模擬線性調製

常規調幅 AM

通訊原理線性調製

AM 調製是一種線性調製,它的作用是將基帶訊號轉變為調製訊號。之所以調製的原因在上一篇文章說了,天線的長度要不短於訊號的波長的1/10,這是為了阻抗匹配,具體原因在電磁波相關的書籍有介紹。

從圖中不難看出,AM調製是一個很簡單的調製方式,簡單的只需要一個乘法器和一個加法器就可以完成。

頻譜特點

頻帶訊號:位於載頻fc,頻寬BT = 2B

上下兩個邊帶

+-fc處有兩個衝激,有純載波

波形特點

通訊原理線性調製

訊息突顯在載波包絡上

透過調節訊息訊號的幅度,可以調節調幅指數,從而調節調製強度。調幅指數的定義如下

通訊原理線性調製

不過調幅指數不能大於1,否則會發生上圖中的過調製情況;過調製會導致承載訊息的已調波變形,使得訊息錯誤。

傳送與接收

通訊原理線性調製

傳送使用的是一個乘法器與一個加法器的組合

接收端使用的是包絡檢波器,基本原理是:正弦波上升時,二極體正向導通給電容充電,正弦波下降時二極體截止,電容放電;透過電容的充放電就可以展示出訊息訊號的波形。

包絡檢波器的R C選值需要考慮輸入訊號的頻率和載波的頻率

功率與效率

通訊原理線性調製

功率就是已調訊號的平方的平均值

效率就是訊息訊號的功率比上總功率。使用正弦訊號時,峰均功率比PARPm(t)最低,效率也只有33。3%,由此可以看出AM調製效率的低。

抑制載波雙邊帶調幅 DSB

通訊原理線性調製

DSB調製和AM調製訊號很類似,頻域上的特性基本相同,不過在fc處沒有了衝激,而且DSB調製訊號在時域上有一個反向點。

DSB調製效率為1

接收方法

包絡沒有直接直接呈現訊息訊號,所以無法使用包絡檢波器

可以透過乘以同頻同相正弦函式調製回基頻

通訊原理線性調製

分析公式可以知道,乘以一個同頻同相正弦訊號的結果就是會產生基頻訊號和4倍基頻訊號,再同過一個低通濾波器就可以得到我們想要的原訊號了。

通訊原理線性調製

乘法解調器的示意圖如下

通訊原理線性調製

同步問題

前面說了使用乘法解調器需要同頻同相的正弦波,但是發射端和接收端一般都有一定的距離,很難保證頻率相同。

為了保證接收端的本振和發射端的震盪頻率相同,使用鎖相環(PLL)做一個可控振盪器,透過比較接收到的DSB訊號的頻率來產生相同的頻率

通訊原理線性調製

單邊帶調製 SSB

通訊原理線性調製

傅立葉變換的性質,訊號的共軛等於原訊號的頻域訊號的取反。而實訊號的共軛等於它本身,因此可以推匯出訊號的頻域共軛對稱

因此可以去掉DSB調製的一半的頻寬,但是自然界中只存在實訊號,也就是說+-fc處都要有頻帶,因此只有兩種單邊帶調製方式

通訊原理線性調製

接收方法

接收方法可以透過相干解調,解調過程圖示如下

通訊原理線性調製

SSB調製訊號的時域公式比較複雜,先擱置

SSB調製訊號還可以透過增載入波分量的方法,可以實現包絡檢波

殘留邊帶調幅 VSB

前面講的SSB是理想情況下的,實現SSB需要非常陡峭的濾波器,這在顯示中是不存在的;因此,為了能夠實現這個濾波器,就加大了濾波器的過渡帶,不過過渡帶形狀必須要對稱互補

通訊原理線性調製

相移法生成單邊帶

前文講的SSB VSB都是在頻域進行濾波生成的單邊帶,接下來講一個在現代使用的更多的相移法,尤其是在生成高頻率的單邊帶時。

相移法是在時域處理的,所以需要在時域討論SSB

目前我們知道的是,DSB的時域表示式

設調製訊號為

通訊原理線性調製

載波為

通訊原理線性調製

則DSB表示式為

通訊原理線性調製

保留上邊帶則有

通訊原理線性調製

保留下邊帶則有

通訊原理線性調製

綜合起來

通訊原理線性調製

式中

通訊原理線性調製

為希爾伯特變換,相當於正弦訊號相移pi/2

為了驗證SSB時域表示式的正確性,我們可以從頻域進行分析

通訊原理線性調製

希爾伯特變換的相關資訊如下

通訊原理線性調製

在頻域中,做希爾伯特變換相當於乘以了一個符號函式,SSB過程圖示如下

通訊原理線性調製

接下來就是根據時域表示式實現相移法

通訊原理線性調製

個人部落格

公眾號:greedyhao