使用信號源以及頻譜儀模擬ASK和FSK進行數(shù)字調(diào)制跟解調(diào)分析
數(shù)字調(diào)制是現(xiàn)代通信的重要方法,在衛(wèi)星通信、移動通信等現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中,信道中傳輸?shù)亩际菙?shù)字已調(diào)信號。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制相比有許多優(yōu)點。數(shù)字調(diào)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(shù)字傳輸系統(tǒng)中可以使用差錯控制技術(shù),支持復(fù)雜信號條件和處理技術(shù),如信源編碼、加密技術(shù)等。
在通信技術(shù)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(diào)制,通過調(diào)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(nèi)進行傳輸。數(shù)字通信系統(tǒng)大致原理如下圖所示:
圖1 數(shù)字通信系統(tǒng)原理框圖
在上圖數(shù)字調(diào)制過程中,有三種基本的調(diào)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(shù)字基帶信號。當(dāng)基帶信號為二進制時,也稱為2ASK,2FSK,2PSK。
1、2ASK
2ASK是早出現(xiàn)的數(shù)字調(diào)制方式,較多應(yīng)用于早期的莫爾斯電報系統(tǒng),但容易受到增益變化的影響,抗干擾能力比較差,實際應(yīng)用并不廣泛,但是我們可以將2ASK作為理解其他數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。
2ASK基本原理:在振幅鍵控中,用二進制數(shù)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(shù)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(guān)輸入端,數(shù)字基帶信號加入到控制端,當(dāng)數(shù)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(shù)字調(diào)制、解調(diào)分析過程。
2、信號源設(shè)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(shè)置要輸出的數(shù)字調(diào)制信號,選擇發(fā)送數(shù)據(jù)PN9隨機二進制序列,發(fā)送信號的符號長度設(shè)置為256,符號速率為50K Symbol/s,調(diào)制類型選擇2ASK,發(fā)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(shè)置界面
3. 在信號源中設(shè)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(diào)制信號通過線纜發(fā)送到頻譜儀中;
圖4 SDG6000X設(shè)置界面
在SVA1015X中點擊”Mode”按鍵,進入調(diào)制分析模式,選擇“ASK”,然后根據(jù)之前調(diào)制信號的設(shè)置,設(shè)置符號速率為50KS/s(接收速率和發(fā)送速率相等),濾波器設(shè)置為”Sqrt Nyquist”,參考濾波器設(shè)置為”Nyquist”(與發(fā)送端的發(fā)送濾波器相匹配,常用的濾波器選擇規(guī)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(shè)置的設(shè)置一致,測量符號長度設(shè)置為100(高可以查看到1500)。然后點擊 “Frequency” 按鍵,設(shè)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(shù)據(jù),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(jīng)過調(diào)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(jié)果(波形)
通過調(diào)制分析波形我們可以看到載波的功率,ASK的調(diào)制深度,ASK調(diào)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(jié)果(符號)
由上圖我們可以看出調(diào)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(shè)置到1500個),我們?nèi)∏?0個數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)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(zhì)量是比較出色的。
圖7 SVA1000X顯示分析結(jié)果(眼圖)
3、2FSK
FSK數(shù)字調(diào)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(shè)備一般都采用FSK調(diào)制方式傳輸數(shù)據(jù),在中低速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)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(shù)字調(diào)制原理:在二進制數(shù)字頻率調(diào)制系統(tǒng)中,使用兩個不同的載波來傳輸數(shù)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(shù)據(jù)“0”,從而實現(xiàn)在頻域上的搬移。
我們可以參照ASK調(diào)制時信號源的設(shè)置輸出FSK調(diào)制信號,在上位機EasyIQ和信號源的設(shè)置如下:
圖8 EasyIQ設(shè)置界面
圖9 SDG6000X設(shè)置界面
在信號源模擬輸出2FSK數(shù)字調(diào)制信號之后,我們用SVA1015X得到的調(diào)制波形分析波形及其參數(shù)如下所示:
圖10 SVA1000X顯示分析結(jié)果(波形)
根據(jù)調(diào)制分析波形得到數(shù)據(jù)和眼圖如下:
圖11 SVA1000X顯示分析結(jié)果(符號)
圖12 SVA1000X顯示分析結(jié)果(眼圖)
通過SVA1015X的調(diào)制分析功能,我們可以看到經(jīng)過調(diào)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(zhì)量優(yōu)劣。
以上就是使用SDG6000X系列脈沖/任意波形發(fā)生器簡單模擬ASK/FSK數(shù)字調(diào)制,用SVA1000X系列頻譜&矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對調(diào)制信號進行分析的過程。在通信技術(shù)高速發(fā)展的時代,雖然數(shù)字調(diào)制方式越來越豐富,但是我們依舊能夠以ASK/FSK為基礎(chǔ),初步了解數(shù)字調(diào)制。
該文章來源于“鼎陽硬件設(shè)計與測試智庫”
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