幅移键控

以基带数字信号控制载波的幅度变化的调制方式称为幅移键控(ASK)，又称数字调幅。数字调制信号的每一特征状态都用正弦振荡幅度的一个特定值来表示的调制。幅移键控是通过改变载波信号的振幅大小来表示数字信号“1”和“0”的，以载波幅度A1表示数字信号“1”，用载波幅度A2表示数字信号‘0’而载波信号的ω和φ恒定。

1. 简介

ASK指的是振幅键控方式。这种调制方式是根据信号的不同，调节正弦波的幅度。

幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。对于二进制幅度键控信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍。

幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波在二进制调制信号控制下通断，此时又可称作开关键控法(OOK)。多电平MASK调制方式是一种比较高效的传输方式，但由于它的抗噪声能力较差，尤其是抗衰落的能力不强，因而一般只适宜在恒参信道下采用

2. ASK信号和功率谱

数字调制是用一个乘法器实现的。一个二进制数字调幅(2ASK)信号可以表示成一个单极性脉冲序列与一个正弦载波相乘，即：

式1

其中：为基带形成信号，g(t)为形成滤波器的冲激响应。为数据序列，而随机变量的取值为图1所示。

ASK的发送原理图以及输出波形如图2所示。

设矩形波g(t)的傅里叶变换为G( f )，则在矩形调幅时，e(t)的功率谱密度为：

由此，可以看出：2ASK信号的功率谱密度是由连续谱和离散谱组成。其中连续谱由基带谱G(f)的连续谱经调制后的双边带确定，而离散谱则由G(f)中的离散谱来确定。2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍。

3. 抑制载频的双边带信号和功率谱密度

用双极性不归零码对载波进行相乘的调制，就能达到抑制载频的目的。调幅后的信号仍然满足式1，而an的取值是1和–1，且仍是随机变量。因为幅度为的双极性不归零码的电压波形相当于将幅度为A的单极性不归零码的电压波形去掉直流分量后再乘以2。因此，在2ASK信号的“0”和“1”等概率、前后码元独立的情况下，其功率谱密度为：

在接收端利用相干载波通过相乘解调器恢复出基带信号。

4. 单边带和残余边带调制

ASK信号具有两个边带，都含有相同的信息。

为了提高信道利用率，只需要传送一个边带就能实现信息传递。由于基带信号具有丰富的低频分量，所以必须在处用锐截止滤波器才能滤除其中的一个边带，但是这对滤波器要求比较高。通常是对基带信号进行某种处理，使其直流为零，低频分量尽可能小，从而使已调ASK信号的上下边带之间有一个明显的分界，如采用第四类部分响应编码技术，只要将该信号经相乘调制后，其频谱既无载频又使上下边带之间有一个明显分界。这样就能用普通的滤波器切除一个分量，从而实现单边带传输，使频谱利用率是双边带传输的两倍。

残余带调制是介于双边带和单边带之间的一种调制方法，它让已调双边带信号通过一只残余边带滤波器，只使它的一个边带的绝大部分和另一边带的小部分通过，形成所谓的残余边带调制信号。其频谱利用率略小于单边带调制的。

5. 正交调幅

正交调幅又称正交双边带调制(QAM)，是提高频带利用率的调幅方法。

（1）基本原理

正交调幅是由两路在频谱上成正交的抑制载频的双边带调幅所组成的。调制的原理图如图3所示：

其中A路采用的载波信号是：，而B路采用的载波信号是：--。由于这两个载波信号的相关系数为0，因此是正交信号。

假设A路的基带信号是SA(t)，B路的基带信号是SB(t)，则整个调制系统的输出信号为：

在这种调制方法中，A、B两路信号都是双边带调制，但是两路信号同处于一个频段中，虽然双边带增加一倍带宽，但是由于可以传输两路信号，于是功率谱利用率与单边带传输相同，而对发送滤波器却没有特殊的要求。

QAM信号的接收可以采用相干调制。为了简单起见，假设信道为无失真、带宽不限、无噪声的理想信道，接收方收到的信号为e(t)可以通过如图4所示方法进行解调。

由图4式子可知，第一项即为原来的基带信号，其余均是高频信号，所以可以通过低通滤波器将基带信号恢复出来，以实现正确区分两路信号。其解调原理框图如图5所示。

（2）正交码的表示方法

正交调制信号可以用矢量和星座表示法来表示。

① 矢量表示法

正交调制可以用矢量的方法来描述。正交调制后的信号e(t)可以写成合成波的形式：

式中：

这样，正交调幅信号可以用矢量来表示。例如，A路送“1”码时，A路调制器输出为，B路送“1”码时，B路的调制器输出为，其合成信号为：；同理，可以得到A路送“0”和B路送“0”，A路送“1”和B路送“0”以及A路送“1”而B路送“0”的四种情况，用矢量表示如图6所示。

输出信号有四种不同的相位，分别代表一对二元码(AB)。二元码有4种组合，即00,01,11,10，按照相位旋转次序分别用0,1,2,3表示(见图3中括号内的数字)。

如果将正交调幅系统用于传送数据码流，可以在发送端通过串并变换电路将数据流的奇数位送入A路，偶数位送入B路。这样接收端在抽样判决后通过并串变换电路还原为串行码输出。

② 星座表示法

所谓星座表示法是一种用矢量的端点来表示信号的方法。因此。在矢量表示法中，如果只画出矢量的端点，这种图就是正交调制的星座表示图。例如，图5中的星座表示图如图7所示。由于，图中有四个点(星座)，所以这种正交调幅信号又称为4QAM。

如果采用二路四电平码送到A、B的调制器就能更进一步提高频谱利用率。由于采用四电平基带信号，所以每路在星座上有4个点，组成16个点的星座图，这种正交调制称为16QAM。同样也可以将二路八电平码送到A、B调制器，可以得到64QAM点的星座图，等等。图7表示了32QAM以及64QAM的星座图。

星座图中各星座(点)之间的距离表示了抗误码能力，星座中点的个数表示了频带利用率。距离越大表示抗误码能力越强；点数越多表示频带利用率越高。但是两者往往是相互矛盾的，星座(点)之间距离越大，星座图中点数就不会多，因此，虽然其抗误码能力高，但是频带利用率却不高。相反，如果星数越多，表明频带利用率越高，但是星座之间的距离却越来越小，因此，抗干扰能力和抗误码特性就比较差。

6.功率谱密度和频谱利用率

正交调幅信号是两路双边带信号的合成，假设如果两路随机数据码是相互独立的，则正交调幅信号的功率谱密度就是A路和B路相加，而且都处于相同的频段中。

表1给出了QAM的频谱利用率。

7. 正交调幅中的差分编码

正交调幅在接收端解调时要求采用与发送端载波同频同相的载波，如果在接收端采用的载波信号与发送端的载波信号不同相(相位模糊)，则会产生解调的错误，因为在正交调幅系统中，接收端相干载波是从收到的信号中提取的，其相干载波有4种可能的相位。可以采用差分编码的方法来消除这种错误。

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