10角度调制与解调讲解
角度调制讲解课件
雷达系统中的角度调制技术
雷达系统中的角度调制技术主要用于 实现目标的方向估计和跟踪，从而提 高雷达的探测精度和抗干扰能力。
在雷达系统中，角度调制技术还可以 用于实现信号的加密和解密，提高系 统的安全性。
角度调制的基本原理
01
角度调制是利用载波的相位信息 传输信息的方式，通过改变载波 信号的相位来传递信息。
02
角度调制的基本原理是将输入信 号与一个载波信号相乘，得到调 相波，调相波的相位随输入信号 的幅度变化而变化。
角度调制的分类
01
02
03
04
调相（PM）
载波相位随输入信号的幅度变 化而变化。
频偏
载波频率偏离标称值会导致信 号质量下降，需要进行频率校正。
多径干扰
由于传输路径不同导致的多径 干扰会影响信号的解调性能，
需要进行抗干扰处理。
04
角度制技的
无线通信中的角度调制技术
无线通信中的角度调制技术主要用于实现信号的定向传输和接收，从而提高信号的 抗干扰能力和传输质量。
通过调整信号的传输方向，角度调制技术可以实现多路信号的并行传输，提高频谱 利用率和通信容量。
通过使用与发送端同步的载波信号来解调接收到的调频或调相信号，同步解调法 适用于长距离传输和噪声环境下的解调。
角度调制信号的质量评估
信噪比（SNR）
信噪比是信号功率与噪声功率 的比值，信噪比越高，信号质
量越好。
失真
角度调制信号在传输过程中可 能受到非线性失真、互调失真 等影响，这些失真会影响信号 质量。
与虚拟现实技术的融合 结合虚拟现实技术，利用角度调制技术实现更加 真实的虚拟场景渲染，提供更加沉浸式的虚拟现 实体验。
角度调制
可见，单频调制情况下，调频波和调相波可分解为载频 和无穷多对上下边频分量之和，各频率分量之间的距离均等 于调制频率，且奇数次的上下边频相位相反，包括载频分量 在内的各频率分量的振幅均由贝塞尔函数Jn(mf)值决定。
24
图10-5所示频谱图是根据式(10-25)和贝塞尔函数值画出 的几个调频频率(即各频率分量的间隔距离)相等、调制系数 mf不等的调频波频谱图。为简化起见，图中各频率分量均取 振幅的绝对值。
10 6 5 10 3 ∴ f (0) Hz ≈160kHz 2
11
2. FM、PM的数学表达式及频移和相移 根据式(10-2)、式(10-3)设0=0 则
t t 0 0
(t ) (t ) dt [0 K f v (t )] dt
0t K f v (t )dt
v
0
t
( t )dt
dv (t ) m K p dt max
(10-12) (10-13)
mp K p v (t ) max
14
根据以上分析得出如下结论：调频时，载波 的瞬时频率与调制信号成线性关系，载波的瞬时 相位与调制信号的积分成线性关系；调相时，载 波的瞬时频率与调制信号的微分成线性关系，而 载波的瞬时相位与调制信号成线性关系。调频与 调相的比较可参见表10-1。
(10-14)
(10-15)
17
从以上二式可知， 此时调频波的调制指数为
mf K f V
(10-16) (10-17)
调相波的调制指数为
mp = KpV
根据式(10-10)可求出调频波的最大频移为 f = KfV 根据式(10-12)可求出调相波的最大频移为 (10-18)
角度的调制与解调
第第
（2）m>1
mF
0.00 0.25 0.50 1.00 1.50 2.00 2.40 2.50 3.00 4.00 5.00 5.45 6.00 7.00 8.00 8.65 9.00 10.0
宽带调制
J2 J3 J4 J5 J6 J7
m=2 m=8
J8 J9 J10 J11
贝曲线-1
J12 J13 J14
n为奇数时,上下边频分量幅度相等, 相位相反; n为偶数时,上下边频分量幅度相等, 相位相同; 2) 当m 越大, 边频数量越多。且各分量的幅度随m 变化而变化。反映了载波能量与各边频能量的转 换。
X
u( t ) U m cos( c t m sin t ) U m J 0 ( m ) cos c t U m J 1 ( m )[cos( c )t cos( c )t ] Um
m m p k pU m
m m p
uPM ( t ) U m cos ( t ) U m cos[ c t k p u ( t ) 0 ]
U m cos[ c t m p cos t 0 ]
X
第第
【例】 单音调制时 PM 波的各参量的波形
20 页页
U m J 2 ( m )[cos( c 2 )t cos( c 2 )t ] ............
n
第第
J
n
( m ) cos[( c n )t ]
调角波的频谱为：
由上式，单音调角时，在载频附近出现了无数对边频：
X
u( t ) U m cos( c t m sin t ) U m J 0 ( m ) cos c t U m J 1 ( m )[cos( c )t cos( c )t ] Um
10角度调制与解调解读
10 角度调制与解调第九章讨论的振幅调制，是使载波(高领)的振幅受调制信号的控制，使它依照调制颠率作周期性的变化，变化的幅度与调制信号的强度成线性关系，但载波的频率和相位则保持不变，不受调制信号的影响，高频振荡振幅的变化携带着信号所反映的信息。
本章则研究如何利用高超振荡的频率或相位的变化来携带信息，这叫做调频或调相。
无论是调频还是调相，都会使载波的相角变化，因此二者可统称为角度调制，或简称为调角。
角度调制和解调电路都属于频谱非线性变换电路。
和振幅调制相比，角度调制的主要优点是抗干扰性强。
★调频主要应用于调频广指、广播电视、通信及遥测等；调相主要应用于数字通信系统中的移相键控。
调频与调相所得到的已调波形及方程式是非常相似的。
因为当频率有所变动时，相位必然跟着变动；反之，当相位有所变动时，频率也必然随着变动。
因此，调频波和调相波的基本性质有许多相同的地方。
但调相制的缺点较多(理由详后)，因此，在模拟系统中一股都是用调频，或者先产生调相波，然后将这调相波转变为调频波。
调频波的指标主要有以下几个：1）频带宽度宽度：调频波的频谱从理论上来说，是无限宽的(理由详后)，但实际上，如果略去很小的边频分量，则它所占据的频带宽度是有限的。
根据频带宽度的大小，可以分为宽带调频与窄带调频两大类。
调频广播多用宽带调频，通信多用窄带调频。
2) 寄生调幅：如上所述，调频波应该是等幅波，但实际上在调频过程中，往往引起不希望的振幅调制，这称为寄生调幅。
显然，寄生调幅应该越小越好。
3) 抗干扰能力：与调幅制相比，宽带调频的抗干扰能力要强得多。
但在信号较弱时，则宜于采用窄带调频。
由于调频和调相有着密切的关系，所以本章着重讨论调频而只略述调相。
频率检波器又称鉴颠器，鉴频的方法很多，但主要可归纳为如下几类：★第一类鉴频方法：是首先进行波形变换，将等幅调频波换成幅度随顺势频率变化的调幅波（即调幅-调频波），然后，用振幅检波器将振幅的变化测出来。
第10章 角度调制与解调
假定未调载波表示为：
f (t ) c k f v (t ) c k f Vm cos t
瞬时角频偏：
(t ) k f Vm cos t m cos t m k f Vm
频移的幅度，称为最大频偏或简称频偏:
调频波的瞬时相位
v (t )
Vm
t
0
p (t )
Mp
t
f (t ) m 0
t
0
p (t ) m
t
f (t )
Mf
0 vFM (t )
t
0 vPM (t )
t
t
t
二、调角信号的频域特性
调制信号为：
v (t ) Vm cos t
cos[ct M f sin t ]
M f 1 M f 1 M f
BW0.1 2f m
上式表明，在调制指数较大的情况下，调频波的带宽等于二倍 频偏。通常，把这种情况的频率调制称为宽带调频。又称为 恒定带宽调频。 第三种情况，M f 介于前两种情况之间。
BW0.1 2(f m 1) F
复杂频率信号的调角信号的频谱
0
t0
0
瞬时相位 (t ) ：某一时刻的 全相角为该时刻的瞬时相位。 t = 0 时的初始相位为 0 。
t
d (t ) (t ) dt
vc (t ) Vcm cos[ (t )dt 0 ]
2、调频信号
在频率调制时，是使余弦信号的瞬时角频率与调制信号成线性 关系变化，而初始相位不变。
调相波：
单音调角信号参数比较
频率调制
瞬时角频率 瞬时角频偏
十角度调制与解调(高频电子专业实用技术)
高频电子技术第十章角度调制与解调§10.1概述1．调频相关概念利用高频振荡地频率或相位地变化来携带信息——调频或调相.调频波中，调制信号地振幅由载波频率地变化表示；频率则由载波频率地变化率表示.无论是调频还是调相，都是通过使载波地相角发生变化来携带信息，因此统称为角度调制（调角）.角度调制地抗干扰能力很强.调频主要应用于模拟系统中，如调频广播、广播电视等；调相主要应用于数字系统中，如数字通信系统中地移相键控.本章主要以讨论调频为主.调频波主要指标：频谱宽度、寄生调幅、抗干扰能力2．鉴频器相关概念在接收调频信号时，必须采用频率检波器（鉴频器），鉴频方法：(1)波形变换，将等幅调频波变换成幅度随瞬时频率变化地调幅波（调频-调幅波），然后用振幅检波器将振幅地变化检测出来.(2)对调频波过零点地数目进行计数——脉冲计数式鉴频器(3)利用移相器与门电路配合，通过输出矩形脉冲地宽度和频率来表示调频信号，最后将矩形脉冲地电压平均值输出——符合门鉴频器.鉴频器主要指标：(1)鉴频跨导：鉴频器地输出电压与输入调频波地瞬时频率偏移地比值.图10.1.2（P403）图中中间部分地斜率为跨导，它表示每单位频偏产生地输出电压大小，鉴频跨导显然越大越好；(2)鉴频灵敏度：使鉴频器正常工作所需地输入调幅波地幅度；(3)鉴频器频带：图10.1.2（P403）中地宽度为频带宽度（跨导地线性区），一般要求频带宽度大于输入调频波频偏地2倍；(4)对寄生调幅地抑制能力；(5)减小能产生调频波失真地各种影响，提高对电源和温度变化地稳定性；§10.2 调角波地性质10.2.1瞬时频率与瞬时相位图10.2.2(P404)设矢量长度为V M（电压最大振幅），绕原点反时钟方向旋转，角速度为ω(t)，t= 0时初始夹角θ0，时间为t时，夹角为θ(t)，矢量在实轴地投影（正弦波地瞬时电压）为其中瞬时相角θ(t)等于矢量在时间t内转过地角度和初始相角θ0地和，即上式两端微分得即瞬时频率等于瞬时相位对时间地变化率.10.2.2 调频波和调相波地数学表达式一、调频波数学表达式设调制信号VΩ(t)，载波电压（或电流）：注意：这里不是，因为调频时，载波频率随调制信号变化，因此不是固定地频率ω0，而是根据调制信号地大小来确定地θ(t).调频波地载波瞬时频率ω(t)随调制信号VΩ(t)成线性变化：其中ω0为载波地中心频率，k f VΩ(t)是瞬时频率相对于ω0地偏移——瞬时频率偏移（频率偏移或频移），以Δω(t)表示：Δω(t)地最大值称为最大频移，或频偏.故调频波地瞬时相位：（设初始相位θ0 = 0）其中相移：（地最大值为调制指数m f）则调频波地数学表达式：二、调相波数学表达式调相波地载波瞬时相位θ(t)随调制信号VΩ(t)成线性变化：其中ω0t为载波未调相时地相位，k p VΩ(t)是瞬时相位相对于载波未调相时初始相位地偏移——瞬时相位偏移（相位偏移或相移），以Δθ(t)表示：Δθ(t)地最大值称为最大相移，或调制指数.调相波地数学表达式：调相波地瞬时频率为：其中频移：三、结论调频：瞬时频率地变化与调制信号成线性关系，瞬时相位地变化与调制信号地积分成线性关系；调相：瞬时相位地变化与调制信号成线性关系，瞬时频率地变化与调制信号地微分成线性关系；表10.2.1（P406）例：图10.2.3（P407）调频：频率变化反映调制信号波形——矩形波，相位变化为积分——三角波调相：相位变化反映调制信号波形——矩形波，频率变化为微分——冲击函数设调制信号调频：其中调制指数：，最大频移：调相：其中调制指数：，最大频移：可见，两种调制地根本区别时：调频地最大频移与Ω无关，最大相移与Ω成反比；调相地最大频移与Ω成正比，最大相移与Ω无关.因此，调频波地频谱宽度对于不同地信号频率Ω几乎维持恒定，调相波地频谱宽度则随着Ω地不同剧烈变化.但最大频移和调制指数（最大相移）之间地关系都是相同地：或10.2.3 调频波和调相波地频谱和频带宽度一、调频波频谱将展开，得式（10.2.24），即其中J n(m f)是以为参数地n阶第一类贝塞尔函数，图10.2.4（P409）可见，由简谐振荡信号（正弦波）调制地调频波，其频谱有以下特点：(1)载波频率分量ω0上、下各有无数个边频分量，间隔为调制信号频率地整数倍.奇数次地上、下边频分量相位相反（符号相反）；(2)由图10.2.4可以看出，调制指数m f越大，具有较大振幅地边频分量越多；(3)对于某些m f值，载频或某边频振幅（对应地系数J n）为零，利用这一点可以测定调制指数.(4)调频波地总功率一定，调制指数地不同将导致能量从载频向边频分量转移.对比之下，调幅波地调制指数m a增加，总功率增加，相对于载波功率（调幅前功率）增加了.调频波地边频有无数多个，但对于某一固定地调制指数m f，高到一定次数地边频分量振幅已经很小，可以忽略，因此可以藉此规定调频波地带宽：振幅小于为调制载波振幅地1%（或10%）地边频分量可忽略不计，保留下来地分量就能确定调频波地带宽.频谱宽度可以近似为：（）根据Δf不同，调频制可分为宽带和窄带两种：宽带调频制：，即，；窄带调频制：，注意：1．调制信号频率F地影响（调制信号地振幅VΩ不变）：在调频波中，虽然调制指数m f越大，边频分量地数目就越多，但调频波调制指数m f与调制信号频率F（Ω）成反比，调制指数m f随调制信号频率F降低而提高，边频分量增加，但调制信号频率F减小，使边频分量之间地距离减小，最后反而造成频带宽度略变窄，实际频带没有因为边频数量地增加而变宽，因此，调频又叫做恒定带宽调制.而调相波中，调制指数m p不变（调制信号地振幅VΩ不变），边频分量地数目不变，但调制指数与调制信号频率F（Ω）无关，因此，如果F减小，边频分量之间距离减小，频带就会变窄；如果F增加，边频分量之间距离增加，频带也会变宽.即：调频：Ω减小，m f增大，边频分量增加，但分量之间距离减小，总频带没有变宽；调相：Ω减小或增大，m p不变，边频分量数目不变，但分量之间距离会随Ω减小或增大，从而会引起频带宽度地变窄或变宽；（调相地分析方法仍然是将展开，这里与调频不同地是仅将m f 换成m p，而m f和m p与信号频率F关系地不同，决定了两种调制方法上频带变化地不同；，，调制指数（m f和m p）与调制信号地振幅VΩ成正比，调制信号波动越大，调制指数就越大.）2．调制信号振幅VΩ地影响（调制信号频率F不变）调制信号振幅VΩ增大，调制指数（m f和m p）都增大，信号频率F不变，则调频波各频率分量之间地距离不变，调相波也不变，因此，调频和调相频带宽度同样增加.3．实际应用中，调制信号地幅度是限定地（如音频信号地幅度是在一定限度内地），而随着信号地不同，频率地变化很大，此时，在频带满足调制信号地幅度地基础上，调相要比调频消耗更多地频带资源.因此，调频比调相地频带利用要更经济，因此模拟通信系统中调频制要比调相制应用广泛.§10.3调频方法概述产生调频地方法主要有两类：第一类：用调制信号直接控制载波地瞬时频率——直接调频；第二类：先将调制信号积分，然后对载波进行调相，而得到地是调频波，即由调相变调频——间接调频.10.3.1 直接调频原理用调制信号直接线性地改变载波振荡地瞬时频率.载波由LC自激振荡器产生，则振荡频率主要由谐振回路地电感元件和电容元件所决定，因此只要能用调制信号控制回路中地电感或电容，就能达到控制振荡频率地目地.变容二极管：利用PN结地结电容随反向电压变化地特性——改变电容值；铁氧体磁芯地电感线圈：线圈电流地改变时，产生地磁场也发生改变，引起磁芯地磁导率改变，从而引起线圈地电感量改变——改变电感值.10.3.2 间接调频原理调频时，调制信号为vΩ(t)，相移：与信号VΩ(t)成积分关系.因此，如果将信号VΩ(t)积分，然后对载波调相，则，这正是调频波地数学表达式.可见，虽然用地是调相方法，但由于对调制信号进行了积分，实际得到地却是调频波.图10.3.1（P415）采用稳定度很高地振荡器作为主振，调制在振荡器之后地某一级放大器中进行，也就是用积分后地调制信号对主振器送来地载波振荡进行调相.§10.4变容二极管调频优点：能够获得较大地频移，所需地调制功率低；缺点：中心频率稳定度低；10.4.1 基本原理变容二极管是一种电压控制可变电抗元件，利用半导体PN结地结电容随反向电压变化这一特性制成.结电容C j与反向电压v R有如下关系：其中，V D是PN结势垒电压（内建电势差）；C j0是v R=0时地结电容；γ是系数，和PN结地结构和半导体掺杂度有关.图10.4.1（P417）结电容随反向电压变化地关系把受调制信号控制地变容二极管接入载波振荡器地振荡回路，适当选择变容二极管地特性和工作状态，可以使振荡频率地变化近似地与调制信号成线性关系.图10.4.2（P417）变容二极管调频电路虚线左边是正弦波振荡器，右边是变容二极管电路，变容二极管上地反向偏压为C C是变容管和谐振回路之间地耦合电容，用来隔直流；CФ为对调制信号地旁路电容；L2是高频扼流圈，但允许调制信号（频率低）通过.φ§10.5晶体振荡器直接调频石英晶体地频率稳定度很高，因此对石英晶体振荡器进行直接调频，可以一定程度上提高中心频率地稳定度（可达10-5数量级）.缺点是所产生地最大频移很小（10-4数量级）.晶体振荡器工作于串联与并联谐振频率之间，可以等效为一个高品质因数地电感元件，因此，可以利用变容二极管控制晶体振荡器地振荡频率来实现调频.接入振荡回路两种方式：1．与石英晶体串联：变容二极管结电容地变化主要是影响晶体地串联谐振频率f q发生变化；2.与石英晶体并联：变容二极管结电容地变化主要是影响晶体地并联谐振频率f p发生变化.图10.5.1（P426）晶体振荡器电抗（或电导）曲线和变容二极管地电抗（或电导）曲线相加，就得到二者串联（或并联）等效电抗（或电导）曲线.注：由于并联方式存在变容管地不稳定会影响调频信号中心频率地稳定度地缺点，因此，用地比较广泛地是串联方式.§10.6间接调频：由调相实现调频晶体振荡器直接调频地稳定度仍然不能和不调频地晶体振荡器相比，且相对频移太小，相比之下，间接调频是一种提高频率稳定度地简便有效地方法.10.6.1 调相地方法调相地方法有三类：调制信号控制谐振回路或移相网络地电抗或电阻元件实现调相；矢量合成法调相；脉冲调相.一、谐振回路或移相网络地调相方法1．利用谐振回路调相设主振之后地放大器负载为调谐网络，若负载回路电容在调制信号控制下变好了ΔC，且ΔC与vΩ(t)成线性关系：在地情况下（C0是回路初始电容），回路地相对失谐为回路失谐导致输出电压产生附加地相移，它与失谐地关系为当时，可近似为将，代入可得可见，在和地条件下，附加相移与调制信号成线性关系.注：这种方法只能产生π/6以下地最大相移，即最大调制指数2．利用移相网络调相图10.6.1（P429）RC移相网络输入载波电压经过晶体管（构成倒相器）T，在集电极上得到反相电压（和交流地之间地电压），在发射极上得到（和交流地之间地电压），于是加在移相网络RC上地电压为B点电压为，R上电压为，则输出电压等于与地矢量和：*注：，可见在地基础上引入了超前地附加相移，见矢量图10.6.2（P430）；，可见在地基础上引入了滞后地附加相移，见矢量图10.6.2（P430）；，故超前90°，即和夹角为90°，见矢量图10.6.2（P430）；电流，和仅差一个系数R，故和同相，见矢量图10.6.2（P430）；iVo设电压相对于地相移为，由矢量图10.6.2（P430）可得：（和间地距离为，故正好落在地中点上，根据内切圆性质，，长度相同）当时，上式近似为可见，与C或R成反比例关系.若调制信号电压与C或R也成反比例关系，则与调制信号成正比例（线性）关系，即可以实现调相.如：之前提到地变容二极管，若将上述分析中地电容以变容管代替，就构成了变容二极管控制移相网络地电抗以实现调相地电路.实际中，用可控电抗或可控电阻元件都能够实现调相.二、矢量合成调相法（阿姆斯特朗法）将调相波地表达式展开（令）得其中相移（调制指数）若最大相移很小（如），则，，即可近似认为由两个信号叠加而成：载波，载波被抑制地双边带调幅，二者相位差为.图10.6.4（P431）载波振荡与双边带调幅波叠加地矢量图代表，代表，代表.其中地长度受调制信号控制，则地长度及和（或）之间地相角也受到调制信号地控制，即是一个调相调幅波，其中地寄生调幅用限幅地办法去掉，剩下地为调相波输出.图10.6.5（P431）*注：谐振回路或移相网络地调相方法和矢量合成调相法地共同缺点是调制系数很小.10.6.2 间接调频地实现将调制信号积分，然后加至任何一种调相电路上对载波进行调相，即可得到调频波.由于之前讨论地方法一般调制指数小于，因此频偏往往不能满足要求，如：若调制频率100Hz，则最大频移，如果相对于调频广播地最大频移75kHz，显然太小，难以满足要求，此时可采用倍频地方法，且倍频地次数很高：次若载波频率1MHz，经1500次倍频后，中心频率达到1500MHz，这又不符合中心频率地要求（设调频广播地中心频率在100MHz），此时可再采用混频（利用频率搬移作用，对频带没有影响）地方法，用一个1400MHz地本地振荡与已调信号混频（保留差频），即可得到中心频率100MHz，频偏75kHz地调频波.版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.IAg9q。
角度调制及解调
软件开发环境选择
选择合适的软件开发环境，如MATLAB、C 等。
软件测试与验证
对软件程序进行测试和验证，确保软件工作 正常。
角度调制系统的优化建议
硬件优化
采用高性能的硬件设备，提高系统的处理能 力和稳定性。
系统集成优化
优化系统集成方案，降低系统复杂度和成本。
软件优化
优化软件算法，提高系统的处理速度和精度。
角度调制的基本原理
01
相位调制
通过改变载波信号的相位角度来传递信息。根据不同的相位偏移，可以
表示不同的信息符号。
02
调相方式
常见的调相方式有绝对调相和相对调相。绝对调相是指信号的相位与一
个参考相位之间的关系，而相对调相是指两个信号相位之间的差异。
03
解调方式
解调时需要将相位信息还原为原始的信息符号。常见的解调方式有鉴相
角度调制的应用场景
01
02
03
卫星通信
在卫星通信中，由于传输 距离远，信号衰减严重， 角度调制可以提高信号的 抗干扰能力和传输质量。
移动通信
在移动通信中，由于用户 数量多、环境复杂，角度 调制可以更好地满足用户 高速数据传输的需求。
军事通信
在军事通信中，由于通信 环境恶劣，抗干扰能力要 求高，角度调制是一种重 要的通信方式。
性能指标
衡量抗干扰性能的主要指标包括干扰抑制比（ISR）和共信道抑制能力。干扰抑制比表示系统抑制干扰信号的能 力，共信道抑制能力则表示系统在不同干扰环境下仍能保持正常工作的能力。提高抗干扰性能需要采取有效的抗 干扰措施和技术，如扩频技术、频域滤波等。
05 角度调制系统的实现
硬件实现方案
硬件设备选择
性能指标
《角度调制及解调》课件
四进制相移键控（QPSK）
解释QPSK调制技术的工作原理， 讨论其在高速通信中的优势和限 制。
八进制相移键控（8PSK）
介绍8PSK调制技术的特点和应 用，探究其在无线通信系统中的 性能和效率。四、解调方式1
同步解调
介绍同步解调技术的原理和方法，讨论其在信号解码中的作用和挑战。
2
相干解调
详细解释相干解调技术的工作原理，探究其在数字信号处理中的优势和适用范围。
《角度调制及解调》PPT 课件
了解角度调制及解调的原理、应用场景，以及不同调制和解调方式的优缺点。 掌握误码率分析方法和该技术的发展前景。
一、引言
角度调制及解调是一种重要的通信技术，用于将模拟信号转换为数字信号， 并实现信号的传输和解码。本章将介绍其定义和应用场景。
二、角度调制原理
奈奎斯特采样定理
介绍奈奎斯特采样定理的原 理和意义，对模拟信号进行 合理采样以确保信号的完整 性和准确性。
模拟信号的频谱
解释模拟信号的频谱特性， 探讨频谱分析在角度调制中 的重要性。
广义正交振幅调制
介绍广义正交振幅调制 （GMSK）的原理，讨论其 在现代通信中的应用和优势。
三、调制方式
二进制相移键控（BPSK）
详细说明BPSK调制技术的原理， 探讨其在数字通信领域的重要性 和应用。
七、参考资料
• 文献推荐 • 网络资源
3
径向基网络解调
介绍径向基网络解调算法的概念和应用，探讨其在信道估计和解调中的创新性和 效果。
五、误码率分析
• BER计算方法 • 码间干扰的影响 • 多径、多普勒效应对误码率的影响
六、总结
1 优点
说明角度调制及解调的优势和益处，以及其在现代通信系统中的重要性。
10角度调制与解调
基本要求： 基本要求：
1.已调波的瞬时频率增量与调制信号成正比例地变化。 1.已调波的瞬时频率增量与调制信号成正比例地变化。 已调波的瞬时频率增量与调制信号成正比例地变化 2.最大频偏与调制信号的频率无关。 2.最大频偏与调制信号的频率无关。 最大频偏与调制信号的频率无关 3.已调波的中心频率（即未调制时的载波频率）具有一定的稳定度。 3.已调波的中心频率（即未调制时的载波频率）具有一定的稳定度。 已调波的中心频率
νFM (t) =Vo ⋅{J0 (mf )cosω0t
+J1(mf ) ⋅[cos(ω0 +Ω)t − cos(ω0 −Ω)t] +J2 (mf ) ⋅[cos(ω0 + 2Ω)t + cos(ω0 − 2Ω)t] +J3 (mf ) ⋅[cos(ω0 + 3Ω)t − cos(ω0 −3Ω)t] +⋅⋅⋅
θ(t) = ∫ [ωo+k f vΩ(t )]dt
t 0
瞬时相位： 瞬时相位：
= ωot + k f ∫ vΩ(t )dt
t 0
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质 二、调频波和调相波的数学表达式
调频波： 调频波：
ω t + k t v (t )dt vFM (t) = Vo cos o f ∫ Ω 0
第十章
角度调制与解调
§10.1 §10.2 §10.3 §10.4 §10.5 §10.6 §10.8 §10.9
概述 调角波的性质 调频方法概述 变容二极管调频 晶体振荡器直接调频 间接调频 相位鉴频器 比例鉴频器
第十章 角度调制与解调
§10.1 概述
角度调制就是用调制信号去控制载波相角（频率或相位）的变化， 角度调制就是用调制信号去控制载波相角（频率或相位）的变化，使 其频率或相位随调制信号的规律而线性变化；而载波的振幅保持不变。 其频率或相位随调制信号的规律而线性变化；而载波的振幅保持不变。 用调制信号控制载波频率，称为频率调制，简称调频 用调制信号控制载波频率，称为频率调制，简称调频(FM)；用调制信 ； 号去控制载波相位，则称为相位调制，简称调相(PM)。无论是 号去控制载波相位，则称为相位调制，简称调相 。无论是FM或PM， 或 ， 都会使载波的相位角发生变化，因此二者可统称为角度调制，简称调角。 都会使载波的相位角发生变化，因此二者可统称为角度调制，简称调角。 FM、PM波在波形、数学表达式、频谱结构、功率特性方面，均很相 、 波在波形、数学表达式、频谱结构、功率特性方面， 波在波形 似。但PM制缺点多，主要用于数字通信中；在模拟系统中，FM优点突出， 制缺点多，主要用于数字通信中；在模拟系统中， 优点突出， 制缺点多 优点突出 应用较多，故本章主要介绍调频技术。 应用较多，故本章主要介绍调频技术。
角度调制与解调PPT教案
➢ 6.1 从导频制立体声调频广播谈起 ➢ 6.2 角度调制与解调原理 ➢ 6.3 调频电路 ➢ 6.4 鉴频电路 ➢ 6.5 数字信号调制与解调 ➢ 6.6 实训
第1页/共130页
➢ 6.1从导频制立体声调频广播谈起 ➢ 调频（FM），是用调制信号控制高频载波的
瞬时频率，使其按调制信号的变化规律变化，振 幅保持不变化。 ➢ 经过频率调制的载波称为调频波。 ➢ 调相（PM），是用调制信号控制高频载波的 瞬时相位，使其按调制信号的变化规律变化，振 幅保持不变化。 ➢ 经过相位调制的载波称为调相波。
第55页/共130页
图6-10 变容二极管直接调频电路
第56页/共130页
图6-11 偏压固定后变容二极管电容值随调制信号变
化
第57页/共130页
➢ 2. 晶体振荡器调频电路 ➢ 如图6-12所示，晶体管VT2和两个100PF电容，
以及晶体JT组成皮尔斯晶体振荡器电路，晶体JT 标称频率为30MHz，与变容二极管VD串联。 ➢ ＋9V电源电压经3kΩ电阻降压后，经2.2μH高扼 圈给VD加负偏压。 ➢ 传声器信号经VT1放大后，经2.2μH高扼圈加在 变容二极管两端。
可变电 抗元件
调相 输出
图6-4 调相电路组成框图
第15页/共130页
➢
第16页/共130页
➢
第17页/共130页
图6-5 调频信号波形及瞬时频率偏移
第18页/共130页
➢
第19页/共130页
➢
第20页/共130页
➢
第21页/共130页
➢
第22页/共130页
➢
第23页/共130页
➢
第45页/共130页
第六章-角度调制与解调
(1 U EQ u
c ost )
CQ (1 m cost)
m U /(EQ u ) U / EQ ，称为电容调制度，它表示 结电容受调制信号调变的程度。
3. 变容二极管全接入调频电路
Cc
Rb1 C0
Cc
VD
Rb2
L
Re
Ec
Lc
+
u
-
Cb
L
Cj
EQ
Cc
(a)
(b)
变容管作为回路总电容全部接入回路
频率变化的快慢。
m ：相对于载频的最大角频偏(峰值角频偏)
fm m 2 ：最大频偏
m k f U ：k f 是比例常数，表示U 对最大角频偏的控制 能力，单位调制电压产生的频率偏移量，称为调频灵敏度。
mf m fm F ：调频波的调制指数 。m f 与U成正比, 与 成反比。
调频波的频谱 1.调频波的展开式
鉴频器
1.定义：调频波的解调称为频率检波或鉴频（FD）， 调相波的解调称为相位检波或鉴相（PD）。
鉴频器是一个将输入调频波的瞬时频率 （f 或频偏 f ）
变换为相应的解调输出电压 uo的变换器。
2.鉴频器的主要性能指标：
uo
（1）鉴频器中心频率 f 0
uom ax
（2）鉴频带宽 Bm
f
uo
变换器
fB
m mc / 2 2m ( / 2 1)m2c / 8
二次谐波失真系数：
Kf2
2 m m
1 ( 1)m
42
Cj
Cj
CQ
o
uo
t
EQ
t
(a)
变
f
f
容
高频电子线路之信号变换二：角度调制与解调
6.2 调频电路
一、调频的方法
直接调频 ——uΩ或iΩ直接去改变振荡回路的谐振频率来 获得调频波。 基本原理：振荡回路两端并接一个电抗元件 X，利用调制电压去控制电抗元件的电感或 电容，从而得到频率随调制信号变化的调频 波。 间接调频——先对载波进行调相，然后转换 为调频。
二、调频电路的主要要求 （P141）
2) u1为小信号、u2为大信号
(|U1m|≤26mV 、|U2m|≥100mV)
输出电流i≈I0K2 (wCt )（u1/2UT） K2 (wCt )为双向开关函数,富氏级数展开： K2 (wCt )=4/π coswCt - 4/3π cos3wCt +4/5π cos5wCt ＋ · · · 则 i=I0 /2UT (4/π coswCt - 4/3π cos3wCt +· · ·) U1m sin (wCt+Δ Ф ) = I0 U1m /(π UT）[sinΔ Ф +sin (2wCt+Δ Ф ) +· · ·] 经低通滤波器后,输出电压为 u0 =I0 RL U1m /(π UT）sinΔ Ф
第六章
信号变换二：
角度调制及解调
6.1 角度调制原理
6.2 调频电路
6.3 角度调制的解调
6.4 自动频率控制
本章小结调制及解调
6.1 角度调制原理
6.1 角度调制原理
角度调制可分为两种：一种是频率调制，
简称调频（FM）；另一种是相位调制，
简称调相（PM）。
响小，频率稳定度高。
一、间接调频原理
——利用调相的方法来实现调频
∵ wC（t ）=dФ（t）/dt
Ф（t）=∫ wC（t）dt ∴ 先对调制信号进行积分，然后再进行调 相，从而得到调频波。
角度调制与解调-PPT文档资料
以单音调制波为例
调频
调制信号 v ( t ) V cos t Ω Ω
( t ) k V cos Ωt 瞬时频率 0 f
k V f ( t ) t sin Ωt 瞬时相位 0 0
已调频信号
k V f a ( t ) V cos( t sin Ωt ) 0 0 0
D ( t ) k v ( t ) p
最大相移，即相偏，表示为 D m p 调制指数 k ( t)max pv d d 瞬时频率 ( t ) [ t k v ( t ) ] k v ( t) 0 p 0 0 p d t d t d 频偏 D ( t ) k v ( t) p p d t max
t t
t 0
0
t
(t )
(t )
实轴
9
0
( t ) V cos( t ) 设调制信号为vΩ (t)， 载波信号 v o 0 0 0
调频
瞬时频率
( t ) k v ( t ) 0 f
ω0是未调制时的载波中心频率；kfvΩ (t)是瞬时频率相对于ω0的 偏移，叫瞬时频率偏移，简称频率偏移或频移。可表示为
m Ω D
14
以单音调制波为例
( t ) V cos t 调制信号 v
( t ) k V cos Ωt 调频 瞬时频率 0 f
瞬时相位
k V f ( t ) t sin Ωt 0 0
kfV D f mf
调相 瞬时相位 ( t ) t k V cos Ωt 0 p 0
t 0
max
第10章 角度调制与解调2ppt
由此可知，调频波的最大频移f 与调制频率无关，最大 相移mf 则与 成反比； 调相波的最大频移p与 成正比，最大相移mp 则与调
制
频率 无关。
这是两种调制的根本区别。
正是由于这一根本区别，调频波的频谱宽度对于不同的 几乎维持恒定；调相波的频谱宽度则随 的不同而有剧
烈变化。
第10章 角度调制与解调
第10章 角度调制与解调
mf
mf
调角波的性质
mf
k fV
mf
f k fV
mf
0
0
V
图10.2.2 调频信号 、mf与V 、的关系
第10章 角度调制与解调
调角波的性质
mp
m p k pV mp
p k pV
mp
mp
0
0
V
图10.2.3 调相信号 、mp与V 、的关系
第10章 角度调制与解调
f (t)
p(t)
0
2
t
f (t)
0
2
t
p(t)
0
2
t
(a )调 频
0
2
t
(b)调 相
第10章 角度调制与解调
调角波的性质
在调相时，相位变化反映调制信号的波形，频率变化为 它的微分，成为一系列振幅为正、负无限大、宽度为 零的脉冲。
若调制信号为(t) = Vcost，未调制时的载波频率为0，
[解]单频正弦波为(t)=Vsint
mf
f
F
10103 400
25
p m p
mp
p
第10章 角度调制与解调
调角波的性质
mp
f
F
角度调制与解调
6.2.3晶体振荡器直接调频电路
角度调制与解调
角度调制与解调
6.2.4电抗管直接调频电路
角度调制与解调
6.3 间接调频电路
u 积分 u ′ 调相器 uo
uc
图6.13 间接调频电路框图
角度调制与解调
6.3.1 间接调频电路
间接调频的方法是：先将调制信 号uΩ积分，再加到调相器对载波信号调
U m u(t ) U cm cos( ct k p k sin t ) U cm cos(ct m f sin t ) k f U m (6―37) mf , k f k pk 式中
角度调制与解调
6.3.2 调相电路
图6.14 变容二极管调相电路
角度调制与解调
mf
k f U m
m f m F
此为调频指数，很显然，它也是最大相角 偏移的值，因此它表征改变相角的深度，所以 也叫调角深度。
图 6.1 给 出 了 调 频 波 的 uΩ(t) 、 Δφf 、 Δω(t)和u(t)的波形。
角度调制与解调
角度调制与解调
6.1.2 调相信号数学表达式 根据调相的定义，载波信号的 瞬时相位 φp(t) 随调制信号 VΩ(t) 线性 变化，即
(6―30)
x
( / 2 1)
x2 ]
由上式求得调频波的最大角频偏为
m
2
mc c
(6―31)
角度调制与解调 二次谐波失真分量的最大角频偏为
2 m
( 1)mc2 c 8 2
(6―32)
中心角频率偏离ωc的数值为：
c
( 1)mc2 c 8 2
角度调制与解调
(t ) c mc cost
此时调频波获得最大角频偏 m mc
线性调制
(2) 2
1 1 (t ) c [1 m cos t ( 1) m 2 cos 2 t ( 1)( 2) m3 cos 3 t ...]
23
5.3 调频的方法
c j0 cj v (1 ) VD
变容二极管须工作在反向偏压状 态, 所以工作时需加负的静态直流 偏压-VQ。若控制电压为v， 变容管上的电压:
变容二极管结电容-电压曲线
v = -(VQ + v) = -(VQ +Vm cost)
24
5.3 调频的方法
调制信号为 v (t ) Vm cost
说明调角是完全不同于调幅的一种非线性频率变换过程
16
5.2 调角波的频谱
m <<1(工程上只需m<0.25)，窄带调制，近似有
cos(m sin t ) 1
sin(m sin t ) m sin t
v(t ) Vm[cos(m sin t ) cosct sin(m sin t ) sin ct ]
J3 J 2
J1
J0
J1
J2
J3
c
c
c
c 2
有效频谱宽度为：
BW 2(m 1) F 2(f m F )Hz
F
2
实际上，调制信号中包括很多频率分量，设最高 频率 Fmax
BW 2(m 1) Fmax 2(f m Fmax )Hz
(t )
d (t ) dv (t ) c k p dt dt
角频偏(t)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
p
t
kp
dv t
dt
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
调频波：
vFM (t) Vo cosot k f
t 0
v
t
dt
调相波： vPM (t) Vo cos ot k pv t
将 v (t) V cos (t) 代入
二、调频波和调相波的数学表达式
调制信号： v (t) V cos (t)
载波信号： vo (t) Vo cos (t)
瞬时频率： (t) o k f v (t)
频 偏： (t) k f v (t)
瞬时相位：
(t)
t 0
ok f
v t dt
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
三、调频波和调相波的频谱和频带宽度
由于FM、PM波的数学表达式基本相同，因此，只分析FM波的频 谱，它对PM波也同样适用。
vFM (t) Vo cos(0t mf sin t) Vo cos0t cos(mf sin t) Vo sin 0t sin(mf sin t)
ot k f
t 0
v
t
dt
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
调频波：
vFM (t) Vo cosot k f
t 0
v
t
dt
对于调相： 调相波：
瞬时频移：
t ot kpv t
vPM (t) Vo cos ot k pv t
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
t
vFM (t) Vo cos[0t k f 0 v (t)dt]
vPM (t) Vo cos[0t kpv (t)]
比较上述二式可见：
t
调频波可以看成调制信号为 0 v (t)dt 的调相波；
调相波则可以看成调制信号为 dv (t) 的调频波。 dt
用调制信号控制载波频率，称为频率调制，简称调频(FM)；用调制信 号去控制载波相位，则称为相位调制，简称调相(PM)。无论是FM或PM， 都会使载波的相位角发生变化，因此二者可统称为角度调制，简称调角。
FM、PM波在波形、数学表达式、频谱结构、功率特性方面，均很相 似。但PM制缺点多，主要用于数字通信中；在模拟系统中，FM优点突出， 应用较多，故本章主要介绍调频技术。
vt Vo cos ot kpV cos t
Vo cos ot mp cos t 调相波
最大频偏：p k pV
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质 二、调频波和调相波的数学表达式
vFM t Vo cos ot mf sin t vPM t Vo cos ot mp cos t
m
f mF
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
频偏、相偏（调制指数）与调制频率的关系
f k f V
mf k f V /
p kpV
mp k pV
FM m f
f PM
p mP
0
0
第十章 角度调制与解调
sin(mf sin t) 2 J2n1(mf ) sin(2n 1)t n1
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
三、调频波和调相波的频谱和频带宽度
FM (t) Vo {J0 (mf ) cos0t J1(mf ) [cos(0 )t cos(0 )t] J2(mf ) [cos(0 2)t cos(0 2)t] J3(mf ) [cos(0 3)t cos(0 3)t]
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
调角时，载波的频率或相位是随时变化的。为此，首先需要建立瞬时 频率和瞬时相位的概念。
一、瞬时频率与瞬时相位
v(t) Vm cos (t)
(t)
t
0
t
dt
0
(t) d t
dt
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
二、调频波和调相波的数学表达式
vt
Vo
cosot
k
f V
sint 源自 Vo cos ot mf sin t 调频波
最大频偏： f k f V
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质 二、调频波和调相波的数学表达式
第十章 角度调制与解调
§10.1 §10.2 §10.3
概述 调角波的性质 调频方法概述
§10.4 §10.5 §10.6
变容二极管调频 晶体振荡器直接调频 间接调频
§10.8 相位鉴频器
§10.9 比例鉴频器
第十章 角度调制与解调
§10.1 概述
角度调制就是用调制信号去控制载波相角（频率或相位）的变化，使 其频率或相位随调制信号的规律而线性变化；而载波的振幅保持不变。
式中，cos(mf sin t) 和 sin(mf sin t) 均为周期性函数，
均可以分解为傅立叶级数，从而求得 vFM (t) 的频谱表达式。
第十章 角度调制与解调
§10.2 调角波的性质
三、调频波和调相波的频谱和频带宽度
cos(mf sin t) J0 (mf ) 2 J2n (mf ) cos2nt n1
第十章 角度调制与解调
§10.1 概述
调频波的主要技术指标：
1.频谱宽度 理论上无限宽，但略去很小的边带分量后，仍为有限宽度，分为宽带 调频与窄带调频，前者用于广播，后者用于通信。
2.寄生调幅 调频波应该是等幅波，但实际上在调频过程及传播过程中，往往会引 起振幅起伏，称为寄生调幅，应越小越好。 3.抗干扰能力 宽带调频抗干扰能力比AM强得多；但在弱信号条件下还不如AM，故 采用窄带调频。