频率调制

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调制方式
连续调制
调幅 调频 调角 其他
模拟 AM(SSB|DSB) FM PM SM
数字 ASK(OOK|QAM) FSK(MSK|GFSK) PSK(CPM)
脉冲调制
模拟 PAM · PDM · PPM
数字 PCM · PWM
扩频
CSS · DSSS · THSS · FHSS
参见:调制

調頻英语Frequency Modulation,缩写:FM)是一种以载波的瞬时频率变化来表示信息的调制方式。(与此相对应的调幅方式是透过载波幅度的变化来表示信息,而其频率却保持不变。)在模拟应用中,载波的频率跟随输入信号的幅度直接成等比例变化。在数字应用领域,载波的频率则根据数据序列的值作离散跳变,即所谓的频率键控(FSK)。

调频技术通常运用在甚高频段(VHF无线电波段)上的高保真音乐语音无线电广播。普通的(模拟)电视的音频信号也是透过调频方式传递。窄带形式的调频广播(N-FM)限于商业上的声音通讯和业余无线电领域,广播中使用的调频技术则一般称为宽带调频(W-FM)。

调频技术还用于大多数的模拟VCR,包括家庭视频系统VHS,用于记录视频信号的亮度(黑和白)信息,不过是在中频段使用。调频是用于录取视频磁带时唯一不造成大的信号走样的调制技术,因为视频信息的所包含的频谱范围很广,从几个赫兹到几十兆赫,同均衡器工作时很难将噪声信息保持在-60分贝以下。调频方式也使磁带处于饱和状态,起到降噪的作用,同时接收端的调频捕获效应基本消除了透印前回声等现象。如果在信号上加上一个连续的pilot-tone,就像在V2000以及许多Hi-band 格式上作的那样,机械jitter可以得到有效的控制,从而有助于timebase correction

调频技术还应用在音频的合成上,即所谓的调频合成,在早期的数字合成器上应用很普遍,并成为几代个人电脑声卡的标准特征。

无线电中的应用[编辑]

一个频率调制的例子。 第一个图表显示了一个叠加在载波信号上的调制信号。第二个图表显示了最后得到的频率调制信号。

Edwin Armstrong于1935年11月6日在无线电工程师学会纽约分部发表了一篇名为《一个通过频率调制系统降低无线电信号干扰的方法》的文章,第一次描述了调频无线电。

宽带调频(W-FM)和调幅相比,在同样的调制信号作用下,宽带调频需要更宽的带宽。但是这也使信号具有更强的抗噪声和干扰能力。调频还具有较强的抗简单信号振幅衰减能力(simple signal amplitude fading phenomena)。因此,调频被选做高频、高保真无线电传输的调制标准。

调频接收机固有的一个现象叫做“捕获”,即调谐器能够清晰地接收到两个同频率广播电台中的较强者。然而,随之而来的问题是:频率漂移或选择性差可能会导致一个电台或信号突然被另一个毗邻频道的压制。频率漂移只是对非常老式的或廉价的接收机来说是个问题,而选择性差则可能给所有调谐器都带来了困扰。

调频信号也能用于搭载立体声信号,参见调频立体声。然而,这是在频率调制过程之前和之后,通过使用多路复用技术和去多路复用技术来完成的,而不是作为频率调制过程的一部分。本文余下的部分将忽略调频立体声中使用的立体声多路复用和去多路复用过程,而是集中在调频调制和解调过程,这对立体声和单声道处理过程都是一样的。

原理[编辑]

若欲傳送信號為

x_m(t)\,

其振幅限制不可大於一

 \left| x_m(t) \right| \le 1 \,

載波為

x_c(t) = A \cos (2 \pi f_c t)\,

fc為載波中心頻率,單位為赫茲。A是任意振幅。傳送信號將會是

x_c(t) = A \cos \left( 2 \pi \int_{0}^{t} f(\tau)\, d \tau \right) = A \cos \left( 2 \pi \int_{0}^{t} \left[ f_c + f_\Delta x_m(\tau) \right] \, d \tau \right)
在此,f(t) = f_c + f_\Delta x_m(t)

公式中,f(t)是振荡器的瞬时频率fΔ是频偏(频率偏移), 代表在一个方向上相对fc的最大频率偏离,在此我们假定xm(t)是有限的幅值限于±1之间。

参见[编辑]

外部連結[编辑]