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第三节
双边带调制与抑制载波双边带调制

一、双边带调制的概念

(一)常规双边带调制(DSB)

双边带调制属于模拟信号幅度调制的一种方法,基带信号调制后会在坐标轴 Y 轴两边分成两个部分,常规双边带调制会将原来的振幅利用算法分解成两个频率相对较高的部分以便传输,接收端利用调制技术可以将信号解调为原始信号。

(二)抑制载波双边带调制(DSB-SC)

抑制载波双边带调制是双边带调制的一种特例,其输入的基带信号没有直流分量,且通过理想的带通滤波器滤波,得到的输出信号便是无载波分量的双边带信号,或称双边带抑制载波信号。一般称双边带调制在没有特别说明的情况下,均指抑制载波双边带调制。

抑制载波双边带调制属于模拟信号幅度调制的一种方法,相对常规调幅而言,调制信号中不含(或不加)直流,且已调信号频谱中没有载波[ m t )均值为零]成分,是传送上边带和下边带而抑制载波的一种调制。

抑制载波双边带调制的特点是如果要抑制载波,那么只要不附加直流分量 A 0 ,即可得到抑制载波的双边带调幅信号,接收端则可利用与调制相逆的技术将信号解调为原始信号。可见如果输入的基带信号没有直流分量,且经理想带通滤波器滤波,则得到的输出信号便是无载波分量的双边带信号。

(三)常规双边带调制与抑制载波双边带调制的比较

在图2-9中,当 A 0 =0时,为抑制载波双边带调制;当 A 0 ≠0时,为常规载波双边带调制。抑制载波双边带调制常用平衡调制器和环形调制器。在解调时只能采用相干解调的方法进行解调,而不能采用一般的检波法进行解调。

在解调端插入强载波,则可采用包络检波的方法进行解调,这就相似于常规双边带解调。这种解调方法常在“一发多收”的方案中,在信号发送端插入强载波。

图2-9 抑制载波双边带调制与双边带调制区别原理框图

二、双边带调制的实现

在普通调幅中,载波分量是一个等幅的固定频率的正弦波,它不包含调制信号的信息,但却占有大部分功率,所以这种传输方式是不经济的。采用双边带调制就是要抑制载波,只传输两个边带的信号,用一个乘法器就可以实现双边带调制。图2-10所示为其框图。

图2-10 双边带调制实现框图

双边带调制的时间表达式为

S DSB t )= f t )cos ω c t

f t )为确知的调制信号时,已调信号的频谱为

双边带调制的输出(电压或电流)计算式如下:

双边带调制的调制波形见图2-11,频谱分布见图2-12,实现电路见图2-13。图中, K M 为乘法器。作为抑制载波双边带调制,在满足上述要求的前提下,可以有多种方案予以实现。以下举两种可以实现的方法加以说明。

图2-11 抑制载波双边带调制波形图

图2-12 抑制载波双边带调制频谱图

图2-13 双边带调制实现电路图

(一)采用平衡调制器实现抑制载波双边带调制

其方法的原理框图如图2-14所示。由图2-14可知,非线性单元输入为

x 1 = f t )+cos ω c t x 2 = -f t )+cos ω c t

非线性单元输出为

y 1 = a 1 [ f t )+cos ω c t ]+ a 2 [ f t )+cos ω c t ] 2

y 2 = a 1 [ -f t )+cos ω c t ]+ a 2 [ -f t )+cos ω c t ] 2

图2-14 采用平衡调制器实现抑制载波双边带调制示意图

因此,经带通滤波器滤出下式的第2项即可:

y = y 1 -y 2 =2 a 1 f t )+4 a 2 f t )cos ω c t

S DSB t )=2 a 1 f t

(二)采用环形调制器实现抑制载波双边带调制

如果要抑制载波,那么只要不附加直流分量 A 0 ,即可得到抑制载波的双边带调制,其时间表达式为

f t )为确知信号时,已调信号的频谱为

其工作时,电路中的D 1 、D 2 、D 3 、D 4 分别导通,如图2-15所示。其调制器波形图如图2-16所示。

图2-15 环形调制器工作原理图

图2-16 环形调制器波形图

三、单一频率的双边带调幅波

双边带调制为单一频率时,时域波形图如图2-17所示。

图2-17 常规双边带调制波波形图

f t =A m cos( Ω m t+θ 0 ),则有以下调制信号:

S AM t = [ A 0 +A m cos( Ω m t+θ m )]cos( ω c t+θ c

=A 0 [1 +md cos( Ω m t+θ m )]cos( ω c t+θ c

式中, 即调幅指数,其值应不大于(≤)1。

四、调制信号为确定性信号时的已调信号频谱

f t )的频谱为 F ω ),由傅里叶变换可得到

为简化起见,令 θ c =0,则有

S AM ω )=π A 0 δ ω-ω c )+ F ω-ω c )+π A 0 δ ω + ω c )+ F ω + ω c

如果用卷积表示,令 θ =0,则有

S AM t )=[ A 0 + f t )]cos( ω c t )= m t c t

式中, m t )= A 0 + f t ), c t )=cos ω c t

M ω )= F [ m t )]=2π A 0 δ ω )+ F ω

C ω )= F [cos ω c t ]=π[ δ ω-ω c )+ δ ω + ω c )]

可见,此结果与上述结果完全相同。

五、调制信号为多频率时双边带调制波

(一)调制信号波形

当调制信号为多频率时,其双边带调制信号波形图如图2-18所示。

图2-18 多频调制信号双边带调制波形图

(二)多频调制信号双边带调制的频谱分布

多频调制信号双边带调制的频谱分布如图2-19所示。

图2-19 多频调制信号双边带调制的频谱分布图

当调制信号的中心频率为 ω c ,频率范围为0~ Ω max 时,其频谱分布范围为

ω c max )~( ω c + Ω max

可见,其频谱宽度为

B DSB =( ω c + Ω max )-( ω c max )=2 Ω max

六、模拟乘法器的组成

模拟乘法器是对两个模拟信号(电压或电流)实现相乘功能的有源非线性器件。主要功能是实现两个互不相关信号相乘,即输出信号与两输入信号相乘积成正比。它有两个输入端口,即 X Y 输入端口。在原理图中的乘法器可采用图2-20所示的差分放大器电路予以实现。

图2-20 乘法器的组成电路图

注: v x v y 分别表示调制信号和载波信号; v 0 表示乘法器的输出信号。

七、双边带调制的功率及调制效率

m t )为已知确定的信号时,其消耗功率为

式中, S C 为载波功率; S f 为边带功率。

(一)双边带调制的功率分配(平均功率)

从上式推导可见,平均功率的结果中包括载波功率和边带功率两个部分,由幅度调制的定义可知,只有边带功率才与调制信号有关,即为有效功率;而载波功率与调制信号无关,为无效功率,在信息传输中是功率的浪费。

(二)双边带调制的功率效率

于是,可以定义双边带调制的功率效率为

当调制信号为单频率余弦信号时,功率效率为

当调制处于临界点时, md AM =1,调制效率的最大值为: η AM =1/3;

调制效率最高的调制信号是幅度为 A 0 的方波(脉冲波),其调制效率为 η AM =1/2。

可见,载波分量 C 是不带调制信息的,但是在传输过程中却占据了大量的功率。如果能够抑制载波分量,则可以节省这部分功率。于是演变出了一系列抑制载波分量传输的调制方式,如抑制载波双边带调制等。 4JA99xa8mHN1/Vc+0jNxLgeUAUEGAmyUF0443H9uj8HsrT477ML8Dk0T+R39MyqH

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