数字调制器的结构及工作原理

1、数字调制器的结构及工作原理侯体康S1207W301在实际的通信系统中不少都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的某些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的 过程称为数字调制，把频带数字信号还原成基带数字信号的反变换过程称为数字 解调。通常把数字调制及数字解调合起来统称为数字调制。下面我们大致来介绍一下数字调制器的结构及其工作原理。（一）调制器的定义及结构原理调制器是邻频调制 器的简称，也常被称作射频调制器或电视调制器 ，现也有 俗被称为共享器、是有线前端电视机房的主要设备之一。调制器是调制式直流

2、放大电路中的一个重要环节。由图1-1可见：欲放大的直流信号ui经过调制器后，变为交流信号 UA再经过交流放大器放大后，最后 由解调器转换成直流输出信号 uo振荡器产生开关信号uc用于控制调制器的 取样动作。由于信号的放大任务主要由交流放大器完成， 而交流放大器的零点漂 移小到可以忽略不计，调制器与解调器的零漂也可以做得很小， 所以，调制式直 流放大器可用来放大微弱的直流信号。图1-2为调制器的原理图，如图所示:图1-1图1-2因为开关K负载并联，故称为并联制器。工作过程如下：若在0-T/2时间内K断开，则A点取得电平 UmA ;若在（T/2 ） -T时间内K接通，则 A点接地；以后随差开关 K

3、周期地通断动作，在 A点将得到 一脉动的直流电压 UA（如下图），UA可以分解为直流分量 UAO和交流分量UA-0， 经过隔直电容 C后，UAO降落在电容器上， 而交流分UA-被送到负载 RL上去，即 U0=UA-0调制器最基本功能是信号调制功能。即将视频/音频信号尽可能不失真地调制到载波上，以满足长距离传送和分配的要求。 所以，国标规定正常的调制度为 87.5%。伴音信号要于图像信号同时调制。为避免对图像信号的干扰，将伴音信 号先调制在调频副载波上，然后放在图像频率的6.5MHz频点上，组成一个完整 的电视频道。电视频道总带宽不能超过8MHz.，这就要求调制器有良好的滤波功 能，滤波特性不仅

4、要保证每个频道具有标准的残留边带特性，还要保证带外（包括邻频道内）没有任何杂散信号。下图为数字调制器结构框图:（二）数字调制器的工作原理1调制器的基本原理数字调制器使用数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供位 同步信号和数字基带信号（NRh码）。调制模块将输入的NRN绝对码变为相对码、 用键控法产生2ASK 2FSK、2DPSK言号。数字调制单元的原理方框图如图 2-1 所示：CAR图2-1数字调制器框图将晶振信号进行2分频、滤波后，得到2ASK的载频。放大器的发射极和集 电极输出两个频率相等、相位相反的信号，这两个信号就是2PSK、2DPSK的两 个载波，2FSK信号的亮光载波频

5、率分别为晶振频率的 1/2和1/4,也是通过分频 和滤波得到的。2PSK、2DPSK波形与信息代码的关系如图2-2所示。2PSK信号的相位与信息代码的关系是： 前后码元相异是，2PSK信号相位变 化180°,相同时2PSK信号相位不变，可简称为“异变同不变” 。2DPSK信号的相位与信息代码的关系是：码元为“ T时，2DPSK信号的相位变化180°。 码元为0时，2DPSK言号的相位不变，可简称为“ 1”变“0”不变。本文所讲的 是是用码变换一2PSK调制方法产生2DPSK言号，原理框图及波形如图2-5所示。 相对于绝对码AK 2PSK调制器的输出就是2DPSK言号，相对于

6、相对码、2PSK调 制器的输出是2PSK信号。图中设码元宽度等于载波周期，已调信号的相位变化 与AK BK的关系当然也符合上述规律的，即对于AK来说是“ 1变0不变”关系， 对于BK来说是“异变同不变”关系，由 AK至 BK的变换也符合“ 1变0不变” 规律。图2-3中调制后的信号波形也可能具有相反的相位，BK也可能具有相反的序 列即00100,这取决于载波的参考相位以及异或门电路的初始状态。AK 1 0 110从原理来说，受调载波的波形可以是任意的，只要已调信号适合于信道传输 就可以了。但实际上，大多数数字 通信系统中，都选择正弦信号作为载波。因 为正弦信号形式简单，便与产生与接收。和模拟调

7、制一样，数字调制也有调幅、 调频和调相三中基本形式，并可以派生出多种形式。数字调制与模拟调制相比， 其原理并没有什么区别。不过模拟调制是对载波的参量进行连续的调制，在接收 端对载波信号的调制参量连续地进行估值；而数字调制都是用载波信号的某些离 散状态来表征所传送的信息，在接收端也只要对载波信号的离散调制参量进行检 测。因此，数字调制信号也叫键控信号。在二进制时有振幅键控（ASK ）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK）三种基本信号形式，如图2-4所示：10011 0 0 110 0 1移相键控图2-4三种调制波形根据已调信号的频谱结构特点的不同，数字调制也可分为线性调制和非线性调制。在线性调

8、制中，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，只不过频率位置搬移了；在非线性调制中，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构 不同，不是简单的频谱搬移，而是有其他新的频率成分出现。振幅键控属于线性 调制，而频移键控和相移键控属于非线性调制。 可见，这些特点与模拟调制时也 都是相同的。2.数字调制器的功能和要求如下：（1）频谱搬移。频谱搬移将传送信息的基带信号搬移到相应频段的信道上 进行传输，以实现信源信号与客观信道的特性相匹配。频谱搬移是调制、解调原 始的最基本功能。（2）抗干扰，即功率有效性。调制要求已调波功率谱的主瓣占有尽可能多 的信号能量，且波瓣窄，具有快速滚降特性；另外要求带外衰减大

9、，旁瓣小，这 样对其他通路干扰小。（3）提高系统有效性，即频谱有效性。提高频带利用率，即单位频带内具 有尽可能高的信息率（b/s/Hz）。一般的数字调制技术，如幅移键控（ASK）、相移键控（PSK）和频移键控 （FSK），因传输效率低而无法满足移动通信的要求。为此，需要专门研究一些 抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高的调制技术，尽可能地提高单位频带 内传输数据的比特速率， 以适应移动通信的要求。 目前已在数字移动通信系统中 得到广泛应用的数字调制方案分为如下两类： 恒包络调制技术（不管调制信号如何变化，载波振幅保持恒定）。恒包络调制技术有 2FSK、MSK 、GMSK 、TFM 和 GTFM 等。恒包络调制技术的功率 放大器工作在 C 类，具有带外辐射低、接收机电路简单等优点，但其频带利用 率比线性调制技术稍差一些。 线性调制技术（已调信号的幅度随调制信号线性变化）。使用多电平调制可以提高频谱效率。例如，在理想条件下， 8PSK 和 16QAM 系 统的频谱效率分别可以达到3b/s/Hz和4b/s/Hz。若采用64QAM，低于模拟语音 的频带宽度。但是，当频谱效率提高时，解调器的复杂度和比特差错率（BER）的增大已明显变成了制约因素。移动通信环境对利用幅度和相位携带信息的QAM 也是一个严峻的挑战。 为了寻求频谱效率和 BER 性能之间的折中， 多载波 调制（