之前探討了兩種形式的雙邊帶幅度調(diào)制（AM）及其相關(guān)調(diào)制電路。正如我們所知，調(diào)制是將基帶消息信號(hào)轉(zhuǎn)換到射頻頻段進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程。然而，一旦接收到調(diào)制信號(hào)，我們?cè)撊绾螐闹谢謴?fù)消息信號(hào)呢？

本文中，我們將重點(diǎn)討論解調(diào)問(wèn)題。大部分內(nèi)容將圍繞雙邊帶抑制載波（DSB-SC）信號(hào)展開(kāi)。不過(guò)，在文章最后，我們也將討論一種傳輸載波分量的雙邊帶解調(diào)電路。

DSB-SC調(diào)制信號(hào)

在討論解調(diào)之前，我們先簡(jiǎn)要回顧雙邊帶抑制載波（DSB-SC）調(diào)制的原理。要生成DSB-SC信號(hào)，需使用以下形式的載波：

式中：

Ac:載波幅度

ωc:載波頻率（單位為弧度/秒，rad/s）

t：時(shí)間

將基帶消息信號(hào) m(t)
與此載波相乘，得到已調(diào)信號(hào)：

在頻域中，這一乘法運(yùn)算對(duì)應(yīng)于基帶信號(hào)頻譜 M(f)
與余弦函數(shù)頻譜 C(f)
的卷積。圖1分別展示了 M(f)
和 C(f)
的頻譜特性。圖1在圖1的下半部分可以看到，已調(diào)波 S(f)
的頻譜包含基帶頻譜的兩個(gè)副本：一個(gè)被搬移到載波頻率 fc
處，另一個(gè)被搬移到 ?fc
處。

基本DSB-SC解調(diào)原理

在理想信道（無(wú)噪聲與失真）條件下，接收信號(hào)與發(fā)送的DSB-SC信號(hào)完全相同：

解調(diào)時(shí)，接收端需生成一個(gè)與原始載波頻率和相位完全一致的本地載波，此過(guò)程稱為相干解調(diào)（或同步解調(diào)）。將接收信號(hào) r(t)
與本地載波相乘后，再通過(guò)一個(gè)帶寬適當(dāng)?shù)牡屯V波器，即可恢復(fù)基帶信號(hào)。解調(diào)過(guò)程如圖2所示。圖2

假設(shè)接收端生成的本地載波相對(duì)于原始載波存在相位誤差 ?
，即：

此時(shí)，乘法器輸出的信號(hào)為：

第一項(xiàng)恢復(fù)了基帶頻譜，第二項(xiàng)生成了以兩倍載波頻率為中心的基帶頻譜副本。假設(shè)調(diào)制信號(hào)頻譜如圖1所示，圖3展示了接收信號(hào)與本地載波相乘后得到的頻譜。

圖3

由于消息信號(hào)帶寬 B
遠(yuǎn)小于載波頻率 fc
，我們可通過(guò)低通濾波器抑制以 2fc
為中心的信號(hào)分量，最終在輸出端得到基帶頻譜：

式 (6) 表明，輸出頻譜受發(fā)射端載波與接收端本地載波之間相位誤差 ?
的影響。若 ?≠0
，輸出信號(hào)幅度將按 cos?(?)
比例衰減。例如：

• 當(dāng) ?=45°，輸出信號(hào)幅度降低約 0.7 倍，功率減半；

• 當(dāng) ?=90°，輸出信號(hào)完全消失。

若相位誤差在信號(hào)接收期間保持恒定，檢測(cè)器將輸出衰減但準(zhǔn)確的基帶信號(hào)復(fù)現(xiàn)。然而，由于信道變化，?
通常隨時(shí)間不可預(yù)測(cè)地波動(dòng)，導(dǎo)致檢測(cè)器輸出產(chǎn)生隨機(jī)畸變，這是不希望的。

為使本地振蕩器與原始載波嚴(yán)格同步，需采用比圖2所示更復(fù)雜的電路。我們將在下一節(jié)討論此類電路。

Costas環(huán)

實(shí)現(xiàn)相位相干解調(diào)的一種方法是使用鎖相環(huán)（PLL）。由此構(gòu)建的解調(diào)電路稱為Costas環(huán)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4

Costas環(huán)結(jié)構(gòu)

該電路包含兩條檢測(cè)路徑：

• 上路徑：稱為同相檢測(cè)器（I通道）

• 下路徑：稱為正交檢測(cè)器（Q通道）

與圖2的基本解調(diào)器類似，每條路徑均包含乘法器和低通濾波器。I通道的乘法器由余弦波驅(qū)動(dòng)：

其中 θr
為本地振蕩器的相位。

Q通道的乘法器由正弦波驅(qū)動(dòng)：

另一乘法器將I通道與Q通道的輸出結(jié)合，生成反饋信號(hào)，使壓控振蕩器（VCO）的正弦波與原始載波保持同步。

Costas環(huán)工作原理

從圖4的輸入端到輸出端跟蹤信號(hào)流程。設(shè)輸入DSB-SC信號(hào)為：

中θi為輸入信號(hào)的相位。

信號(hào)經(jīng)I通道傳輸至節(jié)點(diǎn)C輸出，同時(shí)經(jīng)Q通道傳輸至節(jié)點(diǎn)D。此時(shí)得到兩路信號(hào)：

其中

將節(jié)點(diǎn)C與D的信號(hào)相乘，在節(jié)點(diǎn)E得到：

信號(hào)再經(jīng)低通濾波后，在節(jié)點(diǎn)F生成反饋信號(hào)：

式中 R
為 0.5m2(t)
的直流分量。該信號(hào)輸入VCO（其靜態(tài)頻率為 ωc
），通過(guò)反饋環(huán)路自動(dòng)校正本地振蕩器與原始載波的相位誤差。當(dāng)相位誤差為零（θe=0
）時(shí)，上支路輸出消息信號(hào) m(t)
，下支路輸出為零。

VCO相位誤差校正

假設(shè)本地振蕩器相位存在微小偏差，且相位誤差 θe
較小，節(jié)點(diǎn)E的信號(hào)可近似為：

由此可知，vE
與相位誤差成正比。通過(guò)低通濾波器提取 vE
的直流分量，即可生成調(diào)節(jié)VCO的控制信號(hào)，使相位誤差趨近于零。

基于導(dǎo)頻載波的同步解調(diào)

解決相位誤差的另一種方法是在發(fā)射信號(hào)中嵌入一個(gè)低電平的載波分量，稱為導(dǎo)頻音（pilot tone）。該導(dǎo)頻載波為接收端的同步解調(diào)提供相位參考。圖5展示了一種在發(fā)射信號(hào)中包含導(dǎo)頻音的雙邊帶發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)。

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圖5

在上圖中，載波按比例因子 kk 調(diào)整后疊加至輸出信號(hào)。通過(guò)比例因子可控制導(dǎo)頻音與承載信息的信號(hào)成分之間的功率分配。接收端（圖6）使用窄帶濾波器提取導(dǎo)頻音，再將其與接收信號(hào)相乘以執(zhí)行解調(diào)。

圖6

需注意，這種方法不屬于DSB-SC調(diào)制。由于調(diào)制信號(hào)頻譜中包含載波分量，其不符合抑制載波技術(shù)的定義。添加導(dǎo)頻音的缺點(diǎn)是會(huì)將發(fā)射信號(hào)的一部分功率分配給載波，而載波本身不攜帶任何消息信息。