ASK、FSK调制分析

数字调制是现代通信的重要方法，在卫星通信、移动通信等现代数字通信系统中，信道中传输的都是数字已调信号。数字调制与模拟调制相比有许多优点。数字调制具有更好的抗干扰性能，更强的抗信道损耗，以及更好的安全性；数字传输系统中可以使用差错控制技术，支持复杂信号条件和处理技术，如信源编码、加密技术等。

在通信技术中，远距离传递信息是通信的最终目的。在无线远距离传输过程中，需要将基带信号进行调制，通过调制，基带信号的频谱搬移到适合信道和噪声特性的频率范围内进行传输。数字通信系统大致原理如下图所示：

图1 数字通信系统原理框图

在上图数字调制过程中，有三种基本的调制方式，ASK（振幅键控）、FSK（频移键控）和PSK（相移键控），分别利用载波的幅度、频率和相位来承载数字基带信号。当基带信号为二进制时，也称为2ASK，2FSK，2PSK。

2ASK

2ASK是最早出现的数字调制方式，较多应用于早期的莫尔斯电报系统，但容易受到增益变化的影响，抗干扰能力比较差，实际应用并不广泛，但是我们可以将2ASK作为理解其他数字调制的基础。

2ASK基本原理：在振幅键控中，用二进制数字基带信号中的”0”和”1”来控制载波幅度的有或无，使载波幅度随着数字基带信号的变化而变化。如下图所示，载波信号直接加到开关输入端，数字基带信号加入到控制端，当数字基带信号为”1”时，载波信号输出，为“0“时，信号无输出。

图2 2ASK基本原理框图

我们采用SDG6000X信号源以及SVA1015X频谱仪来模拟2ASK和2FSK数字调制、解调分析过程。

信号源设置：

1. 在SDG6000X信号源中选择IQ波形输出，等待初始化完成；

2. 在上位机软件EasyIQ设置要输出的数字调制信号，选择发送数据PN9随机二进制序列，发送信号的符号长度设置为256，符号速率为50K Symbol/s，调制类型选择2ASK，发送端滤波器选择根余弦滤波器（RootCosine），filter alpha选择0.8，然后在EasyIQ上方工具栏选择”Update”及”Download”把波形更新下载到信号源，具体如下图所示：

图3 EasyIQ设置界面

3. 在信号源中设置载波频率为100MHz，幅度为0dBm，连接信号源到SVA1015X频谱仪，此时信号源把调制信号通过线缆发送到频谱仪中；

图4 SDG6000X设置界面

在SVA1015X中点击”Mode”按键，进入调制分析模式，选择“ASK”，然后根据之前调制信号的设置，设置符号速率为50KS/s（接收速率和发送速率相等），滤波器设置为”Sqrt Nyquist”，参考滤波器设置为”Nyquist”（与发送端的发送滤波器相匹配，常用的滤波器选择规则可以参考SVA1015X用户手册），其它的 “Alpha” 和 “Filter Length” 保存和之前在EasyIQ上设置的设置一致，测量符号长度设置为100（最高可以查看到1500）。然后点击 “Frequency” 按键，设置接收端的载波频率为100MHz，首先单次扫描查看分析之后波形数据,得到下图所示波形，在图中，屏幕一次显示20个，大概每格两个符号，我们可以从经过调制分析之后的波形读出二进制序列大概为 “01 10 00 10 10 10 01 00 01 11 0” 。

图5 SVA1000X显示分析结果（波形）

通过调制分析波形我们可以看到载波的功率，ASK的调制深度，ASK调制的幅度误差，载波的偏差率等测量值。我们可以点击“Meas Setup“按键，选择查看信号分析（可选二进制以及十六进制）。

图6 SVA1000X显示分析结果（符号）

由上图我们可以看出调制分析之后得到的基带信号携带的100个随机二进制序列（最高可设置到1500个），我们取前20个数据，和我们的波形图解读出来的序列是一致的。此外，由屏幕下方数据可知ASK误差与参考波形的误差不到1%，载波偏移30Hz。因此我们可以查看此信号的眼图，由眼图可知信号传输质量是比较优秀的。

图7 SVA1000X显示分析结果（眼图）

2FSK

FSK数字调制的抗干扰能力和抗噪声比较好，在传输速率在1200波特以下的设备一般都采用FSK调制方式传输数据，在中低速数据通信系统中传输数据时有着广泛的使用，但是占用的带宽会比较大，频带利用率小。

FSK数字调制原理：在二进制数字频率调制系统中，使用两个不同的载波来传输数字基带信号。即载波f1代表着二进制“1”，载波f2代表二进制数据“0”，从而实现在频域上的搬移。

我们可以参照ASK调制时信号源的设置输出FSK调制信号，在上位机EasyIQ和信号源的设置如下：

图8 EasyIQ设置界面

图9 SDG6000X设置界面

在信号源模拟输出2FSK数字调制信号之后，我们用SVA1015X得到的调制波形分析波形及其参数如下所示：

图10 SVA1000X显示分析结果（波形）

根据调制分析波形得到数据和眼图如下：

图11 SVA1000X显示分析结果（符号）

图12 SVA1000X显示分析结果（眼图）

通过SVA1015X的调制分析功能，我们可以看到经过调制分析之后的基带波形所携带的信息，之后再通过眼图判断传输质量优劣。

以上就是使用SDG6000X系列脉冲/任意波形发生器简单模拟ASK/FSK数字调制，用SVA1000X系列频谱&矢量网络分析仪对调制信号进行分析的过程。在通信技术高速发展的时代，虽然数字调制方式越来越丰富，但是我们依旧能够以ASK/FSK为基础，初步了解数字调制。

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