信号调制解调电路教学课件

信号调制解调电路探讨信号调制解调的工作原理和应用包括模拟和数字调制技术以及相应的解调,,电路设计通过理解关键概念和电路拓扑为有效设计通信系统奠定基础,课程大纲课程大纲总览课程主要内容课程重点与延伸本课程将全面介绍信号调制解调电路的基本•调制的概念与原理针对当前信号处理领域的热点与趋势,本课原理与常见技术从模拟调制到数字调制帮程还将探讨未来信号调制解调技术的发展方,,常见的调制技术•助学生掌握信号处理的核心知识向为学生拓展知识视野,模拟调制技术如、、•AM FM PM数字调制技术如、、•ASK FSK PSK解调电路的设计与应用•调制的概念与原理信号调制调制的作用将信息信号通过幅度、频率或相调制可以提高信号传输的效率扩,位等参数来调制载波信号以便进大信号频带并通过选择不同的载,,行传输和接收的过程波信号实现频道复用基本原理调制过程是利用信号参数来改变载波信号的参数而解调过程则是恢复原始,信息信号常见的调制技术振幅调制频率调制相位调制脉冲调制AM FMPM PM通过改变载波信号的振幅来传通过改变载波信号的频率来传通过改变载波信号的相位来传通过改变脉冲参数幅度、位置输信息，是最早发明的调制技输信息能更好地抑制噪声干扰输信息在数字通信中广泛应用、宽度等来传输信息常用于语,,,术之一音和图像传输振幅调制AM原理1振幅调制是通过改变载波信号的振幅来传输信息的一种调制方式调制过程中保持载波频率和相位不变优点2实现简单电路结构简单功耗低接收器设计也相对简单,,,应用3广播电台、调频收音机、老式电视机等都采用了调制技术AM双边带调制载波信号1用于调制的正弦波信号信息信号2需要传输的音频或视频信号双边带调制3将信息信号乘以载波信号双边带调制是最简单的调制方式之一通过将信息信号直接乘以载波信号得到产生的调制波同时包含上下两个边带这种方式传输效率较,,低但电路结构简单常用于短距离通信,,单边带调制基本原理1利用调制器选择性滤波得到仅有一边带信号的调制技术优点2频谱利用率高、抗干扰能力强、功率效率高应用3广泛应用于无线电话、无线电广播等领域单边带调制技术利用调制器的选择性滤波特性将原始双边带调制信号滤除一个边带只保留一个边带信号传输这种方法不仅能够提高频,,谱利用率还能够提高抗干扰性能和功率效率因此广泛应用于无线电话、无线电广播等领域,,残余载波调制保留部分载波提高带宽利用率接收解调便捷在双边带调制中只保留原载波的一部分与双边带调制相比残余载波调制能够更残余载波在接收端可方便地用作同步解调,,信号称为残余载波调制有效地利用频谱带宽参考信号,频率调制FM基本原理频率调制是将信号调制到载波频率上的一种方法它通过FM改变载波频率来传输信息而不是改变幅度,优点调制对噪音和干扰更加鲁棒可以提高信号的信噪比同时它FM,也具有更高的频带利用率应用场景调制广泛应用于无线电通信、音频广播、电视广播、雷达等FM领域是一种非常重要的调制技术,基本原理信号表示调制过程12频率调制信号可以用波形上的通过改变载波频率来跟随信号瞬时频率变化来表示信息内容变化实现频率调制解调原理3解调器可以将频率变化转换为电压变化从而恢复出原始信号调制电路FM频率调制电路通过改变载波信号的频率来实现信号的调制其中关键部件FM包括振荡器、调制放大器等通过控制振荡器的参数可以实现载波频率随输入,信号变化的效果从而完成频率调制,调制电路具有抗噪性强、动态范围广等优点广泛应用于无线电通信、音频广FM,播等领域相位调制PM相位变化1调制信号引起载波相位发生连续变化信号表示2利用相位变化对信号进行编码解调原理3通过相位检测还原出原始信号相位调制是一种常见的模拟调制技术它通过改变载波信号的相位来实现信号的编码和传输相位调制可以用于Phase Modulation,PM,语音通信、雷达、广播等多个领域具有抗干扰能力强、频谱利用率高等优点,相位调制的基本概念定义特点相位调制是一种将信号调制到载波的相相位调制具有频谱窄、抗干扰能力强、功耗低等优点它广泛应Phase Modulation,PM位上的技术它通过改变载波的相位来表示信号信息用于雷达、无线电通信等领域相位调制电路相位调制通过改变载波信号的相位来实Phase Modulation,PM现调制相位调制电路主要包括相位移相器和幅度调节器两部分相位移相器利用电路或晶体振荡器等产生相位移动的载波信LC号幅度调节器则用于控制载波信号的幅度通过调整相位移动和,幅度就可以实现对信号的相位调制,脉冲调制PM脉冲编码调制PCM脉冲宽度调制PWM采用数字化的方式对模拟信号进行编码,是最广泛应用的数字通信技术之通过调整脉冲的宽度来编码信号,更加适合于数字系统的应用一123脉冲位置调制PPM通过改变脉冲的出现时间来编码信号,可以实现高精度的模拟信号传输脉冲幅度调制PAM采样1以恒定频率对连续时间信号进行取样保持2采样后采用保持电路保持信号幅值量化3将保持信号幅值量化为有限个离散电平编码4将量化后的电平用二进制编码表示脉冲幅度调制是一种模拟信号的数字化表示方法它先对连续时间信号进行周期性采样然后保持采样值并Pulse AmplitudeModulation,PAM,,将其量化为有限个离散电平最后用二进制编码表示系统的关键在于采样、保持和量化三个步骤,PAM脉冲位置调制PPM调制信号1基于时间轴的脉冲信号信息编码2通过调整脉冲时间位置编码信息解调接收3检测脉冲时间偏移解码还原信息脉冲位置调制是一种常见的脉冲调制技术它通过调整输入信号所产生的脉冲在时间轴上的位置来传Pulse PositionModulation,PPM输信息具有抗干扰能力强、信号传输可靠等优点在工业控制、遥控系统等领域广泛应用PPM,脉冲编码调制PCM信号量化将模拟信号离散化成数字信号,并划分成多个量化级别编码将量化后的数字信号转换成二进制编码表示时间采样以一定的采样频率对数字信号进行时间上的离散化采样传输与解码将编码后的数字信号进行传输,在接收端进行解码还原为模拟信号数字调制技术振幅移键频移键ASK FSK由于其简单性和实施方便是使用两个不同的载波频率来,ASK FSK最基本的数字调制技术通过振表示二进制数字和相比01幅的变化来表示不同的二进制数具有更高的抗噪声能力ASK,FSK字相移键PSK通过改变载波波形的相位来表示二进制数字与相比对信号PSK ASK,PSK失真和噪声的抗干扰能力更强振幅移键ASK振幅调制1使用信号幅值变化来表示数字信号ON-OFF键2通过开关信号的方式实现简单的振幅移键优点3电路简单易于实现,缺点4抗噪声能力较差抗干扰性不强,振幅移键（）是一种简单的数字调制技术利用信号的振幅变化来传输数字信号其采用开关信号的方式在通道中传输和虽然电路简ASK,,01ASK单但其抗噪声能力较弱不适合在恶劣环境下使用因此实际应用中常与其他调制技术结合使用,,频移键FSK基本原理1频移键是一种数字频率调制Frequency ShiftKeying,FSK技术通过在两个不同频率之间进行切换来表示二进制数据,0和1波特率与频率偏移2波特率越高频率偏移也需要越大以确保良好的抗干扰性能,,一般偏移频率为波特率的到10%20%优缺点3具有抗干扰能力强、实现简单、成本低廉等优点但频带利FSK,用率较低不适用于高速数据传输,相移键PSK相位状态1不同数字信号对应不同相位状态相位检测2通过相位差检测接收信号优势特性3抗干扰能力强频谱利用率高,相移键调制是一种常见的数字相位调制技术它通过不同的相位状态来代表不同的数字信号接收端通过检Phase ShiftKeying,PSK测相位差来恢复原始信号具有抗干扰能力强和频谱利用率高等优点广泛应用于通信系统中PSK,解调电路振幅检波1振幅调制信号的解调通常使用振幅检波电路这种电路能AM提取调制信号并还原原始信号频率相位检波/2频率调制和相位调制信号的解调需要使用频率检波器FMPM或相位检波器这些电路能检测调制信号的瞬时频率或相位变化数字解调3数字调制技术如、和需要数字解调电路这些电ASK FSKPSK路能区分离散信号状态并提取原始数据信息振幅检波器振幅检波器是一种基本的解调电路用于从调制信号中提取原始信号它通过检,测和整流调制信号的正半周期或负半周期来实现解调这种简单有效的方式在广播收音机等广泛应用AM振幅检波器具有结构简单、制造成本低、性能良好等特点是调制解调电路设计,的基础它为后续更复杂的解调电路奠定了基础频率相位检波器/频率检波器相位检波器广泛应用频率检波器是一种将频率调制信号转换为相相位检波器是一种将相位调制信号转换为相频率相位检波器广泛应用于无线通信、雷/应的直流电压的电路它通过检测信号的零应的直流电压的电路它通过检测信号与参达系统、测量仪表等领域是信号调制解调,交叉点来提取频率信息考信号的相位差来提取相位信息电路中重要的组成部分数字解调电路数字信号处理中的解调电路主要包括幅度键控、频率键控ASK和相位键控等解调方式这些方法通过检测数字信号FSKPSK的幅度、频率或相位变化来还原原始信息解调电路的设计关键在于快速检测数字信号变化并实现低误码实例分析调制电路调制电路数字调制电路AM FM以调制器为例该电路采用调制器利用振荡器实现以为例该电路采用双稳AM,FM LCBPSK,变压器和二极管实现对输入信频率变化并通过相移电路将态触发器电路通过反转输入,,号的振幅调制通过调节变压频率变化转换为相位变化从信号的相位实现和度相,0180器与输入信号的耦合系数可而完成频率调制该电路设计位之间的切换从而完成相移,,以控制最终输出的调制度的关键在于保证输出信号频谱键控调制电路设计需注重噪的线性和稳定性声抑制和同步技术总结与展望信号调制解调技术的发应用领域的拓展12展随着通信技术的广泛应用信号,经过多年的技术进步信号调制调制解调电路将服务于更多行,解调技术已经实现了从模拟到业为各种智能设备和物联网系,数字的转型未来将继续朝着更统提供支持,高效、更智能的方向发展性能的不断优化集成化发展趋势34通过新型电路设计和器件应用未来信号调制解调电路有望实,信号调制解调电路的功耗、体现更高集成度进一步提高系统,积、成本等指标将得到持续改的可靠性和性能善。