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比较和对比幅度,频率和相位调制

助工
2018-09-05 11:02:44    评分
不同的调制方案在性能和应用方面有何不同?让我们来看看。

了解三种RF调制的显着特征非常重要。但是这些信息不是孤立存在的 - 目标是设计能够有效地满足性能目标的真实系统。因此,我们需要大致了解哪种调制方案适合于特定应用。

 

调幅

幅度调制在实现和分析方面很简单。此外,AM波形相当容易解调。总的来说,AM可以被视为一种简单,低成本的调制方案。像往常一样,简单性和低成本伴随着性能妥协 - 我们从未期望更容易,更便宜的解决方案是最好的解决方案。

将AM系统描述为“罕见”可能并不准确,因为全世界无数的车辆都包括AM接收器。然而,模拟幅度调制的应用目前非常有限,因为AM具有两个显着的缺点。

 

除AM无线电广播外,模拟幅度调制也用于民用航空。

 

幅度噪声

噪声是无线通信系统中的永久困难。从某种意义上说,RF设计的质量可以通过解调信号的信噪比来概括:接收信号中的噪声越小意味着输出质量越高(对于模拟系统)或者误码率越小(对于数字系统) )。噪声始终存在,我们始终必须将其视为对系统整体性能的基本威胁。

噪声随机电噪声,干扰,电气和机械瞬态 - 根据信号的大小进行操作。换句话说,噪声可以产生幅度调制。这是一个问题,因为由噪声引起的IC随机幅度调制不能与发射机执行的有意幅度调制区分开。噪声是任何RF信号的问题,但AM系统特别容易受到影响。

 

放大器线性度

RF功率放大器设计的主要挑战之一是线性度。(更具体地说,难以同时实现高效率和高线性度。)线性放大器对输入信号施加一定的固定增益; 在图形方面,线性放大器的传递函数只是一条直线,斜率对应于增益。

 

直线表示完美线性放大器的响应:输出电压始终是输入电压乘以固定增益。

 

实际放大器总是具有一定程度的非线性,这意味着应用于输入信号的增益受输入信号特性的影响。非线性放大的结果是失真,即在谐波频率处产生光谱能量。

我们还可以说非线性放大是幅度调制的一种形式。如果放大器的增益根据输入信号的频率或根据诸如温度或电源条件的外部因素而变化,则发送的信号正在经历意外的(和不期望的)幅度调制。这是AM系统中的问题,因为寄生振幅调制干扰了有意的幅度调制。

任何包含幅度变化的调制方案都更容易受到非线性的影响。这包括普通模拟幅度调制和半导体广泛使用的数字方案,统称为正交幅度调制(QAM)。

 

角度调制

频率和相位调制对发送信号的时间特性中的信息进行编码,因此它们对幅度噪声和放大器非线性具有鲁棒性。噪声或失真不能改变信号的频率。可以添加附加频率内容,但仍然存在原始频率。当然,噪声会对FM和PM系统产生负面影响,但噪声不会直接破坏用于编码基带数据的信号特性。

如上所述,功率放大器设计涉及效率和线性之间的权衡。角度调制与低线性放大器兼容,这些低线性度放大器在功耗方面更有效。因此,角度调制是低功率RF系统的良好选择。

 

带宽

幅度调制的频域效应比频率和相位调制更直接。这可以被认为是AM的优点:能够预测调制信号占用的带宽是很重要的。

然而,预测FM和PM的光谱特性的难度与设计的理论部分更相关。如果我们关注实际考虑,角度调制可以被认为是有利的,因为它可以将给定的基带带宽转换为稍微更小(与AM相比)的传输带宽。

 

频率与相位

调频和相位调制密切相关; 然而,在某些情况下,一个人比另一个人更好。两者之间的差异在数字调制中更为明显。

 

模拟频率和相位调制

正如我们在相位调制页面中看到的那样,当基带信号是正弦波时,PM波形只是相应FM波形的移位版本。因此,毫不奇怪,没有主要的FM与PM相关的光谱特性或噪声敏感性的优缺点。

然而,模拟FM比模拟PM更常见,原因是FM调制和解调电路更直接。例如,频率调制可以通过围绕电感器和压控电容器(即,响应于基带信号的电压而经历电容变化的电容器)的简单的事物来实现。

 

数字频率和相位调制

当我们进入数字调制领域时,PM和FM之间的差异变得非常显着。第一个考虑因素是误码率。显然,任何系统的误码率都取决于各种因素,但如果我们在数学上将二进制PSK系统与等效二进制FSK系统进行比较,我们发现二进制FSK需要更多的发射能量来实现相同的误码率。这是数字相位调制的优点。

但普通数字PM也有两个明显的缺点。

  • 如在数字相位调制  页面中所讨论的,普通(即,非差分)PSK与非相干接收器不兼容。相反,FSK不需要相干检测。

  • 普通的PSK方案,尤其是QPSK,涉及导致高斜率信号变化的突然相位变化,并且当通过低通滤波器处理信号时,波形的高斜率部分的幅度减小。这些幅度变化与非线性放大相结合导致称为光谱再生的问题。为了减轻频谱再生,我们可以使用更线性(因而效率更低)的功率放大器或实现PSK的专用版本。或者我们可以切换到FSK,这不需要突然的相位变化。

 

在这里,您可以看到由PSK信号的低通滤波引起的幅度变化。

 

概要

  • 幅度调制很简单,但它易受噪声影响,需要高线性度的功率放大器。

  • 频率调制不易受幅度噪声影响,可用于更高效率,更低线性度的放大器。

  • 数字相位调制在误码率方面比数字调频提供更好的理论性能,但数字调频在低功率系统中是有利的,因为它不需要高线性度放大器。





关键词: 频率;相位调制;比较    

专家
2018-09-05 20:23:17    评分
2楼
谢谢分享,学习了。

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