信号调制解调

调制与解调的原理与应用一．概述调制就是使一个信号（如光、高频电磁振荡等）的某些参数（如振幅、频率等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。例如某中波广播电台的频率为540kHz，这个频率是指载波的频率，它是由高频电磁振荡产生的等幅正弦波频率。用所要传播的语言或音乐信号去改变高频振荡的幅度，使高频振荡的幅度随语言或音乐信号的变化而变化，这个控制过程就称为调制。其中语言或音乐信号叫做调制信号，调制后的载波就载有调制信号所包含的信息，称为已调波。解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。对于幅度调制来说，解调是从它的幅度变化提取调制信号的过程。即从调制后的载波中分离出音乐或语言信号。二．分类按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。用模拟信号调制称为模拟调制；用数据或数字信号调制称为数字调制。按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制（如对非相干光调制）等。调制的载波分别是脉冲，正弦波和光波等。正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。此外还有一些变异的调制，如单边带调幅、残留边带调幅等。脉冲调制也可以按类似的方法分类。此外还有复合调制和多重调制等。不同的调制方式有不同的特点和性能。三．调制的原理此处介绍正弦波的调幅，调频，调相的原理。根据所控制的信号参量的不同，调制可分为：·调幅，使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。调幅的技术和设备比较简单，频谱较窄，但抗干扰性能差，广泛应用于长中短波广播、小型无线电话、电报等电子设备中·调频，使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。·调相，利用原始信号控制载波信号的相位。这三种调制方式的实质都是对原始信号进行频谱搬移，将信号的频谱搬移到所需要的较高频带上，从而满足信号传输的需要1，抑制载波的AM最简单的调幅方案是利用带有信息的信号即调制信号对载波进行调制。原理图：m（t）为调制信号，cos0t为载波信号，(t)=m(t)cos0t过程：输入信号经过乘法器与cos0t相乘，得到已调信号fS(t)=m(t)cos0t，其频谱为FS(j)=½{F[j(-0)]+F[j(+0)]}而h(t)为一带阻滤波器，仅保留有效的频带。输出得到频谱为1()[(())(())]()2msmcmcFwFjwwFjwwHjw的信号由此可见，原始信号的频谱被搬移到了频率较高的载频附近，达到了调制的目的。已调信号的频谱表明原信号的频谱中心位于上，且关于对称。它是一个带通信号。调制信号的频谱载波信号的频谱得到已调信号的频谱：由上可看出，得到的已调信号的频谱与调制信号的频谱幅度是随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统。)(jS幅度调制的特点是载波的频率始终保持不变，它的振幅却是变化的。其幅度变化曲线与要传递的低频信号是相似的。它的振幅变化曲线称之为包络线，代表了要传递的信息，见图极性与包络的关系(a)单极性信号(粗线)及已调信号(b)双极性信号(粗线)及已调信号可见，只有当调制信号f(t)的振幅总为正时，已调信号的包络才对应于原信号f(t)。2，发射载波的AM为了使已调信号的包络是跟随调制信号变化，必须将双极性信号变成单极性信号。其方法是在发送信号中加入一定强度的载波信号，如图所示。于是发送的信号为上式中，对于全部t，A选择得足够大，有，其频谱为由上式可见，除了由于载波分量而在处形成两个冲激函数之外，这个频谱与抑制载波的AM的频谱相同。tA0costtfAty0cos)]([)()]()([)(00AjY)]}([)]([{0021jFjF2。幅度调制在中、短波广播和通信中使用甚多。幅度调制的不足是抗干扰能力差，因为各种工业干扰和天电干扰都会以调幅的形式叠加在载波上，成为干扰和杂波四．解调的原理解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。在各种信息传输或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。与调制的分类相对应，解调可分为正弦波解调（有时也称为连续波解调）和脉冲波解调。正弦波解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调，此外还有一些变种如单边带信号解调、残留边带信号解调等。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。对于多重调制需要配以多重解调。原理介绍：1.抑制载波的AM解调相乘ttg0cos)(t0costg0理想低通)(tg)(HccO2m0cm2其中图示：此信号的频谱通过理想低通滤波器，其截止频率，幅值为2，就可取出，把高频分量滤除，从而恢复原信号。由图可见，接收端与发送端的载波信号是同频率同相位的。它要求调制器与解调器的载波信号准确同步。解调方法对通信与各种电子设备的抗干扰性能有很大关系，其中以相干解调的抗干扰性能为最佳。对于宽带调频信号，采用频率负反馈的解调方法也可以提高接收调频信号的抗干扰性。解调过程除了用于通信、广播、雷达等系统外还广泛用于各种测量和控制设备。例如，在锁相环和自动频率控制电路中采用鉴相器或鉴频器来检测相位或频率的变化，产生控制电压，然后利用负反馈电路实现相位或频率的自动控制。ttgttgtg00202cos1)(21cos)()()2(41)2(41)(21)(000GGGG)()()(0GHGOtF0cos00O00m0m02A)(F)()(O02022Acm)(0G4AOAm)(GBC)(jF)(tf五．调制解调的应用调制在无线电发信机中应用最广。图1为发信机的原理框图。高频振荡器负责产生载波信号，把要传送的信号与高频振荡信号一起送入调制器后，高频振荡被调制，经放大后由天线以电磁波的形式辐射出去。其中调制器有两个输入端和一个输出端。这两个输入分别为被调制信号和调制信号。一个输出就是合成的已调制的载波信号。例如，最简单的调制就是把两个输入信号分别加到晶体管的基极和发射极，集电极输出的便是已调信号。为什么要用语言或音乐信号去控制高频振荡呢？原来要使信号的能量以电场和磁场的形式向空中发射出去传向远方，需要较高的振荡频率方能使电场和磁场迅速变化；同时信号的波长要与天线的长度相匹配。语言或音乐信号的频率太低，无法产生迅速变化的电场和磁场；相应地，它们的波长又太大，即使选用它的最高频率20000Hz来计算，其波长仍为15000m，实际上是不可能架设这么长的天线的。看来要把信号传递出去，必须提高频率，缩短波长。可是超过20kHz的高频信号，人耳就听不见了。为了解决这个矛盾，只有采用把音频信号“搭乘”在高频载波上，也就是调制，借助于高频电磁波将低频信号发射出去，传向远方。生活中，收音机，电视，电话，上网等均与调制解调有关。·调制解调器（Modem）：调制解调器，是一种计算机硬件，它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的脉冲信号，而这些脉冲信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并翻译曾计算即可懂的语言。这一简单的过程完成了两台计算机点的通信。Modem，其实是Modulator（调制器）与Demodulator（解调器）的简称，中文称为调制解调器（港台称之为数据机）。跟据Modem的谐音，亲昵地称之为“猫”。所谓调制，就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号；解调，即把模拟信号转换成数字信号。合称调制解调器。调制解调器的英文是MODEM，它的作用是模拟信号和数字信号的“翻译员”。电子信号分两种，一种是模拟信号，一种是数字信号。我们使用的电话线路传输的是模拟信号，而PC机之间传输的是数字信号。所以当你想通过电话线把自己的电脑连入Internet时，就必须使用调制解调器来翻译两种不同的信号。连入Internet后，当PC机向Internet发送信息时，由于电话线传输的是模拟信号，所以必须要用调制解调器来把数字信号翻译成模拟信号，才能传送到Internet上，这个过程叫做调制。当PC机从Internet获取信息时，由于通过电话线从Internet传来的信息都是模拟信号，所以PC机想要看懂它们，还必须借助调制解调器这个翻译,这个过程叫作解调。总的来说就称为调制解调器。信息经电脑及调制解调器后上了“信息高速公践”，世界各地的人们可以用电脑相互传递信息，远程通信已不再是困难的事情了。