【文章內(nèi)容簡介】 K、2FSK、4FSK等，頻帶利用率從1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有將幅度與相位聯(lián)合調(diào)制的QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅調(diào)制）技術(shù)，目前數(shù)字微波中廣泛使用的256QAM，其頻帶利用率可達(dá)8bit/s/Hz，8倍于2ASK或BIT/SK。此外，還有可采用減小相位跳變的MSK等特殊的調(diào)制技術(shù)，為某些專門應(yīng)用環(huán)境提供了強(qiáng)大的工具。近年來，四維調(diào)制等高維調(diào)制技術(shù)的研究也得到了迅速發(fā)展，并已應(yīng)用于高速M(fèi)ODEM中，為進(jìn)一步提高傳輸效率奠定了基礎(chǔ)。 數(shù)字通信所能夠達(dá)到的傳輸效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬通信，調(diào)制技術(shù)的種類也遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于模擬通信，大大提高了用戶根據(jù)實際應(yīng)用需要選擇系統(tǒng)配置的靈活性，除此之外，數(shù)字調(diào)制抗干擾能力強(qiáng)，中繼時噪聲及色散的影響不積累，因此可實現(xiàn)長距離傳輸。在現(xiàn)在文明高速發(fā)展的今天，人們越來越離不開數(shù)字信息，數(shù)字通信也越來越重要，因此數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)越來越被廣泛應(yīng)用。數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸，在實際應(yīng)用中，大多數(shù)信道具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號。為了使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸，必須使用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。通常使用鍵控法來實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，比如對載波的振幅、頻率和相位進(jìn)行鍵控。數(shù)字調(diào)制：（1）數(shù)字信號通過正弦載波調(diào)制成頻帶信號；（2）數(shù)字信號控制正弦載波的某個參量；（3）鍵控信號：對載波參量的離散調(diào)制。 ASK信號的調(diào)制和解調(diào)原理及頻譜分析 ASK信號調(diào)制解調(diào)原理,則為二進(jìn)制振幅鍵控. 設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號序列由0,1序列組成,發(fā)送0符號的概率為P,發(fā)送1符號的概率為1P, （41） 其中: （42）Ts是二進(jìn)制基帶信號時間間隔,g(t)是持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖: （43）則二進(jìn)制振幅鍵控信號可表示為 （44）二進(jìn)制振幅鍵控信號調(diào)制器原理框圖如圖41。 由圖 41 可以看出,2ASK信號可以由模擬法和鍵控法來產(chǎn)生。二進(jìn)制振幅鍵控信號的產(chǎn)生方法如圖42 所示,圖(a)是采用模擬相乘的方法實現(xiàn), 圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法實現(xiàn)。圖41 二進(jìn)制振幅鍵控信號調(diào)制器原理框圖（a）非相干解調(diào)方式（b）相干解調(diào)方式圖42 二進(jìn)制振幅鍵控信號解調(diào)器原理框圖 ASK信號的功率譜密度 若二進(jìn)制基帶信號St的功率譜密度Ps(f)為 （45）則二進(jìn)制振幅鍵控信號的功率譜密度P2ASK(f)為 （46）整理后可得 （47）式中用到,。 二進(jìn)制振幅鍵控信號的功率譜密度如圖43所示，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。續(xù)譜兩部分組成。離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號波形g(t)確定，二進(jìn)制振幅鍵控信號的帶寬 B2AS是基帶信號波形帶寬B 的兩倍,即B2ASK=2B[4] 圖43 二進(jìn)制振幅鍵控信號的功率譜密度 FSK信號調(diào)制解調(diào)原理及功率譜和抗噪聲性能 FSK基本原理二進(jìn)制頻率調(diào)制是用二進(jìn)制數(shù)字信號控制正弦波的頻率隨二進(jìn)制數(shù)字信號的變化而變化。由于二進(jìn)制數(shù)字信息只有兩個不同的符號，所以調(diào)制后的已調(diào)信號有兩個不同的頻率f1和f2，f1對應(yīng)數(shù)字信息“1”，f2對應(yīng)數(shù)字信息“0”。由于FSK調(diào)制解調(diào)原理相對比較簡單，作為數(shù)字通信原理的入門學(xué)，理解FSK后可以容易理解其他更復(fù)雜的調(diào)制系統(tǒng)，頻移鍵控在數(shù)字通信中是使用較早的一種調(diào)制方式，這種方式實現(xiàn)起來比較容易，抗干擾和抗衰落的性能也較強(qiáng)。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,若正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號在和兩個頻率點間變化,則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控信號(2FSK信號)。二進(jìn)制移頻鍵控信號的時間波形如圖44所示,圖中波形g可分解為波形e和波形f,即二進(jìn)制移頻鍵控信號可以看成是兩個不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號的疊加。圖44 二進(jìn)制移頻鍵控信號的時間波形若二進(jìn)制基帶信號的“1”符號對應(yīng)于載波頻率,“0”符號對應(yīng)于載波頻率,則二進(jìn)制移頻鍵控信號的時域表達(dá)式為： （48）其中： （49） （410）由上式可知與是反碼，即若an=1，則=0，若=0，則=1，于是=，因此二進(jìn)制頻移鍵控信號的時域表達(dá)式可簡化為： （411） FSK信號調(diào)制基本原理由于2FSK信號的特性，可以采用不同方式來實現(xiàn)FSK信號的調(diào)制。具體情況如下。（1）直接調(diào)頻法對于相位連續(xù)的2FSK信號可以采用直接調(diào)頻法。用數(shù)字基帶信號的矩形脈沖控制振蕩回路的某些參數(shù)直接改變振蕩頻率，輸出不同頻率的信號，其工作原理就是VCO的工作原理，如圖45所示圖45 直接調(diào)頻法（2）鍵控調(diào)頻法鍵控調(diào)頻法又稱為頻率轉(zhuǎn)換法。這種方法是用數(shù)字矩形脈沖控制電子開關(guān)，在兩個振蕩器之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而輸出不同頻率的信號，如圖46 所示:圖46 鍵控調(diào)頻法（3）分頻法產(chǎn)生FSK信號分頻法產(chǎn)生FSK信號是從同一個高穩(wěn)定度的主頻振蕩器經(jīng)分頻后獲得兩個不同的信號和，和載波信號經(jīng)控制門后相加，得到2FSK信號，其優(yōu)點是載波的頻率穩(wěn)定度高。如圖47所示：圖47 分頻法 FSK信號的功率譜密度對相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號，可以看成由兩個不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號的疊加，其中一個頻率為f1，另一個頻率為f2。因此，相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號的功率譜密度可以近似表示成兩個不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號功率譜密度的疊加[13]相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號的時域表達(dá)式為 （412）根據(jù)二進(jìn)制振幅鍵控信號的功率譜密度，我們可以得到二進(jìn)制移頻鍵控信號的功率譜密度 P2ASKf 為 （413）令概率P=1/2， 將二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的功率譜密度公式代入式可得 (414)由上式可得，相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號的功率譜:由離散譜和連續(xù)譜所組成，如圖48所示其中，離散譜位于兩個載頻f1和f2處；連續(xù)譜由兩個中心位于f1和f2處的雙邊譜疊加形成[5]。 圖48 相位不連續(xù)2FSK信號的功率譜示意圖若兩個載波頻差小于fs，則連續(xù)譜在fc處出現(xiàn)單峰[fc=(f1+f2)/2]；若載頻差大于fs，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰[10]。若以二進(jìn)制移頻鍵控信號功率譜第一個零點之間的頻率間隔計算二進(jìn)制移頻鍵控信號的帶寬,則該二進(jìn)制移頻鍵控信號的帶寬B2FSK為 (415)式中 Rb=fs=1Ts 為基帶信號的帶寬 偏移率（調(diào)制指數(shù)） [6] (416) FSK的解調(diào)原理和抗噪聲性能2FSK信號的解調(diào)也有相干解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)兩種。由于2FSK信號可看做是兩個2ASK信號之和，所以2FSK解調(diào)器由兩個并聯(lián)的2ASK解調(diào)器組成。圖49 為2FSK相干和包絡(luò)解調(diào)。 圖49 2FSK信號調(diào)解器相干2FSK抗噪聲性能的分析方法和相干2ASK很相似?，F(xiàn)將收到的2FSK信號表示為 (417)波頻率為f1，信號能通過上支路的帶通濾波器。上支路帶通濾波器的輸出是信號和窄帶噪聲 ni1t 的疊加(噪聲中的下標(biāo)1表示上支路窄帶高斯噪聲)，即 (418)此信號與同步載波cos2πf1t相乘，再經(jīng)低通濾波器濾除其中的高頻成分，送給取樣判決器的信號為 (419)上式中未計入系數(shù)12。與此同時，頻率為f1的 2FSK 信號不能通過下支路中的帶通濾波器，因為下支路中的帶通濾波器的中心頻率為f2，所以下支路帶通濾波器的輸出只有窄帶高斯噪聲，即 (420)此噪聲與同步載波cos2πf2t相乘，再經(jīng)低通濾波器濾波后輸出為 式中未計入系數(shù)12。定義,取樣判決器對x(t)取樣，取樣值為。其中，、都是均值為0、方差為的高斯隨機(jī)變量，所以x是均值為a、方差為的高斯隨機(jī)變量，概率密度曲線如圖410 所示：圖410 判決值的函數(shù)示意圖判決器對x進(jìn)行判決，當(dāng)x0時，判發(fā)送信息為“1”，此判決是正確的； 當(dāng)x0時，判決發(fā)送信息為“0”，顯然此判決是錯誤的。由此可見，x0的概率就是發(fā)“1”錯判成“0”的概率，即 當(dāng)發(fā)送數(shù)字信號“0”時，下支路有信號，上支路沒有信號。用與上面分析完全相同的方法，可得到發(fā)“0” 碼時錯判成“1”碼的概率，容易發(fā)現(xiàn)，此概率與上式表示的P(0/1)相同，所以解調(diào)器的平均誤碼率為[11] (421)，所以，式中注意，式中無需“1”、“0”等概這一條件。FSK相關(guān)解調(diào)模擬框圖如圖 411所示。圖 411 FSK相關(guān)解調(diào)模擬框圖輸入信號為：來設(shè)計仿真[7]。 仿真思路（1）首先要確定采樣頻率fs和兩個載波f1，f2的值。（2）先產(chǎn)生一個隨機(jī)的信號，寫出輸入已調(diào)信號的表達(dá)式是s(t)。由于s(t)中有反碼的存在，則需要將信號先反轉(zhuǎn)后在原信號和反轉(zhuǎn)信號中進(jìn)行抽樣。寫出已調(diào)信號的表達(dá)式s(t)[14]。（3）在2FSK的解調(diào)過程中，根據(jù)解調(diào)的原理圖，信號先通過帶通濾波，設(shè)置帶通濾波器的參數(shù)，后用一維數(shù)字濾波函數(shù)filter對信號s(t)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。由于已調(diào)信號中有兩個不同的載波，則經(jīng)過兩個不同頻率的帶通濾波器后輸出兩個不同的波形H1，H2。（4）經(jīng)過帶通濾波器后的2FSK信號再分別經(jīng)過相乘器，輸出得到相乘后的兩個不同的2FSK波形sw1，sw2。（5）經(jīng)過相乘器輸出的波形再通過低通濾波器，設(shè)置低通濾波器的參數(shù)，用一維數(shù)字濾波函數(shù)filter對信號進(jìn)行新的一輪的濾波處理。輸出經(jīng)過低通濾波器后的兩個波形st1，st2。（6）將信號st1和st2同時經(jīng)過抽樣判決器，其抽樣判決器輸出的波形為最后的輸出波形st。對抽樣判決器經(jīng)定義一個時間變量長度i，當(dāng)st1(i)=st2(i)時，則st=1，否則st=0[12]。 PSK信號的調(diào)制解調(diào)原理及功率譜在通信和信息傳輸系統(tǒng)、工業(yè)自動化或電子工程技術(shù)中，調(diào)制和解調(diào)應(yīng)用最為廣泛。而調(diào)制和解調(diào)的基本原理是利用信號與系統(tǒng)的頻域分析和傅里葉變換的基本性質(zhì)，將信號的頻譜進(jìn)行搬移，使之滿足一定需要，從而完成信號的傳輸或處理。調(diào)制與解調(diào)