【正文】 下圖為 VSB信號(hào)的頻譜圖，在頻譜圖上我們可以明顯看到 VSB信號(hào)的頻譜分量為一個(gè)完整的邊帶和殘留了一部分的另一個(gè)邊帶。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 55 頁(yè) 圖 SSB 信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)與頻譜 VSB 信號(hào)的 仿真 及分析 VSB信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)與頻譜如圖 ，輸入的調(diào)制信號(hào)頻率為 1KHz幅度為 2V，載波頻率為 10K Hz，系統(tǒng)帶寬為 2KHz前提下其基帶信號(hào)函數(shù) 為 mt = sqrt(2) * ( cos(2*pi*fm*t) + sin(2*pi**fm*t) )， 合成的調(diào)制信號(hào)函 mt.*cos(2*pi*fc*t)，上圖為 VSB信號(hào)的波形。 中 圖為 SSB 信號(hào) 經(jīng)過(guò)相干解調(diào)后的信號(hào)波形與原基帶信號(hào)的波形比較，從圖中我們可以看到 解調(diào)信號(hào)與原基帶調(diào)制信號(hào)的波形完全一致，說(shuō)明 SSB 信號(hào)實(shí)現(xiàn)了完全解調(diào)。不僅節(jié)省發(fā)送功率，而且節(jié)省一半的 傳輸頻帶，這種方式被稱(chēng)為單邊帶調(diào)制。從頻譜圖上 看， DSB信號(hào)包含兩個(gè)頻率分量：上下變頻。從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)解調(diào)出來(lái)的信號(hào)與原基帶信號(hào)完全相同，實(shí)現(xiàn)了 DSB信號(hào)的完全解調(diào)。有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號(hào)總功率的比例可以寫(xiě)為 )()( 2202tmA tmPPAMs ???? () 圖 AM 信號(hào)調(diào)制、解調(diào)與頻譜圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 55 頁(yè) DSB 信號(hào)的 仿真及分析 DSB信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)及頻譜如圖 ，在輸入的調(diào)制信號(hào)頻率為 1KHz幅度為 2V，載波頻率為10K Hz，系統(tǒng)帶寬為 2KHz前提下 原信號(hào)函數(shù) 為 sqrt(2) * cos(2*pi*fm*t)， 調(diào)制信號(hào)函數(shù) mt.*cos(2*pi*fc*t)，上圖為 DSB信號(hào)的波形， 從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)在原調(diào)制信號(hào)為 0處，波形出現(xiàn)反相。 因此， AM信號(hào)是帶有載波分量的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬 Hf的 2倍，即 HAM f2B ? () 當(dāng) m(t)為確知信號(hào)時(shí)，調(diào)制信號(hào)功率為： scAM PPtmA ???? 2 )(2P220 () AM 信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。由頻譜可以看出， AM信號(hào)的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。從圖中我們可以看出 解調(diào)出來(lái)的波形與原基帶信號(hào)波形完全一致，說(shuō)明解調(diào)信號(hào)就是原原基帶調(diào)制信號(hào)。從圖中我們可以看到 AM信號(hào)的包絡(luò)與基帶調(diào)制信號(hào)成正比，即 基帶信號(hào)的信息被寄載到載 波中。 鑒頻器 圖 振幅鑒頻器原理框 如 圖 所示 ， 振幅鑒頻器 限幅器的作用是消除信道中噪聲和其他原因引起的調(diào)頻波的幅度起伏，帶通濾波器 (BPF)是讓調(diào)頻信號(hào)順利通過(guò)，同時(shí)濾除帶外噪聲及高次諧波分量。 其中，微分器和包絡(luò)檢波器構(gòu)成了具有近似理想鑒頻特性的鑒頻器 [4]。完成這種頻率一電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系的器件是頻率檢波器，簡(jiǎn)稱(chēng)鑒頻器 [3]。相干解調(diào)僅適用于 NBFM 信號(hào)，而非相干解調(diào)對(duì)NBFM 信號(hào)和 WBFM 信號(hào)均適用。缺點(diǎn)是需要多次倍頻和混頻，因此電路較復(fù)雜。 NBFM 信號(hào)可看成由正交分量與同相分量合成，即 ? ? ? ? twdttmAKtwAts cfcN B F M s i n)(c o s ??? （ ） 因此，采用 如 圖 所示的 NBFM 信號(hào)產(chǎn)生 方框圖可實(shí)現(xiàn) NBFM。這種產(chǎn)生 WBFM 的方法稱(chēng)為阿姆斯特朗 (Armstrong)法或間接法。 圖 PLL 調(diào)制器 其中： PD相位檢測(cè)器； LF環(huán)路濾波器； VCO壓控振蕩器。這種方案的載頻穩(wěn)定度很高，可以達(dá)到晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度。因此往往需要采用自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)來(lái)穩(wěn)定中心頻率 [4]。在直接調(diào)頻法中，振蕩器與調(diào)制器合二為一。 若用調(diào)制信號(hào)作控制電壓信號(hào)，就能 產(chǎn)生 FM 波 。可以由外部電壓控制振蕩器 (vco)實(shí)現(xiàn)。所以，調(diào)制過(guò)程只是進(jìn)行功率的重新分配，而分配的原則與調(diào)頻指數(shù)有關(guān)。所以調(diào)頻波的有效帶寬為 ? ?mmfFM fffmB ????? 2)1(2 () 這就是廣泛用于計(jì)算調(diào)頻信號(hào) 帶寬的卡森 (Carson)公式。當(dāng) n=0 時(shí)是載波分量 cw ，其幅度為 ? ?fo mAJ ．當(dāng) n≠ 0 時(shí)就是對(duì)稱(chēng)分布在載頻兩側(cè)的邊頻分量 mc nww? ，其幅度為 ? ?fn mAJ ，相鄰邊頻之間的間隔為 mw ；且當(dāng) n 為奇數(shù)時(shí)，上下邊頻極性相反；當(dāng) n 為偶數(shù)時(shí)極性相同。 設(shè)單音調(diào) 制信號(hào) tfAtwAtm mmmm ?2c o sc o s)( ?? () 單音調(diào)制 FM 信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 ? ? ? ?twmtwAtS mfcFM s inc o s ?? () ? ? ? ?twmtwAtwmtwAwS mfcmfcFM s i ns i ns i n)s i nc o s (c o s ?? () 將式（ ）中的兩個(gè)因子分別展成傅里葉級(jí)數(shù) ? ? ? ? tnwmJmJtwm mn fnfmf 2c os2)(s i nc os 1 20 ????? () ? ? ? ? ? ???? ? ?? 1 12 12s i n2s i ns i n n mfnmf twnmJtwm () 式中 ? ?fn mJ 為第一類(lèi) n 階貝塞爾 ( Bessel)函數(shù)，它是調(diào)頻指數(shù) fm 的函數(shù)。對(duì)于高質(zhì)量通信（調(diào)頻立體聲廣播 j 電視伴音等）需要采用寬帶調(diào)頻。 將 FM 信號(hào)一般表示式 ()展開(kāi)得到 ? ? ? ? ? ???? ???? dttmKtwAdttmKtwAdttmKtwAts fcfcfcFM )(s i ns i n)(c osc os)(c os)( () 當(dāng)滿(mǎn)足式（ ）的條件時(shí)，有 ? ? 1)(co s ?? dttmK f () ? ?? ? ?? ? dttmKdttmK ff )(s in () 故式 ()簡(jiǎn)化為 ? ? ? ? twdttmAKtwAts cfcN B F M s i n)(c o s ??? () NBFM 信號(hào)的頻域表達(dá)式 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?????? ? ??? ??????ccccfccN B F M ww wwMww wwMAKwAws 2)(??? () 式 ()和式 （ ）是 NBFM 信號(hào)的時(shí)域和頻域的一般表達(dá)式。比較式 ()和式 ()可以看出，如果將調(diào)制信號(hào)先微分，而后進(jìn)行調(diào)頻，則得到的是調(diào)相波，這種方式叫間接調(diào)相；同樣，如果將調(diào)制信號(hào)先積分，而后進(jìn)行調(diào)相，則 得到的是調(diào)頻波，這種方式叫間接調(diào)頻 [4]。 這時(shí)相位偏移為 ?? dtKt f?? () 代入式（ ），則可得調(diào)頻信號(hào)為 ? ???? dttmKtwAtS fcFM )(c o s)( () 由式 ()和式 ()可見(jiàn)， PM 與 FM 的區(qū)別僅在于， PM是相位偏移隨調(diào)制信號(hào) m(t)線性變化， FM是相位偏移隨 m(t)的積分呈線性變化。 相位調(diào)制 (PM)，指隨調(diào)制信號(hào) m(t)的變化，瞬時(shí)相位偏移作線性變化，即 ? ? )(tmKt p?? () 式中： Kp 為調(diào)相靈敏度 (rad/V)，含義是單位調(diào)制信號(hào)幅度引起 PM 信號(hào)的相位偏 移量。然而獲得這種優(yōu)勢(shì)的代價(jià)是角度調(diào)制占用比幅度調(diào)制信號(hào)更寬的帶寬。調(diào)頻與調(diào)相之間存在密切的關(guān)系。 FM 廣泛應(yīng)用于高保真音樂(lè)廣播、電視伴音信號(hào)的傳輸、衛(wèi)星通信和蜂窩電話系統(tǒng)等 [5]。在這兩種調(diào)制過(guò)程中，載波的幅度都保持恒定不變，而頻率和相位的變化都表現(xiàn)為載波瞬時(shí)相位的變化，故把調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱(chēng)為角度調(diào)制或調(diào)角。 在滿(mǎn)足式 ()的條件下，檢波器的輸出為 ? ? )(0 tmAtsd ?? （ ） 隔去直流后即可得到原信號(hào) m(t)。 圖 包絡(luò)檢波器 設(shè)輸入信號(hào)是 AM 信號(hào) ? ? ? ? twtmAts cAM c o s)(0 ?? （ ） 在大信號(hào)檢波 時(shí)（一般大于 0. 5v），二極管處于受控的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。因此， AM 信號(hào)除了可以采用相干解調(diào)外，一般都采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波泫來(lái)恢復(fù)信號(hào)。 接收端能夠提供一個(gè)相干載波，要求與載波信號(hào)嚴(yán)格同步，是實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)的 關(guān)鍵。 圖 相干解調(diào)器的一般模型 C(t)=2coswct SVSB(t) LPF Sp(t) Sd(t) C(t)=coswct Sm(t) LPF Sp(t) Sd(t) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 55 頁(yè) 相干解調(diào)時(shí)，接收端要提供一個(gè)與其已調(diào)載波嚴(yán)格同步的本地載波，以保證無(wú)失真的恢復(fù)原基帶信號(hào)，它與接收的已調(diào)信號(hào)相乘，在低通濾波器取出低頻分量，便可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào) [3]。解調(diào)則是調(diào)制的反過(guò)程，即把在載頻位置的已調(diào)信號(hào)的譜搬回到原始基帶位置 ，因此同樣可以用相乘器與載波相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)制是把基帶信號(hào) 的譜搬到了載頻位置。 相干解調(diào) 相干解調(diào)也叫同步檢波。 解調(diào)原理 解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是從接收的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)（即調(diào)制信號(hào)）。該條件的含義是：殘留邊帶濾波器的特性 H(W)在正負(fù) wc 處必須具有互補(bǔ)堆成特性，才能使相干解調(diào)無(wú)失真的從其中恢復(fù)所需的調(diào)制信號(hào)。 圖 VSB 信號(hào)的相干解調(diào) 為了保證相干解調(diào)的輸出無(wú)失真地恢復(fù)調(diào)制信號(hào) m(t)，必須要求 ? ? ? ?cc wwHwwH ??? =常數(shù) Hww? () 式中 wH 是調(diào)制信號(hào)的截止角頻率。 但是，這使濾波器的特性 H(w) 應(yīng)設(shè)計(jì)符合殘留邊帶調(diào)制的要求，不要求于陡峭的截至特性，所以它比單邊帶濾波器更容易制作 [3]。m (t)coswct SSSB(t) 1/2 m(t) Hh(w) π /2 189。在這種調(diào)制方式中，不像 SSB 中那樣完全抑制 DSB 信號(hào)的一個(gè)邊帶，而是逐漸切割，使其 殘留一小部分。 圖 相移法 SSB 信號(hào)調(diào)制器 相移法是 利用相移網(wǎng)絡(luò)的方式，對(duì)載波和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相移，在合成過(guò)程中，能夠使其中一個(gè)邊帶抵消，從而獲得 SSB 信號(hào) ， 不需要濾波器陡峭的截止特性，不論載頻多高，都能夠?qū)崿F(xiàn) SSB 的調(diào)制 [3]。由此可知， jsgnw 即是希爾伯特濾波器的傳遞函數(shù)，記為 wjwMwMwH h s g n)(/)()( ??? ? () 式 ()表明， 希爾伯特濾波器 ? ?wHh ，從本質(zhì)上說(shuō)，是一個(gè)寬帶相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì) m(t)中的任意頻率分量均相移 π/2，即可得到 ??tm? [3]。 因此， SSB 信號(hào)的頻譜可表示為 ? ? ? ?wHwsws S S BssB )(? () b)．相移法和 SSB 信號(hào)的時(shí)域表示 調(diào)制信號(hào)為任意信號(hào)時(shí) SSB 信號(hào)的時(shí)域表示式，即 twtmtwtmts ccSSB s i n)(?21c os)(21)( ?? () 式中 : ??tm? 是 m(t)的希爾伯特變換。 其 用濾波法產(chǎn)生SSB 信號(hào)調(diào)制器 如圖 所示。 a)．濾波法及 SSB 信號(hào)的頻域表示 產(chǎn)生 SSB 信號(hào)最直觀的方法是，先產(chǎn)生一個(gè)雙邊帶信號(hào)，然后讓其通過(guò)一個(gè)邊帶濾波器，濾除不要的邊帶，即可得到單邊帶信號(hào)。 SSB 信號(hào) 調(diào)制原理 單邊帶調(diào)制信號(hào)是濾掉雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶而形成的。二者變化規(guī)律不再一致，所以恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波。 DSB 的頻譜為： ? ? ? ?? ?ccDSB wwMwwMw ???? 21)(s () 與 AM 信號(hào)比較，因?yàn)椴淮嬖谳d波分量， DSB 信號(hào)的調(diào)制效率是 100%，即全部功率都用于信息傳輸。 DSB 信號(hào)調(diào)制原理 在 AM 調(diào)制模型中，去掉直流 Ao，便可得到一個(gè)高效率的調(diào)制方式 —— 抑制 載波雙邊帶信號(hào) ( DSB SC)，也稱(chēng)雙邊帶信號(hào) (DSB)