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使用信號源以及頻譜儀模擬ASK和FSK進行數字調制跟解調分析
閱讀：283 發布時間：2024-9-18數字調制是現代通信的重要方法，在衛星通信、移動通信等現代數字通信系統中，信道中傳輸的都是數字已調信號。數字調制與模擬調制相比有許多優點。數字調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；數字傳輸系統中可以使用差錯控制技術，支持復雜信號條件和處理技術，如信源編碼、加密技術等。
在通信技術中，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制，通過調制，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進行傳輸。數字通信系統大致原理如下圖所示：
圖1 數字通信系統原理框圖
在上圖數字調制過程中，有三種基本的調制方式，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是早出現的數字調制方式，較多應用于早期的莫爾斯電報系統，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作為理解其他數字調制的基礎。
2ASK基本原理：在振幅鍵控中，用二進制數字基帶信號中的"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，數字基帶信號加入到控制端，當數字基帶信號為"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數字調制、解調分析過程。
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設置要輸出的數字調制信號，選擇發送數據PN9隨機二進制序列，發送信號的符號長度設置為256，符號速率為50K Symbol/s，調制類型選擇2ASK，發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，此時信號源把調制信號通過線纜發送到頻譜儀中；
圖4 SDG6000X設置界面
在SVA1015X中點擊"Mode"按鍵，進入調制分析模式，選擇“ASK"，然后根據之前調制信號的設置，設置符號速率為50KS/s（接收速率和發送速率相等），濾波器設置為"Sqrt Nyquist"，參考濾波器設置為"Nyquist"（與發送端的發送濾波器相匹配，常用的濾波器選擇規則可以參考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據,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，我們可以從經過調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顯示分析結果（波形）
通過調制分析波形我們可以看到載波的功率，ASK的調制深度，ASK調制的幅度誤差，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顯示分析結果（符號）
由上圖我們可以看出調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），我們取前20個數據，和我們的波形圖解讀出來的序列是一致的。此外，由屏幕下方數據可知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量是比較出色的。
圖7 SVA1000X顯示分析結果（眼圖）
3、2FSK
FSK數字調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調制方式傳輸數據，在中低速數據通信系統中傳輸數據時有著廣泛的使用，但是占用的帶寬會比較大，頻帶利用率小。
FSK數字調制原理：在二進制數字頻率調制系統中，使用兩個不同的載波來傳輸數字基帶信號。即載波f1代表著二進制“1"，載波f2代表二進制數據“0"，從而實現在頻域上的搬移。
我們可以參照ASK調制時信號源的設置輸出FSK調制信號，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數字調制信號之后，我們用SVA1015X得到的調制波形分析波形及其參數如下所示：
圖10 SVA1000X顯示分析結果（波形）
根據調制分析波形得到數據和眼圖如下：
圖11 SVA1000X顯示分析結果（符號）
圖12 SVA1000X顯示分析結果（眼圖）
通過SVA1015X的調制分析功能，我們可以看到經過調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量優劣。
以上就是使用SDG6000X系列脈沖/任意波形發生器簡單模擬ASK/FSK數字調制，用SVA1000X系列頻譜&矢量網絡分析儀對調制信號進行分析的過程。在通信技術高速發展的時代，雖然數字調制方式越來越豐富，但是我們依舊能夠以ASK/FSK為基礎，初步了解數字調制。
該文章來源于“鼎陽硬件設計與測試智庫"