ASK、FSK調(diào)制分析

數(shù)字調(diào)制是現(xiàn)代通信的重要方法，在衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信等現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中，信道中傳輸?shù)亩际菙?shù)字已調(diào)信號(hào)。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制相比有許多優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字調(diào)制具有更好的抗干擾性能，更強(qiáng)的抗信道損耗，以及更好的安全性;數(shù)字傳輸系統(tǒng)中可以使用差錯(cuò)控制技術(shù)，支持復(fù)雜信號(hào)條件和處理技術(shù)，如信源編碼、加密技術(shù)等。

在通信技術(shù)中，遠(yuǎn)距離傳遞信息是通信的最終目的。在無線遠(yuǎn)距離傳輸過程中，需要將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，通過調(diào)制，基帶信號(hào)的頻譜搬移到適合信道和噪聲特性的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸。數(shù)字通信系統(tǒng)大致原理如下圖所示：

圖1 數(shù)字通信系統(tǒng)原理框圖

在上圖數(shù)字調(diào)制過程中，有三種基本的調(diào)制方式，ASK(振幅鍵控)、FSK(頻移鍵控)和PSK(相移鍵控)，分別利用載波的幅度、頻率和相位來承載數(shù)字基帶信號(hào)。當(dāng)基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，也稱為2ASK，2FSK，2PSK。

2ASK

2ASK是最早出現(xiàn)的數(shù)字調(diào)制方式，較多應(yīng)用于早期的莫爾斯電報(bào)系統(tǒng)，但容易受到增益變化的影響，抗干擾能力比較差，實(shí)際應(yīng)用并不廣泛，但是我們可以將2ASK作為理解其他數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。

2ASK基本原理：在振幅鍵控中，用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)中的”0”和”1”來控制載波幅度的有或無，使載波幅度隨著數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。如下圖所示，載波信號(hào)直接加到開關(guān)輸入端，數(shù)字基帶信號(hào)加入到控制端，當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為”1”時(shí)，載波信號(hào)輸出，為“0“時(shí)，信號(hào)無輸出。

圖2 2ASK基本原理框圖

我們采用SDG6000X信號(hào)源以及SVA1015X頻譜儀來模擬2ASK和2FSK數(shù)字調(diào)制、解調(diào)分析過程。

信號(hào)源設(shè)置：

1. 在SDG6000X信號(hào)源中選擇IQ波形輸出，等待初始化完成;

2. 在上位機(jī)軟件EasyIQ設(shè)置要輸出的數(shù)字調(diào)制信號(hào)，選擇發(fā)送數(shù)據(jù)PN9隨機(jī)二進(jìn)制序列，發(fā)送信號(hào)的符號(hào)長(zhǎng)度設(shè)置為256，符號(hào)速率為50K Symbol/s，調(diào)制類型選擇2ASK，發(fā)送端濾波器選擇根余弦濾波器(RootCosine)，filter alpha選擇0.8，然后在EasyIQ上方工具欄選擇”Update”及”Download”把波形更新下載到信號(hào)源，具體如下圖所示：

圖3 EasyIQ設(shè)置界面

3. 在信號(hào)源中設(shè)置載波頻率為100MHz，幅度為0dBm，連接信號(hào)源到SVA1015X頻譜儀，此時(shí)信號(hào)源把調(diào)制信號(hào)通過線纜發(fā)送到頻譜儀中;

圖4 SDG6000X設(shè)置界面

在SVA1015X中點(diǎn)擊”Mode”按鍵，進(jìn)入調(diào)制分析模式，選擇“ASK”，然后根據(jù)之前調(diào)制信號(hào)的設(shè)置，設(shè)置符號(hào)速率為50KS/s(接收速率和發(fā)送速率相等)，濾波器設(shè)置為”Sqrt Nyquist”，參考濾波器設(shè)置為”Nyquist”(與發(fā)送端的發(fā)送濾波器相匹配，常用的濾波器選擇規(guī)則可以參考SVA1015X用戶手冊(cè))，其它的 “Alpha” 和 “Filter Length” 保存和之前在EasyIQ上設(shè)置的設(shè)置一致，測(cè)量符號(hào)長(zhǎng)度設(shè)置為100(最高可以查看到1500)。然后點(diǎn)擊 “Frequency” 按鍵，設(shè)置接收端的載波頻率為100MHz，首先單次掃描查看分析之后波形數(shù)據(jù),得到下圖所示波形，在圖中，屏幕一次顯示20個(gè)，大概每格兩個(gè)符號(hào)，我們可以從經(jīng)過調(diào)制分析之后的波形讀出二進(jìn)制序列大概為 “01 10 00 10 10 10 01 00 01 11 0” 。

圖5 SVA1000X顯示分析結(jié)果(波形)

通過調(diào)制分析波形我們可以看到載波的功率，ASK的調(diào)制深度，ASK調(diào)制的幅度誤差，載波的偏差率等測(cè)量值。我們可以點(diǎn)擊“Meas Setup“按鍵，選擇查看信號(hào)分析(可選二進(jìn)制以及十六進(jìn)制)。

圖6 SVA1000X顯示分析結(jié)果(符號(hào))

由上圖我們可以看出調(diào)制分析之后得到的基帶信號(hào)攜帶的100個(gè)隨機(jī)二進(jìn)制序列(最高可設(shè)置到1500個(gè))，我們?nèi)∏?0個(gè)數(shù)據(jù)，和我們的波形圖解讀出來的序列是一致的。此外，由屏幕下方數(shù)據(jù)可知ASK誤差與參考波形的誤差不到1%，載波偏移30Hz。因此我們可以查看此信號(hào)的眼圖，由眼圖可知信號(hào)傳輸質(zhì)量是比較優(yōu)秀的。

圖7 SVA1000X顯示分析結(jié)果(眼圖)

2FSK

FSK數(shù)字調(diào)制的抗干擾能力和抗噪聲比較好，在傳輸速率在1200波特以下的設(shè)備一般都采用FSK調(diào)制方式傳輸數(shù)據(jù)，在中低速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)有著廣泛的使用，但是占用的帶寬會(huì)比較大，頻帶利用率小。

FSK數(shù)字調(diào)制原理：在二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制系統(tǒng)中，使用兩個(gè)不同的載波來傳輸數(shù)字基帶信號(hào)。即載波f1代表著二進(jìn)制“1”，載波f2代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0”，從而實(shí)現(xiàn)在頻域上的搬移。

我們可以參照ASK調(diào)制時(shí)信號(hào)源的設(shè)置輸出FSK調(diào)制信號(hào)，在上位機(jī)EasyIQ和信號(hào)源的設(shè)置如下：

圖8 EasyIQ設(shè)置界面

圖9 SDG6000X設(shè)置界面

在信號(hào)源模擬輸出2FSK數(shù)字調(diào)制信號(hào)之后，我們用SVA1015X得到的調(diào)制波形分析波形及其參數(shù)如下所示：

圖10 SVA1000X顯示分析結(jié)果(波形)

根據(jù)調(diào)制分析波形得到數(shù)據(jù)和眼圖如下：

圖11 SVA1000X顯示分析結(jié)果(符號(hào))

圖12 SVA1000X顯示分析結(jié)果(眼圖)

通過SVA1015X的調(diào)制分析功能，我們可以看到經(jīng)過調(diào)制分析之后的基帶波形所攜帶的信息，之后再通過眼圖判斷傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)劣。

以上就是使用SDG6000X系列脈沖/任意波形發(fā)生器簡(jiǎn)單模擬ASK/FSK數(shù)字調(diào)制，用SVA1000X系列頻譜&矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分析的過程。在通信技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，雖然數(shù)字調(diào)制方式越來越豐富，但是我們依舊能夠以ASK/FSK為基礎(chǔ)，初步了解數(shù)字調(diào)制。