使用信號源以及頻譜儀模擬ASK和FSK進行數(shù)字調(diào)制跟解調(diào)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。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制相比有許多優(yōu)點。數(shù)字調(diào)制具有更好的抗干擾性能，更強的抗信道損耗，以及更好的安全性；數(shù)字傳輸系統(tǒng)中可以使用差錯控制技術(shù)，支持復雜信號條件和處理技術(shù)，如信源編碼、加密技術(shù)等。

    在通信技術(shù)中，遠距離傳遞信息是通信的終目的。在無線遠距離傳輸過程中，需要將基帶信號進行調(diào)制，通過調(diào)制，基帶信號的頻譜搬移到適合信道和噪聲特性的頻率范圍內(nèi)進行傳輸。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。當基帶信號為二進制時，也稱為2ASK，2FSK，2PSK。

1、2ASK

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

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

圖2 2ASK基本原理框圖

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

2、信號源設置：

   1. 在SDG6000X信號源中選擇IQ波形輸出，等待初始化完成；

   2. 在上位機軟件EasyIQ設置要輸出的數(shù)字調(diào)制信號，選擇發(fā)送數(shù)據(jù)PN9隨機二進制序列，發(fā)送信號的符號長度設置為256，符號速率為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源，具體如下圖所示：

圖3 EasyIQ設置界面

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

圖4 SDG6000X設置界面

     在SVA1015X中點擊”Mode”按鍵，進入調(diào)制分析模式，選擇“ASK”，然后根據(jù)之前調(diào)制信號的設置，設置符號速率為50KS/s（接收速率和發(fā)送速率相等），濾波器設置為”Sqrt Nyquist”，參考濾波器設置為”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），其它的 “Alpha” 和 “Filter Length” 保存和之前在EasyIQ上設置的設置一致，測量符號長度設置為100（高可以查看到1500）。然后點擊 “Frequency” 按鍵，設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，大概每格兩個符號，我們可以從經(jīng)過調(diào)制分析之后的波形讀出二進制序列大概為 “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，載波的偏差率等測量值。我們可以點擊“Meas Setup“按鍵，選擇查看信號分析（可選二進制以及十六進制）。

圖6 SVA1000X顯示分析結(jié)果（符號）

     由上圖我們可以看出調(diào)制分析之后得到的基帶信號攜帶的100個隨機二進制序列（高可設置到1500個），我們?nèi)∏?0個數(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的眼圖，由眼圖可知信號傳輸質(zhì)量是比較出色的。

圖7 SVA1000X顯示分析結(jié)果（眼圖）

3、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)時有著廣泛的使用，但是占用的帶寬會比較大，頻帶利用率小。

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

     我們可以參照ASK調(diào)制時信號源的設置輸出FSK調(diào)制信號，在上位機EasyIQ和信號源的設置如下：

圖8 EasyIQ設置界面

圖9 SDG6000X設置界面

     在信號源模擬輸出2FSK數(shù)字調(diào)制信號之后，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）

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)量優(yōu)劣。

     以上就是使用SDG6000X系列脈沖/任意波形發(fā)生器簡單模擬ASK/FSK數(shù)字調(diào)制，用SVA1000X系列頻譜&矢量網(wǎng)絡分析儀對調(diào)制信號進行分析的過程。在通信技術(shù)高速發(fā)展的時代，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，初步了解數(shù)字調(diào)制。

    該文章來源于“鼎陽硬件設計與測試智庫”