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使用信号源以及频谱仪模拟ASK和FSK进行数字调制跟解调分析

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2024/9/18 14:54:20

 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:


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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。



1、2ASK

     2ASK是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。


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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。


2、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:


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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;


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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(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” 。


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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)。


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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(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出色的。


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图7 SVA1000X显示分析结果(眼图)


3、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:


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图8 EasyIQ设置界面


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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:


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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:


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图11 SVA1000X显示分析结果(符号)


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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。


    该文章来源于“鼎阳硬件设计与测试智库”


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