通信原理属于非线性调制方式有哪些

通信原理 第四章 模拟角度调制(1) 单元概述 调频信号理论上具有无限宽的频带，实际应用中通常采用卡森公式计算其频带。调频信号占有频带宽，但抗噪声性能远优于线性调制，因而得到广泛应用。 单元学习提纲 （1）单频调制时，宽带调频信号的时域和频域表达式； （2）窄带调频信号的时域和频域表示，它与常规调幅信号的区别； （3）调频指数及频偏的定义和物理意义； （4）调频信号的解调方法； （5）AWGN信道中调频信号的抗噪声性能，了解信噪比增益与调频指数之间的关系； （6） 调频信号非相干解调时门限效应的物理解释； （7） 预加重/去加重改善信噪比的原理； （8） 改善门限效应的方法及基本原理； （9） 调频在广播、电视中的应用。 第四章 模拟角度调制 §4.1 基本概念 一.基本概念 1.非线性调制：频谱之间的非线性 2.相位调制(Phase Modulation,PM) 载波C(t)=Acos(ωct+Φ) 瞬时相位偏移 Φ=KPMf(t) ； 瞬时相位Φ(t)=KPMf(t)+Φ0 其中KPM—相移常数，取决于实现电路 时域表达式 ： SPM(t)=Acos[ωct+KPMf(t)] 第四章 模拟角度调制 §4.1 基本概念 一.基本概念 在第三章模拟线性调制中，已调信号的频谱与调制信号的频谱只存在线性对应关系（搬移）。 本章中介绍的模拟角度调制，是一种非线性调制，已调信号相对于调制信号有新的频率成分产生。 第四章 模拟角度调制 设一个未调载波 C(t)=Acos(�8�6c+�8�30) 振幅A， 频率f(角频率�8�6c) 相角(�8�6c+�8�30)（初相�8�30） 都可以携带信息，产生了调幅、调频和调相三种模拟调制方式。 第四章 模拟角度调制 在模拟通信中，常用调频方式，如调频收音机、电视伴音、卫星通信等。 在数字通信中，常采用调相方式，如PSK，QPSK等。 1. 频率调制(Frequency Modulation,FM) 定义：已调信号的瞬时角频率（或频率）随调制信号的幅度变化而变化。 时域表达式： SFM=Acos{[ωc+KFMf(t)]t} 频偏�8�5ω=KFMf(t) ； 瞬时角频率ω=ωc+KFMf(t) 频偏常数KFM 调频波的另一种时域表达式： 因瞬时角频率和瞬时相位角之间是微分和积分 的关系，即： 所以： 调频波的另一种时域表达式为： 2. 相位调制(Phase Modulation,PM) 定义：已调信号的瞬时相角（或初相）随调制信号的幅度变化而变化。 时域表达式： SPM=Acos[ωct+KPMf(t)] KFM称为相移常数 3.间接调相/调频 由于相位和频率互为微分和积分的关系, 可以用调频器来实现调相，称为间接调相。 也可以用调相器来实现调频，称为间接调频。 间接调相 间接调频 通常情况下，调相器的调节范围不能超过 （-�8�9，�8�9），所以直接调相和间接调频只适用于 窄带角度调制。 对于宽带角度调制，常用直接调频和间接 调相。 二. 单频余弦情况 调制信号f(t)=Amcosωmt 调相信号 调相指数βPM=KPMAm 调频信号 调频指数为�8�5FM 用瞬时角频率表示 式中�8�5�8�6max=KFMAM为最大角频偏。 §4.2 窄带角调制 根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可以将 角度调制分为宽带和窄带两种。 一.窄带调频 1.时域 根据三角函数公式,当满足窄带条件时,有 窄带调频信号可以表示为: 2. 频域 若调制信号f(t)的频谱为F（ω），f(t)的 平均值为0，即 则由傅氏变换理论可知 窄带调频信号的频域表达式为： 窄带调频与AM 信号的比较 以单频调制为例，f(t)=Amcosωmt 标准AM信号 ⑴两者都具有载波+两个边带： 单频——载频ωc、 上边频ωc+ωm、 下边频ωc-ωm ⑵两者有相同的带宽BNBFM=BAM=2fm ⑶标准AM 中，f(t)改变载波的幅度； 合成矢量永远与载波同相，ωm旋转变化 的结果不会造成载波频率的变化，只引起幅度 变化。 （4）窄带FM 改变的是载波的频率。 合成矢量永远与载波矢量垂直，ωm旋转变化 的结果造成载波频率变化，不改变载波幅度。 二. 窄带调相 时域 频域 窄带调相与常规调幅的比较 窄带调相与常规调幅相似，在它的频谱中 包括载频ωc和围绕ωc的两个边带。 窄带调相搬移到ωc位置的F（ω-ωc）要相移90O。 窄带调相搬移到-ωc位置的F（ω+ωc）要相移-90O。 §4.3 正弦信号调制时的宽带调频 设调制信号为单频余弦f(t)=Amcosωmt=Amcos2πfmt 其中，调频指数 对于不满足窄带条件的情况，三角函数近 似式不成立 §4.3 正弦信号调制时的宽带调频 表达式可以写成 下式可以展开成以贝塞尔函数为系数的三角级数 贝塞尔函数被制成表格数据或绘成曲线供工程查阅。 式中的系数被称为贝塞尔函数，可以用无穷 级数计算。 下式是用贝塞尔函数表示的宽带调频信号。 贝塞尔函数有如下性质： 即奇次谐波关于ω=ωc轴奇对称 偶次谐波关于ω=ωc轴偶对称 这相当于窄带调频。 对于任意�8�5FM值，各阶贝塞尔函数的平方和恒 等于1，即已调波的各次谐波能量之和等于载波能 量，满足能量守恒。 利用cosxcosy=[cos(x-y)+cos(x+y)]/2 sinxsiny= [cos(x-y)-cos(x+y)]/2 J-n(βFM)=(-1)nJn(βFM)有 结论:调频信号的频谱中含有无穷多个频率分量，其幅度正比于各自对应的贝塞尔系数。奇次谐波关于ω=ωc轴奇对称,偶次谐波关于ω=ωc轴偶对称 调频信号的带宽是无穷的。 二. 单频调制FM信号性质 1.宽带调频信号的频谱为载频+无穷多对对称分布在载频两边的边频分量。 2.由于贝塞尔系数的大小随阶数上升而下降，所以功率较大的频率分量主要集中在低阶频谱，可以只传输带宽βFM以内的信号。 一般认为|Jn(βFM)|≥0.01A的边频为有效谐波，式中A为未调载波幅度。 二. 单频调制FM 信号性质 3.能通过有效谐波的带宽为有效带宽。

广义的线性调制，是指已调波中被调参数随调 制信号成线性变化的调制过程。

狭义的线性调制，是指把调制信号的频谱搬移到载波频率两侧而成为上、下边带的调制过程。

非线性调制是调制技术的一种实现方式，与线性调制相对应。

非线性调制与线性调制本质的区别在于：线性调制不改变信号的原始频谱结构，而非线性调制改变了信号的原始频谱结构。此外，非线性调制往往占用较宽的带宽。

常见的非线性调制主要有：

调频（FM），窄带调频（如民用对讲机）和宽带调频（FM广播）均属于非线性调制范畴。

移频键控（FSK），常用于自动控制、无线数传。

移相键控（PSK）和差分移相键控（DPSK），常用于自动控制、无线数传。

通信术语中的非线性，即模拟调制系统中的非线性调制。

非线性调制又称为角度调制，其已调信号的频谱和调制信号的频谱结构有很大的不同，除了频谱搬移外，还增加了许多新的频率成分。非线性调制包括调频（FM）和调相（PM）两大类。

非线性调制又称为角度调制，是指调制信号控制高频载波的频率或相位，而载波的幅度保持不变。角度调制后信号的频谱不再保持调制信号的频谱结构，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，而且调制后信号的带宽一般要比调制信号的带宽大很多。

从传输频带的利用率来讲，非线性调制是不经济的，但它具有较好的抗噪声性能，在不增加信号发送功率的前提下，可以用增加带宽的方法来换取输出信噪比的提高，且传输带宽越宽，抗噪声性能就越好。

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