通信电路ch06_5

1笫6章调制与解调6.1调制的基本概念6.2幅度调制6.2.1标准幅度调制与解调6.2.2抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅6.2.3正交幅度调制与解调6.2.4数字信号调幅6.3角度调制6.3.1角调调制的基本概念6.3.2频率调制信号的性质6.3.4实现频率调制的方法与电路6.3.5调频波的解调方法与电路6.4数字信号的相位调制2斜率鉴频器原理A（c）线性网络幅频特性3斜率鉴频器电路常用的频率幅度的变换网络有失谐回路和微分电路。所谓失谐回路是指谐振回路（谐振频率为）对输入调频波的载频是失谐的，即。单失谐回路＋包络检波器构成的斜率鉴频器。（1）图中、、构成谐振回路，对调频波失谐，实现调频波到调幅─调频波的变换。（2）D、、构成二极管峰值包络检波器，完成幅度检波。0c0c单失谐回路斜率鉴频器电路1R)(tiFM2R1R2C1L1CD)(tvD1L1C2R2C4单失谐回路的微分特性单失谐回路具有微分特性FMiDv频-幅转换网络包络检波附近c10：回路谐振频率：输入调频波的载频c幅频特性近似为线性，具有微分功能。5斜率鉴频器中调频－调幅波的转换过程定性说明：调频波经失谐回路后其幅度随瞬时频率规律变化，经包络检波检出包络信号。为减小鉴频失真，调频波的中心频率应处于回路特性斜边的中点。调频－调幅波调频波瞬时频率变化规律对近似线性若采用曲线右边倾斜部分v2(t)的波形如何？6鉴频特性单失谐回路鉴频器的鉴频特性当调频波满足准稳态条件即频率变化相对于载频是很慢且很小时（c,c），同时线性网络的输出响应能够跟得上输入调频波瞬时频率的变化时，可以认为单失谐回路因频率变化所需要的建立时间远小于频率的变化，因而可以近似认为其幅频特性就是鉴频特性。fDv0fcf单失谐回路鉴频器电路简单，但线性范围很小。tftvD7双失谐回路斜率鉴频器特点：对称平衡电路，差动输出，抵消了非线性失真，扩大了线性范围cff01cff02cf21DDDvvv当瞬时频率变化比回路建立过程慢很多回路1的谐振频率，回路II的谐振频率（为调频信号中心频率），两谐振回路的特性曲线相同，仅谐振频率不同，并将两个鉴频器的输出之差作为总的输出，即01f02fcf0201ccffffS曲线8正交鉴频器（鉴相器乘积型）构成：频相转换网络＋乘积型鉴相器工作原理调频波延时，当满足一定条件时，相位变化规律与调制信号变化规律基本相同，调频波调频－调相波相位检波（两信号相乘）－－将调频信号与其延时后的信号相乘。这种方案多用于集成电路鉴频器中0t0t9调频波与调频－调相波相乘设调频波为单频余弦信号调制的信号延时后的调频波可表示为：若，将调频信号与其延时后的信号相乘可得]sincos[)(tmtVtvFccmFM0t)](sin)(cos[)(000ttmttVttvFccmFM/2.00t]cos)sin(2cos[21)coscos(21]cossincos[]sincos[)()()(00200200200ttmttmtVttmtVttmttmttmtVttvtvtvFcFccmFccmFcFcFccmFMFM被低通滤除10调频波调频－调相波（续）上式表明，相乘结果包括两部分，第一部分为调制信号的余弦函数。第二部分为一在处的调频调相波，它将被低通滤波器滤除，仅第一部分信号被输出，即c2)]cossin()sin()coscos()[cos(21)coscos()(00002002ttmtttmtVttmtVtvFcFccmFccmD假定，并假定，则上式可近似为：2/0tc2.00tmF201()cos2DcmFvtVmtt当满足和时，可以得到与调制信号成正比的解调信号。延时电路可用耦合回路或电容和LC并联回路相串联来实现。2/0tcFmt/2.0011正交鉴频器中的延时网络延时网络（频相转换网络）幅频与相频特性)(110CCL回路调谐在输入调频波的中心频率上即1v在中心频率上与正交。2v1v返回c012正交鉴频器中的延时网络分析在鉴频电路中该网络起到了正交(两输入信号）与频、相转换作用。)1(1)(202112jQRCjVVjH网络幅频和相频特性分别表示为)(/1,/1200CCLLRQ220221)1(12)(ffQRfCjfH)1(2)(202ffarctgQf在附近一个小范围内，可认为，0f1)1(202ffQ)(jfH常数0022)(fffQf将回路谐振频率调在调频波中心频率上，则上图网络可以作为延时网络，它在处有的相移，群延时cf200/2fQt延时分析：正交，相移与频偏正比13正交鉴频器举例二极管D为偏置电路，相乘输出经、构成的低通滤波器滤除高频分量，从而得到解调输出。71~TT5T6T1C8T9T41~TT8R2C构成相乘器电路，一路未延时调频波从和基极输入；另一路经、C、R和L构成的延时电路延时后的调频波，经射极输出器和耦合至相乘器的基极。D输入相乘器的两路信号正交的14与频率解调器配合使用的限幅器传输过程中，信号通道的频率特性不理想及外界干扰和内部噪声的影响，在鉴频器输入端调频信号的振幅可能发生变化，使鉴频器的输出产生附加干扰，以致不能准确解调。在鉴频器前常常接入限幅器。调频信号是一种类似高频正弦形的信号，高频正弦信号限幅器基本原理与脉冲限幅器类似，为得到等幅的正弦波，应采用双向限幅器，在限幅器后接带通滤波器以滤除高次谐波。在实际鉴频电路中，常用差分放大构成限幅器。调频接收机中放电路为多级差分限幅放大器。优点:差分限幅放大器易于实现集成化，且电路简单，限幅电平较低。15模拟调制小结－线性调制与非线性调制幅度调制将调制信号的频谱在频率轴上搬移，不改变频谱结构，故称线性调制角度调制中，调制信号的频谱结构发生了变化，故称非线性调制；单频调制有无穷多根谱线，多频调制调频波的频谱中，除有载波角频率分量及和分量外，还有分量但无论是调幅，还是调角，由于产生了新的频率分量，都是非线性过程，都需要用非线性电路来实现调制和解调功能。c1nc2kc21knc16线性调制与非线性调制（续）调幅波的幅度和调制信号呈线性关系但只有标准调幅波（m1）和含大载波的残留边带调幅波的幅度包络和调制信号呈正比关系，可用包络检波。其他调幅波用同步解调调频波的瞬时频率和调制信号呈线性关系频率调制器要求调制特性为线性（一定范围内）频率解调器要求鉴频特性为线性（一定范围内）调相波的瞬时相位和调制信号呈线性关系17模拟调制小结－－角度调制角度调制是频谱的非线性变换，频谱分量丰富，但大部分集中在有效带宽内角度调制的调制信息携带在正弦波载波的角度中，其幅度是恒定的，而载波功率被分配到边带中FM调制指数和调制信号幅度成正比，和调制信号频率成反比PM调制指数只和调制信号幅度成正比mFFVKmmPPVKm18模拟调制小结－－角度调制（续）调制指数越大，频率调制的抗干扰性就越好，但占用有效带宽就越大，调频波的抗干扰性能是以增加信道有效带宽为代价的*调频波的调制指数并非越大越好，当调制指数较大时，接收机的接收门限就越高，即要求解调器输入端的信噪比很大才能有效地改善噪声性能。－－鉴频的门限效应19模拟调制小结－调频制的抗干扰性能好调频的抗干扰性能好大多数噪声都会引起已调波的振幅变化（AM噪声）；调频解调电路中，采用限幅器能够去除大部分的AM噪声；而AM接收机中，这个噪声难以消除调频时频谱溶散（宽带），各旁频分量是相关的，解调时频谱凝聚。而噪声各分量是独立的，不能凝聚，仍分布在宽带内。经鉴频后，位于调频波带内的噪声功率谱密度由输入端的均匀分布变为输出端的抛物线分布。（FM解调器输出电压和频偏成正比，调制信号频率高端噪声成分产生的频偏比低端大）经低通滤波大部分被滤除，调频输出信噪比提高20模拟调制小结－调频制与调幅制相比较带宽：调频波的边频多，带宽宽。标准调幅波的带宽为两倍的调制信号带宽(BW=2F)，而调频波的带宽理论上无穷大，但有效带宽是有限的，和调制指数有关（BW=2(m+1)F），窄带调频的带宽和标准调幅波相同（但相位谱不同）。充分利用发射机功率：调频波为等幅波，总功率等于未调载波的功率，能充分利用发射机功率。可采用高效率的功放，提高功率有效性。调幅波总功率为载波功率加边频功率，它随调制指数的变化而变化，虽然平均功率不很大，但设备配备时要考虑抗最大功率的冲击.而调幅用高效率的非线性功放会有失真。系统复杂：调频设备比调幅设备复杂21调频的预加重和去加重技术原因：由于消息信号（语言、音乐、图像等）其功率谱密度随频率增加而下降，调频时调制信号高端产生的频偏小鉴频输出噪声功率谱密度随频率增加按抛物线规律增加。－结果调制信号频率高端的信噪比比频率低端的信噪比低。为在整个调制信号频带内得到均匀的信噪比，在发端采用预加重，在接收端采用去加重技术预加重－－调制前用适当的网络人为地提高调制信号频谱中高频成分的振幅去加重－－解调后作反变换，压低高频分量，使信号恢复原状22调频预加重特性的选择原则：使解调输出的信号与噪声功率谱密度具有相同的规律。－随频率增加按抛物线规律上升预加重－－微分网络（高通）去加重－－积分网络（为低通）解调后，在接收机中对调制信号频率高端进行衰减去加重恢复了预加重对原始调制信号的改变，对有用调制信号的影响是相互抵消的预加重和去加重技术使得在调制信号的整个频带内，获得一个均匀的信噪比()Hj22()H－－微分网络传输函数23预加重和去加重网络11112fRC22212fRCf1选择信号频谱密度下降3dB时对应频率，广播f1=2.1KHz。R1C=75usf2=Fmax24四、数字调制与解调数字调制较模拟调制的优点：抗干扰能力强模拟调制系统，模拟信号解调后即为所需信号，其中会伴有许多干扰和失真而在数字调制系统，解调后还要通过采样、判决，只要在采样脉冲出现的短暂时间内被干扰的解调信号没有跨越0、1的判决电平，解调信号的波形在相邻码之间不交迭，就可再生基带信号。故解调信号的其他干扰和失真并不重要。可以用纠错技术减小误码数字调制可采用多相信号调制，在相同的比特率条件下可以减小已调波的带宽，提高了频谱有效性数字调制和解调电路实现更灵活，除了硬件还广泛采用软件实现25数字调制与模拟调制一样数字基带信号可以调制射频载波的振幅、频率、相位或其组合。但由于信号不是连续的，故分别称为振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）.ASK、FSK用于短距离数传。二进制数字调制的波形图1226二进制振幅键控（2ASK）特点：载波幅度是随基带信号的规律而变化的，调制信号为1时，有载波输出，调制信号为0时，没有载波输出频谱宽度是二进制基带信号的两倍。振幅键控（ASK）可用乘法器＋带通滤波器来实现。即将基带信号与载波信号相乘，再通过一个带通，就可以得到ASK信号。ASK信号也可用一个受基带信号控制的电子开关通、断载波振荡器的输出来实现ASK信号解调可用同步检波或包络检波。所不同的是ASK解调器还含有对解调输出信号进行采样判决的电路。同步解调的关键仍然是载波的提取27二进制频移键控（2FSK）恒幅的相位连续的调频波，在传送信号“0”时，输出频率为，在传送信号“1”时，输出频率为这里的是载频，是调制的频偏。其为调制指数，为数据速率频带宽度是两倍基带信号带宽（B）与之和，即FSK信号可看作是两个振幅键控的和1()odfff2()odfffofdf2dbfhf1bbfT21ff212BwBff28频移键控（FSK）信号的产生方法①直接调