1、频率调制原理
①、从公式可以看出FM和PM就是是否对基带信号进行积分的区别,FM需要积分,PM不需要积分;
②、将基带信号(PM)或积分后的基带信号(FM),直接放入(控制)调制信号的瞬时相位偏移;
③、等到FM或PM调制信号。
2、解调原理
①、相干解调
已知锁相环电路具备频率解调的功能,主要是先将调制信号进行下变频,将频率调制信号分解成低频(存储有基带信号信息)和高频信号,再使用低通滤波过滤高频信号得到含有基带信号的低频信号,再作为VCO的输入进行锁相,输出与基带信号相位一致的信号,即基带信号(此基带信号与原始基带信号具有同样的信息,但却不是原始基带信号,而是锁住基带信号相位“复制”来的)。
PLL由鉴相器PD(乘法器)、环路滤波器(低通LPF)、压控振荡器(VCO)组成,工作原理如下
工作过程如下:
过程1:当没有基准频率输入时,经过LPF(低通滤波)输出为0,VCO按其固有频率震荡f1,fout=f1;
过程2:开始fout为f1,当fref频率输入,PD检查出参考频率和f1的相位差,输出为交流信号,经过LPF(低同滤波)变为直流信号,在输入到VCO(压控震荡器)得到f2。VCO一般通过控制电压来控制变容二极管来调节频率;
过程3:f2经过分频器(可以倍频和分频)频率变为f3,f3与fref同时输入到PD得出参考频率fref与f3之间的相位差,经过LPF(低通滤波)输出电压差在通过VCO ,从而保证输出f4;
过程4:不断重复过程2和过程3的步骤,一直到fref=fout后,PD输出端为高阻态,使PLL环路LOCK,保持输出频率为fout。
这个过程是很难理解的,其实PD就是一个乘法器,VCO有一个基本频率(即使0输入),初始情况下基本频率会与输入信号进行下变频,下变频后又去控制VCO生成新的信号,整个反馈过程会直到VCO的输出信号与输入信号完全一致才会停止,故此解调电路是有延迟的。
②、正交解调(非相干)
对IQ两路信号比值求反正切,便是基带信号。(因未在工程中使用此方式,这里不做过多说明)
3、使用simulink仿真
①、打开simulink
②、使用Sine Wave产生基带信号
使用的是DSP模块下的Sine Wave,参数设置幅度为1,频率为10
③、将信号增益
使用的是Gain模块,增益150倍,幅度就变成了-150~+150
④、将信号添加直流增益
使用的是Constant、Sum模块,幅度就变成了+150~+450
经过上面几步,已经有了一个初步的基带信号(幅度调整后,主要是影响调制的一些参数如角频偏、调频指数等,这里主要学习原理,指标暂不过多考虑)
⑤、此时如果是FM调制则对基带信号进行积分,如果是PM调制则直接跳过这步
使用的是Discrete-Time Integrator模块,对三角波(横大于0)积分,值肯定是横大于0的:
⑥、对信号进行增益
使用的是Gain模块,增益2pi倍
⑦、将信号去控制调制信号的瞬时相位偏移
使用的是Trigonometric Function模块(三角函数),选择余弦波,调制结束,得到FM(PM)调制信号
⑧、锁相环电路(相干)解调
PD:
使用的是Matrix Multiply模块(矩阵乘法)
低通滤波器:
使用的是Analog Filter Design模块
VCO:
使用的是Continuous-Time VCO模块,默认输出频率为10,与基带信号一致
整个锁相环电路:
自此,解调完成。
⑨、采样时间设置为1秒,以免点太多图放不下,开始仿真
⑩、整个仿真图
参考:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/448512502
http://ecelabs.njit.edu/ece489v2/lab2.php
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