1、第第7章章 調制解調與通信系統(tǒng)調制解調與通信系統(tǒng)通信機基本結構通信機基本結構射頻級基本結構射頻級基本結構發(fā)射部分發(fā)射部分接收部分接收部分天線公用器天線公用器發(fā)送發(fā)送接收機結構接收機結構 完成基帶信號對載波的調制完成基帶信號對載波的調制 通帶信號（已調波）通帶信號（已調波）將通帶信號搬移到所需的頻段將通帶信號搬移到所需的頻段上變頻上變頻放大到足夠的功率并發(fā)射放大到足夠的功率并發(fā)射不干擾相鄰信道不干擾相鄰信道限制頻帶限制頻帶主要指標：頻譜、功率、效率主要指標：頻譜、功率、效率產生正弦載波產生正弦載波射頻發(fā)射級的基本組成及完成功能射頻發(fā)射級的基本組成及完成功能從眾多的電波中選出有用信號從眾多的電波中

2、選出有用信號選頻、濾除干擾選頻、濾除干擾將微弱信號將微弱信號放大到解調器所要求的電平值放大到解調器所要求的電平值放大放大將通帶信號變?yōu)榛鶐盘枌⑼◣盘栕優(yōu)榛鶐盘?解調解調接收機的主要指標：接收機的主要指標：靈敏度、選擇性靈敏度、選擇性射頻接收級的基本組成及完成的功能射頻接收級的基本組成及完成的功能 選用合適的調制和解調方式選用合適的調制和解調方式 抗干擾性能好、頻帶利用率高、功率有效性好抗干擾性能好、頻帶利用率高、功率有效性好 接收機選出有用信道抑制干擾接收機選出有用信道抑制干擾 難點難點已調信號載頻高、信道窄已調信號載頻高、信道窄 接收機的靈敏度和線性動態(tài)范圍接收機的靈敏度和線性動態(tài)范圍

3、 發(fā)射機的高效率不失真的功率放大器發(fā)射機的高效率不失真的功率放大器 限制發(fā)射信號對相鄰信道的干擾限制發(fā)射信號對相鄰信道的干擾 天線收發(fā)轉換器的損耗小，隔離性好天線收發(fā)轉換器的損耗小，隔離性好設計接收機和發(fā)射機的射頻部分時應解決的關鍵問題設計接收機和發(fā)射機的射頻部分時應解決的關鍵問題AM發(fā)射機發(fā)射機 按調制功率電平按調制功率電平低電平低電平AM發(fā)射機發(fā)射機高電平高電平AM發(fā)射機發(fā)射機 按調制方式按調制方式射頻直接調制發(fā)射機（零中頻調制發(fā)射機）射頻直接調制發(fā)射機（零中頻調制發(fā)射機）間接調制發(fā)射機間接調制發(fā)射機射頻射頻直接調制直接調制AM發(fā)射機發(fā)射機 信源信源: : 產生基帶信號產生基帶信號基帶放大

4、器：高輸入阻抗的線性電壓放大器基帶放大器：高輸入阻抗的線性電壓放大器緩沖放大器：線性放大器，對基帶信號進一步放大，使其足緩沖放大器：線性放大器，對基帶信號進一步放大，使其足以驅動調制器。以驅動調制器。1、低電平、低電平AM發(fā)射機發(fā)射機射頻振蕩器射頻振蕩器RFLO：高穩(wěn)定度晶振或頻率合成器。：高穩(wěn)定度晶振或頻率合成器。 RF放大器：多級放大器組成。第一級為緩沖級放大器：多級放大器組成。第一級為緩沖級,作作RFLO的的負載通常為高輸入阻抗的共集跟隨電路負載通常為高輸入阻抗的共集跟隨電路,保證保證RFLO不受負載影不受負載影響而穩(wěn)定振蕩。第二、三級是高增益放大器響而穩(wěn)定振蕩。第二、三級是高增益放大器

5、,將將RF振蕩信號放振蕩信號放大到足夠電平送入調制器。大到足夠電平送入調制器。調制器：調制器：AMAM調制器電路。調制器電路。RFPA： RFRF功效，保證功效，保證AMAM已調信號的不失真放大。已調信號的不失真放大。RF功放電路：將射頻振蕩信號放大到足夠功率電平后，送入功放電路：將射頻振蕩信號放大到足夠功率電平后，送入AM調幅功放電路。調幅功放電路。AM調幅功放電路：調幅功放電路： C類類RFPA，采用集電極發(fā)射極的雙重調幅，采用集電極發(fā)射極的雙重調幅方式方式。2、高電平、高電平AM發(fā)射機發(fā)射機AM發(fā)射機發(fā)射機間接間接調制調制AM發(fā)射機發(fā)射機原理：先將調制信號調制在較低的載頻原理：先將調制信

6、號調制在較低的載頻(付載波付載波)上上,然后把低載然后把低載頻的已調信號用混頻器上搬到射頻載波上。頻的已調信號用混頻器上搬到射頻載波上。中頻振蕩器中頻振蕩器IFLO/射頻振蕩器射頻振蕩器RFLO：高穩(wěn)度晶體振蕩器或頻率合：高穩(wěn)度晶體振蕩器或頻率合成器。成器。中頻放大器中頻放大器IFA：線性電壓放大器：線性電壓放大器信源、基帶放大、調制濾波：同低電平發(fā)射機。信源、基帶放大、調制濾波：同低電平發(fā)射機。上變頻器：混頻電路，混頻后由于是將中頻搬高至射頻，因此上變頻器：混頻電路，混頻后由于是將中頻搬高至射頻，因此必須加上取出上變頻的帶通濾波器。必須加上取出上變頻的帶通濾波器。功放功放PA和匹配網絡：和匹

7、配網絡：同低電平發(fā)射機的電路相同。同低電平發(fā)射機的電路相同。超外差接收機超外差接收機單次單次變頻外差式接收機變頻外差式接收機1 1、射頻調諧接收機、射頻調諧接收機缺點：缺點：1 1、接收帶寬隨接收、接收帶寬隨接收RFRF中心頻率而變化中心頻率而變化2 2、多個、多個RFARFA容易產生自激震蕩容易產生自激震蕩3 3、靈敏度不均勻、靈敏度不均勻優(yōu)點：優(yōu)點：1、簡單實用、簡單實用2、接收靈敏度相當高。、接收靈敏度相當高。 2、單次變頻超外差接收機、單次變頻超外差接收機RF部分：部分： 預選濾波器：寬調諧預選濾波器：寬調諧LC諧振回路帶通濾波器諧振回路帶通濾波器,中心頻率中心頻率fR對頻對頻帶進行初

8、始限制帶進行初始限制,去除不需要的去除不需要的RF進入接收機射頻放大器。進入接收機射頻放大器。 射頻放大器射頻放大器RFA：增大增益：增大增益,提高接受靈敏度、選擇性、信噪提高接受靈敏度、選擇性、信噪比比,有助于抑制鏡像頻率。有助于抑制鏡像頻率。單次單次變頻超外差式接收機統(tǒng)調原理示意圖變頻超外差式接收機統(tǒng)調原理示意圖本地振蕩和混頻：超外差接收的關鍵技術本地振蕩和混頻：超外差接收的關鍵技術變頻器功能：將接收到的射頻不失真的降低為一個固定的中頻變頻器功能：將接收到的射頻不失真的降低為一個固定的中頻IFIF關鍵部件：下變頻器關鍵部件：下變頻器變頻特點：變頻特點： 頻率降低頻率降低 頻譜結構不變頻譜結

9、構不變（1 1） 為了解決選擇性為了解決選擇性結果：射頻段選擇信道非常困難結果：射頻段選擇信道非常困難要求濾波器要求濾波器Q值極高值極高上行頻帶上行頻帶: 890: 890 915MHz915MHz（移動臺發(fā)、基站收）（移動臺發(fā)、基站收）下行頻帶下行頻帶: 935: 935 960MHz 960MHz（移動臺收、基站發(fā)）（移動臺收、基站發(fā)）每個信道每個信道: 200KHz : 200KHz GSM通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)特點：特點：信道帶寬信道帶寬遠比遠比載頻小載頻小射頻段選擇頻帶射頻段選擇頻帶降為中頻、選擇信道降為中頻、選擇信道措施：降低頻率選信道措施：降低頻率選信道為什么要將接收到的射頻頻率降低？

10、為什么要將接收到的射頻頻率降低？信道選擇困難信道選擇困難 對于對于GSM系統(tǒng)系統(tǒng) 高高Q值的濾波器難以實現(xiàn)值的濾波器難以實現(xiàn)舉例：舉例：天線輸入電平約為天線輸入電平約為-100 -120dBm （ 級）級）V解調器輸入一般要求約解調器輸入一般要求約500mV要求增益大于要求增益大于100dB以上以上總增益射頻增益總增益射頻增益 混頻增益混頻增益 中頻增益中頻增益結果：結果： 增益分散在各頻段，易穩(wěn)定增益分散在各頻段，易穩(wěn)定 中頻頻率低且固定，增益易大而穩(wěn)定中頻頻率低且固定，增益易大而穩(wěn)定（主要增益級）（主要增益級）（3 3）在較低的固定中頻上解調或在較低的固定中頻上解調或A/DA/D變換也相對

11、容易變換也相對容易 （2 2）為使接收機達穩(wěn)定的高增益）為使接收機達穩(wěn)定的高增益收發(fā)機中混頻的數(shù)學分析收發(fā)機中混頻的數(shù)學分析 發(fā)射和接收過程中的頻率搬移都用混頻來實現(xiàn)發(fā)射和接收過程中的頻率搬移都用混頻來實現(xiàn) 混頻的時域分析混頻的時域分析 輸入信號與本地振蕩信號輸入信號與本地振蕩信號(Local Oscillator)在時域相乘：在時域相乘：例如例如: 輸入信號輸入信號x(t)=ARFcos( RFt)， 載波載波c(t)=ALOcos( LOt) 混頻：混頻：( )( )( )cos() )cos() )22RFLORFLORFLORFLOAAAAy tx tc ttt和頻（時現(xiàn)上變頻）和頻（

12、時現(xiàn)上變頻）差頻（實現(xiàn)下變頻）差頻（實現(xiàn)下變頻） 混頻：時域相乘混頻：時域相乘= 頻域卷積頻域卷積= 頻譜搬移頻譜搬移 對于上變頻：基帶對于上變頻：基帶 射頻射頻卷積卷積 下變頻下變頻: :射頻射頻 中頻中頻/ /基帶基帶低噪聲放大器低噪聲放大器射頻放大射頻放大變頻器變頻器頻譜搬移頻譜搬移中頻放大中頻放大選信道、主增益級選信道、主增益級超外差接收機各級功能超外差接收機各級功能超外差式接收機存在的主要問題：超外差式接收機存在的主要問題：鏡像鏡像信號問題信號問題 鏡頻對下變頻的影響鏡頻對下變頻的影響造成干擾造成干擾455KHz的單次變頻超外差式接收機的鏡像干擾的單次變頻超外差式接收機的鏡像干擾鏡像

13、干擾：鏡像干擾：鏡像頻率鏡像頻率 fIMGfR2 f1超外差式接收機存在的主要問題超外差式接收機存在的主要問題 鏡像信號問題鏡像信號問題 鏡像信號與本地振蕩信號混頻后所產生的鏡像信號與本地振蕩信號混頻后所產生的信號經中頻濾波后，也位于中頻頻率信號經中頻濾波后，也位于中頻頻率fIF 處。處。該信號疊加在有用中頻信號上，直接對有該信號疊加在有用中頻信號上，直接對有用中頻信號造成干擾，并且不可被清除用中頻信號造成干擾，并且不可被清除 鏡像信號的能量大小是不可預知的，在比鏡像信號的能量大小是不可預知的，在比較差的接收環(huán)境中，鏡像信號的能量可能較差的接收環(huán)境中，鏡像信號的能量可能比有用信號的能量高幾十分

14、貝比有用信號的能量高幾十分貝 方案之一：下變頻前抑制鏡像信號（濾方案之一：下變頻前抑制鏡像信號（濾波器）波器） 帶通濾波器，通帶中心頻率與有用信號頻率相同，帶通濾波器，通帶中心頻率與有用信號頻率相同，而鏡像頻率位于阻帶范圍內，阻帶衰減率就是對鏡而鏡像頻率位于阻帶范圍內，阻帶衰減率就是對鏡像信號的抑制率像信號的抑制率 在惡劣接收環(huán)境中鏡像信號的抑制率要達到在惡劣接收環(huán)境中鏡像信號的抑制率要達到60-70dB 高的品質因子（高的品質因子（50甚至更高）、很高的階數(shù)（甚至甚至更高）、很高的階數(shù)（甚至到到6階），難以集成階），難以集成 中頻頻率的選擇中頻頻率的選擇 為了減輕對鏡像抑制濾波器的為了減輕對

15、鏡像抑制濾波器的要求，可以將固定中頻頻率提要求，可以將固定中頻頻率提高，以加大鏡像信號與有用信高，以加大鏡像信號與有用信號之間的頻率間隔，減緩對濾號之間的頻率間隔，減緩對濾波器抑制率的要求波器抑制率的要求 中頻頻率提高后，后續(xù)處理模中頻頻率提高后，后續(xù)處理模塊（如模數(shù)變換器）的工作頻塊（如模數(shù)變換器）的工作頻率就提高了，后續(xù)模塊的設計率就提高了，后續(xù)模塊的設計將變得比較困難將變得比較困難 可以通過增加一級或者多級下可以通過增加一級或者多級下 變頻器將信號的頻率進一步降變頻器將信號的頻率進一步降低（二次變頻超外差式接收低（二次變頻超外差式接收機），但這會增加電路規(guī)模和機），但這會增加電路規(guī)模和片

16、外元件數(shù)目，提高系統(tǒng)成本片外元件數(shù)目，提高系統(tǒng)成本41MHz中頻上變頻接收機框圖中頻上變頻接收機框圖 上圖所示上圖所示,接收機頻率覆蓋范圍是接收機頻率覆蓋范圍是500kHz到到30MHz,選擇中選擇中頻頻率為頻頻率為41MHz,對于對于14.090MHz的接收信號的接收信號,鏡像干擾頻率為鏡像干擾頻率為96.090MHz,在前端預選器中很容易將該干擾頻率信號濾除。在前端預選器中很容易將該干擾頻率信號濾除。雙重雙重變頻變頻超外差接收機超外差接收機典型典型的雙變頻接收機組成框圖的雙變頻接收機組成框圖第一次變頻：頻率變換到高中頻，可抑制鏡頻。第一次變頻：頻率變換到高中頻，可抑制鏡頻。典型中頻頻率值：

17、典型中頻頻率值：5.5MHz,9MHz,10.7MHz,21.4MHz,41MHz;中頻濾波：中頻濾波： LC濾波器或晶體濾波器濾波器或晶體濾波器,獲得較好的選擇性；獲得較好的選擇性； 第二次變頻：變換到低中頻第二次變頻：變換到低中頻455KHZ 第三個混頻器用作成乘積檢波器第三個混頻器用作成乘積檢波器(即同步檢波即同步檢波),對接收調幅信號和對接收調幅信號和單邊帶單邊帶(SSB)信號進行解調信號進行解調,第三振蕩器稱作拍頻振蕩器第三振蕩器稱作拍頻振蕩器(BFO) LO1頻率步進間隔頻率步進間隔=LO2的頻率范圍；的頻率范圍； LO2頻率步進間隔頻率步進間隔=接收信號帶寬。接收信號帶寬。典型典

18、型的雙變頻接收機組成框圖的雙變頻接收機組成框圖雙重雙重變頻外差接收機組成框圖變頻外差接收機組成框圖超外差接收機超外差接收機自動增益控制自動增益控制AGC比較器：比較器：兩個輸入電壓兩個輸入電壓: 參考電壓參考電壓ur，AGC起控的門限值起控的門限值;直流放大器輸直流放大器輸出電壓出電壓U+輸出電壓輸出電壓uC，控制可控增益放大器的增益，控制可控增益放大器的增益 AGC電路：使接收通道中的高放和中放電路在接受信號較電路：使接收通道中的高放和中放電路在接受信號較弱時弱時,保持高增益保持高增益;在接受信號較強時在接受信號較強時,自動降低增益自動降低增益,以保持輸出以保持輸出信號強度基本不變。信號強度

19、基本不變。接收信號接收信號輸出信號輸出信號檢波器檢波輸出檢波器檢波輸出直流放大器輸出直流放大器輸出 上圖為一次混頻普通調幅接收機帶有上圖為一次混頻普通調幅接收機帶有AGC 控制電路的框圖?？刂齐娐返目驁D。中放輸出已調信號振幅中放輸出已調信號振幅Uom, Uom是是AGC穩(wěn)定狀態(tài)下穩(wěn)定狀態(tài)下, 通道的輸出通道的輸出幅度幅度, Uom始終略大于始終略大于,且接近且接近AGC為零時的為零時的Uom值。值。帶有帶有AGC電路的調幅接收機框圖電路的調幅接收機框圖超外差式接收機超外差式接收機單邊帶通信單邊帶通信與復用技術與復用技術 單邊帶通信優(yōu)點：單邊帶通信優(yōu)點：節(jié)省傳輸功率、節(jié)省帶寬、抗衰落干擾強、信噪

20、比高節(jié)省傳輸功率、節(jié)省帶寬、抗衰落干擾強、信噪比高適用于頻道擁擠的短波段適用于頻道擁擠的短波段 本節(jié)內容本節(jié)內容SSBSSB雙向傳輸收發(fā)信機雙向傳輸收發(fā)信機獨立邊帶發(fā)射機獨立邊帶發(fā)射機多信道導頻多信道導頻SSBSSB接收機接收機SSBSSB頻分復用通信頻分復用通信SSBSSB正交復用通信正交復用通信SSB收發(fā)信機收發(fā)信機收發(fā)收發(fā)雙向傳輸雙向傳輸SSB通信機框圖通信機框圖1、收發(fā)雙向傳輸、收發(fā)雙向傳輸SSB通信機通信機 接收方向時，第一中頻采用高中頻接收方向時，第一中頻采用高中頻fI1=21.513MHz，第二中，第二中頻為低中頻頻為低中頻 fI2=500KHz； 發(fā)射方向時，第一付載波（第一中

21、頻）發(fā)射方向時，第一付載波（第一中頻） ，第，第二付載波二付載波 頻率合成器：提供三路高穩(wěn)定度本振頻率：頻率合成器：提供三路高穩(wěn)定度本振頻率：可變頻率可變頻率fL1=21.51331.513MHz固定頻率固定頻率fL2=22.013MHz固定頻率固定頻率500KHz：接收時供相乘解調器對：接收時供相乘解調器對fI2進行乘積檢波，進行乘積檢波，發(fā)射時用作第發(fā)射時用作第 一付載波。一付載波。 射頻功放電路：由二級寬帶電壓放大和二級寬帶射頻功放電路：由二級寬帶電壓放大和二級寬帶B類推挽功類推挽功放組成的多級放組成的多級RFPA，輸出功率為，輸出功率為15W。 接收轉換：天線收發(fā)雙工轉換器。接收轉換：

22、天線收發(fā)雙工轉換器。KHzfc5001 MHzfc513.212 多多信道導頻信道導頻SSB接收機組成框圖接收機組成框圖2、多信道導頻、多信道導頻SSB接收機接收機AM獨立邊帶發(fā)射機獨立邊帶發(fā)射機ISB的頻譜的頻譜 兩個邊帶調制信號不同所以其頻譜分布也不同，每個兩個邊帶調制信號不同所以其頻譜分布也不同，每個邊帶分配的功率與邊帶分配的功率與SSBSSB相同，為載波功率的相同，為載波功率的42aMAMAM獨立邊帶（獨立邊帶（ISBISB）將包含不同信息的兩個調制信號互不）將包含不同信息的兩個調制信號互不相干的調制在同一個載頻上。相干的調制在同一個載頻上。ISBISB調制的發(fā)射機有兩個獨立的調制的發(fā)

23、射機有兩個獨立的SSBSSB調制器，分別用于產生調制器，分別用于產生上、下邊帶，經由相加器合成上、下邊帶，經由相加器合成DSBDSB信號信號ISB發(fā)射機組成框圖發(fā)射機組成框圖A 信道：調制信號在相乘調制器信道：調制信號在相乘調制器A中調制在中調制在100KHz的的LF付付載波上，通過邊帶濾波器載波上，通過邊帶濾波器BPFA形成下邊帶形成下邊帶A (95KHz100KHz)B信道：調制信號在相乘器信道：調制信號在相乘器B中調制在同一個中調制在同一個100KHz LF付載付載波上，通過邊帶濾波器波上，通過邊帶濾波器BPFB形成上邊帶形成上邊帶B (100KHz105KHz) A、B兩路兩路SSB信

24、號在混合網絡中合成抑制載波的信號在混合網絡中合成抑制載波的ISB信號信號,其頻譜為其頻譜為95KHz105KHz。ISB信號在射頻混頻器信號在射頻混頻器MC中與中與9.9MHz的高穩(wěn)定的高穩(wěn)定RF晶振頻率上混頻產生晶振頻率上混頻產生RF ISB 信號信號(頻譜為頻譜為9.995MHx10.005MHz,振幅減小的載頻為振幅減小的載頻為10MHz)。RF ISB信號信號經經RFPA放大到足夠功率電平后放大到足夠功率電平后,由天線發(fā)射出去。由天線發(fā)射出去。SSB的頻分復合的頻分復合 復用：復用：若干個信號合并為一個可在同一信道上傳輸?shù)膹秃先舾蓚€信號合并為一個可在同一信道上傳輸?shù)膹秃闲盘柕姆椒ㄐ盘柕姆椒ā?頻分復用：