【题目编号】MC1-1293
【题目】在 SDR 系统中,解调 AM 复信号可使用算法:
【答案】A
[A]求复数的模值
[B]求复数的辐角
[C]求复数的余弦
[D]求复数的指数
考点速览
这道题问在软件无线电(software defined radio,SDR)里解调调幅(amplitude modulation,AM)复信号该用什么运算。答案取 A,求复数的模值。道理很直接:调幅把信息放在包络上,而复信号的模值就是包络。其余三项里,辐角是给调频调相用的,余弦与指数根本不属于解调运算。分清模值与辐角的分工,这一类题就不会再错。
调幅的包络就是复数的模
复基带样本写成 I 加 jQ,它的模等于 I 的平方加 Q 的平方再开平方,几何上是复平面上到原点的距离。对零中频的调幅信号来说,这个距离随时间变化的曲线恰好就是调制信号叠加上直流分量,也就是包络。用算法求模值,等价于模拟接收机里的二极管包络检波,却省掉了检波效率低、小信号非线性、温度漂移这些麻烦,输出还便于后级做数字滤波与自动增益控制。
需要留意的是,包络里含有直流分量。调幅波的幅度在零与二倍载波幅度之间摆动,求模得到的是这条摆动曲线,真正的调制信号要把平均值减掉才能取出来。这一步在数字域里就是减去一个常数或者过一道高通,比模拟电路靠电容耦合隔直流更精确可控。
辐角留给调频与调相
复数的辐角由 Q 与 I 的反正切给出,是复平面上与实轴的夹角,代表瞬时相位;相位一差分就得到瞬时频率。所以辐角这条线索通向调相(phase modulation,PM)与调频(frequency modulation,FM)的解调:调相信号的信息写在辐角里,调频信号的信息写在辐角的变化率里。对调幅信号去求辐角,得到的是载波相位的随机抖动,与包络没有对应关系。
辐角的取值范围是负一百八十度到正一百八十度,跨过边界时会跳变,工程上要先做相位解缠再差分,否则会算出虚假的大频偏。这一点在模拟鉴频器里表现为门限效应,在数字域里则以算法的形式出现。
逐项辨析
选项 A 正确。模值就是包络,求模即完成调幅解调,这是 I/Q 解调链路里最基本的一条对应。
选项 B 错误。辐角提取的是瞬时相位,服务的是调相与调频。把它用在调幅上,得到的是与调制信息无关的相位量。
选项 C 错误。对复数取余弦不是一种解调运算,它只是把复数代入余弦函数得到一个与包络无关的数值,没有物理对应。
选项 D 错误。复数的指数形式是复数的表示方法之一,取指数并不产生解调效果,这一项属于干扰项。
易混淆点:模值、辐角与差分各管一类调制
把这张对应表记牢:取模值对应幅度类调制,调幅与幅移键控都在此列;取辐角对应相位类调制,调相与相移键控在此列;对辐角做差分对应频率类调制,调频与频移键控在此列。三种运算各对一类,题目只要点出调制方式,运算也就定了。真正容易混的是瞬时频率与瞬时相位:前者是后者的变化率,用差分得到,不能直接把辐角当频率用。
再补一条:调幅也可以用同步检波,把信号与同频同相的载波相乘再低通,效果同样是把包络取出来。求模值与同步检波在数学上等价,只是后者还需要恢复载波相位,前者不需要。
应试要点
一句话记忆:幅度求模,相位求角,频率求角再差分。题目里出现调幅、包络、检波这些词,答案就是模值;出现调频、调相,答案就往辐角或辐角差分上靠。凡是余弦、指数、开方这类没有物理对应的运算,直接排除。
解调算法的选择其实是调制方式的镜像:发射端把信息写进哪一个量,接收端就从哪一个量里读出来。写进幅度就读模值,写进相位就读辐角,写进频率就读辐角的变化率,三者不会串位。