幅度調(diào)制課件

4.1概述信源輸出的消息信號一般具有從零頻開始的較寬的頻譜，而且在頻譜的低端分布較大的能量，所以稱為基帶信號，不宜直接在信道中傳輸。為了便于傳輸、提高抗干擾能力和有效利用帶寬，通常需要通過調(diào)制將信號的頻譜搬移到適合信道和噪聲特性的頻率范圍內(nèi)進行傳輸。在通信系統(tǒng)的接收端對已調(diào)信號進行解調(diào)，恢復出原來的消息。4調(diào)制解調(diào)原理2009Copyright1（1）調(diào)制的定義?調(diào)制：就是用待傳送信號去控制某個高頻信號的幅度、相位、頻率等參量變化的過程，即用一個信號去裝載(攜帶/運輸)另一信號。在頻域上，調(diào)制完成的則主要是頻譜/功率譜的搬移，即通過調(diào)制將基帶信號的頻譜/功率譜搬移到以載波頻率為中心的頻段。這里：控制信號稱為調(diào)制信號，被控制信號稱為載波。如，單一頻率正弦波或周期脈沖波等。2.調(diào)制的必要性/目的2009Copyright2中國礦業(yè)大學通信研究所（2）調(diào)制的必要性/目的?A.便于發(fā)送對無線傳輸信號而言，信號需要通過發(fā)射天線發(fā)送出去。根據(jù)天線理論，發(fā)射天線的尺度與信號的波長滿足一定的關系式時，信號才能得到有效的發(fā)射。即

如：GSM手機的工作頻段為900/1800MHzB.提高信道的利用率2009Copyright3中國礦業(yè)大學通信研究所C.

擴展信號帶寬、提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換2009Copyright5中國礦業(yè)大學通信研究所（3）模擬調(diào)制的分類

4.1模擬幅度調(diào)制

根據(jù)基帶信號是數(shù)字信號還是基帶信號、載波是正弦波還是脈沖波以及被改變的參數(shù)不同等將調(diào)制分為很多種。調(diào)制方式用途舉例正弦波調(diào)制模擬調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM廣播單邊帶調(diào)制SSB載波通信、短波無線電話通信雙邊帶調(diào)制DSB立體聲廣播殘留邊帶調(diào)制VSB電視廣播、傳真頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制振幅鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸相移鍵控PSK、DPSK數(shù)據(jù)傳輸其他高效調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測脈寬調(diào)制PDM中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話中繼線、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM軍用、民用數(shù)字電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼ADPCM等其他方式中繼數(shù)字電話2009Copyright6中國礦業(yè)大學通信研究所（4）調(diào)制的基本原理

一個正弦波信號，通常有三個參數(shù)確定：即幅度、頻率和相位，因此可將載波表示為載波的幅度載波的頻率載波的相位2009Copyright7中國礦業(yè)大學通信研究所φ(t)常數(shù)，A(t)隨m(t)成比例變化，則稱為幅度調(diào)制。根據(jù)基帶信號不同分為模擬幅度調(diào)制和數(shù)字幅度調(diào)制（振幅鍵控ASK），如圖4-1所示。10110tttttt模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制2009Copyright9中國礦業(yè)大學通信研究所如果已調(diào)信號的瞬時相位偏移隨基帶信號比例變化時，我們稱之為相位調(diào)制。即2009Copyright10中國礦業(yè)大學通信研究所相位調(diào)制分為模擬相位調(diào)制PM和數(shù)字相位調(diào)制（相移鍵控PSK、DPSK），如圖。(a)PM1100100數(shù)字信號2PSK(b)2PSKtt2009Copyright11中國礦業(yè)大學通信研究所頻率調(diào)制根據(jù)基帶信號m(t)不同分為模擬頻率調(diào)制FM和數(shù)字頻率調(diào)制（頻移鍵控FSK），如圖所示。(a)FM(b)2FSKtt11001數(shù)字信號t2FSK2009Copyright13中國礦業(yè)大學通信研究所根據(jù)的調(diào)制定義：用待傳送信號去控制某個高頻信號的幅度、相位、頻率等參量變化的過程。幅度調(diào)制就是指用待傳送信號去控制載波信號的幅度變化的過程。即已調(diào)波的幅度（包絡）與調(diào)制信號成例變化。4.2幅度調(diào)制

數(shù)學表達式2009Copyright14中國礦業(yè)大學通信研究所一般模型h(t)m(t)cosctSM(t)數(shù)學表達式頻域表達式2009Copyright15中國礦業(yè)大學通信研究所為了降低解調(diào)器的復雜性，簡化接收，在模擬幅度調(diào)制中經(jīng)常采用一種帶有載波分量雙的邊帶調(diào)制，即常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制（AM）。其實現(xiàn)方法為在基帶信號中加入大于基帶信號最大幅值的直流分量m0，然后再進行調(diào)制。

4.1.1常規(guī)調(diào)幅（AM）m(t)cosctSAM(t)m0m’(t)2009Copyright17中國礦業(yè)大學通信研究所時域波形

頻域表達式為波形圖m(t)cosctSAM(t)m0m’(t)2009Copyright18中國礦業(yè)大學通信研究所2009Copyright19中國礦業(yè)大學通信研究所m(t)cosctSAM(t)m0m’(t)常規(guī)雙邊帶調(diào)幅頻譜2009Copyright21中國礦業(yè)大學通信研究所OOttcoswc(t)OttBbAM信號的波形和頻譜2009Copyright22中國礦業(yè)大學通信研究所波形特點：已調(diào)波包絡完全反應調(diào)制信號變化規(guī)律；頻譜特點：AM信號的頻譜SAM(ω)由載頻分量和上、下兩個邊帶組成;上邊帶的頻譜結構與原調(diào)制信號的頻譜結構相同，下邊帶是上邊帶的鏡像;帶寬：AM信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬是基帶信號帶寬Bb的兩倍，即BAM=2Bb

功率分配2009Copyright23中國礦業(yè)大學通信研究所4.1.2模擬雙邊帶調(diào)制（DSB）

DSB信號的波形和頻譜h(t)m(t)cosctSm(t)如果輸入的基帶信號是沒有直流分量的模擬信號，且是h(t)理想帶通濾波器，則得到的輸出已調(diào)信號便是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號（或稱為雙邊帶抑制載波調(diào)制信號），簡稱為DSB信號（或DSB-SC信號）。2009Copyright25中國礦業(yè)大學通信研究所其波形和頻譜如圖4-5所示。DSB信號的波形DSB信號的頻譜上邊帶下邊帶2009Copyright26中國礦業(yè)大學通信研究所其頻譜結構如圖4-6:

只需一個截止頻率為?m的LPF即可恢復出M(ω)，得到基帶信號m(t)，完成解調(diào)功能。解調(diào)器模型如圖4-7。LPFBPF2009Copyright29中國礦業(yè)大學通信研究所從時域上分析，解調(diào)器的解調(diào)變換過程為LPFBPF經(jīng)過低通濾波器后輸出2009Copyright30中國礦業(yè)大學通信研究所通常將這種在接收端通過接收信號與本地恢復出的載波相乘來進行解調(diào)的方法稱為相干解調(diào)或同步解調(diào)。這種解調(diào)方法，由于抗噪聲性能好而被廣泛采用，但是其不足是需要在接收端恢復本地載波，要求與發(fā)送端在波完全同步，設備較復雜。LPFBPF2009Copyright31中國礦業(yè)大學通信研究所討論：若收發(fā)兩端的載波不能做到同頻或者完全同相，結果如何？還可以完全恢復出基帶信號嗎？2009Copyright32中國礦業(yè)大學通信研究所討論：在DSB中，設本地載波信號與發(fā)送載波的頻率誤差和相位分別為和試分析其對解調(diào)結果的影響。

解：

解調(diào)器模型為

相乘輸出LPFS0(t)S

(t)2009Copyright33中國礦業(yè)大學通信研究所經(jīng)LPF后得到討論分別設以下兩種特殊情況：

設時，輸出信號的幅度將受到衰減，衰減程度取決于的大小。當時，輸出信號為零。時，幅度受到衰減且符號也要改變。

當2009Copyright34中國礦業(yè)大學通信研究所2)設時，當兩端的載波只有頻率誤差時，解調(diào)輸出仍為雙邊帶調(diào)幅信號，但該信號的載波角頻率為，輸出信號產(chǎn)生明顯失真。通常和兩種誤差都存在，因此，兩種影響也都存在，從而不同程度的影響了通信的質(zhì)量。2009Copyright35中國礦業(yè)大學通信研究所DSB信號包含有信息完全相同的上、下兩個邊帶，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，只傳輸一個邊帶就夠了。只傳輸一個邊帶的通信方式稱為單邊帶通信。單邊帶信號的產(chǎn)生方法通常有濾波法和相移法。4.1.3單邊帶(SSB)

幅度調(diào)制濾波特性濾波法產(chǎn)生SSB信號就是讓DSB信號通過一個邊帶濾波器，保留所需要的一個邊帶，濾除不要的邊帶。2009Copyright36中國礦業(yè)大學通信研究所形成SSB信號的濾波特性hSSB(t)m(t)cosctSSSB(t)SSB信號頻譜2009Copyright37中國礦業(yè)大學通信研究所單邊帶濾波器從理論上來說就是一個理想的低通或高通濾波器，上邊帶濾波器和下邊帶濾波器的傳遞函數(shù)分別為2009Copyright38中國礦業(yè)大學通信研究所形成SSB信號的濾波特性2009Copyright39中國礦業(yè)大學通信研究所-wc021wcwSSB頻譜結論2009Copyright40中國礦業(yè)大學通信研究所

綜上所述：SSB調(diào)制方式在傳輸信號時，不但可節(jié)省載波發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度為BSSB=Bb，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成為短波通信中的一種重要調(diào)制方式。SSB信號的解調(diào)和DSB一樣不能采用簡單的包絡檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調(diào)信號，它的包絡不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。VSBSSB信號的缺點：對邊帶濾波器的濾波性能要求很高，實際制造這樣的濾波器非常困難。

克服措施：對一個邊帶進行逐漸截止

殘留邊帶調(diào)制VSB2009Copyright41中國礦業(yè)大學通信研究所對具有直流或極低頻率分量的調(diào)制信號，實際上無法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制。雙邊帶調(diào)制容易實現(xiàn)，但傳輸帶寬是單邊帶信號的兩倍。在單邊帶調(diào)制和雙邊帶調(diào)制之間有一種折衷的調(diào)制方法，稱為殘留邊帶調(diào)制。殘留邊帶除了保留一個邊帶的絕大部分以外還保留另一個邊帶的一小部分，介于單邊帶信號和雙邊帶信號的帶寬之間。其調(diào)制原理及模型和SSB基本一樣。2009Copyright42中國礦業(yè)大學通信研究所DSB、SSB和VSB信號的頻譜實現(xiàn)2009Copyright43中國礦業(yè)大學通信研究所VSB調(diào)制和解調(diào)器模型

(a)VSB調(diào)制器模型(b)VSB解調(diào)器模型用濾波法實現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理如下圖所示。圖中,濾波器的特性應按殘留邊帶調(diào)制的要求來進行設計。

2009Copyright44中國礦業(yè)大學通信研究所HVSB()m(t)cosctSVSB(t)濾波法產(chǎn)生殘留邊帶信號2009Copyright45中國礦業(yè)大學通信研究所2009Copyright46中國礦業(yè)大學通信研究所2009Copyright47中國礦業(yè)大學通信研究所殘留邊帶濾波器特性（a）殘留部分是上邊帶的濾波器特性（b）殘留部分是下邊帶的濾波器特性

2009Copyright48中國礦業(yè)大學通信研究所顯然，滿足這種要求的滾降特性曲線并不是惟一的，而是有無窮多個。只要殘留邊帶濾波器的特性HVSB(ω)在±ωc處具有互補對稱（奇對稱）特性，那么，采用相干解調(diào)法解調(diào)殘留邊帶信號就能夠準確地恢復所需的基帶信號。2009Copyright49中國礦業(yè)大學通信研究所4.2.2二進制數(shù)字振幅鍵控（2ASK）基帶信號為二進制數(shù)字信號的幅度調(diào)制，稱為二進制數(shù)字幅度調(diào)制或二進制數(shù)字振幅鍵控（2ASK）。一、采用模擬方式實現(xiàn)2009Copyright50中國礦業(yè)大學通信研究所2009Copyright51中國礦業(yè)大學通信研究所一般時域表達式

1001是表示二進制數(shù)字信息幅度為脈寬