第四章 角度调制
角度调制
4.7角度调制（非线性调制）系统概述(1)一、角度调制的基本概念在前几节中，我们系统的介绍了线性调制系统，线性调制系统有一定的优点，如它的实现简单，传输信号所需的频带窄(如SSB)，因此，目前仍有许多场合使用线性调制。
随着人类社会的发展，人们对通信质量的要求愈来愈高，随着传送消息的内容愈来愈广泛，特别是广播的出现，传送的消息内容从语言扩展到了音乐，这样人们就有了对音质、音色及抗干扰性的要求，而角度调制系统能比较好的解决这个问题。
角度调制属于非线性调制，即调制后信号的频谱不再是调制前信号频谱的线性搬移，而产生出很多新的频率成分。
1、角度调制的概念一个余弦信号可以写成其中，A0为常数，当θ(t)随基带信号m(t)变化时，则称角度调制。
2、角度调制的方法两种方法：调频FM：角频率随消息信号m(t)变化；调相PM：相位随消息信号m(t)变化。
3、瞬时相位与瞬时角频率为了清楚地介绍调频波和调相波的概念，在这里先引入两个概念：瞬时相位和瞬时角频率。
瞬时相位：公式（4.7-1）中θ(t)称为瞬时相位(或瞬时相角)瞬时角频率：瞬时相位的导数称为瞬时角频率，ω(t)＝dθ(t)/dt二者之间的关系为：4、角度调制的特点角度调制的优点：（1）、抗干扰性强；（2）.实现和解调都较简单。
缺点：频带利用率低(有效性低)。
二、调相信号PM及其性质1、调相信号对于调相信号，其瞬时相位θ(t)有如下形式：式中：KPM是引入的系数，称为调相器的灵敏度（或调相系数），它由调相电路决定，单位是弧度/伏。
调相波的时域表达式为此时，瞬时角频率ω(t)为可见，虽然上PM波，但其角频率仍与m(t)有关。
2、PM波的性质（1）调相波的瞬时相位θ(t)随m(t)线性变化（2）调相波的瞬时角频率ω(t)随dm(t)/dt 线性变化。
3、最大相位偏移ΔθPM公式（4.7-2）如果无m(t)，瞬时相位为ωc t，所以将KPMm(t) 称为相位偏移。
最大偏移量为4、最大角频率偏移ΔωPM5、调相指数βPM定义：βPM就是相位偏移的最大值.。
第四章角度调制
第三节 宽带调频（WBFM）
为使问题简化，我们先研究单音调制的情况， 然后把分析的结果推广到多音情况。
一、单频调制时宽带调频信号 ( t ) A c o s t A c o s 2 f t 设单频调制信号为：f
m m m
m
则单音调频信号的时域表达式为： 利用三角函数将它展开：
s ( t ) A c o s [ t s i n] t F M c F M m
A c o s [ t c o s t ] c P M m
PM
这里的
K A 称为调相指数， P M P M m
2、单频信号的频率调制
进行频率调制时，表达式为：
S （ t ） A c o s [ tK A c o s t d t ] F M c F M m m
（初始相位为0时）
它的瞬时相位：
（ t ） t K （ ft ） c p m
2、频率调制
是指瞬时频率偏移随基带信号而线性变化。
即：
d () t () t K f() t F M d t
它的瞬时相位： 这里的 K F M 是频移常数。 则可得调频信号为：
( t ) ( t ) d t tKf ( t ) d t
A A K m F M S ( t ) At c o s [ c o s ( )c to s ( ) t ] N B F M c c m c m 2
我们再看AM信号的信号和频谱分别为：
A m s ( t ) A c o s t [ c o s ( ) t c o s ( ) t A M c c m c m 2 1 S ( ) A [ ( )( ) F ( ) F ( c ) ] A M 0 c c [ c 2
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。
通信原理4-模拟角调制.
一、角调制的基本概念
相位调制：瞬时相位偏移(t)是调制信号f (t)
的线性函数。 – 调相信号时域表达式：
sPM (t) Acos[ct KPM f (t)]
瞬时相角 (t) ct KPM f (t)
瞬时频率
(t)
d (t)
dt
c
KPM
df (t) dt
频率调制：瞬时角频率偏移是调制信号f(t)的线
解：由题知(t)=10000t+5cos10t, 因此(t)=5cos10t， ct=10000t，d (t)/dt= - 50sin10t
因为f(t)=sin10t，与d (t)/dt成正比，所以s(t)是调频信号. KFM=(d (t)/dt)/f(t)
=-50sin10t/sin10t=-50 (rad/sv)
第四章 模拟角调制
本章讨论内容
– 主要研究非线性调制信号的特点、 频谱结构及传输频带
– 介绍调制及解调方法 – 定性分析角调制的抗噪声性能
一、角调制的基本概念
任何一个正弦时间函数，若其振幅不变，有
c(t)=A cos [(t)] 其中， (t)为正弦波的瞬时相角，或称总相角。
瞬时相角与瞬时频率关系 瞬时频率： (t) d(t)
性函数。
– 瞬时频率偏移
d (t )பைடு நூலகம்
dt
KFM
f
(t)
其中，KFM---频偏常数或调频灵敏度，单位：rad/(v•s)
– 瞬时角频率 (t) c KFM f (t)
– 瞬时相位
(t) (t)dt ct KFM f (t)d t
通信原理(陈启兴版)第4章课后习题答案
第四章模拟调制4.1学习指导4.1.1要点模拟调制的要点主要包括幅度调制、频率调制和相位调制的工作原理。
1.幅度调制幅度调制是用调制信号去控制载波信号的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。
在时域上，已调信号的振幅随基带信号的规律成正比变化；在频谱结构上，它的频谱是基带信号频谱在频域内的简单平移。
由于这种平移是线性的，因此，振幅调制通常又被称为线性调制。
但是，这里的“线性”并不是已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。
事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。
幅度调制包括标准调幅（简称调幅）、双边带调幅、单边带调幅和残留边带调幅。
如果调制信号m(t)的直流分量为0，则将其与一个直流量A0相叠加后，再与载波信号相乘，就得到了调幅信号，其时域表达式为stAmttAtmttAM()0()cosc0cosc()cosc(4-1)如果调制信号m(t)的频谱为M(ω)，则调幅信号的频谱为1S()πA()()M()M()(4-2)AM0cccc2调幅信号的频谱包括载波份量和上下两个边带。
上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。
由波形可以看出，当满足条件|m(t)|A0(4-3)时，其包络与调制信号波形相同，因此可以用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。
否则，出现“过调幅”现象。
这时用包络检波将发生失真，可以采用其他的解调方法，如同步检波。
调幅信号的一个重要参数是调幅度m，其定义为m A m(t)Am(t)0max0minAm(t)Am(t)0max0min(4-4)AM信号带宽B AM是基带信号最高频率分量f H的两倍。
AM信号可以采用相干解调方法实现解调。
当调幅度不大于1时，也可以采用非相干解调方法，即包络检波，实现解调。
双边带信号的时域表达式为stmttDSB()()cosc(4-5)其中，调制信号m(t)中没有直流分量。
如果调制信号m(t)的频谱为M(ω)，双边带信号的频谱为1S()M()M()(4-6)DSBcc2与AM信号相比，双边带信号中不含载波分量，全部功率都用于传输用用信号，调制效率达到100%。
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
信号与系统-模拟角度调制系统
瞬时相位： (t) (t)dt ct KFM f (t)dt
sFM t A0 cosct 0 kFM f t dt
kFM ——调频灵敏度，单位为弧度/秒/伏。
调频波的瞬时频率偏移与f(t)成线性关系。
PM 信号和FM 信号波形如图所示：
满足窄带条件时
sNBFM t A cosct
A FM 1
2
cosc
m1t
A FM 1
2
c
m1t
AFM 2
2
cosc
m2 t
AFM 2
2
cosc
m2 t
有效频带宽度：若m2 m1 BNBFM 2m1
不满足窄带条件时：
sFM t A e j t
取其实部
A
J J e n FM1
f t Am1 cosm1t Am2 cosm2t
t c kFM Am1 cosm1t kFM Am2 cosm2t
t ct FM1 sin m1t FM 2 sin m2t
FM 1
kFM Am1
m1
FM 2
kFM Am 2 m 2
sFM t A cos ct FM1 sin m1t FM 2 sinm2t
有效带宽：（以单音调制为例）
调相波的有效带宽： BPM 2 PM 1 fm
窄带调相波的有效带宽： BPM 2 fm
调相波的的有效带宽与调制频率有关；而调频 波在调制频率变化时，有效带宽基本保持不变；
对于多音调制，调相波的有效带宽取决于最高调 制频率分量，而调频制不存在这个问题；在实际 应用中，调频制比调相制要广泛的多。
调频波的有效带宽：
理论上调频信号的带宽为无限宽。然而实际上各次边频
《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。
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sFM (t ) A cos[ct KFM （） f t]
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二、单频信号的角度调制
角度调制基本概念 窄带调频 窄带调相 宽带调频 宽带调相
对于单频信号进行角度调制时，即： （ f t） Am cos mt ，则 ： 1、单频信号相位调制时，表达式为：
SPM （t） A cos[ct KPM Am cos mt ]
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一、窄带调频（NBFM）
角度调制基本概念 窄带调频 窄带调相 宽带调频 宽带调相
在窄带调频时，时域表达式可以近似写成：
经推导可得NBFM信号的频域表达式：
SNBFM (t ) A[ ( c ) ( c )]
AK FM 2 F( c ) F( c ) c c
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第二节 窄带角调制
角度调制基本概念
调制所引起的最大相位偏移 （或调制指 数 ）很小时，则对角度调制的分析可以简 窄带调频 化很多。根据调制后载波瞬时相位偏移的大 窄带调相 小，可将频率调制分为宽带调频（WBFM） 宽带调频 与窄带调频（NBFM）。 宽带调相 当 K FM f (t ) max 6 时，称为窄带调频。 调频信号的产生与 解调 否则，称为宽带调频。 调频系统抗噪性能 调相也是如此，只要满足：K PM f (t ) max 6 ， 预加重和去加重 就是窄带调相（NBPM），否则就是宽带调相 频分复用（FDM） （WBPM）。
S FM （t） A cos[ct K FM Am cos mtdt ]
A cos[ct FM sin mt ]
这里的 FM 称为调频指数
FM
K FM Am
调频信号的产生与 解调 调频系统抗噪性能 预加重和去加重 频分复用（FDM）
K FM Am
m
max
(t )
()t d[ct (t ) 0 ]/ dt
d (t ) / dt
：瞬时相位； ：瞬时相位偏移； ：瞬时频率； ：瞬时频偏。
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1、相位调制
角度调制基本概念 窄带调频 窄带调相 宽带调频 宽带调相
当幅度 A 和角频率 ω 保持不变，相位是调制 信号的线性函数。即： (t ) K PM f (t ) 这里的 K PM 是比例常数（相移常数），它取 决于具体的实现电路，它表示调相器的灵 敏度。调相信号可表示为：
调频信号的产生与 解调 调频系统抗噪性能 预加重和去加重 频分复用（FDM）
f (t ) 微分 调频器 PM 信号（间接调相） • 如果将调制信号先积分，再进行调相，则可得到 调频信号； • 如果将调制信号先微分，再进行调频，则可得到 调相信号。 • 从以上分析可见，调频与调相并无本质区别，两 者之间可以互换。
m
f max fm
fmax FM f m
是最大角频率偏移，即：max KFM Am
则
f max
是最大的频率偏移。
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3、单频信号角度调制的特点
角度调制基本概念 窄带调频 窄带调相 宽带调频 宽带调相
由它们的表达式和95页图4-4可见，FM和PM非 常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式， 则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。 f (t ) 积分 调相器 FM 信号（间接调频）
sNBFM (t ) A cos c t [ AK FM f (t ) dt ]sin c t
调频信号的产生与 解调 调频系统抗噪性能 预加重和去加重 频分复用（FDM）
我们仍以单频信号为例进行窄带调频，那么我 们可以得到调频信号：
S NBFM (t ) A cos ct AAm K FM [cos(c m )t cos(c m )t ] 2
是指瞬时频率偏移随基带信号而线性变化。
即：
d (t ) (t ) K FM f (t ) dt
调频信号的产生与 解调 调频系统抗噪性能 预加重和去加重 频分复用（FDM）
它的瞬时相位： 这里的 K FM 是频移常数。 则可得调频信号为：
(t ) (t )dt ct K FM f (t )dt
调频信号的产生与 解调 调频系统抗噪性能 预加重和去加重
sPM (t ) A cos[ct KPM f (t )]
（初始相位为0时）
它的瞬时相位：
（t） ct K pm （ f t）
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频分复用（FDM）
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2、频率调制
角度调制基本概念 窄带调频 窄带调相 宽带调频 宽带调相
第一节 角度调制
角度调制基本概念 窄带调频 窄带调相 宽带调频 宽带调相
一、基本概念
角度调制可以定义为具有恒定振幅和瞬时相角 的正弦波，角度调制信号的一般表达式为：
s(t ) A cos[ (t )] A cos[ct (t ) 0 ]
[ (t ) 0 ]
调频信号的产生与 解调 调频系统抗噪性能 预加重和去加重 频分复用（FDM）
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1、NBFM与AM比较
角度调制基本概念 窄带调频 窄带调相 宽带调频 宽带调相
单频信号进行窄带调频时的调频信号：
S NBFM (t ) A cos c t AAm K FM [cos(c m )t cos(c m )t ] 2
我们再看AM信号的信号和频谱分别为：
调频信号的产生与 解调 调频系统抗噪性能 预加重和去加重 频分复用（FDM）
A cos[ct PM cos mt ]
这里的
PM
PM KPM Am 称为调相指数，
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2、单频信号的频率调制
角度调制基本概念 窄带调频 窄带调相 宽带调频 宽带调相
进行频率调制时，表达式为：