调制与解调的原理
调制解调原理详细介绍
1
1000
解：已知： Sa(ωCt) ⇔ 已知：
设： f1(t) = f (t)cos1000t
π G2ωC (ω) ωC 1 1 ∴ Sa(2t) ⇔ G4 (ω) = F( jω) π 2
−1001
− 999
0
999
1001
ω
F ( jω) = 1 {F[ j(ω +1000)] + F[ j(ω −1000)] 1 2 = 1 [G4 (ω +1000) + G4 (ω −1000)] 4
解调
已调信号y 已调信号y (t)= f (t)cosω0t )cosω
g(t)
g(t) = y(t) ⋅ s(t) = f (t) ⋅ s2 (t) = f (t) cos2 ω0t = 1 [ f (t) + f (t) cos2ω0t] 2
2
−ωc 0 ωc
y(t)
s (t) = cosω0t
上式中，对于全部t，A选择得足够大，有，其频谱 选择得足够大， 上式中，对于全部t 为 Y( jω) = Aπ[δ (ω + ω0 ) + δ (ω − ω0 )] + 1 {F[ j(ω +ω0 )] + F[ j(ω −ω0 )]} 2 由上式可见， 由上式可见，除了由于载波分量而在处形成两个冲 激函数之外，这个频谱与抑制载波的AM的频谱相 激函数之外，这个频谱与抑制载波的AM的频谱相 同。
AM信号解调的特点 AM信号解调的特点
此信号的频谱通过理想低通滤波器，其截止频 此信号的频谱通过理想低通滤波器， 幅值为2 率 ωC ≥ B，幅值为2，就可取出 F( jω)，把高频 分量滤除， 分量滤除，从而恢复原信号 f (t) 。 由图可见， 由图可见，接收端与发送端的载波信号是同频 率同相位的。 率同相位的。它要求调制器与解调器的载波信 号准确同步。 号准确同步。 下图是发射载波AM的解调方案 的解调方案。 下图是发射载波AM的解调方案。
(高频电子线路)第七章频率调制与解调
02
频率调制
定义与原理
定义
频率调制是一种使载波信号的频率随 调制信号线性变化的过程。
原理
通过改变振荡器的反馈电容或电感， 使其等效谐振频率随调制信号变化， 从而得到调频信号。
调频信号的特性
线性关系
调频信号的频率与调制信号成线性关系， 即f(t)=f0+m(t)，其中f(t)是瞬时频率， f0是载波频率，m(t)是调制信号。
介绍了多种调频解调的方法，包括相 干解调和非相干解调，并比较了它们
的优缺点和应用场景。
调频信号的特性分析
详细分析了调频信号的频率、幅度和 相位特性，以及这些特性如何影响信 号的传播和接收。
频率调制与解调的应用
讨论了频率调制与解调在通信、雷达、 电子战等领域的应用，并给出了具体 的应用实例。
未来研究方向与挑战
带宽增加
调频指数
调频指数是调频信号的最大瞬时频率与 载波频率之差与调制信号幅度之比的绝 对值，表示调频信号的频率变化范围。
调频信号的带宽随着调制信号的增加 而增加，因此具有较好的抗干扰性能。
调频电路实现
01
02
03
直接调频电路
通过改变振荡器元件的物 理参数实现调频，具有电 路简单、调频范围较窄的 优点。
调频系统集成化 与小型化研究
随着电子技术的进步，未来 的研究将更加注重调频系统 的集成化和小型化。这涉及 到系统架构的设计、电路的 优化以及新型材料的应用等 多个方面。
调频技术的跨领 域应用探索
除了传统的通信和雷达领域 ，频率调制与解调技术还有 望在物联网、无人驾驶、生 物医疗等领域发挥重要作用 。未来的研究将探索这些新 的应用场景，并寻求技术与 具体领域的结合点。
电路基础原理数字信号的调制与解调
电路基础原理数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调是电路基础原理中的重要概念。
调制是将数字信号转化为模拟信号的过程，解调则是将模拟信号还原为数字信号的过程。
本文将介绍数字信号的调制与解调原理及其应用。
一、调制的基本原理调制是为了将数字信号传输到远距离时，能够克服传输噪声、提高信号质量而进行的一种技术。
数字信号经过调制后，会转化为模拟信号，其特点是连续的波形。
1.频移键控调制(FSK)FSK是一种基本的数字信号调制方式，它通过改变信号的频率来表示不同的数字。
在FSK中，使用两个频率来分别代表二进制的0和1。
2.相移键控调制(PSK)PSK是一种通过改变信号的相位来表示不同的数字的调制方式。
在PSK中，使用不同的相位来表示二进制的0和1。
3.正交幅度调制(QAM)QAM是一种通过改变信号的振幅和相位来表示不同的数字的调制方式。
在QAM中，通过改变信号的振幅和相位的组合来表示多个二进制数字。
二、解调的基本原理解调是将模拟信号还原为数字信号的过程，其目的是还原接收到的信号，以便后续的数字信号处理。
1.频移解调频移解调是将经过FSK调制的信号还原回数字信号的过程。
解调器需要检测接收到的信号的频率，并根据频率的不同判断出二进制的0和1。
2.相移解调相移解调是将经过PSK调制的信号还原为数字信号的过程。
解调器需要检测接收到信号的相位，并根据相位的变化来判断出二进制的0和1。
3.幅度解调幅度解调是将经过QAM调制的信号还原为数字信号的过程。
解调器需要测量接收到信号的振幅和相位，并根据这些信息来判断出二进制的0和1。
三、调制与解调的应用调制与解调技术广泛应用于通信领域，特别是在无线通信中。
1.无线电广播无线电广播使用调制技术将音频信号转化为无线电信号，并通过无线电波传输到接收器中，然后通过解调技术将无线电信号还原为音频信号。
2.移动通信移动通信中的调制与解调技术被用于将数字信号通过无线电信道传输，以实现声音、图像和数据的无线传输。
叙述调制解调器概念及工作原理
叙述调制解调器概念及工作原理
调制解调器（Modem）是一个将数字信号转换为模拟信号（调制）传输到远程地点，并将接收到的模拟信号转换为数字信号（解调）的设备。
调制解调器主要用于将计算机或其他数字设备产生的数字数据信号传送到远程位置，例如通过电话线传输数据。
调制解调器的工作原理如下：
1. 调制（Modulation）：调制器接收到来自数字设备的二进制数据信号，并将其转换为模拟信号。
这通常通过将数字信号与一个称为载波信号的高频调制信号相乘来实现。
这样可以使数字信号能够在模拟信道上传输。
2. 传输（Transmitting）：调制器将调制后的模拟信号通过传输介质（如电话线）发送到远程设备。
传输介质可以是电线、光纤或无线电波等。
3. 解调（Demodulation）：远程设备上的解调器接收到发送的模拟信号，并将其转换为数字信号。
解调器使用与发送端相同的载波信号和调制技术来反向操作。
解调器提取并恢复出原始的数字信号。
4. 接收（Receiving）：解调后的数字信号传送到接收设备，如计算机或其他数字设备。
调制解调器的速度通常以位每秒（bps）来衡量。
调制解调器的速度取决于多个因素，包括调制技术、传输介质的带宽和信
号噪声等。
调制解调器在互联网和通信领域起着重要的作用，它们允许计算机之间进行数据交换，并连接到因特网。
调制与解调
ea
ec
O
f0 fn
O
f
f
O
t
t
ec
O
t
t
（b）频率电压特性曲线
传感器与测试技术
传感器与测试技术
O
t
调制与解调
调制是指利用被测缓变信号来控制或改变高频振荡波的某个参数（幅值、
e
频率或相位），使其按被测信号的规律变化，以利于信调号制的信放号 大与传输。
一般把控制高频振荡波的缓变信号称为O 调制波；载送缓变信号的高频t
振荡波称为载波；经过调制的高频振荡波称为已调波，根据调制原理不同，
x(t)
x A (t )
xm(t)
x 0(t )
A
O
tO
tO
tO
t )
x(t)
A
tO
tO
tO
tO
t
x A (t )
A tO
3．相敏检波
y(t)
相敏检波常用的有半波相敏检波和全
O
波相敏检波。图a所示为一开关式全波相
t
敏检波电路。输出信号x0(t)如图b所示。
u(t)
f0
O
f0
f
原来调制时的相同而使第二 次“搬移”后的频谱有一部 分“搬移”到原点处，所以 频谱中包含有与原调制信号 相同的频谱和附加的高频频
Y(f )
1 2
f0
O
X m( f )Y ( f )
1
2
f0
f
低通滤波
谱两部分，其结果如图所示。
2 f 0
fc
O
fc
fm fm
同步解调
2f0 f
2．包络检波
包络检波在时域内的流程如图所示。调幅波经过包络检波（整流、滤 波）就可以恢复偏置后的信号xA(t)，最后再将所加直流分量去掉，就可以 恢复原调制信号x(t)。
第2讲 调制与解调
图3-45 GMSK信号的功率谱密度
表3-2给出了作为BbTb函数的GMSK 信号中包含给定功率百分比的射频带宽。
表3-2
Bb T b 0.2 0.25 0.5 ∞
GMSK信号中包含给定功率百分比的射频带宽
90% 0.52Rb 0.57Rb 0.69Rb 0.78Rb 99% 0.79Rb 0.86Rb 1.04Rb 1.20Rb 99.9% 0.99Rb 1.09Rb 1.33Rb 2.76Rb 99.99% 1.22Rb 1.37Rb 2.08Rb 6.00Rb
最小频差（最大频偏）：
当ak 1 当ak 1
(k 1)Ts t kTs
1 f f 2 f 1 2Ts
即最小频差等于码元速率的一半 设1/Ts＝fs，则调频指数
h
f 1 1 Ts f s 2Ts 2
h=0.5时，满足在码元交替点相位连续的条件，也是频移键控为保证良 好的误码率性能所允许的最小调制指数，且此时波形的相关系数为 0.5， 待传送的两个信号是正交的。
图3-22 MQAM信号相干解调原理图
3.1.3 数字频率调制
一、 二进制频移键控
用二进制数字基带信号去控制载波 频率称为二进制频移键控（2FSK）。
如图3-25所示，设输入到调制器的比 n ∞~ ∞ 。 特流为{ a n }，an 1， 2FSK的输出信号形式为
图3-25 2FSK信号的产生
图3-35 MSK信号调制器原理框图
MSK信号属于数字频率调制信号，因 此一般可以采用鉴频器方式进行解调，其 原理图如图3-38所示。
图3-38 MSK鉴频器解调原理框图
相干解调的框图如图3-39所示。
图3-39 MSK信号相干解调器原理框图
信号调制解调
由上式可见，除了由于载波分量而在处形成两个冲激函数之外，这个频谱与抑制载波的AM的频谱相同。
2。幅度调制在中、短波广播和通信中使用甚多。幅度调制的不足是抗干扰能力差，因为各种工业干扰和天电干扰都会以调幅的形式叠加在载波上，成为干扰和杂波
四．解调的原理
解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。在各种信息传输或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。与调制的分类相对应，解调可分为正弦波解调（有时也称为连续波解调）和脉冲波解调。正弦波解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调，此外还有一些变种如单边带信号解调、残留边带信号解调等。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。对于多重调制需要配以多重解调。
过程：
输入信号经过乘法器与cos0t相乘，得到已调信号fS(t)=m(t)cos0t，其频谱为FS(j)=½{F[j(-0)]+F[j(+0)]}
而h(t)为一带阻滤波器，仅保留有效的频带。
输出得到频谱为 的信号
由此可见，原始信号的频谱被搬移到了频率较高的载频附近，达到了调制的目的。
已调信号的频谱表明原信号的频谱中心位于上，且关于对称。它是一个带通信号。
解调过程除了用于通信、广播、雷达等系统外还广泛用于各种测量和控制设备。例如，在锁相环和自动频率控制电路中采用鉴相器或鉴频器来检测相位或频率的变化，产生控制电压，然后利用负反馈电路实现相位或频率的自动控制。
五．调制解调的应用
调制在无线电发信机中应用最广。图1为发信机的原理框图。高频振荡器负责产生载波信号，把要传送的信号与高频振荡信号一起送入调制器后，高频振荡被调制，经放大后由天线以电磁波的形式辐射出去。其中调制器有两个输入端和一个输出端。这两个输入分别为被调制信号和调制信号。一个输出就是合成的已调制的载波信号。例如，最简单的调制就是把两个输入信号分别加到晶体管的基极和发射极，集电极输出的便是已调信号。
调制与解调的基本原理
调制与解调的基本原理
调制是将信号转化为适用于传输的波形的过程，而解调则是从传输信号中恢复原始信号的过程。
调制和解调是无线通信系统中的两个基本环节。
调制的基本原理是将原始信号（也称为基带信号）与一个高频信号（也称为载波信号）相乘，从而将基带信号的频谱移到载波信号的频带内。
通过调制，会改变原始信号的某些特征，如频率、幅度或相位。
常见的调制方式包括：
1. 幅度调制（AM）：将原始信号的幅度变化转化为载波信号的幅度变化。
在AM 调制中，原始信号的幅度决定了载波信号的幅度的变化，从而实现信息传输。
2. 频率调制（FM）：将原始信号的频率变化转化为载波信号的频率变化。
在FM 调制中，原始信号的频率决定了载波信号的频率的变化，从而实现信息传输。
3. 相位调制（PM）：将原始信号的相位变化转化为载波信号的相位变化。
在PM 调制中，原始信号的相位决定了载波信号的相位的变化，从而实现信息传输。
解调的基本原理是将调制信号中的信息提取出来，恢复为原始信号。
解调方法与调制方式相对应。
常见的解调方式包括：
1. 幅度解调（AM）：通过提取调制信号的幅度变化，恢复原始信号的波形。
2. 频率解调（FM）：通过提取调制信号的频率变化，恢复原始信号的波形。
3. 相位解调（PM）：通过提取调制信号的相位变化，恢复原始信号的波形。
需要注意的是，调制和解调过程中可能会出现噪声和失真现象，需要采取相应的技术手段来提高信号质量和还原效果。
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+1 , 以 P an = −1 , 以 1− P
cosωc t (发"+1"→"0"相) = − cosωc t (发"−1"→"π"相)
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波形
5
Communication
Ch4 调制解调
受键控的载波相位按 “” 0 相位 → 1 基带脉冲而改变的数字调 如， “ 制方式。 制方式。 π 相位→ 0”
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8
图
Communication
2PSK系统的原理 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
发送数据 1
0
0
1
1
1
0
2PSK 载波
相乘输出 低通输出
判决输出
1
0
0
1
1
1
9
0
载波反相
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Communication
2PSK系统的原理 2PSK系统的原理
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表达式
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4
Communication
Ch4 调制解调
当基带数字信号采用幅度为1宽度为T 当基带数字信号采用幅度为1宽度为 TS的矩 形脉冲的双极性非归零码表示时， 形脉冲的双极性非归零码表示时，时域表示式为
S2PSK (t ) = ∑an g(t − nTs) cosωct n
利用前后相邻码元载波的相对相位表示数 字信息的调制方式。 字信息的调制方式。 即用载波相位相对变化传 送数字信息， 送数字信息，所以又称为相对调相。 相对调相。 令为当前码元初相与前一码元初相之差， 令为当前码元初相与前一码元初相之差 ， DPSK调制的一种规则为 则2DPSK调制的一种规则为
"" π →数字信息 1 相位变化： 相位变化： = ∆Φ " 0 →数字信息 0"
t
ω t + K t m (τ )dτ S FM (t ) = cos c f ∫ −∞ 根据基带信号 m(t) 不同分为模拟相位调制 FM 和数字 频率调制（ 如图所示。 频率调制（频移键控FSK），如图所示。 m(t) 1 1 0 1 数字 0
信号 t
SFM(t)
2FSK t t
载波反向时
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Communication
2PSK系统的原理 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
发送数据 0
1
0
1
0
0
1
2DPSK 载波
相乘输出 低通输出
判决输出 差分输出
0 1
1
1 0
0 1
0 0
0 0
18
1 1
功率谱
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Communication
S M (t ) = A (t ) cos [ω c t + ϕ (t )] 如果为φ(t)常数 A(t)随m(t)成比例变化 常数， 成比例变化， 如果为φ(t)常数，A(t)随m(t)成比例变化，则 称为幅度调制 幅度调制。 称为幅度调制。 根据基带信号不同分为模拟幅度调制和数字 幅度调制（振幅键控ASK） 如图4 所示。 幅度调制（振幅键控ASK），如图4-1所示。
0
2PSK t
(a) PM
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(b) 2PSK
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2
频率调制
Communication Ch4 调制解调 SM (t ) = A(t ) cos[ωct + ϕ(t )] 已调信号的瞬时频率偏移随基带信号比例变化时， 已调信号的瞬时频率偏移随基带信号比例变化时 ， 我们称之为频率调制 频率调制。 我们称之为频率调制。即 dϕ(t ) = K f m(t ), 或ϕ(t ) = K f ∫ m(t )dt
Ch4 调制解调
0
0
1
1
1
0
相对码 载 波 0相位
0
0
0
1
0
1
1
2DPSK
π
0
对相对码按 0 2PSK规则进行调 π
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1 相对码“ 相位 → 相对码“ ” 相对码“ 0 相位 → 相对码“ ”
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调制方法
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Communication
4.3.3 2PSK系统的原理 2PSK系统的原理
双极性 差分码 不归零
cosωC t
S22DPSK (tt ) S PSK
b’. 2PSK b. 2DPSK 键控调制 键控调制
0
S(t )
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π
差分码变换 St
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S2PSK (t ) (t ) S2DPSK
()
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解调
Communication
2DPSK系统的原理 2DPSK系统的原理
这种现象通常称为2PSK的 这种现象通常称为2PSK的“倒π” 现象或 反向工作”现象。 现象或“反向工作”现象。
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2DPSK
Communication
4.3.3 2PSK系统的原理 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
2）2DPSK（差分相移键控） DPSK（差分相移键控）
Communication
2PSK系统的原理 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
4）2PSK功率谱特性 PSK功率谱特性
1 , 以 P S2ASK (t ) = ∑an g(t − nTs) cosωc t an = 0 , 以 1− P n
+1 , 以 P S2PSK (t ) = ∑an g(t − nTs) cosωc t an = −1 , 以 1− P n
2PSK系统的原理 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
2PSK信号相干解调 PSK信号相干解调
由于绝对移相方式是以某一相位作为基准 的，因此解调时在接收端也必须有同样一个固 定基准相位作为参考。 定基准相位作为参考。即采用相干解调
S2PSK (t )
BPF
鉴相器 LPF 本地载波 判决 定时脉冲 数据 输出
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FDM
(a) FM
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(b) 2FSK
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3
幅度调制
Communication
4.3.3 二进制相移键控
an =1 概 为 , 率 P
Ch4 调制解调
1）2PSK调制原理 PSK调制原理
1 , m(t ) = an g(t − nTs ) = 0,
S2PSK (t ) = cos ωct + K pm(t )
S PM (t ) = cos ω c t + K p m (t )
(
)
分为模拟相位调制PM 和数字相位调制 分为模拟相位调制 PM和数字相位调制 （ 相 和数字相位调制（ 移键控PSK、DPSK） 如图4 所示。 移键控PSK、DPSK），如图4-2所示。
m(t)
t
SPM(t)
1 1 数字 信号
0 0 1 0
Ch4 调制解调
相对调相信号 首先对数字基带信号进行差分编码 的 产 生 过 程 即由绝对码变为相对码 ， 然后再进 即由绝对码变为相对码，
行绝对调相。也可以直接采用模拟调制方法。 行绝对调相。也可以直接采用模拟调制方法。 a. 2PSK a’. 2DPSK S(t ) 差分 模拟调制 模拟调制 码变换 载波 移相
LPF
判决 定时脉冲
数据 输出
(b) 差分相干解调 差分相干解调
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相干解调波形
Communication
2DPSK系统的原理 2DPSK系统的原理
Ch4 调制解调
发送数据 0
1
0
1
0
0
1
2DPSK 载波
相乘输出 低通输出
判决输出 差分输出
1 1
0 0
0
1 1
1 0
1 0
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0 1
数学表达式形式上完全一样，只是a 的取值不同。 数学表达式形式上完全一样，只是an的取值不同。 因此，参照2ASK功率谱可得到 PSK信号功 因此，参照2ASK功率谱可得到2PSK信号功 功率谱可得到2 率谱也只是基带数字信号频谱的线性搬移。 率谱也只是基带数字信号频谱的线性搬移。
B2PSK = B2DPSK = 2 fs
1 t t t t 0 1 1 0
Ch4 调制解调
t t
模拟调制
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数字调制
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1
相位调制
Communication Ch4 调制解调 SM (t ) = A(t ) cos[ωct + ϕ(t )]
如果已调信号的瞬时相位偏移随基带信号比 例变化时，我们称之为相位调制 相位调制。 例变化时，我们称之为相位调制。即 ϕ (t ) = K p m (t )
(
an = 0, 概 为 − P 率 1
cos ωct + K p , an= 1,以概率 P = cos(ωct ) , an= 0,以概率 1− P
当相移常数K 时 当相移常数 p=π时，