“调制”与“解调”
(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
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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。
调制与解调的名词解释

调制与解调的名词解释调制和解调是在通信中常用的两种信号处理技术。
调制是指在通信过程中,通过改变一个信号(称为基带信号)的某些特性,将其转换为适用于传输和传递的信号(称为载波信号),以便能够有效地在媒介(例如空气中的无线电波或光纤中的光信号)中传输。
调制主要用于将信息通过传输介质传播给接收端。
调制技术的目的是在不增加功率和频带宽度的情况下,提高信息传输的可靠性、效率和距离。
解调是指在接收端将调制后的信号恢复成起始的基带信号的过程。
解调技术是调制技术的逆向过程,目的是恢复出原始的信息,以便于后续的信号处理和解读。
解调器通常会处理噪声、干扰和失真等问题,以保持准确性和可靠性。
调制和解调是通信系统中必不可少的两个环节,主要作用是实现可靠的信息传输和接收。
常见的调制和解调技术包括:幅度调制(AM)、频率调制(FM)、相位调制(PM)、振幅移键调制(ASK)、频移键调制(FSK)、相移键调制(PSK)等。
幅度调制(AM)是调制信号的幅度和幅度波动与基带信号的振幅及变化相关的一种调制技术。
在AM调制中,基带信号的振幅对应调制波的振幅,它的变化则反映了基带信号的变化。
解调器将AM信号转换为原始的基带信号,在接收端进行解码。
频率调制(FM)是调制信号的频率和频率波动与基带信号的振幅及变化相关的一种调制技术。
在FM调制中,基带信号的振幅对应调制波的振幅,但是基带信号的变化对应调制波的频率的变化,即频率和振幅成正比。
解调器将FM信号转换为原始的基带信号,在接收端进行解码。
相位调制(PM)是调制信号的相位和相位波动与基带信号的振幅及变化相关的一种调制技术。
在PM调制中,基带信号的振幅对应调制波的振幅,但是基带信号的变化对应调制波的相位的变化,即相位和振幅成正比。
解调器将PM信号转换为原始的基带信号,在接收端进行解码。
振幅移键调制(ASK)是将数字信号转换为模拟信号的一种调制技术。
ASK调制器根据待传输的数字信号(比特流)的高低电平来决定于载波的信号在该时间段内为高电平还是低电平。
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
频率调制与解调

通过连续发射载波信号并调制频率,实现目标的测距和定位。
雷达测距与定位的优点
高精度、远距离、实时性强。
05 频率调制与解调的优缺点
优点
抗干扰能力强
频率调制技术通过改变信号的频率来传输信息,能够有效抵抗各种 干扰,如噪声和多径干扰,从而提高信号的传输质量和可靠性。
频带利用率高
频率调制技术可以在有限的频带内传输更多的信息,提高了频谱利 用率。
卫星通信
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卫星电视信号传输
通过将视频和音频信号调制到高频载波上,实现 卫星电视信号的传输。
卫星电话通信
利用频率调制技术,实现远距离的语音通信。
3
卫星导航定位
通过频率调制技术,实现高精度的定位和导航服 务。
雷达测距与定位
脉冲雷达
利用频率调制技术,发射脉冲信号并接收反射回来的信号,通过 测量信号往返时间来计算目标距离。
动态频谱管理
利用智能化的动态频谱管 理技术,实现频谱资源的 灵活分配和高效利用。
新技术的应用与展望
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习技术对调频信号进行智能分析和优化, 提高信号处理效率和可靠性。
物联网与5G通信
结合物联网和5G通信技术,实现大规模、高密度、低延迟的调 频信号传输和处理。
软件定义无线电
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调频信号的解调方法有多种,包括相干解调、非相干 解调等。相干解调需要使用到载波信号的相位信息,
而非相干解调则不需要。
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频率调制的基本原理是将输入信号控制载波的频率变 化,从而实现信息的传输。解调则是通过检测载波的 频率变化来还原出原始信息。
对实际应用的指导意义
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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。
调制解调器的作用

调制解调器的作用
调制解调器是一种电子设备,用于在通信系统中将信息信号转换为传输信号并解码接收信号。
它的主要作用是实现信号的调制和解调。
调制是指将待传输的信息信号通过调制器转换成适合传输的高频信号。
它将信息信号的频率、幅度或相位与载波信号相互结合,形成调制信号。
调制的目的是将低频信息信号转换为高频信号,以便在传输过程中减小信号衰减和干扰。
调制常用的方法有振幅调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)等。
解调是指将传输过程中经过调制而又经过传输介质传送的信号恢复为原始的信息信号。
解调器将接收到的调制信号与本地产生的相同频率和相位的本振信号进行相互作用,以提取出原始的信息信号。
解调的目的是将传输过程中的高频信号还原为低频信息信号,使接收设备能够正确识别和处理。
调制解调器在通信系统中起到了至关重要的作用。
它能够将声音、图像、文字等各种形式的信息转换为电信号,方便通过电磁波进行传输。
同时,调制解调器还能够使得信号在传输过程中更加稳定,减少噪声干扰,提高传输质量和可靠性。
总的来说,调制解调器是实现信号调制和解调的关键设备,它能够将信息信号转换为适合传输的信号,并在接收端将传输的信号重新还原为原始的信息信号,从而实现信号的可靠传输和正确解读。
调制 编码 解调 译码过程
调制、编码、解调、译码的过程大致如下:
编码:在发送端,原始数据通常以二进制形式存在。
为了在传输过程中保持数据的完整性,通常会对这些数据进行编码。
编码过程可能包括添加校验位、对数据进行加密等。
调制:在发送端,编码后的数据需要通过某种方式转换成适合在信道上传输的信号。
这个过程称为调制。
调制的方式有很多,如QAM(Quadrature Amplitude Modulation,四相位幅度调制)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying,四相位偏移键控)等。
传输:经过调制后的信号通过信道进行传输。
在这个过程中,可能会受到各种噪声和干扰的影响。
解调:在接收端,首先需要对接收到的信号进行解调,将其从信道上解调下来,还原成原始的信号。
译码:解调后的信号还需要进行译码,将编码后的数据还原成原始的二进制数据。
以上就是调制、编码、解调、译码的基本过程。
这个过程通常用于数字通信系统中,如无线通信、卫星通信等。
调制和解调技术课件
•调制和解调技术
•3
3.2.1四相移相键控(QPSK)调制
QPSK技术应用广泛,是一种正交相移键控。图3-5为 传 统QPSK调制器框图.
图3-5 QPSK调制•调器制和解调技术
•4
其基本工作原理如下:
比特率为fb的输入单级二进制码流通过串/并(S/P)变转 换器转换成比特率为fs= fb /2的两个比特流(同相和正交码
•调制和解调技术
•9
一个未滤波QPSK信号的功率谱密度为
S(f)4CbT s2 i2 n (f(f fcf)c T)bTb2
(式3-1)
式中为通过电阻的归一化平均信号功率, Tb 1/ fb 为比特持续时间。
•调制和解调技术
•10
假定调制器中使用了具有升余弦函数均方根特性、滚降 系数为 (最佳特性时)的频谱成形滤波器,则很容易得到 QPSK信号滤波后的频谱,如图3-8所示。图3-8中曲线(a)是 未滤波QPSK频谱,曲线(b)是带幅度均衡器的滚降系数为α 的升余弦函数的幅度响应,曲线(c)是已滤波QPSK频谱只存 在加性高斯白噪声(AWGN),且无符号间干扰(ISI)时的幅度 响应。
•调制和解调技术
•14
同QPSK相比,包络起伏比较小(它的最大相变为1350) , 故有较好的输出谱特性。 π/4移位QPSK的信号元素可看成 是从两个彼此相移π/4的信号星座图中交替选样出来的。 π/4移位QPSK调制器框图示于图3-9。输入比特流经串/并
(S/P)变换器转换成两个并行流(ak,bk),并行流的符号率为
图3-14 GMSK调制器
•调制和解调技术
•27
LPF的脉冲响应函数为
h(t)exp2(t2 2T2)/T 2
傅里叶变换的调制与解调
傅里叶变换的调制与解调
傅里叶变换在通信系统中广泛应用于滤波、调制和解调等方面。
接下来,我将为您介绍傅里叶变换在调制与解调中的应用。
一、调制 调制是指将信息信号与载波信号结合在一起,使得载波信号携带信息信号。
在傅里叶变换的应用中,调制主要分为以下几种:
1.频谱搬移:通过改变载波信号的频率来实现信息传输。
在傅里叶变换中,可以将原始信号的频谱通过傅里叶变换搬到载波信号的频谱上,实现信息传输。
2.频谱切片:将信息信号的频谱切片,然后将这些切片插入到载波信号的频谱中。
这样,载波信号的频谱就携带了信息信号。
3.相位调制:通过改变载波信号的相位来实现信息传输。
在傅里叶变换中,可以将信息信号的相位转换为载波信号的相位,实现信息传输。
二、解调
解调是从载波信号中提取出原始信息信号的过程。
在傅里叶变换的应用中,解调主要分为以下几种:
1.频谱分离:通过对载波信号进行傅里叶变换,将载波信号的频谱与信息信号的频谱分离,从而提取出信息信号。
2.相位解调:通过观察载波信号的相位变化,还原出原始信息信号。
在傅里叶变换中,可以将载波信号的相位信息与信息信号
的相位信息进行比较,从而提取出信息信号。
3.频谱分析:对载波信号进行傅里叶变换,分析其频谱特性,从而提取出信息信号。
在实际应用中,傅里叶变换在调制与解调过程中的具体实现方法可能因通信系统的需求而有所不同。
但总体来说,傅里叶变换为通信系统提供了强大的信号处理能力,使得调制与解调过程更加高效和灵活。
第7章频率调制与解调
2024/8/8
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间接调频中的调相方法: (1) 矢量合成法:针对窄带调相。
uPM (t) Uc cos(ct mp cost)
Uc cosct cos(mp cost) Uc sinct sin(mp cost) 当m p π/12时:uPM (t) U c cosct U cmp cost sin ct
本章的重点是调频和鉴频。
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1、调频信号的时域分析
调制信号: u U cost;载波信号 :uc Uc cosct; 瞬时频率: (t) c (t) c k fU cost c m cost
k f :比例常数 (调制灵敏度 ); m k fU : 峰值角频偏。
调频信号瞬时相位: (t )
变容二极管调频器:用调制信号去控制振荡器的变容二极管的 结电容,是最常用的调频方法,本章要重点讲这种调频电路。
电抗管调频:用电子管、晶体管或场效应管作为振荡器的等效 可控电抗,在调制信号控制下实现调频,目前这种调频方法已 很少使用。
(2) 间接法:对调制信号先积分,再调相可以实现调频。
间接法的关键是如何调相,调相方法包括:矢量合成法、 可变移相法和可变延时法。
J
2 n
(mf
)
n
Uc2 2RL
Pc ,
J
2 n
(mf
)
1
n
说明:调频波的平均功率和未调载波的平均功率相等。因此调
频器可以理解为功率分配器,它的功能是将载波功率分配给每
个边频分量,而分配的原则与调频指数mf有关。
4、调频波和调相波的比较
调制信号:u U cost 载波信号:uc Uc cosct
Δfm=75kHz,Fmax=15kHz,Bs=180kHz>>2Fmax=30kHz。 适用频段:由于FM信号的带宽较宽,因此FM只用于超短 波和频率更高的波段。
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R422 22kΩ
R423 20kΩ VD403 2AP9
TP405 R427 100Ω R425 51kΩ R426 51kΩ 解调输出
C434
+
C433
0.1μF 10μF
C427 2200pF T401-1
C428 C430 3-15pF 20pF
调频波输入 0.01μF C414 20pF R419 15kΩ
3
6.1 概 述
回顾问题:(第5章 调幅系统概念)
1. “调制”与“解调”的过程如何实现? 2. “调制”与“解调”的方式有哪些? 3. “调制”对应的波形特征?
4.调制器、解调器在无线电收发系统中的位置?
4
1. “调制”与“解调”的过程:
人 低频信号 高频信号 飞机 控制 飞机的参数(如 载波的参数(如幅度、 重量、速度等) 频率、相位)
m p k pU m
又称作 调相指数
它与调制信号的幅度成正比,
而与调制频率无关。
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讨论:调频信号与调相信号的比较 如果设载波: uo ( t ) U cos(o t o ) u (t ) U cos t 调制信号:
FM波 PM波
(1) 瞬时频率: du ( t ) (5) 表达式: (t ) o k p (t ) o kF u (t ) uFM ( t ) U cos ( t ) uPM ( t ) U cos ( t ) dt (2) 瞬时相位: t tt k u(( t ) o ] U cos[ o t k f u (t t )dt o ] U cos[ o pu ( t ) k t ) 0 (t ) o t kF u (t )dt o o p o 0 U cos[ o t k pU cos t o ] k f U (3) 最大频偏: U cos[ o t sin t o ] U cos[ o t du m ) t o ] pt cos ( m kF | u (t ) |max kF U m k p | |max k pU U cos[ o t m f sin t o ] dt (4) 最大相位:
第6章 角度调制与解调
1
本章知识点及结构
调角波的性质(数学表达式、频谱特征、功率) 角 度 调 制 与 解 调 6.2
调频波的产生(原理,电路,评价指标)
6.3,6.4 调频波的解调(电路,评价指标) 6.5
2
第6章 角度调制与解调
6.1 概述 6.2 调角波的性质 (重点) 6.3 调频信号的产生 6.4 调频电路(重点) 6.5 调频波的解调 (重点) 6.6 限幅器 6.7 调制方式的比较
2.调频过程的数学表达:
15
几个关键参量:
(1).瞬时频率偏移: (t ) k f u (t )
(2).最大频率偏移 k u (t ) k f U m f f max (也简称频偏):
角频率偏移程度由调制信号幅度决定 (3).最大相移 m f k f
u
0
t
C410
0.01μF RP402 4.7kΩ C411 0.01μF R414 15kΩ
R416 10kΩ S402 1 23
0.47μF
R401 100Ω 0.01μF
C408 0.01μF
R418 TP403 51kΩ J403 C421
C422 5.1pF
C426
C425
3-15pF 20pF VT404 VT405
8
信 号
4、调制器在发射机中位置
9
4、解调器在接收机中的位置
10
5.调频与鉴频的典型电路:
R427 C420 C419 + 0.1μF 10μF R403 J401 音频输入 100kΩ TP401 C401 C404 51pF L401 100μH VD401 C403 C402 51pF R402 1kΩ 1.8kΩ S401 4.7kΩ 1 2 3 RP401 L402 R404 47kΩ R405 10kΩ VT401 C418 0.1μF L403 C417 + 100μH 10μF R408 51kΩ C407 470pF C405 C406 51pF 100pF R406 R407 5.1kΩ 560Ω C408 0.01μF R409 15kΩ R411 27Ω R412 1kΩ R410 3kΩ VT402 L404 C431 100μH C416 0.1μF 0.1μF R413 51kΩ VT403 TP402 C412 0.01μF J402 R415 1kΩ C413 调频波 82pF 输出 L405 56μH C415 + 10μF VD402 R422 5.6kΩ S400 +12V
调频波与调相波的比较
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问题: 一、调频(相)波数学表达式及波形特征如何? 二、调频(相)波的频谱有什么特征? 如何根据频谱计算频带宽度? 三、如何计算调频(相)波的功率?
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一、调频波数学表达式 1、调频的过程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
调制信号
载波信号
控制
载波信号的频率
调频波的频率 已调信号 调频波的相位
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即:调频波
低频信号 高频信号 控制 载波的参数
调 制
(载波)
幅度 频率 相位
调幅波 调幅波调频波 调频波调相波 调相波 低频信号
解 调
检波 鉴频 鉴相
7
3.总结:
调制信号(低频信号): 需要传输的电信号 语言 (原始信号) 图像 数据 载波信号(高频信号): uc Uc cos(c t ) (等幅)高频正弦波振荡信号 已调(波)信号(高频信号): 经过调制后的高频信号
R424 22kΩ VD404
C432 0.01μF
R420 100Ω C423 0.1μF C424 + 10μF
R421 330Ω
R428
C429 3-15pF
C431 20pF
2AP9
100Ω
11
6.2 调角波的性质(重点)
调角波的性质: 调频波(FM)的性质(重点)
调相波(PM)的性质(类比的方法学习)
调 装 制 载
(载波) (载体)
载有人的飞机 已调波
低频信号 人
解 卸 调 载
还原
5
2. 调制的方式:
低频信号 高频信号 控制 载波的参数
调 制
(载波)
幅度 频率 相位
相角 已调波 幅度调制(简称“调幅”,AM)
角度调制
频率调制(简称“调频”,FM) 相位调制(简称“调相”,PM 6 )
2.解调的方式:
(t )dt
max
k f U m
f
又称作调频波的调制指数mf , 它可以大于1.
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二、调相波数学表达式——类比法 在理解调频过程与调相波数学表达式之间的关后, 根据调相过程,写出调相波数学表达式 调制信号 载波信号
控制
载波信号的相位
已调信号
调相波的相位
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即:调相波
关键参量: 最大相移