数字调制信号的特征分析

张妍

（黑龙江工业学院 电气与信息工程系，黑龙江 鸡西 158100）

数字调制信号的特征分析

张妍

（黑龙江工业学院 电气与信息工程系，黑龙江 鸡西 158100）

伴随着电子信息产业的高速发展，通信领域越来越网络化、数字化、智能化。现阶段，人们的通信方式出现了多样化的发展趋势，各种各样的技术被应用在通信技术领域，新的业务出现在历史舞台上，通信成为人们生活中必不可少的一部分。文章主要对数字振幅键控、数字频移键控、数字相移键控进行特征分析。

数字振幅键控；数字频移键控；数字相移键控

在历史发展的进程中，越来越多的通信系统影响或改变着人类的生活方式，从最早的语音通信、广播通信，到现代功能强大的卫星通信、光纤通信、移动通信等等。在当今高度信息化的社会，通信已成为现代社会的“命脉”，而传输的信息可以分为模拟信号和数字信号，由于数字信号具有离散取值的特点，通过开关键控载波，就可以实现数字调制。通过这种方法可以实现数字振幅键控、数字频移键控、数字相移键控等。

1 数字振幅键控

（1）数字振幅键控定义。数字振幅键控调制方式可以按照进制方式的不同，分为二进制数字振幅键控和多进制数字振幅键控。二进制数字振幅键控Binary Amplitude Shift Keying，简称2ASK，是其他数字调制的基础，也是最基本的数字调制方式之一。多进制数字振幅键控又称为多电平调制，在2ASK基础上，通过多个不同电平的随机基带脉冲序列对载波进行振幅调制。

（2）数字振幅键控的实现方法。2ASK信号是单极性脉冲与高频正弦载波相乘，即利用代表数字信息0或1（已调信号有输出表示发送“1”,无输出时发送“0”）的基带矩形脉冲去控制一个连续载波振幅形成的。如果g（t）表示持续时间Ts的矩形脉冲，载波频率为ωc，二进制数字0或1用acn表示，那么表达式可以写成：因此，只要 I（t）=0 Q（t）=m（t）

就可以完成2ASK调制。2ASK信号形成原理如图1所示。图1 2ASK信号形成原理图

2ASK信号形成过程：利用基带信号形成器，把acn数字序列转变为m（t）单极性的矩形脉冲序列，然后单极性的矩形脉冲序列m（t）与高频载波进行相乘，结果就将单极性的矩形脉冲序列频谱搬移到高频载频处，最后通过带通滤波器，滤出所需要的已调信号，完成整个2ASK调制过程。

如果载波振幅取值有M种情况，称为M进制数字振幅键控，即每种幅度载波信号间隔Tb时间，将多电平的矩形脉冲序列与余弦高频载波进行振幅调制。2MASK信号形成原理图如图2所示。

图2 MASK信号形成原理图

在调制方式上：MASK与2ASK都可以使用乘法器；在解调方式上：MASK与2ASK都可以采用非相干解调或者相干解调方式。如果把M个振幅不等、时间不相关的2ASK信号叠加在一起就组成了MASK信号。

（3）数字振幅键控信号的功率谱。连续谱与离散谱两部分构成了2ASK信号的功率谱密度。其中连续谱由数字基带脉冲信号的频谱g（t）决定，即g（t）经线性调制后的双边带谱；而离散谱取决于±fc处的一对频域冲击函数，即由载波分量确定。

因此2ASK的功率谱表达式可以写为：MASK信号的功率谱密度表达式是：

（4）数字振幅键控信号的带宽。单极性数字基带信号带宽Bg的2倍就是B2ASK。当数字基带信号的基本脉冲是矩形非归零脉冲时，Bg=1/Tb。所以

从理论上说，当信道带宽已知时，单位频带内传送的数码率很低，所以说2ASK的频带利用率低。通常来讲，单边带调幅比双边带调幅的频带利用率高一倍。

MASK信号平均功率谱密度为2Rs=2Rb/K。

（5）数字振幅键控信号的特点。2ASK信号易于实现，但抗干扰能力较差，因此主要应用在低速率数据传输中。MASK抗衰落能力差；传输效率高，即在码元速率相同时，MASK的信息速率是2ASK的k=log2M倍；而多进制振幅调制的误码率通常远大于二进制误码率；并且M越大，对设备的要求越复杂。

2 数字频移键控

（1）数字频移键控定义。数字频移键控是用待传输的数字信息控制载波的频率，完成数字信息的传输，按照进制方式可以分为二进制频移键控和多进制频移键控。二进制频移键控表示为2FSK，它是用二进制数字基带信号控制高频载波频率产生已调信号。多进制频移键控表示为MFSK，不同的数字信号用不同频率的多种载波信号表示，某一个码元时间内，只发送一个频率。

（2）数字频移键控的实现方法。2FSK信号的数学表达式为：

式中an取值为1或0，an与a互为反码；g(t-nT)为Ts的矩形脉冲。

MFSK信号的数学表达式为：

式中ωn当中n的取值为0、1、2、..,M-1，通常使用为ω0=ω1=ωM-1=2rs。

（3）数字频移键控的带宽。根据已调波相邻码元载波相位是否连续，2FSK可分为相位连续的CP2FSK信号和相位离散的DP2FSK信号。DP2FSK信号的最小带宽为B2FSK=|f2-f1| +2Rb=（2+h）Rb，式中h=|f2-f1|/Rb为频偏，Rb表示基带信号的码元速率，基带信号的带宽为2Rb。CP2FSK信号，当频偏率D小于0.7时，带宽小于fB；当D较大时，与DP2FSK带宽相似。

设MFSK信号码元速率为Rs，即码元宽度为T=1/Rs，最高载波频率为fmax，最低载波频率为fmin，则MFSK信号的带宽为：BMFSK=|fmax-fmin|+4Rs

（4）数字频移键控的特点。相位连续的CP2FSK信号转换速率较快，波形较好、频率稳定度高、电路比较简单，广泛应用；而相位离散的DP2FSK信号广泛应用在衰落信道中传输数据。

MFSK信号的主要缺点是信号频带宽，频带利用率低，抗干扰能力强。

3 数字相移键控

（1）数字相移键控的定义。数字相移键控是利用不同进制数字基带信号控制连续载波的相位，进行频谱变换搬移的过程，可以分为二进制相移键控调制和多进制相移键控调制。

（2）数字相移键控的实现方法。2PSK信号形式一般表示为：

式中an为双极性信号，取值为±1；g（t-nT）是周期为T宽度为1的矩形脉冲。则2PSK信号可以表示为S（t）=±cos（ωct）。

而多进制相移键控调制一般表达式为：

如果是四进制，那么受信息控制的相位参数用φn表示，取值是0，π/2，π，3π/2或者1π/4，3π/4，5π/4，7π/4。上式化简得：

就实现了4PSK调制。

在频谱方面：2PSK信号与2ASK信号相同，都由离散谱分量和连续谱分量组成。如果基带脉冲幅度一样，那么它是2ASK连续谱幅度的4倍；如果双极性信号以相等概率出现时，则无离散谱分量。带宽B2PSK=2Rs=2fc。

由于MPSK可看成是由两个正交载波的多电平振幅键控信号相加而成，其M进制符号间隔Ts=KTb，所以MPSK信号的功率谱密度是由相同支路及正交支路的功率谱密度相加得到，而每个支路的功率谱是相同的，且每个支路的功率谱密度与MPSK的一样。

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

张妍（1981-），女，硕士，讲师，主要研究方向：电子信息。