【通信原理第3篇】 https://m./group/6648513981717676557/?iid=58051815856&app=news_article×tamp=1548245894&group_id=6648513981717676557&abtest_id=1 班长说:我们通过声音、面部表情、手势向他人和外界传达信息,这些都是人与人之间的沟通方式。通信技术研究将信息从一个地方发送到另一个地方。本篇开始,班长将与大家讨论各种类型的调制,这是任何通信技术的基础。在我们开始这个话题之前,我们先聊一聊为什么需要调制。 调制的目的调制可以定义为用信号改变载波某些特性的过程,就是把信号转换成适合在信道中传输形式的一种过程。可以分为基带调制和载波调制(也称为带通调制),正常我们所说的调制均指载波调制。 图1 调制过程 载波调制就是用调制信号控制载波信号参数的过程,常见的名词有:
很多同学在这里有个误区!总是认为载波是调制信号,然后去调制我们的输入信号。其实恰恰相反,我们的载波是规则的、整齐的信号,它才是被调制的对象哦! 好好的基带信号,为什么要动它? 在无线通信中,信号以电磁波形式通过天线辐射出去,这里存在一个理论:如果要获得较高的辐射效率,天线的尺寸必须与发射信号波长差不多,一般天线长度应大于波长的1/4!这就麻烦了,正常的基带信号频率是很低的,那么它的波长必然很长。 图2 不同频率不同波长 想想看,如果一个基带信号2KHz,那么直接通过天线辐射传输,至少需要17公里的天线,很明显搞不定! 所以通过调制,把基带信号的频谱搬移至较高的载波频率上,天线尺寸就下降了。 比如说GSM的900MHz频率,天线尺寸仅为8cm。 一旦调制搬移了,哈哈,这样操作空间就大咯,把你搬到哪,我们说了算!所以我们可以同时传输多路基带信号,只要搬移到不同的频段,我们就可以区分出! 再有,调制到哪?直接影响这个信号的抗干扰与衰落能力! 所以调制对通信系统的有效性与可靠性有着很大的影响与作用,采用什么样的调制方式,直接影响通信系统的性能。 图3 收音机上的调幅AM 调制可以分为多种:
本篇先从幅度调制开始考虑一个载波信号 这里Ac是载波的振幅,fc是载波频率。我们的基带信号、调制信号、消息信号、信息承载信号,都是一个意思啊,就是我们要传输的信号,叫做m(t)。幅度调制Amplitude-Modulated (AM),就是使载波c(t)的振幅随着输入信号m(t)变化的过程,可以写成: s(t)是已调信号,ka是一个常数,把它叫做调制器的调制系数,它决定了调制信号s(t)。c(t)经过调制后,频率、相位没有改变,振幅变了,所以这是幅度调制。 参看下图,考虑一个问题,如果Ac=1,|kam(t)|<1,那么kam(t)cos(2πfct)的取值必然在[-1,1]范围内,这样再加上cos(2πfct),整个s(t)也必然在[-2,2]之间;但是如果|kam(t)|>1,那么cos(2πfct)被抬高肯定超过2了,底部也会越过横坐标轴! 产生了混叠!这样叫做相位反转! 图4 调制、载波与已调信号 一般情况下fc的频率远大于调制信号m(t)最高频率分量W,即fc>>W,W我们也称为基带信号的带宽Message Bandwidth。 我们的接收端,通过使用包络检测器实现AM波的解调,后续会讨论包络检测的过程。 现在讨论AM波频域表示,根据前期学习内容,我们可以直接得出s(t)的频谱,即傅里叶变换。 这个结果使用了三个公式,即欧拉公式、复指数信号的傅里叶变换 以及傅里叶变换的频谱搬移特性 相关文章:傅里叶变换:傅里叶级数到FT变换,离散到连续的演变 傅里叶变换:频谱搬移,尺度变化很难理解?其实就是FT的基本性质 我们画出S(f)的示意图 图5 AM调制信号与已调信号的频谱 M(f)是m(t)的频谱,最大频率分量是W。这里为什么出现负频率,各位可以思考下,之前的文章也说过“负频率”的事情。 相关文章:傅里叶级数:看似不相关的相似 三角函数转化为复指数形式 S(f)为AM信号的频谱,很明显是关于fc左右对称的,左边的频率区间我们叫做下边带,右边的频率区间我们叫做上边带。S(f)的带宽为2倍的W,即2W。现在可以初步看出来,为什么要fc>>W了吧,如果二者差不多大小,很容易出现频率混叠。 总结通信中,调制的主要目的是便于在通信信道(例如无线信道)上传输信息承载信号。在模拟调制系统中,这是通过改变正弦载波的振幅或角度来实现的。在此基础上,我们可以将模拟调制分为两大类:幅度调制和角度调制。
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