【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用是從已調(diào)波信號(hào)中取出原來(lái)的調(diào)制信號(hào)。對(duì)于幅度調(diào)制來(lái)說(shuō)，解 調(diào)是從它的幅度變化提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。例如收音機(jī)里對(duì)調(diào)幅波的解調(diào)通常是利用 二極管 的單向?qū)щ娞匦?，將調(diào)幅高頻信號(hào)去掉一半，再利用 電容器 的充放電特性和低通濾波器濾去高頻分量，就可以得到與包絡(luò)線形狀相同的音頻信號(hào)，見(jiàn)圖 。對(duì)于頻率調(diào)制來(lái)說(shuō)，解調(diào)是從它的頻率變化提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。頻率解調(diào)要比幅度解調(diào)復(fù)雜，用普通檢波電路是無(wú)法解調(diào)出調(diào)制信號(hào)的，必須采用頻率檢波方式，如各類鑒頻器電路。關(guān)于鑒頻器電路可參閱有關(guān)資料，這里不再細(xì)述。 圖 包絡(luò)檢波原理 隨著電腦的發(fā)展和普及，調(diào)制與解調(diào)在電腦通信中也有著十分重要的作用。通過(guò)稱為 Modem 的調(diào)制解調(diào)器，將電腦的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成能沿著電話線傳遞的模擬形式，在接收端由 Modem 將它轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信息。其中將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成模擬形式稱調(diào)制，將模擬形式轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信息 稱為解調(diào)。信息經(jīng)電腦及調(diào)制解調(diào)器后上了 “信息高速公 路 ”，世界各地的人們可以用電腦相互傳遞信息，遠(yuǎn)程通信已不再是困難的事情了。 4 第二章 AM信號(hào)的原理以及特點(diǎn) 噪聲模型 噪聲的分類 噪聲的種類可廣義的分為人為噪聲、自然噪聲和內(nèi)部噪聲；也可以按噪聲對(duì)線性譜的影響是加性的還是乘性的區(qū)分，乘性噪聲又稱為相關(guān)噪聲；從信號(hào)分布來(lái)說(shuō)，噪聲主要可以分為以下幾類 [45]： (1) 單頻噪聲 單頻噪聲可視為己調(diào)正弦波，但幅度、頻率、相位實(shí)現(xiàn)不可預(yù)知。其特點(diǎn)為占有極窄的頻帶，但在頻譜上的位置可實(shí)測(cè) 。 (2) 脈沖噪聲 脈沖噪聲表現(xiàn)為時(shí)域波形中突然出現(xiàn)的窄脈沖，在時(shí)間上表現(xiàn)為無(wú)規(guī)則的突發(fā)的短促噪聲。其特點(diǎn)是脈沖幅度大，持續(xù)時(shí)間短，相鄰脈沖之間的安靜時(shí)段較長(zhǎng)。從頻譜上看，頻譜上脈沖噪聲有較寬的頻譜，但頻譜越高，強(qiáng)度越小。 (3) 起伏噪聲 起伏噪聲是研究的重點(diǎn)。起伏噪聲不可避免且普遍存在，是最基本的噪聲來(lái)源。集中于調(diào)制解調(diào)器輸入端的噪聲通常是起伏噪聲的一種變形，即帶通型噪聲。在調(diào)制信道中，可直接表示為窄帶高斯噪聲。 相對(duì)于窄帶高斯噪聲，白噪聲是非窄帶噪聲，白噪聲是頻譜在整個(gè)頻率內(nèi)部都是均勻分布的噪聲，它 在任意兩個(gè)時(shí)刻內(nèi)的隨機(jī)變量都是不相關(guān)的。 起伏噪聲可近似地看作高斯噪聲，且在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)具有平坦功率譜密度，可近似表述為高斯白噪聲。 (4) 平穩(wěn)非平穩(wěn)噪聲 平穩(wěn)噪聲是統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化的一類噪聲，而非平穩(wěn)噪聲指統(tǒng)計(jì)特性隨時(shí)間變化的一類噪聲。應(yīng)該說(shuō)，非平穩(wěn)噪聲在實(shí)際存在中比平穩(wěn)噪聲更有研究意義。 本文噪聲模型 通常認(rèn)為背景噪聲模型為具有雙邊譜密度 2/kN 的高斯隨機(jī)過(guò)程。以概率)110)(( ?? ,M,iip ? 隨機(jī)取 M 個(gè)數(shù)值 2/Ni )110( ?? ,M,i ? 中的某個(gè)值 (k 代表時(shí)刻點(diǎn) )。若取 ip ?)0( ， 1),2,1(0)( ??? Miip ?，則噪聲模型可以簡(jiǎn)化為譜密度為 2/0N 的平穩(wěn)加性高斯白噪聲。信道的參數(shù)不可能是一直恒定的，它有可能會(huì)發(fā)生突變，這體現(xiàn)在時(shí)間下標(biāo) k 上。但通常認(rèn) 為在考察時(shí)間段內(nèi)，這種突變發(fā)生的概率是很小的，即認(rèn)為信道在考察時(shí)間段內(nèi)是平穩(wěn)的 AWGN信道 [3]。因此本文認(rèn)為信道中的噪聲都是平穩(wěn)加性高斯白噪聲。 圖 。 5 0 5000 10000 1 01采樣點(diǎn)數(shù)高斯白噪聲時(shí)域波形圖0 50000 100000020406080100120f / H z高斯白噪聲功率譜 圖 高斯白噪聲的時(shí)域波形及其頻譜 從圖 ，高斯白噪聲在時(shí)域的顯著特征是波形比較雜亂，沒(méi)有任何的規(guī)律可言；在頻域的顯著特征是頻譜非常平坦，其功率在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)均勻分布。 通用調(diào)制模型 從理論上來(lái)說(shuō)，各種信號(hào)都可以用正交調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其時(shí)域形式都可以表示為： 00( ) ( ) c o s ( ) ( ) s i n ( )s t I t t Q t t???? () 若調(diào)制信號(hào)在數(shù)字域上實(shí)現(xiàn)時(shí)要對(duì)式 ()進(jìn)行數(shù)字化： 00( ) ( ) c o s ( ) s i nssnns n I n Q n??? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? () 從式 ()和式 ()可以看出，調(diào)制信號(hào)的信息都應(yīng)該包括在 ()It和 ()Qt 內(nèi)。圖 給出了調(diào)制信號(hào)的正交調(diào)制框圖。 本文規(guī)定所有調(diào)制信號(hào)所調(diào)制時(shí)所用載 波的初始相位均為 0，在后面的分析中不再另作說(shuō)明。 圖 調(diào)制信號(hào)正交調(diào)制框圖 信源 I 多相濾波 相乘 0cos( )t? 相加 信源 Q 多相濾波 相乘 0sin( )t? 6 AM信號(hào)的調(diào)制原理 AM信號(hào)數(shù)字模型以及特點(diǎn) AM 是指調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使其隨調(diào)制信號(hào)呈線性變化的過(guò)程。 AM 信號(hào)的調(diào)制原理模型如下 [6]： 圖 AM信號(hào)的調(diào)制原理模型 M（ t）為基帶信號(hào)，它可以是確知信號(hào)，也可以是隨機(jī)信號(hào)，但通常認(rèn)為它的平均值為 0. 載波為 )￠tw(c o s)t( 00 ?? CAC （ ） 上式中， 0A 為載波振幅， cW 為載波角頻率 0? 為載波的初始相位。 AM信號(hào)的波形和頻譜特性 雖然實(shí)際模擬基帶信號(hào) m(t)是隨機(jī)的，但我們還是從簡(jiǎn)單入手，先考慮 m(t)是確知信號(hào)的傅氏頻譜，然后在分析 m(t)是隨機(jī)信號(hào)時(shí)調(diào)幅信號(hào)的功率譜密度。 可 知 [7] tc o s w)t(mtc o s wtc o s w)]t(m[ cc0c0 ???? AAS AM () 設(shè) m(t)的頻譜為 M(w），由傅氏變換的理論可得已調(diào)信號(hào) )]w(w)w(w[21)]wδ ( w)wδ ( w[лA)w( cccc0 ?????? MMS AM () AM 的波形和相應(yīng)的頻譜圖如下 7 圖 AM信號(hào)的時(shí)域波形及其頻譜 可以看出，第一： AM 的頻譜與基帶信號(hào)的頻譜呈線性關(guān)系，只是將基帶信號(hào)的頻譜搬移，并沒(méi)有產(chǎn)生新的頻譜成分，因此 AM 調(diào)制屬于線 性調(diào)制；第二： AM 信號(hào)波形的包絡(luò)與基帶信號(hào)成正比，所以 AM 信號(hào)的解調(diào)即可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。第三： AM 的頻譜中含有載頻和上，下兩個(gè)邊帶，無(wú)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，股已調(diào)波形的帶寬為原基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即 2AM HBf? () 其中 Hf 為調(diào)制 信號(hào)的最高頻率。 8 第三章 AM信號(hào)的解調(diào)原理以及特點(diǎn) AM信號(hào)的解調(diào)原理及方式 解調(diào)是將位于載波的信號(hào)頻譜再搬回來(lái)，并且不失真的恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。 解調(diào)的方式有兩種 [6]：相干解調(diào)與非相干解調(diào)。相干解調(diào)適用于各種線性調(diào)制系統(tǒng)，非相干解調(diào)一般適用幅度調(diào)制（ AM）信號(hào)。 AM 信號(hào)的相干解調(diào) 所謂相干解調(diào)是為了從接受的已調(diào)信號(hào)中，不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，要求本地載波和接收信號(hào)的載波保證同頻同相。相干載波的一般模型如下： 圖 AM 信號(hào)的相干解調(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 twtmAtmAtwtmASccAM2c o s)]([21)]([21c o s)]([tc o s wt)(0020c??????? () 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(wú)失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào) )]([21)( 00 TMATM ?? () 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)。 AM 信號(hào)的非相干解調(diào) 所謂非相干解調(diào)是在接收端解調(diào)信號(hào)時(shí)不需要本地載波，而是利用已調(diào)信號(hào)中的包絡(luò)信號(hào)來(lái)恢復(fù)原基帶信號(hào) [7]。因此，非相干解調(diào)一般只適用幅度調(diào)制（ AM）系統(tǒng)。憂郁包絡(luò)解調(diào)器電路簡(jiǎn)單，效率高，所以幾乎所有的幅度調(diào)制（ AM）接收機(jī)都采用這種電路。如下為串聯(lián)型包絡(luò)檢波器的具體電路 。 圖