变频调制：载波通信系统中的基本原理

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：在载波通信系统中，发送端有一个变频调制器和带通滤波器对原始信号进行处理，接收端则用同样的变频调制器对接收到的信号进行解调。信号的调制/解调过程如下：发送话音信号经载频fc调制后，输出上、下边带及其他频率成分。

1.非线性元件的变频作用

信号频谱的搬移是利用半导体二极管、三极管等非线性元件对信号进行变频调制的结果。以二极管为例，其伏安特性用数学描述为

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图6-1　三路信实现频分复用

式中 u1、u2、u3——施加在二极管两端的电压；

a0、a1、a2、a3——由特性曲线的形状及所选择工作状态所决定的系数。

进行工程分析时，一般取前三项即可。

当将两个不同频率的正弦信号uF=UFsinωt和uf=Ufsinωct同时加到二极管时，二极管端电压为u=UFsinωt+Ufsinωct，代入式（6-2）得

整理得

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由式（6-3）可见，输出信号中包含了多个频率成分。其中有输入信号频率ω、ωc，它们的倍频2ω和2ωc，以及差频（ωc-ω）、和频（ωc+ω），通常将差频称为下边频，和频称为上边频。

显然，若按式（6-1）进行分析，将有更多频率成分出现，只不过其幅度很小，分析中可忽略不计。

2.调制原理

若输入信号uF是一个角频率为ω，即频率为F的单边信号。如果uF是一个原始的话音信号，其频带为0.3～3.4k Hz，则输出信号中将包含原始信号0.3～3.4k Hz及fc（作为载频），以及倍频2×（0.3～3.4）k Hz、2fc、上边带fc+（0.3～34）k Hz和下边带fc-（0.3～3.4）k Hz。上、下边带信号所具有的频率范围虽然与原始信号不同，但它都保持着原话音信号的振幅及频率特性，这正是对信号进行变频调制后要利用的部分。

在载波通信系统中，发送端有一个变频调制器和带通滤波器对原始信号进行处理，接收端则用同样的变频调制器对接收到的信号进行解调。

信号的调制/解调过程如下：发送话音信号经载频fc调制后，输出上、下边带及其他频率成分。带通滤波器取出上边带fc+（0.3～3.4）k Hz，其他成分被抑制。上边带信号经线路传输到接收端后，送入与发送端调制器相同的变频电路（解调器）。解调器使用的载频频率与调制器相同，均为fc。因此，解调器输出的上、下边带信号分别为fc+[fc+（0.3～3.4）]= [2fc+（0.3～3.4）]k Hz和[fc+（0.3～3.4）]-fc=0.3～3.4k Hz。显然，其下边带信号就是原话音信号，用截止频率为3.4k Hz的低通滤波器滤除其他成分，就使原话音信号得以恢复。

由上可知，信号在载波系统中传输过程，其核心就是对信号的调制和解调过程，而调制的主要目的则是把话音信号的频带搬移到适合线路传输的频段。

3.单边带传输方式（SSB）

由上面分析可知，调制以后，除产生上、下边带信号以外，还有载频分量fc。上、下边带信号都包含了被调信号信息，而载频分量不包含被调信号信息，仅起到运载信息的作用。

为了传输信息，从原理上讲，可以将上、下边带和载频分量全部传往接收端，这种方式称为双边带传输（DSB）。DSB方式的优点是调制器简单，易于制造，但它占用线路频带宽，载频分量又占据了调制信号的绝大部分功率。因此，在现代的载波通信系统中，一般都采用单边带方式，即只传输一个边带（上边带或下边带）。

SSB方式的优点是：占用信道频带窄，从而可在一定的频带内传输更多的话路；由于抑制了载频分量，节约输出功率，使设备容量能得到充分利用；因占用频带窄，故外来干扰也相应减小。

变频调制：载波通信系统中的基本原理

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