,载波频率等于基带频率的10倍,3.1.2各种调制方式的波形,3、相位调制波形图,调相波的特征是幅度维持不变，相位随基带信号变化，,载波频率等于基带频率的10倍,3.1.2各种调制方式的波形,4、数字信号调制波形图,基带信号,载波信号,ASK调制波,FSK调制波,PSK调制波,3.1.3调制的主要性能指标,由于存在多种调制方式，自然就有一个如何选择最佳调制方式的问题。

为此，就需要讨论调制的主要性能指标，以便根据各种调制方式的性能来确定最佳选用方案。

1、调制方式的频带利用效率,高频载波具有单一的频率,基带信号对其进行调制后，所形成的已调信号必然具有一定的频带宽度，这个频带宽度除了与基带信号自身的频带宽度有关之外，还与调制方式有关。

已调信号所使用的频带宽度即为频带利用效率的含义。

例如，48.5MHz92MHz的甚高频段用于电视及数据广播，电视广播已调信号频带宽度6.5MHz，规定每个电视频道频率间隔8MHz，整个频段就可以安排5个频道。

调制方式选用不当，每个电视频道占用的频带宽度提高到13MHz，上述频段就只能安排3个频道，频带利用效率就大大下降了。

3.1.3调制的主要性能指标,2、调制方式的功率有效性,在保证相同通信距离的情况下，采用不同的调制方式，所需要的发射功率会有所不同，所需要的功率越小，就说其功率有效性越高。

功率有效性也是衡量调制方式的重要性能指标之一。

例如，幅度调制方式中有一种称为单边带调制的技术能使功率减小一半有效性就较高。

各种调制方式对于噪声等各种干扰的抑制能力也是衡量调制方式优劣的重要指标。

例如，频率调制方式的抗干扰能力就比幅度调制方式强，调频波的特点是幅度为恒定值，假如通信过程中混入了幅度干扰，在解调前只要加一个限幅器电路就可以消除这种干扰。

3、抗噪声抗干扰能力,3.2幅度调制与解调原理,3.2.1幅度调制的解析分析法,1、基带信号为单音频时已调波的频谱和带宽,已知：

基带信号为余弦波载波信号为,解：

幅度调制是用基带信号控制载波的振幅，使载波的振幅随基带信号的规律变化，因此调制后形成的已调波表示为,求：

调幅波的表达式,定义调幅指数,调幅波可表示为：

3.2.1幅度调制的解析分析法,1、基带信号为单音频时已调波的频谱和带宽,调幅波表达式化为,利用三角函数公式,

（1）已调波由原来的载波和新增加的两项余弦波组成，新增余弦波频率为c和c，由于c，新增的两个频率成分都接近c，属高频信号。

（2）已调波包含多个频率成分，其频带宽度为BW为,调幅波：

结论：

3.2.1幅度调制的解析分析法,2、基带信号为任意波形时已调波的频谱和带宽,为了与实际情况相符，必须研究基带信号为任意函数时已调波的频谱和带宽。

解析分析的方法是将基带信号展开为傅立叶级数，然后逐一研究级数中每一项对已调波的影响。

理论上，基带信号分解后将包含无限多项余弦波（也可表示为正弦波），如果逐项分析，解析分析将变得非常困难。

因此，实际上总是用有限多项去近似，所取项数越多，近似就越好，究竟取多少项才合适，则决定于基带信号的频谱，即基带信号所包含的频率成分。

作了近似以后基于傅立叶级数的分析方法将得到简化，尽管如此，用解析法分析已调信号仍然过于复杂。

为此，下面讨论频谱图分析法。

3.2.2幅度调制的频谱图分析法,1、基带信号为单音频时的频谱图分析,一个正弦波（或余弦波）信号可以用频谱图上的一根竖线来表示，竖线的位置表示其角频率，竖线的高度即为其振幅。

因此，基带信号和载波信号可以用竖线在频谱图上表示如图所示,c，因此载波的频谱线位于高端，基带的频谱线位于低端，两者频率相差很大，为便于分析，将频率轴的中间部分截去。

两个信号的振幅不等，因此竖线的高度也不等。

3.2.2幅度调制的频谱图分析法,1、基带信号为单音频时的频谱图分析,

（1）调制的结果是把基带信号搬移到载波频率的两侧，形成上下两个边频，两个边频相对于载波频率对称分布，边频的振幅小于载波的一半。

（2）调制前后，载波仍保持其频率和幅度不变，因此也不携带基带信号的任何信息。

（3）从频谱图中可以计算出已调波的频带宽度，它就等于上下边频之差，即,已调波共包含三个频率成分，c、c和c，新增的两个频率成分位于c的上下两侧，称为上下边频，频谱如图。

3.2.2幅度调制的频谱图分析法,2、基带信号为任意函数时的频谱图分析,基带信号为任意函数时，可以将其展开为傅立叶级数，其每一项都是余弦波。

在频谱图上级数的每一项都由一根竖线表示，于是基带信号就由频谱图上的一组谱线所表示，称为基带频谱。

上述单音频的结果很容易推广到基带为任意函数时的情况。

基带为任意函数时，由一组谱线取代单根的谱线,3.2.2幅度调制的频谱图分析法,2、基带信号为任意函数时的频谱图分析,单音频,任意函数,调制的作用是将基带信号的频谱线搬移到载波频率的两边，单音频情况下是将一条谱线搬移成高频端的上下边频，任意函数时，幅度调制的结果就是将这一组谱线搬移到载波谱线的两边，在载波谱线两侧形成两组谱线，称为上下边带，如图所示。

3.2.2幅度调制的频谱图分析法,2、基带信号为任意函数时的频谱图分析,

（1）幅度调制时，基带谱线搬移所形成的上下边带相对与载波谱线对称分布，边带的频谱结构和基带信号的相同。

（2）和单音频时的情况相同，调制前后，载波仍保持其频率和幅度不变，因此也不携带基带信号的任何信息。

（3）根据频谱图3.9，可以求得已调波的带宽BW等于,由已调波的频谱图，可以分析基带信号为任意函数时已调波的谱线和带宽：

3.2.3抑制载波的双边带调幅和单边带调幅,1、DSB（抑制载波的双边带）调幅,载波成分并不包含任何基带信号的信息，在向外发射无线电波时将载波成分抑制掉，信息的传输没有受到任何影响，功率有效性得到提高。

这种调制称为抑制载波的双边带调幅，简称DSB调制。

下面讨论如何提高幅度调制的频带利用率和功率有效性，即在保证相同通信质量的前提下如何压缩频带宽度和减小无线发射功率的问题。

3.2.3抑制载波的双边带调幅和单边带调幅,2、SSB（单边带抑制载波）调幅,DSB已调波包含两个边带，这两个边带所包含的基带信号信息是完全相同的，因此，进一步抑制掉其中的一个边带，只发射一个边带（上边带或下边带），发射功率就可以进一步降下来。

这样的调制方式称为单边带抑制载波调幅（也称单边带调幅），简称SSB调幅,已调信号的带宽减小为：

与基带信号带宽相同,3.2.3抑制载波的双边带调幅和单边带调幅,习惯上将没有抑制载波和边带的幅度调制方式称为普通调幅方式，简称AM，于是就有三种幅度调制方式：

AM、DSB和SSB调制，表3.1给出了三种调幅方式性能的比较。

3.2.3抑制载波的双边带调幅和单边带调幅,3、电视图像信号的残留边带调制,电视图像信号的最低角频率min为零，AM调制后上边带高频沿、载波频谱线和上边带低频沿重叠在一起。

电视信号的频率范围在06MHz之间，已调信号带宽12MHz。

为减小带宽和发射功率，应即采用单边带（SSB）调制，但采用滤波器完整地保留一个边带而完全滤除一个边带几乎是办不到的。

3.2.3抑制载波的双边带调幅和单边带调幅,3、电视图像信号的残留边带调制,为此，电视图像信号采用了一种称为残留边带的发送方式，即发送全部上边带和部分下边带，如图所示。

加上残留部分，调制后图像信号频带宽度等于7.25MHz，加上电视伴音信号（采用频率调制方式发送），全电视信号的宽度为8MHz，对照第1章电视频道的划分，不同电视频道之间的频率差正好是8MHz。

残留边带调制简称VSB调制,3.2.4调幅信号的产生方法,1、AM和DSB信号的产生,AM和DSB波可以通过乘法器来产生，原理如图所示。

第一项为载波成分，第二项为两个边频c，类似地第三项为两个边频c2第n项代表两个边频cn，这些边频组成上下边带。

u（t）为任意函数基带信号，可表示为,载波信号uc（t）为,上述两个信号经乘法器相乘，所得的结果为,3.2.4调幅信号的产生方法,1、AM和DSB信号的产生,上式含有载波成分（第一项），因此属AM调制。

如果基带信号中U0等于零，即基带信号不含直流成分，则已调波不含载波成分，属DSB调制。

相乘结果：

可见无论AM还是DSB信号，都可以通过乘法器来产生，只要控制基带信号的直流成分即可，这种产生调幅波的方法称为相乘法。

3.2.4调幅信号的产生方法,2、SSB信号的产生,产生单边带信号的方法有两种。

（1）滤波法,用滤波器从双边带信号中滤除一个边带，即可得到单边带信号，如图所示。

难点是滤波器，如果基带信号的最小频率Fmin很小，上下边带的间隔F=（fc+Fmin）（fcFmin）=2Fmin将变得很小，即相对频差值F/fc变得很小，为了滤除一个边带时不影响另一个边带，滤波器的矩形系数将接近于1，滤波器的制作就非常困难。

3.2.4调幅信号的产生方法,

（1）滤波法,为解决上述问题。

可采用对频谱进行多次搬移的方法来实现，如图所示。

以两次搬移为例，第一次用频率fc1较低的载波信号与基带信号相乘，将基带频谱搬移到fc1附近，（fc1Fmin）是所形成的两个边带最高和最低频率。

第一个滤波器滤除下边带得到上边带，其最低频率为（fc1+Fmin）。

第二次与载波fc2相乘，将基带信号搬移到载频fc2的两边，形成上下边带（fc1+fc2Fmin），第二个滤波器滤除下边带，获取最低频率为（fc1+fc2+Fmin）的上边带。

上下两个边带的间F=2（fc1+Fmin）较大，滤波比较容易实现。

3.2.4调幅信号的产生方法,

（2）移相法,首先假定基带为单音频信号，然后将结果推广到基带信号为任意函数的情况。

下边频,上边频,3.2.4调幅信号的产生方法,

（2）移相法,推广到基带信号为任意函数的情况，加法器和减法器的输出信号分别形成下边带和上边带。

形成下边