数字调制模块优化

数字调制模块是为了信号特性与信道特性相匹配，不同类型的信道特性将相应地存在不同类型的调制方式。数字调制的最终目的就是尽可能地减少占用带宽，尽可能地提高信号传输速率和质量。由于无线信道是时变色散信道，存在严重的多径和衰落等不利于数据传输的因素，因此选择适合于无线信道传输的数字调制方式是非常重要的。常用的是相移键控（PSK）、频移键控（FSK）、最小移频键控（MSK）和正交幅度键控（QAM）。

1）相移键控（PSK）

PSK（Phase-Shift Keying）是调制时载波的相位随调制信号状态的改变而改变。PSK也可分为二进制PSK（2PSK或BPSK）和多进制PSK（MPSK）。

图3-6　π/4DQPSK调制器原理图

图3-6为π/4DQPSK调制器原理图。它由两路相互正交的2PSK相加构成。图中串/并变换器将输入的二进制序列变成两路并行的双极性序列，将这两路信号分别进行差分相位编码。为了抑制已调信号的带外功率辐射，在进行正交调制前先使同相支路信号和正交支路信号Ik和Qk通过具有线性相位特性和平方根升余弦幅频特性的低通滤波器，再调制到载波上。

2）频移键控（FSK）

FSK（Frequency-Shift Keying）是用不同频率的载波来传递数字消息。以数字信号序列去控制载波频率的变化，利用各个与载频f0相差Δf的多个频率的正弦振荡分别表示传号与空号，称为频移键控。FSK的表示见公式（3-4）。根据公式（3-4），可构成一种FSK调制器，其方框图如图3-7所示。

图3-7　FSK调制器方框图

3）最小移频键控（MSK）

数字频率调制和数字相位调制由于已调信号包络恒定，因此有利于在非线性特性的信道中传输。由于一般移频键控信号相位不连续、频偏较大，因而频谱利用率较低。本节将讨论的MSK（Minimum Frequency Shift Keying）是二进制连续相位FSK的一种特殊形式。MSK称为最小移频键控，有时也称为快速移频键控（FFSK）。所谓“最小”，是指这种调制方式能以最小的调制指数（0.5）获得正交信号；而“快速”是指在给定的同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减得快。(www.xing528.com)

MSK是恒定包络连续相位频率调制，其信号可表示为公式（3-5）和公式（3-6）的形式。根据公式（3-6），可构成一种MSK调制器，其方框图如图3-8所示。

图3-8　MSK调制器方框图

4）正交幅度键控（QAM）

正交振幅调制（QAM，Quadrature Amplitude Modulation）就是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，信道传输特性发生了很大变化。过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也开始引起人们的重视。

正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两个；相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。正交振幅调制信号的一般表示为公式（3-7）的形式。

QAM信号调制原理图如图3-9所示。QAM信号调制是将输入的二进制序列经过串/并变换器输出速率减半的两路并行序列，再分别经过2电平到L电平的变换，形成L电平的基带信号。为了抑制已调信号的带外辐射，该L电平的基带信号还要经过预调制低通滤波器，形成X（t）和Y（t），再分别对同相载波和正交载波相乘。最后将两路信号相加即可得到QAM信号。

图3-9　QAM调制解调原理框图

经过2电平到L电平的变换，形成Am和Bm，为了抑制已调信号的带外辐射，消除码间串扰，Am和Bm要通过预调制低通滤波器，再分别与相互正交的两路载波相乘，产生两路ASK调制信号。最后，两路信号相加就得到已调QAM输出信号。在解调器中，输入信号分成两路分别与本地恢复的两个正交载波相乘，经过低通滤波。多电平判决和L电平到2电平转换，最后将两路信号进行串/并变换就得接收数据。发送端的预调制低通滤波器和接收端的低通滤波器可以是某种特别设计的一对收发滤波器，也可以是具有余弦滚降特性的一对收发滤波器，以消除码间串扰。

QAM的星座图有多种。当进制数M相同时，不同的星座图，其信号点之间的最小距离和信号集合的平均功率不同。众所周知，信号的误码性能的上限与该信号星座图中各点之间的最小距离有关。因此希望信号点之间的最小距离大，而信号集合的平均功率小，这样可以用较小的信号平均发射功率获得较好的抗噪声性能。另外，不同的星座图，对应的振幅值的种类和相位值的种类也不同。在衰落信道下，希望振幅值的种类和相位值的种类越少越好，因为衰落会引起所传信号的包络发生变化，不利于接收端对信号的幅度进行正确判决；衰落也引起所传信号的相位发生变化，不利于接收端对信号的相位进行正确判决。