10.2 正弦幅度調(diào)制和相干解調(diào)

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1、10.1.1幅度調(diào)制的一般模型幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖3-1所示。圖10-1幅度調(diào)制器的一般模型圖中，為調(diào)制信號(hào)，為已調(diào)信號(hào)，為濾波器的沖激響應(yīng)，則已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域一般表達(dá)式分別為（10-1）（10-2）式中，為調(diào)制信號(hào)的頻譜，為載波角頻率。由以上表達(dá)式可見，對(duì)于幅度調(diào)制信號(hào)，在波形上，它的幅度隨基帶信號(hào)規(guī)律而變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。由于這種搬移是線性的，因此幅度調(diào)制通常又

2、稱為線性調(diào)制，相應(yīng)地，幅度調(diào)制系統(tǒng)也稱為線性調(diào)制系統(tǒng)。在圖10-1的一般模型中，適當(dāng)選擇濾波器的特性，便可得到各種幅度調(diào)制信號(hào)，例如：常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）、抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）、單邊帶調(diào)制（SSB）和殘留邊帶調(diào)制（VSB）信號(hào)等。10.1.2常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）1.AM信號(hào)的表達(dá)式、頻譜及帶寬在圖10-1中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（＝1），調(diào)制信號(hào)疊加直流后再與載波相乘，則輸出的信號(hào)就是常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）信號(hào)。AM調(diào)制器模型如圖10-2所示。圖10-2AM調(diào)制器模型AM信號(hào)

3、的時(shí)域和頻域表示式分別為（10-3）（10-4）式中，為外加的直流分量；可以是確知信號(hào)也可以是隨機(jī)信號(hào)，但通常認(rèn)為其平均值為0，即。點(diǎn)此觀看AM調(diào)制的Flash；AM信號(hào)的典型波形和頻譜分別如圖10-3（a）、（b）所示，圖中假定調(diào)制信號(hào)的上限頻率為。顯然，調(diào)制信號(hào)的帶寬為。圖10-3AM的波形和頻譜由圖10-3（a）可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，必須滿足，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而帶來失真。由Flash的頻譜

4、圖可知，AM信號(hào)的頻譜是由載頻分量和上、下兩個(gè)邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。故AM信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬為基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即（10-5）式中，為調(diào)制信號(hào)的帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。2.AM信號(hào)的功率分配及調(diào)制效率AM信號(hào)在1電阻上的平均功率應(yīng)等于的均方值。當(dāng)為確知信號(hào)時(shí)，的均方值即為其平方的時(shí)間平均，即因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)不含

5、直流分量，即，且，所以（10-6）式中，為載波功率；為邊帶功率，它是調(diào)制信號(hào)功率的一半。由此可見，常規(guī)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的平均功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率分量與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，載波功率分量不攜帶信息。我們定義調(diào)制效率（10-7）顯然，AM信號(hào)的調(diào)制效率總是小于1。3.AM信號(hào)的解調(diào)調(diào)制過程的逆過程叫做解調(diào)。AM信號(hào)的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號(hào)還原為調(diào)制信號(hào)。AM信號(hào)的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和包絡(luò)檢波解調(diào)。（1）相干解調(diào)由AM信號(hào)的頻譜可知，如果將已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回到原點(diǎn)位置，即可得到

6、原始的調(diào)制信號(hào)頻譜，從而恢復(fù)出原始信號(hào)。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時(shí)的相乘運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)的原理框圖如圖10-4所示。圖10-4相干解調(diào)原理框圖將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)與調(diào)制器同頻同相的載波，得由上式可知，只要用一個(gè)低通濾波器，就可以將第1項(xiàng)與第2項(xiàng)分離，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)（10-8）相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。（2）包絡(luò)檢波法由的波形可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故可以用包絡(luò)檢波的方法恢

7、復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成，如圖10-5所示。圖10-5包絡(luò)檢波器一般模型圖10-4為串聯(lián)型包絡(luò)檢波器的具體電路及其輸出波形，電路由二極管D、電阻R和電容C組成。當(dāng)RC滿足條件時(shí)，包絡(luò)檢波器的輸出與輸入信號(hào)的包絡(luò)十分相近，即（10-9）包絡(luò)檢波器輸出的信號(hào)中，通常含有頻率為的波紋，可由LPF濾除。圖10-6串聯(lián)型包絡(luò)檢波器電路及其輸出波形包絡(luò)檢波法屬于非相干解調(diào)法，其特點(diǎn)是：解調(diào)效率高，解調(diào)器輸出近似為相干解調(diào)的2倍；解調(diào)電路簡單，特別是接收端不需要與發(fā)送端

8、同頻同相位的載波信號(hào)，大大降低實(shí)現(xiàn)難度。故幾乎所有的調(diào)幅（AM）式接收機(jī)都采用這種電路。綜上所述，可以看出，采用常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制傳輸信息的好處是解調(diào)電路簡單，可采用包絡(luò)檢波法。缺點(diǎn)是調(diào)制效率低，載波分量不攜帶信息，但卻占據(jù)了大部分功率，白白浪費(fèi)掉。如果抑制載波分量的傳送，則可演變出另一種調(diào)制方式，即抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）。10.1.3抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）1.DSB信號(hào)的表達(dá)式、頻譜及帶寬在幅度調(diào)制的一般模型中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（＝1），調(diào)制信號(hào)中無直流分量，