模擬信號(hào)調(diào)制技術(shù)概述模擬信號(hào)調(diào)制是指利用低頻連續(xù)的模擬基帶信號(hào)去調(diào)制高頻的載波。載波通常是頻率、幅度、相位固定的高頻連續(xù)正弦信號(hào)或是余弦信號(hào)。因此，根據(jù)載波的三個(gè)參數(shù)可以將模擬信號(hào)調(diào)制分為兩個(gè)方法：幅度調(diào)制(AmplitudeModulation，AM)和角度調(diào)制。模擬信號(hào)調(diào)制被廣泛應(yīng)用于廣播電視系統(tǒng)。一、幅度調(diào)制幅度調(diào)制是利用連續(xù)模擬信號(hào)改變載波幅度的一種調(diào)制方法，這種方法將載波中的幅度看作因變量，連續(xù)模擬信號(hào)看作自變量，頻率、相位當(dāng)作常量。幅度調(diào)制實(shí)現(xiàn)了基帶信號(hào)頻譜的線性搬移，是一種線性調(diào)制。幅度調(diào)制分為常規(guī)調(diào)幅(AM)、單邊帶調(diào)制(SSB)、雙邊帶調(diào)制(DSB)和殘留邊帶調(diào)制(VSB)。REF_Ref13256\r\h[6]本文主要介紹常規(guī)調(diào)幅(AM)?；鶐M信號(hào)可以用式(2-1)來表示： (2-1) 載波信號(hào)可以用式(2-2)表示： (2-2)為了方便計(jì)算，假設(shè)基帶模擬信號(hào)和載波信號(hào)之間的初始相位差。在調(diào)制時(shí)，如果基帶模擬信號(hào)均值為0，那么還需要添加一個(gè)直流偏置A0，將直流偏置A0和基帶信號(hào)相加得到，再與載波信號(hào)相乘便可以得到AM調(diào)制的信號(hào)。AM調(diào)制信號(hào)時(shí)域表達(dá)式如式(2-3)所示： (2-3)如此一來，基帶模擬信號(hào)對(duì)載波信號(hào)的AM調(diào)制就成功了。通過公式可以看出，想要實(shí)現(xiàn)AM調(diào)制需要一個(gè)加法器將直流偏置和基帶模擬信號(hào)相加，還需要一個(gè)乘法器將載波信號(hào)和相加結(jié)果相乘，最終得到AM調(diào)制信號(hào)。AM調(diào)制原理圖如圖2.7所示。正常AM調(diào)制后波形圖如圖2.8所示，紅色的線為基帶模擬信號(hào)，白色的線為AM調(diào)制后的信號(hào)。圖2.7AM調(diào)制原理圖圖2.8正常AM調(diào)制波形圖在幅度調(diào)制中，引入了調(diào)幅系數(shù)的概念。調(diào)幅系數(shù)m可以用式(2-4)表示： (2-4)調(diào)幅系數(shù)不僅能用來體現(xiàn)調(diào)制過程中基帶模擬信號(hào)改變載波幅度的程度，還能體現(xiàn)AM調(diào)制的效率以及功率分配。當(dāng)調(diào)幅系數(shù)時(shí)，屬于正常調(diào)幅狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，屬于臨界狀態(tài)，被稱為滿調(diào)幅；當(dāng)時(shí)，會(huì)發(fā)生調(diào)幅失真，被稱為過調(diào)幅。過調(diào)幅會(huì)導(dǎo)致接收端解調(diào)失真，無(wú)法完全解調(diào)出正確信號(hào)，導(dǎo)致信息傳遞有誤，所以AM調(diào)制通常要保證調(diào)幅系數(shù)。圖2.9為AM調(diào)制的臨界狀態(tài)，圖2.10為過調(diào)幅狀態(tài)。從圖2.9可以看出，當(dāng)橫坐標(biāo)在0.003-0.004之間時(shí)，載波的幅度為0。從圖2.10可以看出，當(dāng)橫坐標(biāo)為0.003-0.004之間時(shí)，載波本該繼續(xù)變小的幅度的在這個(gè)區(qū)間反而變大了，這塊區(qū)域就失真了，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)解調(diào)出現(xiàn)問題。圖2.9AM調(diào)制的臨界狀態(tài)圖2.10AM調(diào)制的失真狀態(tài)通過AM信號(hào)的表達(dá)式，計(jì)算它的均方值，可以得到AM信號(hào)的功率： (2-5)公式中是載波功率，是邊帶功率，也就是調(diào)制功率。而AM調(diào)制信號(hào)的調(diào)制效率可以由式(2-6)表示： (2-6)由于調(diào)幅系數(shù)，故，所以調(diào)制效率。由此可以看出，AM調(diào)制的有用信號(hào)功率所占比例很低，最多占總功率的50%，所以AM調(diào)制信號(hào)功率的利用率是十分低的。也正是因?yàn)檫@種功率上的浪費(fèi)，使得AM信號(hào)在解調(diào)的時(shí)候是比較簡(jiǎn)單的。二、角度調(diào)制角度調(diào)制是利用連續(xù)模擬信號(hào)改變載波角度的調(diào)制方法，角度調(diào)制主要包括頻率調(diào)制(FrequencyModulation，F(xiàn)M)和相位調(diào)制(PhaseModulation，PM)。頻率調(diào)制是利用連續(xù)模擬信號(hào)改變載波頻率的一種調(diào)制方法。這種方法將載波中的頻率看作因變量，連續(xù)模擬信號(hào)看作自變量，幅度、相位當(dāng)作常量。而相位調(diào)制是利用基帶模擬信號(hào)的瞬時(shí)值改變載波的瞬時(shí)相位的調(diào)制方法。對(duì)于正弦載波來說，相位的變化會(huì)影響頻率的變化，頻率的變化會(huì)引起相位的變化，二者都能夠影響角度，所謂將頻率調(diào)制和相位調(diào)制統(tǒng)稱為角度調(diào)制REF_Ref13256\r\h[6]。和幅度調(diào)制不同，角度調(diào)制后的信號(hào)并不是基帶模擬信號(hào)頻譜的線性搬移，因此屬于一種非線性調(diào)制。本文主要對(duì)頻率調(diào)制進(jìn)行介紹。和AM調(diào)制一樣，基帶信號(hào)用來表示，載波用來表示。先假設(shè)經(jīng)過頻率調(diào)制后的FM信號(hào)如下所示： (2-7)根據(jù)此式可以得出瞬時(shí)相位為，瞬時(shí)相位偏移為，瞬時(shí)角頻率為瞬時(shí)相位的微分，可以表示為。瞬時(shí)頻率則為，可以看出瞬時(shí)頻率的變化僅與有關(guān)，就是瞬時(shí)角頻偏，為了實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的效果，需要基帶模擬信號(hào)和瞬時(shí)角頻偏構(gòu)成某種線性關(guān)系。為此引入了調(diào)頻靈敏度Kf這一概念?；鶐M信號(hào)和瞬時(shí)角頻偏的線性關(guān)系可以用式(2-8)表示： (2-8)由此式可以看出，調(diào)頻靈敏度Kf反映了載波的瞬時(shí)角頻偏隨著基帶模擬信號(hào)幅度的線性變化程度。有了調(diào)頻靈敏度，那么瞬時(shí)相位偏移就能用下式表示： (2-9)由式(2-7)和式(2-9)可以得出： (2-10)將基帶模擬信號(hào)表達(dá)式分別帶入式(2-9)和式(2-10)中，可得： (2-11) (2-12)在式(2-11)中，被稱為最大角頻偏，最大角頻偏和基帶模擬信號(hào)角頻率(或是最大頻偏和基帶模擬信號(hào)頻率)的比值被稱為調(diào)頻指數(shù)，表達(dá)式如下： (2-13)式(2-12)為FM調(diào)制后信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式，根據(jù)carson公式可以得出調(diào)制后信號(hào)的帶寬： (2-14)當(dāng)調(diào)頻指數(shù)遠(yuǎn)小于1時(shí)，已調(diào)信號(hào)帶寬，這種調(diào)頻稱為窄帶調(diào)頻(NBFM)；當(dāng)調(diào)頻指數(shù)遠(yuǎn)大于1時(shí)，已調(diào)信號(hào)帶寬，這種調(diào)頻稱為寬帶調(diào)頻(WBFM)。目前最常用到的調(diào)制FM信號(hào)的方法是正交調(diào)制(I/Q調(diào)制)。將式(2-10)展開，可以得到： (2-15)其中被稱為I路信號(hào)，被稱為Q路信號(hào)，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)正交調(diào)制時(shí)，可以將基帶模擬信號(hào)積分后分別進(jìn)行余弦和正弦變換得到I路信號(hào)和Q路信號(hào)，再通過乘法器分別和載波以及相位差為90°的載波相乘，最后通過加法器相加得到調(diào)制后信號(hào)。FM正交調(diào)制原理圖如圖2.11所示，F(xiàn)M調(diào)制后信號(hào)波形圖如圖2.12所示。圖中白線為基帶模擬信號(hào)，