词条 | 调制 |
释义 | tiaozhi 调制(卷名:电子学与计算机) modulation 使消息载体的某些特性随消息变化的过程。调制的作用是把消息置入消息载体,便于传输或处理。调制是各种通信系统的重要基础,也广泛用于广播、电视、雷达、测量仪等电子设备。在通信系统中为了适应不同的信道情况(如数字信道或模拟信道、单路信道或多路信道等),常常要在发信端对原始信号进行调制,得到便于信道传输的信号,然后在收信端完成调制的逆过程──解调,还原出原始信号。 用来传送消息的信号uC(t)叫作载波或受调信号,代表所欲传送消息的信号 ![]() ![]() ![]() 受调信号可以是正弦波或脉冲波,所欲传送的消息可以是话音、图像或其他物理量,也可以是数据、电报和编码等信号。前者是模拟信号,后者是数字信号。 调制是一种非线性过程。载波被调制后产生新的频率分量,通常它们分布在载频fC的两边,占有一定的频带,分别叫做上边带和下边带。这些新频率分量与调制信号有关,是携带着消息的有用信号。调制的目的是实现频谱搬移,即把欲传送消息的频谱,变换到载波附近的频带,使消息更便于传输或处理。 调制的主要性能指标是频谱宽度和抗干扰性。这是一对矛盾。调制方式不同,这些指标也不一样。一般说,调制频谱越宽,抗干扰性能越好;反之,抗干扰性能较差。调制的另一重要性能指标是调制失真。总的说来,数字调制比模拟调制具有较强的抗调制失真的能力。 调制的种类 调制的种类很多,分类方法也不一致。按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。用模拟信号调制称为模拟调制;用数据或数字信号调制称为数字调制。按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制(如对非相干光调制)等。调制的载波分别是脉冲,正弦波和光波等。正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式,后两者合称为角度调制。此外还有一些变异的调制,如单边带调幅、残留边带调幅等。脉冲调制也可以按类似的方法分类。此外还有复合调制和多重调制等。不同的调制方式有不同的特点和性能。 正弦波幅度调制 正弦载波幅度随调制信号而变化的调制,简称调幅(AM)。数字幅度调制也叫作幅度键控(ASK)。调幅的技术和设备比较简单,频谱较窄,但抗干扰性能差,广泛应用于长中短波广播、小型无线电话、电报等电子设备中。 早期的无线电报机采用火花式放电器产生高频振荡。传号时火花式发报机发射高频振荡波,空号时发报机没有输出。这种电报信号的载波不是纯正弦波,它含有很多谐波分量,会对其他信号产生严重干扰。 理想的模拟正弦波调幅是:载波幅度与调制信号瞬时值 ![]() uA(t)=UC(1+macosΩt)cos(ωCt+ψ) (1)式中UC是载波幅度;Ω=2πF,是调制信号的角频率,其中F是调制信号频率;ma是一个和调制信号幅度 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 正弦波频率调制 正弦载波的瞬时频率随调制信号的瞬时值而变化的调制,简称调频(FM)。数字频率调制也称移频键控(FSK)。 调频是1933年E.H.阿姆斯特朗发明的。这种调制具有良好的抗干扰性能,广泛用于高质量广播、电视伴音、多路通信和扫频仪等电子设备中。 理想的调频是:载波的瞬时角频率ω 与调制信号瞬时值 ![]() 式中墹ω =kf ![]() ![]() ![]() ![]() 正弦波调频后也产生新的频率分量,这些分量和调频指数mf有关。在理论上单频调频时调频波具有无穷多个边频分量,相邻两边频的距离等于F。通常把幅度小于载波原来幅度 1/100的边频分量忽略不计,有效边频分量所占据的频带为调频波的带宽。 图4是单频调制时调频波的频谱。mf很小时,载频分量较大,边频幅度很小;mf增大时,载频幅度减小,边频幅度增大,幅度大的边频数也增多;mf继续增加时,载频和各边频的幅度交替增减,这些频率分量的幅度是以mf为宗数的各阶贝塞尔函数。 ![]() 在实用中,调制信号 ![]() 式中F=Ω/2π,是调制信号的频率。当mf较大时,调频波的带宽约等于最大频偏墹f 的两倍。 ![]() 宽带调频具有较强的抗干扰性能。1933年阿姆斯特朗证明:当输入信噪比Si/Ni较大时,调频接收机的输出信噪比SO/NO与最大频移墹f的平方成正比;增加调频波的带宽可以改善通信系统的质量。不过这种改善是有限度的,因为带宽过大时,调频接收机的内部噪声Ni增加,Si/Ni减小;当Si/Ni降低到某一阈值时,SO/NO反而急剧变坏。图6是调频接收机输出信噪比SO/NO与输入信噪比Si/Ni的关系曲线,在曲线拐点左边,调频的抗干扰性能比调幅还差。利用预加重和反馈调频接收的方法可以使SO/NO得到改善。 ![]() 正弦波相位调制 正弦载波的瞬时相位随调制信号而变化的调制,简称调相(PM)。数字调相也称移相键控(PSK)。 单频调相时,理想调相波uφ(t)的表示式是 ![]() 脉冲调制 受调波为脉冲序列的调制。脉冲调制可分为脉冲调幅(PAM)、脉冲调相(PPM)、脉冲调宽 (PWM)等方式。图7是一些脉冲调制信号的波形。通常把模拟-数字信号转换也看做是脉冲调制,这种调制有脉码调制(PCM)、差值脉码调制(DPCM)、增量调制(墹M)等。脉冲调幅实质上就是信号采样。常用于模-数转换电路、信号转换电路和各种电子仪器(如采样示波器等)。 ![]() 脉冲调制信号的频谱较宽,但除了脉冲调幅之外,都具有较好的抗干扰性能,特别是脉码调制的性能最好,是一种理想的调制方法。数字电话、遥测、遥控以及迅速发展的综合通信网,大多采用这种调制。 展望 调制在电子学中是非常重要的。引人注目的发展动向是:①由于数字业务的不断增加,数字通信系统的容量需要不断扩充,这就必须发展超高速率的数字调制技术;②为了充分利用无线电频谱资源,要求进一步研究频谱效率高的和误码率低的调制方式;③在相干光通信和光盘存储设备方面,光相位调制、频率调制和偏振调制等的研究也是重要的研究课题。 参考书目 常迵:《无线电信号与线路原理》中册,高等教育出版社,北京,1965。 清华大学通信教研组:《高频电路》下册,人民邮电出版社,北京,1980。 P.F.Panter,Modulation,Noise and Spectral Ana-lysis,McGraw-Hill,New York,1965. |
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