软件无线电 第3章 多模式调制解调概述
调制解调原理
调制解调原理调制解调（Modulationanddemodulation）是在无线电通信中的一项技术，它是指把一种信号（比如数据、图像、声音等）转换成另一种信号以传输，并且能把收到的信号还原成最初的状态的过程。
由于它的重要作用，调制解调技术在无线电通信领域被广泛应用。
调制解调技术由三部分组成：调制（modulation）、传输（transmission）和解调（demodulation）。
调制是指把一种信号转换成另一种信号来进行传输，它可以让信号通过使用带宽更低的信道，从而节省带宽成本。
传输是指把调制之后的信号传输到接收方，传输方式可以是空中、有线或光纤传输等等。
解调是指把调制之后的信号还原成原始的信号，以便被接收方识别或使用。
调制解调技术有很多种，其中常用的有调幅调制（AM）、调频调制（FM）、数字调制（digital modulation）和多路复用（multiplexing）等。
调幅调制（AM）是一种应用最为广泛的调制方式，它是指把信号的振幅（也可以是电平）与载波信号（一般是正弦信号）的振幅相乘，可以利用信号的幅度来传输有效信息。
调频调制（FM）是在调幅调制的基础上发展出来的一种调制方式。
它是指把信号的频率与载波信号（一般是正弦信号）的频率进行乘法，可以利用信号的频率来传输有效信息。
数字调制（digital modulation）是一种新型的调制技术，它是指使用数字信号来调制载波，而不是使用模拟信号。
这种调制方式可以有效提高传输信号的保真度、准确度和稳定性，由于传输数据只需要很低的带宽，有极大的优势。
多路复用（multiplexing）是一种把多个信号合并到一条信道上的技术，从而节省了信道的带宽。
它把多个信号用同一种调制技术分别调制好，然后将多个调制好的信号合并到一条信道上传输，从而节省了带宽，也减少了误码的机会。
调制解调技术为无线电通信提供了极大的便利，是当今社会快速发展的重要技术，在无线电系统和网络中起着至关重要的作用。
第3章数字调制解调技术
第3章 移动通信中的调制解调技术
3.2 数字频率调制
3.2.1 二进制数字频移键控（2FSK） 设输入到调制器的信号比特流为{an}，an=“1”或
“0” n=-∞~+∞。当输入为传号“1”时，输出频率为f1 的正弦波；当输入为空号“0”时，输出频率为f2的正弦波。 FSK信号分为相位连续的FSK信号和相位跳变的FSK信号。 FSK信号的波形及功率谱如图3-3所示。
电子信息工程系通信技术教研室
第3章 移动通信中的调制解调技术
移动通信中的数字调制技术应具有以下特点： （1）要有窄的功率谱和高的频谱利用率。移动通信是 一种多波道系统，调制信号功率谱带外辐射对邻道产生干 扰，使性能下降。为了保证数字信息传输质量，信号功率 与干扰功率之比应大于20dB，考虑到移动台运动时的衰落 深度可达20～40dB，所以要求已调信号在邻道的总辐射干 扰低于20～40dB。 （2）误码性能好。移动通信环境以衰落、噪声、干扰 为特点，包括多径瑞利衰落、频率选择性衰落、多普勒频 移和障碍物阻挡的联合影响。因此，必须根据抗衰落和干 扰能力来优选调制方案。误码性能的好坏实际上反映了信 号的功率利用率的高低。
MSK调制器的原理框图如图3-6所示。
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第3章 移动通信中的调制解调技术
图3-6 MSK调制器的原理框图
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第3章 移动通信中的调制解调技术 4.频谱特点 MSK信号的功率谱如图3-7所示，图中还给出了QPSK
信号的功率谱。从图中可以看出，与QPSK相比，MSK信号 的功率谱具有较宽的主瓣，其第一个零点出现在(f-fc)=0.75 处，而QPSK信号的第一个零点出现在(f-fc)=0.5处。当(ffc)→∞时，MSK的功率谱以［(f-fc)Tb］-4 QPSK的衰减速率［（f-fc)Tb］-2快得多。MSK信号可以采用 鉴频器解调，也可以采用相干解调。
2.5.3 软件无线电中的信号解调通用模型及算法_软件无线电原理与技术_[共8页]
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2.5.3 软件无线电中的信号解调通用模型及算法
同信号调制的过程相对应，信号解调分为正交解调和基带解调两个过程。接收信号 r(t) 由已调信号 s(t)加上噪声 n(t)组成。正交解调把 r(t)转换为 N 维矢量，包括信号和噪声两部分， 作为基带解调的充分统计观测量。在不存在噪声的情况下，基带解调完成矢量空间与信源信 息逆映射，但在存在噪声的情况下，这种逆映射无法完成。对于数字信号，只能根据信源信 息和矢量空间的映射关系，基于最小错误概率准则，判断接收到的观测矢量最可能是矢量空 间中的哪一个点，此时基带解调称为信号检测。而对于模拟信号，只能基于最小均方误差准 则，尽可能无失真地恢复所传输的信源信号波形，此时基带解调称为信号估计或波形估计。 本小节对上面介绍的部分调制信号的解调做相应的介绍。
（2.147）
式中，ωc 表示载波的角频率。所以上式可以表示为：
S(n) A(n) cos(n)cos(cn) A(n)sin(n)sin(cn)
X I (n) cos(cn) X Q (n) sin(cn)
（2.148）
式中， X I (n) A(n) cos(n) ， XQ (n) A(n)sin(n) 。这就是我们希望获得的) A0 A0 g(n m) cos(cn m ) m
式中， m i ，i=0，1。
对信号进行正交分解后，得到同相和正交分量。
（2.153）
同相分量：
X I (n) A0 g(n m) cos(m ) m
（2.154）
正交分量：
X Q (n) A0 g(n m)sin(m ) m
y(t) cos(ct n )
（2.149）
式中，n 为 2PSK 信号某一码元的初相。n=0 时，代表数字“0”；n= 时，代表数字“1”。
调制解调的概念
调制解调的概念调制解调（ModulationandDemodulation，简称M&D）是通信历史上最重要的发明之一，它是使用信号变换从一种形式（例如电流）到另一种形式（例如电压）来携带信息的过程。
这种技术是有效地对信号进行处理和传播的核心，它能够让信息携带更大负荷，实现高速数据传输。
调制是将载波发射到一个接收信号的过程，而解调则是有效地读取和接收这个信号的过程。
M&D的最大优点是：改变载波的频率，用户手机不用来改变相关的参数，这使得操作变得方便，变得更有效率，因此得到了广泛应用。
在调制解调的技术中，电磁波的载波频率是必须的，变换的方法有很多种，常用的有振幅调制（AM）、调频（FM）、调相（PM）等。
AM 和FM属于模拟调制，而PM则属于数字调制。
振幅调制（AM）是用调制信号去改变载波的振幅来携带信息，因此它是由信号的幅度组成的，可以用调幅器(modulator)实现，而用解调器(demodulaltor)来恢复原始信息。
调频（FM）是用调制信号去改变载波的频率，所以它是由频率组成的，可以用调频器实现，而用解调器来恢复原始信息。
调相（PM）是一种利用一个调制信号改变载波的相位，从而携带信息的方式。
在模拟调制中，AM和FM由于它们只改变信号的振幅或频率，所以误传率较大；但是PM改变信号的相位，误传率会小很多。
现在，调制解调技术也被广泛应用于无线通信中。
经过多年的发展，无线通信已经拥有足够的多用性，使得它能够支持视频会议、在线游戏等多项多媒体服务。
无线通信的重要组成部分就是M&D技术，它能够保证信号的稳定和传输的高速。
在未来，M&D技术将进一步发展壮大，行业将推动它一步步实现更高层次的数据传输和多媒体服务，将更多的科技前沿带入社会经济生活，为社会发展提供新的技术支持。
回顾这一多年来调制解调技术发展的历程，它是如何从一个简单的技术到越来越复杂的装置，实现了信号的传输，为人类社会的经济、文化、教育、发展等各方面的活动提供了技术支持，它无疑是科学发展的重要动力之一。
chapter 软件无线电中的调制与解调算法PPT学习教案
9.1.2 软件无线电的关键技术（续一）
3. 模数转换部分 要求：采样速率高，大于信号带宽的2.5倍； 采样精度高，不低于12位（80dB动态范围） 实现技术：提高器件性能，多个A/D并联
4. 数字变频技术 数字变频技术是软件
无线电的核心技术之一，
A/D S(nTs)
cos(ω0nTs)
窄带电调滤波器
放大器
A/D
双工器
功放
窄带电调滤波器
“0”内插上变频
D/A
DSP （软件）
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3. 宽带中频带通采样软件无线电结构
宽带中频带通采样软件无线电结构类似于中频数字化 接收机的结构，采用了多次混频体制或叫超外差体制。其 主要特点是中频带宽更宽，所有调制解调等功能全部由软 件加以实现，是近期软件无线电一种较可行的设计方案。
第4页/共20页
9.1.3 软件无线电的基本结构
软件无线电的结构：主要由天线、射频前端、宽 带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理 器以及各种软件组成。 分类：射频低通采样软件无线电结构
射频带通采样软件无线电结构 宽带中频带通采样软件无线电结构
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1. 射频低通采样软件无线电结构
chapter 软件无线电中的调制与解调算法
会计学
9.1 软件无线电简介
9.1.1 软件无线电概念的由来
1992年，MILTRE公司的Jeo Mitola在美国国家远程会议 上首次明确提出了软件无线电（software radio）的概念。
中心思想：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬 件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、 加密模式、通信协议等用软件来完成，并使宽带A/D和D/A转 换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新 一代无线通信系统。
无线通信中的调制与解调方法
无线通信中的调制与解调方法无线通信是指通过无线电波或其他电磁波进行信息传输的通信方式。
在无线通信中，调制和解调是最基本的信号处理方法，用于将信号转换为适合无线传输的形式。
本文将详细介绍无线通信中的调制与解调方法，并分步解析。
一、调制方法调制是将信息信号注入到载波信号中的过程，主要有以下几种调制方法：1. AM调制（Amplitude Modulation）AM调制是通过改变载波信号的幅度来传输信息的一种调制方法。
它的过程包括：调制信号经过调制器调制后与载波信号相乘，形成带有调制信号的调制波。
调制波的幅度随着调制信号的变化而变化，解调时可以从调制波中还原原始的调制信号。
2. FM调制（Frequency Modulation）FM调制是通过改变载波信号的频率来传输信息的一种调制方法。
它的过程包括：调制信号经过调制器调制后控制载波信号的频率变化，形成带有调制信号的调制波。
调制波的频率随着调制信号的变化而变化，解调时可以从调制波中还原原始的调制信号。
3. PM调制（Phase Modulation）PM调制是通过改变载波信号的相位来传输信息的一种调制方法。
它的过程包括：调制信号经过调制器调制后控制载波信号的相位变化，形成带有调制信号的调制波。
调制波的相位随着调制信号的变化而变化，解调时可以从调制波中还原原始的调制信号。
二、解调方法解调是将调制后的信号还原成原始信号的过程，主要有以下几种解调方法：1. AM解调（Amplitude Demodulation）AM解调是从调制波中还原出原始调制信号的一种解调方法。
它的过程包括：将调制波通过一个带通滤波器，滤除掉不必要的频率成分，得到基带信号，再经过放大器放大，即可得到原始的调制信号。
2. FM解调（Frequency Demodulation）FM解调是从调制波中还原出原始调制信号的一种解调方法。
它的过程包括：将调制波通过一个频率鉴别器，将频率变化转换成幅度变化，然后通过一个低通滤波器滤除高频噪声，得到原始的调制信号。
软件无线电技术综述
软件无线电技术综述一、概述随着信息技术的飞速发展，无线通信技术在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
传统的硬件主导的无线通信系统由于其固有的局限性，已无法满足日益增长的多样化、个性化通信需求。
在这一背景下，软件无线电技术应运而生，以其独特的优势引领着无线通信领域的新一轮变革。
软件无线电技术是一种基于数字信号处理（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）等先进技术的无线通信体系。
它的核心理念在于构建一个通用的硬件平台，通过加载不同的软件来实现各种无线通信功能。
这种技术范式不仅使得硬件平台能够兼容多种无线标准，如GSM、CDMA、WLAN等，还显著提高了系统的灵活性和可扩展性。
软件无线电技术的核心原理在于将模拟信号进行数字化处理，并在数字域上执行信号处理操作。
具体实现过程中，需要构建可编程的数字信号处理器（DSP）和FPGA等硬件平台，并开发相应的数字信号处理算法和软件模块。
通过这些技术和手段，软件无线电技术能够实现无线信号的收发和处理，从而满足不同的无线通信标准和功能需求。
软件无线电技术的应用领域广泛，涵盖了军事、移动通信、无线传感器网络、广播通信等多个领域。
在军事领域，软件无线电技术有助于构建灵活的军事通信系统，提高作战指挥效率和协同能力。
在移动通信方面，该技术能够实现多模多频的通信功能，支持多种无线标准，提升移动设备的通信能力和互联互通性。
在无线传感器网络和广播通信等领域，软件无线电技术也发挥着重要作用，推动着这些领域的持续创新和发展。
软件无线电技术以其独特的优势在无线通信领域展现出了广阔的应用前景。
本文将对软件无线电技术的定义、原理、发展历程、应用领域以及未来发展趋势进行全面综述，以期为相关研究和应用提供参考。
1. 软件无线电技术的定义软件无线电技术，是一种引领无线通信领域的技术革新。
它的核心理念在于利用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”，打破了传统通信设备仅仅依赖硬件来实现通信功能的局限。
软件无线电第三章软件无线电的结构新版
任何一种调制形式的信号都可以分解出同相分 量和正交分量，用它们完全可以描述该给定信 号的特征，而对信号进行接收解调的目的实际 就是提取这两个正交分量。
1）数字混频法的实现如图所示：
S (n)
cos(0n)
H LP (e j )
I (n)
sin(0n)
H LP (e j )
这种结构模型必须首先确知在哪个信道上有信号。 其潜在问题是需要一个搜索或监视接收机的专用 设备对全频段进行搜索监视，如果搜索速度不够 快，就会遗漏或丢失信号。
通常，软件无线电采用宽带带通采样，采样的数 据包含多个信道的信息，如何同时处理这些信息？
引入并行多通道处理理论和软件无线电信道化结 构模型。
超宽带功 率放大器
超高速超 宽带A/D
fs 2 fmax
超高速超 宽带D/A
超高 速
DSP 软件
这种结构的优缺点
优点：对射频信号直接采样，符合软件无线电 概念的定义。
缺点： （1）需要的采样频率太高，特别还要求采用大动
态、多位数的A/D/A时，显然目前的器件水平 无法实现。 （2）前端超宽的接收模式会对整个结构的动态范 围有很高的要求，工程实现极为困难。 所以这种结构只实用于工作带宽不太宽的场合。
本结构使前端电路设计得以简化，信号经过接 收通道后的失真也小，而且通过后续的数字化 处理，本结构具有更好的波形适应，信号带宽 适应性以及可扩展性。
本结构的射频前端比较复杂，它的功能是将射 频信号转换为适合于A/D采样的宽带中频或把 D/A输出的宽带中频信号变换为射频信号。
3.1.4 三种软件无线电结构的等效数字谱
X (n)
cos(0n)
H1(e j )
软件无线电多模式调制解调
软件无线电体系结构
软件无线电体系结构包括天线、射频前端、模数/数模转换器、数字信号处理器 和通用硬件平台等组成部分。
其中，通用硬件平台是实现软件无线电多模式调制解调的核心，它可以提供强大 的计算能力和可编程性，支持多种通信协议和调制解调算法的实现。
软件无线电多模式调制解调
目 录
• 引言 • 软件无线电基本原理 • 多模式调制解调技术 • 基于软件无线电的多模式调制解调实现 • 仿真与实验分析 • 结论与展望
01 引言
背景与意义
01
02
03
无线通信发展
随着无线通信技术的飞速 发展，多模式、多标准通 信已成为趋势，软件无线 电技术应运而生。
多模式解调
针对不同的调制方式，采用相应的解调方法。解调方法需要与调制方式相匹配， 以确保准确还原出原始基带信号。常见的解调方法包括相干解调、非相干解调 等。
常见多模式调制解调方法
正交振幅调制（QAM）
频移键控（FSK）
相移键控（PSK）
正交频分复用（OFDM）
一种振幅和相位同时调制的调 制方式，具有高频谱利用率和 良好的抗干扰性能。QAM常 用于数字通信中，如DSL、 WLAN等。
软件无线电关键技术
软件无线电关键技术包括数字信号处 理技术、可编程逻辑器件技术、高速 ADC/DAC技术、射频前端技术和软 件编程技术等。
这些技术的不断发展，为软件无线电 的多模式调制解调提供了有力支持， 使得软件无线电设备能够适应多种复 杂的通信环境和应用场景。
03 多模式调制解调技术
调制解调基本概念
调制解调模块
基带处理模块
无线电调制与解调技术
无线电调制与解调技术简介无线电调制与解调技术是无线通信领域中的重要内容，它涉及到将信息信号转换为适合传输的无线电波，并将接收到的无线电波转换为原始信息信号的过程。
本文将对无线调制与解调技术进行详细讨论，包括调制原理、常见调制方式、解调原理以及应用等相关内容。
调制原理无线电调制是将信息信号（基带信号）通过调制器转换为适合传输的载波信号。
调制过程中，将信息信号与高频载波信号相结合，产生带有信息内容的调制信号。
调制的目的是使信息信号能够在无线电信道中传输，并保持信号的完整性和准确性。
常见调制方式在无线电通信中，常见的调制方式包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
幅度调制是通过调节载波的幅度来传输信息；频率调制是通过调节载波频率的变化来传输信息；相位调制是通过调节载波相位的变化来传输信息。
不同的调制方式在信息传输的效率和鲁棒性上有所差异，根据实际需求选择合适的调制方式非常重要。
解调原理无线电解调是将接收到的调制信号恢复为原始信息信号的过程。
解调过程中，需要将调制信号与参考信号进行比较，获取调制信号中所含的信息内容。
不同的调制方式需要相应的解调器进行解调处理，例如幅度调制需要使用包络检测器，频率调制需要使用频率鉴别器，相位调制需要使用相干解调器。
应用无线电调制与解调技术广泛应用于各种无线通信系统中，包括广播电视、无线电对讲、移动通信、卫星通信等。
其中，移动通信系统是无线调制与解调技术应用最广泛的领域之一。
在移动通信系统中，调制与解调技术在手机终端和基站之间的数据传输中起到至关重要的作用。
结论无线电调制与解调技术是无线通信中必不可少的一部分，它将信息信号转换为适合传输的无线电波，并将接收到的无线电波转换为原始信息信号。
本文对无线电调制与解调技术进行了简要介绍，包括调制原理、常见调制方式、解调原理以及应用等内容。
深入了解和掌握这些技术对于理解无线通信系统的工作原理和进行相应应用具有重要意义。
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要实现正交信号只需令：
I (t ) A (t ); Q(t) 0
第三讲 多模式调制解调
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8
4、单边带信号（SSB)
SSB是滤除双边带信号的一个边带而得到的。 LSSB表达式：
s(t ) (t ) cos(C t ) (t ) sin( C t )
I (t ) A(1 ma (t )) Q(t ) 0
第三讲 多模式调制解调
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7
3、双边带信号（DSB）
双边带信号是由载波同调制信号直接相乘得到的，只有上、 下边带分量，无载波分量。
s(t ) A (t ) cos C t
n n
_
(an 是an的反码) I (t ) 0; Q(t ) m(t )
第三讲 多模式调制解调
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_
13
3、二进制相移键控信号（2PSK）
2PSK方式是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的 数字调制方式。
s(t ) an g (t nT ) cos(C t )
第三讲 多模式调制解调
基于正交调制的解调算法
基于正交调制的调制算法
同步技术及相关算法 多模式调制解调器
信号空间的概念 已调信号的正交分解与矢量表示 信号调制 信号解调 多模式调制解调器的通用结构解调
调制信号识别技术
第三讲 多模式调制解调
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1
§ 3.1 软件无线电中的调制算法
3.1.1 信号调制通用模型 在当代通信中，通信信号的种类繁多，如果按照常规的 方法，产生一种信号就要一种硬件电路，那么，要使一个 通信机产生多种信号，其电路就会极其复杂，体积、重量 都会很大。 软件无线电中，各种调制信号是以一个通用的数字信号 处理平台为支撑，利用各种软件来产生的。
n
( an取值为±1；发0时取1，发1时取-1）
第三讲 多模式调制解调
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4、DPSK调制： DPSK调制是利用前后相邻码元的相对
载波相位去表示数字信息的一种表示方式。它与PSK的 区别仅仅在于编码方式不同。
5、M进制数字频率调制（MFSK）：MFSK是FSK的
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其中，m(t)为单极性脉冲，可以表示为：
m(t ) an g (t nT )
n
( g(t)是持续时间为T的矩形脉冲， an 是信号源给出的二进制符号）
要实现正交调制，只要令： I(t) = 0 Q(t) = m(t)
直接推广！
s(t ) g (t nT ) cos(C t mt )
式中， △ωm (m = 0, 1, …, M-1) 是与an 相对应的载波角频 率偏移
^ ^
第三讲 多模式调制解调
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3.1.3 数字信号调制算法
1、振幅键控信号（2ASK） 一个二进制的振幅键控信号可以表示为一个单极性脉冲和 一个正弦信号相乘。
s(t ) m(t ) cos(C t )
第三讲 多模式调制解调
USSB表达式：
^
s(t ) (t ) cos(C t ) (t ) sin( C t )
其中， (t ) 代表Hilbert变换。
^
^
第三讲 多模式调制解调
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对LSSB: 对USSB:
I (t ) (t ); Q(t ) (t ); I (t ) (t ); Q(t ) (t );
第三讲 多模式调制解调
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2、二进制频移键控信号（2FSK）
2FSK是符号0对应载波频率为w1，符号1对应载波频率为w2 的以调波形。
f (t ) an g (t nT ) cos(1t ) an g (t nT ) cos(2t )
0
t
第三讲 多模式调制解调
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令： k f (t )dt
0
t
将s(t)的表达式展开，带入u(t)化简，可得：
可以看出：s(t )
A cos(C t ) cos A sin( C t ) sin
I (t ) cos Q(t ) sin
第三讲 多模式调制解调
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6
2、调幅（AM）
调幅就是使载波的振幅随调制信号的变化规律而变化。
s(t ) A(1 ma (t )) cos C t
从信号表达式中，我们很容易得出：
s (n) I (n) cos(
nC
S
) Q(n) sin(
nC
S
)
第三讲 多模式调制解调
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4
3.1.2 模拟信号调制算法
1.调频（FM） 调频就是载波频率随调制信号成线性变化的一种调制 方式。
s(t ) A[cos(C t k f (t )幻灯片引用了兄弟院校的讲义及相关专著论文，相关版权归原作者所有
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2
从理论上来说，各种信号都可以用正交调制的方法来实 现，其表达式：
s(t ) I (t ) cos(C t ) Q(t ) sin( C t )
调制信号的信息都应该包括在I(t)和Q(t)内。另外，由于 各种调制信号都在数字域实现的，因此，在数字域上实现 时要对上式进行数字化。