调制解调原理及应用实例

y (t )
解：已知： Sa ( C t )
设： f1 (t ) f (t ) cos 1000t
G2 C ( ) C 1 1 Sa (2 t ) G4 ( ) F ( j ) 2
0
999
1001

F1 ( j ) 1 2 {F [ j ( 1000)] F [ j ( 1000)] 1 4 [G4 ( 1000) G4 ( 1000)]
调制与解调
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调制与解调：
所谓调制，就是用一个信号（原信号也称调制信号）去控制另 一个信号（载波信号）的某个参量，从而产生已调制信号， 解调则是相反的过程，即从已调制信号中恢复出原信号。 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。

信号1
信号2
t
图4-35 时分复用示意图
16
单边带（SSB）AM

SSB AM信号的产生
F ( j )
0
Y1 ( j )
0
0

f (t )
B 0B
y1 (t )
Y ( j )

cos 0t
j sgn( )
Hilbert变换器

y (t )
Y2 ( j )
y2 (t )
7
双边带（DSB）AM
F ( j )
乘法器
f (t )
加法器
Y ( j )

y (t )
0
B 0B

s (t ) cos 0t
S ( j )
A
0
0

调制信号的 频谱
0
0
0

已调信号的频 谱
载波信号的频谱
8
AM信号的解调

在接收端，可利用解调或检波来恢复出信号， 下面讨论两种检波方案。
(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
6
双边带（DSB）AM

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 A cos 0 t ，如图4-29所 示。于是发送的信号为
y (t ) [ A f (t )] cos 0 t
F1 ( j )
调制
Y1 ( j )
B1 0 B1 F2 ( j )

cos 1t
1
0
1

Y2 ( j )

B2 0 B2
F3 ( j )

cos 2t
2
0
Y3 ( j )
2

B3 0 B3

cos 3t
3
0
3

多路复 用信号
14
频率多路复用
f (t )
s (t ) cos 0t
本地载波信号
其频谱为 G(j)=½F(j)+¼{F[j(-20)]+F[j(+20)]}
此信号的频谱通过理想低通滤波器， 可取出F(j)，从而恢复原信号f (t) 。
3
双边带（DSB）AM

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。如图4-27所示。 设f(t)为调制信号，s(t)为载波信号，已调信号
0
B 0B

调制信号的频谱
0
0

载波信号的频谱
18
例题
f (t )
cos1000t
求 f (t )
1
出。系统中的理想带通滤波器的传输特性如图(b) 所示，其相位特性 ( ) 0 。
理想带通
H ( j )
1
1000 1001 999 1000

Sa (2t ) 的信号通过图(a)的系统后的输
上式中，对于全部t，A选择得足够大，有，其频谱 为 Y ( j ) A [ ( 0 ) ( 0 )] 1 2 { F [ j ( 0 )] F [ j ( 0 )]} 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。

11
AM信号的解调

异步解调


y (t )
C

R

低通滤波器
f (t )
检波器
检波器输出 已调信号 检波器 解调后的 信号
12
AM信号的解调 已调信号如图 (a)所示，其中，粗线是检
波器输出波形，低通滤波器再对检波器 输出进行平滑处理，以恢复原信号波形 ，如图 (b)所示。
13
频率多路复用
由：
f (t ) cos t 1 [ F ( ) F ( )] 2
1

故系统的响应为
Sa (t ) G2 ( )
1 y (t ) Sa (t )cos 1000t 2
20
例题
f (t )
cos1000t
解：设： f (t )
求 f (t )
1
后的输出。系统中的理想带通滤波器的传输特性如 图(b)所示，其相位特性 ( ) 0 。
解调
F1 ( j )
带通 滤波器
低通 滤波器
Y ( j )
带通
cos 1t
低通 滤波器
B1 0 B1

F2 ( j )
0
1
2
3

滤波器
cos 2t
B2 0 B2

F3 ( j )
低通 滤波器
多路复用信号
带通 滤波器
cos 3t
B3 0 B3

15
时分复用
时分复用指在一个信道上同时传输多路信号。 时分复用系统的各个信号占据信道不同的时间 段。时分复用的理论依据是抽样定理。 实际传送的信号并非冲激抽样，可以占据一段 时间。图中仅以两路信号复用为例
4
双边带（DSB）AM
F ( j )
乘法器
f (t )
B 0B
y (t )
s (t ) cos 0 t
S ( j )
0
Y ( j )

0
0

调制信号的 频谱
已调信号的频谱
0
0
0

载波信号的频谱
5
双边带（DSB）AM

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
解调
已调信号y (t)= f (t)cos0t
y (t )
g (t )
g (t ) y ( t ) s (t ) f ( t ) s 2 ( t ) f (t ) cos 2 0 t 1 [ f (t ) f (t ) cos 2 0 t ] 2
2
c 0 c
19
例题
F1 ( j )
14
1000 1000
H ( j )
1
1002
998
0 998
1002

1000 1001 999
1000
0
999
1001

输出的频谱：Y ( j ) H ( j ) F1 ( j )
1 4 [G2 ( 1000) G2 ( 1000)]
1
调 幅
调制信号 已调信号fS (t)= f (t)cos0t
f S (t )
f (t )
信 道
y (t )
y(t)= f (t)cos0t
s (t ) cos 0t
载波信号
其频谱为 FS(j)=½{F[j(- 0)]+F[j(+ 0)]}
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。
21
y (t ) f (t ) s (t ) f (t ) cos 0 t
其频谱为 Y ( j ) 1 2 { F [ j ( 0 )] F [ j ( 0 )]}
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。
已知： Sa ( C t )
输出的频谱： Y ( j ) 故系统的响应为
G2 C ( ) C
1 H ( j ) F1 ( j ) 1 F ( j ) 2 2 G 2 ( )

Sa (t ) G2 ( ) F ( j )
y (t )
1 Sa (t ) 2

20
0
20
g (t ) f (t ) cos 2 0t 1 2 [ f (t ) f (t ) cos 2 0 t ]
Y ( j )
解调后信号的频谱
y (t )

g (t )
2
c 0 c
f (t )
F ( j )
0
0
0
s (t ) cos 0t
S ( j )


同步解调
同步解调就是用 cos 0 t 信号和已调信号混频， 之后再进行低通滤波。下图是抑制载波AM解 调的一种方案。
9
AM信号的解调
G ( j )
G ( j ) 1 2 F ( j ) 1 4 {F [ j ( 2 0 )] F [ j ( 2 0 )]}
理想低通
H ( j )
1

Sa (t ) cos 1000t 的信号通过图(a)的系统
y (t )
1
1
0
1


Sa (t )
f1 (t ) f (t ) cos2 1000t 1 [ f (t ) f (t ) cos 2000t ] 2
1
1 F1 ( j ) 1 F ( j ) {F [ j ( 2000 )] F [ j ( 2000 )]} 2 4
sin 0t
0
0
0

0
0
0

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单边带（SSB）AM
G ( j )
20
B 0 B
20

解调后信号的频谱
Y ( j )
y (t )
0
0
g (t )
2
c 0 c
f (t )
F ( j )
0

s (t ) cos 0 t
S ( j )
SSB信号的频谱
B 0B

已调信号的频谱
0
调制信号的频谱
0
0

10
载波信号的频谱
AM信号解调的特点
此信号的频谱通过理想低通滤波器，其截止频 率 C B ，幅值为2，就可取出 F ( j )，把高频 分量滤除，从而恢复原信号 f (t ) 。 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。 下图是发射载波AM的解调方案。