相位调制

調相(英語:Phase Modulation,縮寫:PM),又稱相位調變,是一種以载波瞬时相位變化來表示信息調變方式。

調變方式
連續調變
调幅调频调角
模拟AM
SSB · DSB
FMPM
数字ASK
OOK · QAM
FSK
MSK · GFSK
PSK
CPM
其他SM (類比)
脈衝調變
模拟PAM · PDM · PPM
数字PCM · PWM
扩频
CSS · DSSS · THSS · FHSS
另見
調變 · 线路码 · 调制解调器 · ΔΣ調變 · OFDM · FDM

相位调制广泛用于发射无线电波,并且是大量技术(如Wifi、GSM和卫星电视)背后的许多数字传输编码方案的一部分。

数字合成器英语digital synthesizer中,PM用来产生信号和波形,例如在Yamaha DX7英语Yamaha DX7中实现了调频合成英语FM synthesis。相关的一种声音合成叫做相位失真英语phase distortion synthesis用于卡西欧CZ合成器英语Casio CZ synthesizers

性質编辑

  1. 相位調變的傳送功率具有恆定性
    • 對於任何時間 ,以及任何敏感性因數 ,相位調變的振幅都會等於載波振幅。所以,由此可知,在相位調變中,若假設負載電阻是1歐姆,那麼平均傳送功率是一個常數:
     
  2. 相位調變過程的非線性性質
    • 相位調變的波並不滿足疊加性原理。假設一資訊訊號 可以表示為:
     
    另外,再假設  以及 產生的PM波分別是   ,那麼我們便可以將以上的PM波如此表示:
     
     
     
    那麼,我們可以發現,由於
     
    所以相位調變的波不滿足疊加原理。
    相位調變的非線性性質讓PM波的頻譜分析與雜訊分析變得更加複雜,正因為此,相位調變可以很好地對抗雜訊。
  3. 零相交的不規律性
    零相交(zero-crossing)是指,在時間軸上,波的振幅由正變成負或由負變成正的瞬間。而一個PM波的零相交,並沒有規律性存在。事實上,相位調變波這樣的零相交不規律性,是因為調變過程的非線性性質所致。
  4. 資訊波形難以形象化
    對於調幅,只要調變百分比小於百分之百,便可以將調變波的波封視為資訊波。但是,在相位調變中並無法如此行。事實上,在相角調變波裡難以形象化資訊波形,是因為相位調變波的非線性性質所致。
  5. 可以透過增加傳輸頻寬,來交換雜訊性能表現
    和調幅相比,相位調變一個非常好的優點是,它可以改善雜訊性能。之所以會有這樣的優點是因為,對於相加性雜訊,如果是調變一個弦載波的相角,那麼便會比調變一個弦載波的振幅,傳送資訊訊號時較不敏感。但是,這樣雜訊性能的改善,是透過犧牲相位調變所需的一個傳輸頻寬來達成的。亦即,相位調變可以利用增加傳輸頻寬來換得雜訊性能改善的效果,相較之下,在調幅中,沒有這樣的交換可能。

理论编辑

PM将复包络的相角改变得与消息信号成正比。

假定要发送的信号(称为调制信号或消息信号)是  ,信号调制的载波为

 

注释:

载波(时间) = (载波振幅)*sin(载波频率*时间 + 相移)

这使得已调信号为

 

这说明了   如何调制相位 - 在某一时间点的 m(t) 越大,该点调制信号的频移越大。它也可以看成是改变了载波信号的频率,于是当频率调制表示为相位调制对时间求导时,相位调制就可以认为是频率调制的一种特殊情形。

调制信号在这里可以是

 

频谱特性的数学运算表明有两个区域尤其值得关注:

  • 对于振幅小的信号,PM与振幅調變(AM)类似,并且很遗憾基带带宽会加倍和效率也不高。
  • 对于单一正弦大信号,PM与FM类似,它的带宽约为
 ,
其中    是后文会定义的调制指数。这也被称为PM的卡森带宽法则

调制指数编辑

同其他调制指数英语modulation index一样,这个量表示调制变量在未调制水平附近变化的范围。它涉及到载波信号的相位变化:

 ,

其中   是峰值相位偏差。与频率调制中的调制指数形成对比。

参见编辑