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移动通信中的调制解调
AM和FM
射频信号被用来传递信息,信息有可能是音频,数据或者其他格式,该信息被调制
(移动通信中的调制解调
AM和FM
射频信号被用来传递信息,信息有可能是音频,数据或者其他格式,该信息被调制
(modulate)到载波信号上,并通过射频传送到接收器,在接收器端,信息从载波上分离
出来,这个被称为解调(demodulation)。而载波本身并不带有任何信息。
调制方法多种多样,简单的一般有幅度调制,频率调制和相位调制,尽管调频和调
相本质上是相同的。每种调制方法都有其有缺点。了解每种调制方法的基础是很重要的,
尽管大家更为关注的是移动通信系统的调制方法。复****这些简单技术可以让大家对它们
的优缺点有更好的认识。
载波
无线通信的基础是载波,基本的载波如下图所示,这个信号在发射器部分产生,并
不带有任何信息,在接收器部分也作为不变的信号出现。
调幅
调制最显而易见的的方式就是调幅了,通过调整信号幅度大小传递信息。
简单的调制是最OOK(on–offkeying,开关键控),载波以开关的形式传递信息。
这个是数字调制的基础,并用在传递莫斯(Morse)电码上面,莫斯在早期的“无线”
应用上广为采用,通过开或关的长度传递码元。
在音频或其他领域应用更为常见的是,整个信号的幅度通过载波体现,如下图,这
个被称为幅度调制(AM)。AM解调音频信号的过程十分简单,只需要一个简单的二极管包络检波电路就可以实
现,如图3-3,在这个电路中二极管只允许无线信号的半波通过,一个电容被作为低通
滤波器来去除信号的高频部分,只留下音频信号。这个信号直接通过放大后输出至扬声
器。该解调电路十分简单和易于实现,在目前的AM收音机接收上面还在广泛采用。
AM解调过程同样可以用更为有效的同步检波电路实现。如图3-4,射频信号被本地
载波振荡信号混频。该电路的优点是比二极管检波器有更好的线性度,而且对失真和干
扰的抵抗比较好。产生本振信号的方法很多,其中最简单的就是把接收到的无线信号通
过高通滤波器,从而滤掉调制信号保留精确频率和相位的载波,再与无线信号混频滤波
就能得到原始音频信号。AM具备实现简单的优势,不过并不是最有效的方式,在频谱利用率和功耗方面均是
如此。因此该方式在通信领域极少采用,一般只在VHF频段空中通信中采用。然而,AM
在长、中、短波广播领域采用较多,因为其低成本和简单性。
为了表明其低效率,我们需要看看AM操作的原理,当一个射频信号被一个音频信
号调制时,波形会改变,在全调制过程中,调制后信号幅度会从零升到最高,而幅度升
高到峰值时会达到载波信号幅度的两倍,这样很容易造成失真因为包络信号不能低于0。
因为这种方法调制深度最大,所以叫做100%全调制。
即使在全调制模式,功耗利用率下也很低。当载波被调制,频谱中两边都会产生边
带,边带包含了音频信号的信息。我们可以举例阐述功耗消耗的情况,比如1kHz的语
音信号在载波上进行调制,这样频谱上会在载波两边出现两个频带,如图3-6,当载波
被全调制,接收的调制信号的幅度等于载波信号幅度的一半,既是功耗也等于载波信号
的一半。换句话来说,边带信号的能量等于载波信号能量的一半,而每个边带只有载波
能量的1/4。这样对于一个100W的发射机来说,载波能量为50W,每个边带为25W,调
制过程中载波信号的功耗是恒定的,而在解调过程中需要一个载波信号。我们只需要一
个边带作为有用的信号,所以总的效率等于50/150,只有三分之一的能耗得到了有效利
用。AM不仅浪费能耗,而且频谱利用率不高。如果例子中的1kHz信号被普通的音频信
号取代,中频两边的频谱都会被该音频信号的频带占据,如图。因此需要的频段是传输
信号频段的两倍。在短波信号非常拥挤的今天,这样使非常浪费的,因此目前在该频段
内的一些无线传输都采用其他更有效率的调制方法。
比如说,可以采用单边带(SSB)调制。通过去掉一个边带,可以使带宽减半,更
加有效率,载波也可以由接收器获得用来解调。
不过不管AM还是SSB都无法在移动电话里采用,尽管一些场合用到了AM加相位调
制。
调制指数
调制指数也被称为调制深度的定义十分重要,用百分比来表示,如下式:调制深度不会超过1,否则包络就会出现失真,信号会出现额外的频谱,造成干扰
信号。
FM调频
AM是非常简单的调制方式,而通过改变频率的FM调制也一样。如下图,载波信号
被调制后,频率会随着信号源电压变化。
调制信号频率变化的范围很重要,这个被称为偏离(d