电子科技大学：《测试信号分析与信息处理 Testing Signal Analysis and Information Processing》课程教学资源（课件讲稿）第六章 调制与解调

SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 第六章调制与解调 一、调制与解调的作用与本质 二、幅度调制(AM) 三、频率调制(FM) 机越与电气工程学院

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 第六章 调制与解调 一、调制与解调的作用与本质 二、幅度调制（AM） 三、频率调制（FM）

SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 一、调制与解调的作用与本质 (一)调制与解调的作用 通过调制、放大、滤波、微积分、乘方开方等运算，↓ 以获得信号的 某些特征值，如均值、自相关函数、功率谱函数。 ①传感器（测温、力、位移）输出信号多为低频缓变微弱信号，如 采用交流放大，则需要先调制。 2 电容、电感传感器采用了调频电路，属于调频信号。 ③ 传感器的截断、加窗处理，属于一种幅度调制。 ④ 混响信号处理中，由于回声效应引起信号的叠加，乘积，卷积等 现象，其中乘积为调幅现象。 机越与电气工程学院

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering （一）调制与解调的作用 通过调制、放大、滤波、微积分、乘方开方等运算，以获得信号的 某些特征值，如均值、自相关函数、功率谱函数。 ① 传感器（测温、力、位移）输出信号多为低频缓变微弱信号，如 采用交流放大，则需要先调制。 ② 电容、电感传感器采用了调频电路，属于调频信号。 ③ 传感器的截断、加窗处理，属于一种幅度调制。 ④ 混响信号处理中，由于回声效应引起信号的叠加，乘积，卷积等 现象，其中乘积为调幅现象。 一、调制与解调的作用与本质

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering (二)调制与解调的本质 时域：用一个低频信号（调制信号)对一个高频信号（载波）某一特 征参量进行的控制，继而输出调制波。所以调制的过程在时域就是使 载波的某一特征参量随调制信号的变化而变化的过程。 频域：是一个频移过程。调制/解调是将低频信号的传送变为高频信号 的放大传送，因此它将有效抑制低频干扰和直流漂移。 机越与电气工程学院

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering （二）调制与解调的本质 时域：用一个低频信号（调制信号）对一个高频信号（载波）某一特 征参量进行的控制，继而输出调制波。所以调制的过程在时域就是使 载波的某一特征参量随调制信号的变化而变化的过程。 频域：是一个频移过程。调制/解调是将低频信号的传送变为高频信号 的放大传送，因此它将有效抑制低频干扰和直流漂移

SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 二、幅度调制（调幅，AM) (一)调幅过程 将一高频正（余）弦信号（或称载波）与测试信号在时域相乘， 使载波信号幅值随测试信号的变化而变化一幅度调制。 x(t) 调制器 +xm(t)调幅波 载波z(t)=cos(2πf6t) 机城与电气工程学院

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 二、幅度调制（调幅，AM） 将一高频正（余）弦信号（或称载波）与测试信号在时域相乘， 使载波信号幅值随测试信号的变化而变化 —— 幅度调制。 （一） 调幅过程

SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 由傅里叶变换：时域相乘三频域卷积 x(t)·z(t)=X(f)*Z(f) 载波z(t)=cos(2πfot)是一对脉冲频谱： cos(2πfot)=26f-fo)+2δf+fo) 因此，调幅过程： xm(t)=x(t)·z(t)=x(t)·cos(2πfot)= 2X()*6U-f6)+X*60f+f) 一个信号被余弦调制，则频谱变成原信号频谱平移至载波频率处， 且幅值减半一 频率搬迁+幅值减半过程。 机越与电气工程学院

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 由傅里叶变换：时域相乘 ⇌ 频域卷积 𝑥 𝑡 • 𝑧 𝑡 ⇌ 𝑋 𝑓 ∗ 𝑍 𝑓 载波𝑧 𝑡 = cos 2𝜋𝑓0𝑡 是一对脉冲频谱： cos 2𝜋𝑓0𝑡 ⇌ 1 2 𝛿 𝑓 − 𝑓0 + 1 2 𝛿 𝑓 + 𝑓0 因此，调幅过程： 1 2 𝑋 𝑓 ∗ 𝛿 𝑓 − 𝑓0 + 1 2 𝑥𝑚 𝑋 𝑓 ∗ 𝛿 𝑓 + 𝑓0 (𝑡) = 𝑥(𝑡) • 𝑧(𝑡) = 𝑥(𝑡) • cos 2𝜋𝑓0𝑡 ⇌ 一个信号被余弦调制，则频谱变成原信号频谱平移至载波频率𝑓0处， 且幅值减半 —— 频率搬迁 + 幅值减半过程

机城车到工学 SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 调幅过程一 时域相乘，频域搬迁至高频 1/2 1/2 X()4 12 (a)时域波形 (b)须域诰图 机越与电气工程学院

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 调幅过程 —— 时域相乘，频域搬迁至高频

SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering (二)同步解调 将调幅波与解调信号（同频同相于载波）时域相乘，并以低通滤波器 滤掉中心频率为2f的高频成分，即可复现原信号（频谱）。 xm(t) 解调器 低通 x(t) 乘法器 Filter z(t)解调信号 低通滤波器滤掉 xm(因z0=2x)+保Xf+20)+年X-2f) 机越与电气工程学院

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering （二）同步解调 将调幅波与解调信号（同频同相于载波）时域相乘，并以低通滤波器 滤掉中心频率为2𝑓0的高频成分，即可复现原信号（频谱）。 𝑥𝑚(𝑡) • 𝑧(𝑡) ⇌ 1 2 𝑋(𝑓) + 1 4 𝑋(𝑓 + 2𝑓0) + 1 4 𝑋 𝑓 − 2𝑓0 低通滤波器滤掉

机城车到工学 SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 同步解调过程—一 时域相乘，频域搬迁至低频 X(f)4 Z04 1/2 1/2 6 0 6 0 6 X(D( 1/2 低通 1/4 1/4 -26 0 26才 机越与电气工程学院

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 同步解调过程 ——时域相乘，频域搬迁至低频 1/2

机械与电气工程学院 飞际 School of Machanical and Elcetrical Engineering (三)抑制调幅与非抑制调幅 抑制调幅一 x(t)·z(t)存在过零处极性变化，即x(t)过零处， xm(t)相对于载波z(t)有180°相位变化。故需要同步解调复原。 非抑制调幅 偏置调幅（迭加直流电平上抬信号），便于使 用包络检波法（整流检波），使解调更简单。 (a) (b) (c) (d) (e) ( 机越与电气工程学院

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering （三）抑制调幅与非抑制调幅 抑制调幅 —— 𝑥(𝑡) • 𝑧 𝑡 存在过零处极性变化，即𝑥(𝑡)过零处， 𝑥𝑚(𝑡)相对于载波𝑧 𝑡 有180°相位变化。故需要同步解调复原。 非抑制调幅 —— 偏置调幅（迭加直流电平上抬信号），便于使 用包络检波法（整流检波），使解调更简单

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 非抑制调幅过程一 用一般整流滤波（包络法检波）即可复原信号x(t) 4x(t) 载波 xm(t)=[A+x(t)]cos(2nfot)=A[1+mx(t)]cos(2nfot) 偏置直流电平 测量信号 m≤1调幅指数（相当于缩小原信号) 机城与电气工程学院

机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 非抑制调幅过程 —— 用一般整流滤波（包络法检波）即可复原信号𝑥(𝑡) 𝑥𝑚 𝑡 = 𝐴 + 𝑥 𝑡 cos 2𝜋𝑓0𝑡 = 𝐴 1 + 𝑚𝑥 𝑡 cos 2𝜋𝑓0𝑡 偏置直流电平 测量信号 载波 𝑚 ≤ 1调幅指数（相当于缩小原信号）