角度调制
1. 比较宽带调频与窄带调频的不同
根据调制后载波瞬时相位偏移的大小,可将频率调制分为宽带调频(WBFM )与窄带调频(NBFM )。
定义:调频指数βFM>π/6,则称为宽带调频。当调频指数βFM
主要区别:
1) 概念上的区别:宽带与窄带是相对而言的,宽带与窄带既可以传输数字信号也可以传输模拟信号,只是窄带相对较慢,宽带与窄带调制的区分并无严格的界限,但通常认为由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30°时,称为窄带调频。否则,称为宽带调频。
2) 应用区别:宽带调频适用于声音质量要求高的应用,而窄带跳频声音质量不如宽带,但是波站的数量多于宽带调频,就是占用的频谱宽度不同,占用的频谱宽度越宽,可能的传输带宽(对应数字系统就是传输速率)同样越高。
3)AM 是线性调制,频谱结构与基带相同,FM 是非线性调制,频谱结构发生变化。 更主要的是,AM 调制是载波信号振幅受调制,其振幅变化与调制信号呈线性关系;
4)FM 调制是瞬时频率受调制,瞬时频率变化量与调制信号呈线性关系,而FM 波的振幅不变。
5) 窄带AM 、FM 的宽带都是调制信号频率的两倍。
2. FM信号的解调方法
调制信号的解调分为相干解调和非相干解调两种。相干解调仅仅适用于窄带调频信号,且需同步信号,故应用范围受限;而非相干解调不需同步信号,且对于NBFM 信号和WBFM 信号均适用,因此是FM 系统的主要解调方式。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。
非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器等组成, 限幅器输入为已调频信号和噪声,限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变;带通滤波器的作用是用来限制带外噪声,使调频信号顺利通过。鉴频器中的微分器把调频信号变成调幅调频波,然后由包络检波器检出包络,最后通过低通滤波器取出调制信号。
(1)FM信号的产生方法
1)直接调频
常用振荡器产生,如图4.10-1所示。
工作原理:震荡器的频率随着外加电压m(t)线性变化。
2)间接调频
A. 用调相电路产生调频波;
B. 先产生一个窄带调频信号,再经过一个倍频器,从而产生宽带调频信号。如图4.10-2所示。
(2)宽带调频信号的解调
由于宽带调频属于非线性调制,所以不能采用相干解调,而必须采用非相干解调,即非线性调制采用非相干解调。
而非相干解调采用的是鉴频器,鉴频器有以下几种形式::
a. 比例鉴频器
b. 斜率鉴频器
c. 相位鉴频器
如果将鉴频器后面级联一个积分电路,则可用来接收调相波。
非相干解调方法:鉴频器法和锁相环法。
1)鉴频器
构成:由一个微分器和一个包络检波器级联而成;如图4.10-3所示
基本功能:微分电路将幅度衡定的调频波变换为调幅调频波,即幅度和频率都随基带信号m(t) 线性变化。
因此可见,鉴频器的功能实际上就相当于对调频波的瞬时相位求导。但实际的鉴频器还应有一个传输系数。
2)窄带调频信号的解调
窄带调频可以由乘法器来实现,因此一定可以用相干解调的方法来恢复原调制信号。
带通滤波器的作用是用于通过调频信号和抑制噪声,带宽为已调信号频谱的两倍。低通滤波器的带宽为调制信号的带宽,其作用是滤除由乘法器产生的不必要成分,取出原调制信号。
另一种流行的集成电路方式的FM 解调器就是所谓的积分鉴频器或积分检波器。这类FM 解调器在很多单片FM 收音机和接收机芯片中使用。在构建SystemView 仿真系统前,先简单地分析一下积分鉴频器的工作原理。
由上分析可知,如果输入的FM 信号表示为
则通过上述电路产生的正交信号是
其中的常数K1和K2由电路调整参数确定。则乘法器的输出为
上式中的两个频率分量中的和项可以用乘法器后的低通滤波器滤除,因此输
出项可化简为
通过选取适当的参数K2,使正弦函数的自变量
通常意义上讲,类似上述的积分鉴频器只能用基于电路的工具仿真,但事实上并非如此。上述电容器及谐振回路的相移可以用两种方法仿真实现。可用一个希尔伯特(Hilbert)变换滤波器组成,由于希尔伯特(Hilbert)变换滤波器会引起整个频率通带内的信号产生90°相移。这一特性可通过对希尔伯特(Hilbert)变换滤波器的波特图分析得到。另一种方法是通过一个简单的延时电路产生,延迟电路产生相当于载波频率四分之一周期的延迟。由于在载波中心频率上有我们所希望的90°相移,因此可把并联LC 谐振回路看成一个二阶带通滤波器(一阶低通原形)。这个带通滤波器的带宽被用于设置谐振回路的Q 值以控制参数K2。
将延迟线移相的输入输出断开,用希尔伯特变换滤波器移相电路代替,重新运行仿真系统,可得到相同的结果。
能用作鉴频器的电路类型很多,如相位鉴频器、比例鉴频器等。值得一提的是,在近代通信系统中,利用性能优良而且易于集成的锁相环解调器对FM 信号进行解调,在窄带FM 通信中也是常用的方法。
角度调制
1. 比较宽带调频与窄带调频的不同
根据调制后载波瞬时相位偏移的大小,可将频率调制分为宽带调频(WBFM )与窄带调频(NBFM )。
定义:调频指数βFM>π/6,则称为宽带调频。当调频指数βFM
主要区别:
1) 概念上的区别:宽带与窄带是相对而言的,宽带与窄带既可以传输数字信号也可以传输模拟信号,只是窄带相对较慢,宽带与窄带调制的区分并无严格的界限,但通常认为由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30°时,称为窄带调频。否则,称为宽带调频。
2) 应用区别:宽带调频适用于声音质量要求高的应用,而窄带跳频声音质量不如宽带,但是波站的数量多于宽带调频,就是占用的频谱宽度不同,占用的频谱宽度越宽,可能的传输带宽(对应数字系统就是传输速率)同样越高。
3)AM 是线性调制,频谱结构与基带相同,FM 是非线性调制,频谱结构发生变化。 更主要的是,AM 调制是载波信号振幅受调制,其振幅变化与调制信号呈线性关系;
4)FM 调制是瞬时频率受调制,瞬时频率变化量与调制信号呈线性关系,而FM 波的振幅不变。
5) 窄带AM 、FM 的宽带都是调制信号频率的两倍。
2. FM信号的解调方法
调制信号的解调分为相干解调和非相干解调两种。相干解调仅仅适用于窄带调频信号,且需同步信号,故应用范围受限;而非相干解调不需同步信号,且对于NBFM 信号和WBFM 信号均适用,因此是FM 系统的主要解调方式。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。
非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器等组成, 限幅器输入为已调频信号和噪声,限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变;带通滤波器的作用是用来限制带外噪声,使调频信号顺利通过。鉴频器中的微分器把调频信号变成调幅调频波,然后由包络检波器检出包络,最后通过低通滤波器取出调制信号。
(1)FM信号的产生方法
1)直接调频
常用振荡器产生,如图4.10-1所示。
工作原理:震荡器的频率随着外加电压m(t)线性变化。
2)间接调频
A. 用调相电路产生调频波;
B. 先产生一个窄带调频信号,再经过一个倍频器,从而产生宽带调频信号。如图4.10-2所示。
(2)宽带调频信号的解调
由于宽带调频属于非线性调制,所以不能采用相干解调,而必须采用非相干解调,即非线性调制采用非相干解调。
而非相干解调采用的是鉴频器,鉴频器有以下几种形式::
a. 比例鉴频器
b. 斜率鉴频器
c. 相位鉴频器
如果将鉴频器后面级联一个积分电路,则可用来接收调相波。
非相干解调方法:鉴频器法和锁相环法。
1)鉴频器
构成:由一个微分器和一个包络检波器级联而成;如图4.10-3所示
基本功能:微分电路将幅度衡定的调频波变换为调幅调频波,即幅度和频率都随基带信号m(t) 线性变化。
因此可见,鉴频器的功能实际上就相当于对调频波的瞬时相位求导。但实际的鉴频器还应有一个传输系数。
2)窄带调频信号的解调
窄带调频可以由乘法器来实现,因此一定可以用相干解调的方法来恢复原调制信号。
带通滤波器的作用是用于通过调频信号和抑制噪声,带宽为已调信号频谱的两倍。低通滤波器的带宽为调制信号的带宽,其作用是滤除由乘法器产生的不必要成分,取出原调制信号。
另一种流行的集成电路方式的FM 解调器就是所谓的积分鉴频器或积分检波器。这类FM 解调器在很多单片FM 收音机和接收机芯片中使用。在构建SystemView 仿真系统前,先简单地分析一下积分鉴频器的工作原理。
由上分析可知,如果输入的FM 信号表示为
则通过上述电路产生的正交信号是
其中的常数K1和K2由电路调整参数确定。则乘法器的输出为
上式中的两个频率分量中的和项可以用乘法器后的低通滤波器滤除,因此输
出项可化简为
通过选取适当的参数K2,使正弦函数的自变量
通常意义上讲,类似上述的积分鉴频器只能用基于电路的工具仿真,但事实上并非如此。上述电容器及谐振回路的相移可以用两种方法仿真实现。可用一个希尔伯特(Hilbert)变换滤波器组成,由于希尔伯特(Hilbert)变换滤波器会引起整个频率通带内的信号产生90°相移。这一特性可通过对希尔伯特(Hilbert)变换滤波器的波特图分析得到。另一种方法是通过一个简单的延时电路产生,延迟电路产生相当于载波频率四分之一周期的延迟。由于在载波中心频率上有我们所希望的90°相移,因此可把并联LC 谐振回路看成一个二阶带通滤波器(一阶低通原形)。这个带通滤波器的带宽被用于设置谐振回路的Q 值以控制参数K2。
将延迟线移相的输入输出断开,用希尔伯特变换滤波器移相电路代替,重新运行仿真系统,可得到相同的结果。
能用作鉴频器的电路类型很多,如相位鉴频器、比例鉴频器等。值得一提的是,在近代通信系统中,利用性能优良而且易于集成的锁相环解调器对FM 信号进行解调,在窄带FM 通信中也是常用的方法。