调制和上变频

调制和上变频

第一部分：常规调制

第二部分：正交调制

第三部分：上变频及FPGA实现

一．概论

调制：是把信号转换成适合在信号中传输的形式的一种过程。

调制目的：提高发射效率，提高信道利用率，扩展信号带宽。

调制分类：依据调制信号和载波来确定。模拟连续波调制、数字连续波调制、模拟脉冲调制、数字脉冲调制。

二．模拟连续波调制

模拟连续波调制分为线性调制和非线性调制。“线性”是指频域内频谱的搬移，本质上任何调制都是非线性的。幅度调制如AM，USB，LSB，ISB，DSB都属于线性调制，角度调制FM属于非线性调制。

幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。设正弦载波为：

c(t)Acos(ct0)

式中：A为载波幅度，c为载波角频率，0为载波初始相位。研究调幅信号，可以假定0=0。

幅度调制信号一般可表示成：

smAm(t)cosct

式中：m(t)为基带调制信号。

我们导出sm信号在频域中的表达式，AA2()，m(t)M()，

cos(ct)[(c)(c)]，

f1(t)f2(t)1F1()F2()2。所以有：

smA2()11M()[(c)(c)]22

A[M(c)M(c)]= 2

图1、图2给出了调制信号和已调信号的频谱。变换到频域后可以看出线性调制的含义，并且注意负频率部分也存在镜像频谱，但无物理意义，两边频谱关于0频轴对称。

M()H0H

图1：基带信号m(t)的频谱

sm()上边带下边带下边带上边带c0c

图2：已调信号sm的频谱

1） AM调制

假设调制信号m(t)均值为0，将其叠加一个直流偏置A0后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表达式为：

sAM(t)[A0m(t)]cosctA0cosctm(t)cosct

调制模型如图3

m(t)sm(t)A0cosct

图3：AM调制模型

频域表达式为：

1SAM()A0[(c)(c)][M(c)M(c)]2

载波10-110调制信号m(t)210加直流A0+m(t)0500已调信号sAM1000-10500调制信号频谱1000-10200400600800已调信号频谱10.520-210.5050010000-202x 1040-50x 1054

图3：AM信号的波形和频谱

由波形条件可以看出：当满足条件：

m(t)maxA0

时，AM的包络与调制信号m(t)的形状相同，当相等时调制指数为100%，采用包络检波可以恢复原始信号。出现过调幅时，采用同步检波可以解调出原始信号。

AM信号频谱由载频分量、上边带、下边带三部分。带宽是基带信号带宽fH的2倍，即：

BAM2fH

AM信号功率为：

22PAMsAM(t)[A0m(t)]2cos2ctA0cos2ctm2(t)cos2ct2A0m(t)cos2ct

由于m(t)的均方值为0，因此：

PAMA02m2(t)PcPs22

A02m2(t)PsPc2为边带功率。 2式中：为载波功率；

调制效率：

AM2PsAmm2(t)2222PAMA0m(t)2A0Am

当调制信号为单音余弦信号m(t)Amcosmt时，在100%调制度下有最大效率为：1/3。因此AM信号的功率利用率低。

实际上激励器AM调制信号的功率要等于CW信号的功率，则在100%调制度下，AM信号上下边带功率之和等于载波功率的一半。即假设CW出0dBm幅度，则AM的载波幅度为-1.77dBm，两个边带幅度为-7.77dBm，边带比载波低6dB。

2） DSB调制

在AM调制中，载波分量并不携带信息，信息由边带传送。如果在AM调制模型图3中将直流A0去掉，即可得到抑制载波双边带调制。其时域表达式为：

sDSB(t)m(t)cosct

频域表达式为：

1SDSB()[M(c)M(c)]2

其波型和频谱如图4所示。

DSB已调波形10.50-0.5-10100200300400DSB频谱0.40.20-5-4-3-2-1012345x 104500600700800

图4：DSB波形和频谱

DSB信号的调制效率是100%，即全部功率用于信息传输，但需采用相干解调。调制后带宽仍是调制信号带宽的2倍。

3） SSB调制

单边带调制是将双边带信号中的边带滤掉而形成的。根据滤除方法不同，可以分为滤波法和相移法。

a． 滤波法

直观上，先产生DSB信号，然后通过滤波器滤掉一个边带，即可得到SSB信号。

采用2个带通滤波器，或者采用高通和低通滤波器都能够达到要求，其原理框图如图

5所示。

m(t)sDSB(t)H()sSSB(t)载波c(t)

图5：滤波法SSB信号调制器

数字滤波器有FIR和IIR两大类，滤波器的阶数与过渡带相对于射频采样率的归一化值有关，显然FIR滤波器实现边带滤波无能为力，只能采用IIR滤波器。对于相位敏感的调制方式必须使用全通网络对其非线性相位特性进行相位校正，保证群时延特性近似恒定。下面我们给出滤波法的Matlab仿真，并且给出了经过相位校正后的相频图。

b． 相移法

4） ISB调制

5） 线性调制系统抗噪声性能

6） 角度调制