數字調制信號的特征分析

張妍

（黑龍江工業學院 電氣與信息工程系，黑龍江 雞西 158100）

數字調制信號的特征分析

張妍

（黑龍江工業學院 電氣與信息工程系，黑龍江 雞西 158100）

伴隨著電子信息產業的高速發展，通信領域越來越網絡化、數字化、智能化。現階段，人們的通信方式出現了多樣化的發展趨勢，各種各樣的技術被應用在通信技術領域，新的業務出現在歷史舞臺上，通信成為人們生活中必不可少的一部分。文章主要對數字振幅鍵控、數字頻移鍵控、數字相移鍵控進行特征分析。

數字振幅鍵控；數字頻移鍵控；數字相移鍵控

在歷史發展的進程中，越來越多的通信系統影響或改變著人類的生活方式，從最早的語音通信、廣播通信，到現代功能強大的衛星通信、光纖通信、移動通信等等。在當今高度信息化的社會，通信已成為現代社會的“命脈”，而傳輸的信息可以分為模擬信號和數字信號，由于數字信號具有離散取值的特點，通過開關鍵控載波，就可以實現數字調制。通過這種方法可以實現數字振幅鍵控、數字頻移鍵控、數字相移鍵控等。

1 數字振幅鍵控

（1）數字振幅鍵控定義。數字振幅鍵控調制方式可以按照進制方式的不同，分為二進制數字振幅鍵控和多進制數字振幅鍵控。二進制數字振幅鍵控Binary Amplitude Shift Keying，簡稱2ASK，是其他數字調制的基礎，也是最基本的數字調制方式之一。多進制數字振幅鍵控又稱為多電平調制，在2ASK基礎上，通過多個不同電平的隨機基帶脈沖序列對載波進行振幅調制。

（2）數字振幅鍵控的實現方法。2ASK信號是單極性脈沖與高頻正弦載波相乘，即利用代表數字信息0或1（已調信號有輸出表示發送“1”,無輸出時發送“0”）的基帶矩形脈沖去控制一個連續載波振幅形成的。如果g（t）表示持續時間Ts的矩形脈沖，載波頻率為ωc，二進制數字0或1用acn表示，那么表達式可以寫成：因此，只要 I（t）=0 Q（t）=m（t）

就可以完成2ASK調制。2ASK信號形成原理如圖1所示。圖1 2ASK信號形成原理圖

2ASK信號形成過程：利用基帶信號形成器，把acn數字序列轉變為m（t）單極性的矩形脈沖序列，然后單極性的矩形脈沖序列m（t）與高頻載波進行相乘，結果就將單極性的矩形脈沖序列頻譜搬移到高頻載頻處，最后通過帶通濾波器，濾出所需要的已調信號，完成整個2ASK調制過程。

如果載波振幅取值有M種情況，稱為M進制數字振幅鍵控，即每種幅度載波信號間隔Tb時間，將多電平的矩形脈沖序列與余弦高頻載波進行振幅調制。2MASK信號形成原理圖如圖2所示。

圖2 MASK信號形成原理圖

在調制方式上：MASK與2ASK都可以使用乘法器；在解調方式上：MASK與2ASK都可以采用非相干解調或者相干解調方式。如果把M個振幅不等、時間不相關的2ASK信號疊加在一起就組成了MASK信號。

（3）數字振幅鍵控信號的功率譜。連續譜與離散譜兩部分構成了2ASK信號的功率譜密度。其中連續譜由數字基帶脈沖信號的頻譜g（t）決定，即g（t）經線性調制后的雙邊帶譜；而離散譜取決于±fc處的一對頻域沖擊函數，即由載波分量確定。

因此2ASK的功率譜表達式可以寫為：MASK信號的功率譜密度表達式是：

（4）數字振幅鍵控信號的帶寬。單極性數字基帶信號帶寬Bg的2倍就是B2ASK。當數字基帶信號的基本脈沖是矩形非歸零脈沖時，Bg=1/Tb。所以

從理論上說，當信道帶寬已知時，單位頻帶內傳送的數碼率很低，所以說2ASK的頻帶利用率低。通常來講，單邊帶調幅比雙邊帶調幅的頻帶利用率高一倍。

MASK信號平均功率譜密度為2Rs=2Rb/K。

（5）數字振幅鍵控信號的特點。2ASK信號易于實現，但抗干擾能力較差，因此主要應用在低速率數據傳輸中。MASK抗衰落能力差；傳輸效率高，即在碼元速率相同時，MASK的信息速率是2ASK的k=log2M倍；而多進制振幅調制的誤碼率通常遠大于二進制誤碼率；并且M越大，對設備的要求越復雜。

2 數字頻移鍵控

（1）數字頻移鍵控定義。數字頻移鍵控是用待傳輸的數字信息控制載波的頻率，完成數字信息的傳輸，按照進制方式可以分為二進制頻移鍵控和多進制頻移鍵控。二進制頻移鍵控表示為2FSK，它是用二進制數字基帶信號控制高頻載波頻率產生已調信號。多進制頻移鍵控表示為MFSK，不同的數字信號用不同頻率的多種載波信號表示，某一個碼元時間內，只發送一個頻率。

（2）數字頻移鍵控的實現方法。2FSK信號的數學表達式為：

式中an取值為1或0，an與a互為反碼；g(t-nT)為Ts的矩形脈沖。

MFSK信號的數學表達式為：

式中ωn當中n的取值為0、1、2、..,M-1，通常使用為ω0=ω1=ωM-1=2rs。

（3）數字頻移鍵控的帶寬。根據已調波相鄰碼元載波相位是否連續，2FSK可分為相位連續的CP2FSK信號和相位離散的DP2FSK信號。DP2FSK信號的最小帶寬為B2FSK=|f2-f1| +2Rb=（2+h）Rb，式中h=|f2-f1|/Rb為頻偏，Rb表示基帶信號的碼元速率，基帶信號的帶寬為2Rb。CP2FSK信號，當頻偏率D小于0.7時，帶寬小于fB；當D較大時，與DP2FSK帶寬相似。

設MFSK信號碼元速率為Rs，即碼元寬度為T=1/Rs，最高載波頻率為fmax，最低載波頻率為fmin，則MFSK信號的帶寬為：BMFSK=|fmax-fmin|+4Rs

（4）數字頻移鍵控的特點。相位連續的CP2FSK信號轉換速率較快，波形較好、頻率穩定度高、電路比較簡單，廣泛應用；而相位離散的DP2FSK信號廣泛應用在衰落信道中傳輸數據。

MFSK信號的主要缺點是信號頻帶寬，頻帶利用率低，抗干擾能力強。

3 數字相移鍵控

（1）數字相移鍵控的定義。數字相移鍵控是利用不同進制數字基帶信號控制連續載波的相位，進行頻譜變換搬移的過程，可以分為二進制相移鍵控調制和多進制相移鍵控調制。

（2）數字相移鍵控的實現方法。2PSK信號形式一般表示為：

式中an為雙極性信號，取值為±1；g（t-nT）是周期為T寬度為1的矩形脈沖。則2PSK信號可以表示為S（t）=±cos（ωct）。

而多進制相移鍵控調制一般表達式為：

如果是四進制，那么受信息控制的相位參數用φn表示，取值是0，π/2，π，3π/2或者1π/4，3π/4，5π/4，7π/4。上式化簡得：

就實現了4PSK調制。

在頻譜方面：2PSK信號與2ASK信號相同，都由離散譜分量和連續譜分量組成。如果基帶脈沖幅度一樣，那么它是2ASK連續譜幅度的4倍；如果雙極性信號以相等概率出現時，則無離散譜分量。帶寬B2PSK=2Rs=2fc。

由于MPSK可看成是由兩個正交載波的多電平振幅鍵控信號相加而成，其M進制符號間隔Ts=KTb，所以MPSK信號的功率譜密度是由相同支路及正交支路的功率譜密度相加得到，而每個支路的功率譜是相同的，且每個支路的功率譜密度與MPSK的一樣。

The Characteristics of the Digital M odulation Signal Analysis

ZHANG Yan
（Faculty of Electrical and Information Engineering，Heilongjiang University of Technology，Jixi，Heilongjiang 158100，China）

Along with the high-speed development of the electronic information industry，more and more network，digital，intelligent communication field.At present，people's communication style appeared diversified development trend，all kinds of technology are applied in the field of communication technology，new businessappeared in thehistoricalstage，the communication become an indispensable partofpeople life.This articlemainly discusses the digitalamplitude shiftkeying,frequency shiftkeying, analysisof characteristicsofdigitalphase shiftkeying.

Digital amplitude keying；Digital frequency shift keying；Digital phase shift keying

TN911.3

A

2095-980X（2015）08-0070-02

2015-07-15

張妍（1981-），女，碩士，講師，主要研究方向：電子信息。