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ASK、FSK调制分析

2018-05-10
关键词: 鼎阳 ASK FSK

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:

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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。

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。

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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。

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(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” 。

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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(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。

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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:

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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。

关于鼎阳

鼎阳科技(SIGLENT)是一家专注于通用电子测试测量仪器及相关解决方案的公司。

从2005推出第一款数字示波器产品至今,10余年来鼎阳科技一直是全球发展速度最快的数字示波器制造商。历经多年发展,鼎阳产品已扩展到数字示波器、手持示波表、函数/任意波形发生器、频谱分析仪、台式万用表、直流电源等通用测试测量仪器产品。2007年,鼎阳与高端示波器领导者美国力科建立了全球战略合作伙伴关系。2011年,鼎阳发展成为中国销量领先的数字示波器制造商。2014年,鼎阳发布了中国首款智能示波器SDS3000系列,引领“人手一台”型实验室使用示波器由功能示波器向智能示波器过渡的趋势。2017年,鼎阳发布打破行业垄断,多项参数突破国内技术瓶颈的SDG6000X系列脉冲/任意波形发生器,其输出带宽高达500MHz。目前,鼎阳已经在美国克利夫兰和德国汉堡成立分公司,产品远销全球70多个国家,SIGLENT正逐步成为全球知名的测试测量仪器品牌。

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