数字通信的调制方式 ASK FSK PSK QAM
文章目錄
- 0、前言
- 1、ASK
- 2、PSK
- 3、FSK
- 4、QAM
- 5、PAM
0、前言
傳輸模擬信號時一樣，傳輸數字信號時也有三種基本的調制方式：幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。它們分別對應于用載波（正弦波）的幅度、頻率和相位來傳遞數字基帶信號，可以看成是模擬線性調制和角度調制的特殊情況。
理論上，數字調制與模擬調制在本質上沒有什么不同，它們都是屬正弦波調制。但是，數字調制是調制信號為數字型的正弦波調制，而模擬調制則是調制信號為連續型的正弦波調制。
在數字通信的三種調制方式（ASK、FSK、PSK)中， 就頻帶利用率和抗噪聲性能（或功率利用率）兩個方面來看，一般而言，都是PSK系統最佳。所以PSK在 中、高速數據傳輸中得到了廣泛的應用。
1、ASK
又稱幅移鍵控法。載波幅度是隨著調制信號而變化的。其最簡單的形式是，載波在二進制調制信號控制下通斷， 這種方 式還可稱作通-斷鍵控或開關鍵控(OOK) 。
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調制方法：用相乘器實現調制器。
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調制類型：2ASK,MASK。
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解調方法：相干法，非相干法。
MASK，又稱多進制數字調制法。在二進制數字調 制中每個符號只能表示0和1(+1或-1)。但在許多實際的數字傳輸系統中卻往往采用多進制的數字調制方式。與二進制數字調制系統相比， 多進制數字調制系統具有如下兩個特點：
- 第一：在相同的信道碼源調制中，每個符號可以攜帶log2M比 特信息，因此，當信道頻帶受限時可以使信息傳輸率增加，提高了頻帶利用率。但由此付出的代價是增加信號功率和實現上的復雜性。
- 第二，在 相同的信息速率下，由于多進制方式的信道傳輸速率可以比二進制的低，因而多進制信號碼源的持續時間要比二進制的寬。加寬碼元寬度，就會增加信號碼元的能 量，也能減小由于信道特性引起的碼間干擾的影響等。
二進制2ASK與四進制MASK調制性能的比較：
- 在相同的輸出功率和信道噪聲條件下，MASK的解調性能隨信噪比惡化的速度比2ASK要迅速得多。這說明MASK應用對SNR的要求比普通2ASK要高。
- 在相同的信道傳輸速率下M電平調制與二電平調制具有相同的信號帶寬。即在符號速率相同的情況下，二者具有相同的功率譜。
- 雖然，多電平MASK調制方式是一種高效率的傳輸方式，但由于 它的抗噪聲能力較差，尤其是抗衰落的能力不強，因而它一般只適宜在恒參信道下采用。
8ASK星座圖如下圖所示：
2、PSK
相移鍵控法， 根據數字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數值之間切換的一種相位調制方法。
產生PSK信號的兩種方法：
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1)、調相法：將基帶數字信號（雙極性）與載波信號直接相乘的方法：
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2)、選擇法：用數字基帶信號去對相位相差180度的兩個載波進行選擇。
兩個載波相位通常相差180度，此時稱為反向鍵控（PSK）。
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解調方法：只能采用相干解調。
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類型：二進制相移鍵控（2PSK)，多進制相移鍵控（MPSK)。
MASK星座圖如下圖所示：
3、FSK
頻移鍵控法。FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調制方式,它的主要優點是: 實現起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數據傳輸中 得到了廣泛的應用。所謂FSK就是用數字信號去調制載波的頻率。
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調制方法：2FSK可看作是兩個不同載波頻率的ASK以調信號之和。
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解調方法：相干法和非相干法。
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類型：二進制移頻鍵控(2FSK)，多進制移頻鍵控(MFSK)。
在上述三種基本的調制方法之外，隨著大容量和遠距離數字通信技術的發展，出現了一些新的問題，
主要是信道的帶寬限制和非線性對傳輸信號的影響。在這種情況下，傳統的數字調制方式已不能滿足應用的需求，需要采用新的數字調制方式以減小信道對所傳信號
的影響，以便在有限的帶寬資源條件下獲得更高的傳輸速率。這些技術的研究，主要是圍繞充分節省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。多進制調制，是提高頻譜利用
率的有效方法，恒包絡技術能適應信道的非線性，并且保持較小的頻譜占用率。
從傳統數字調制技術擴展的技術有最小移頻鍵控（MSK）、高斯濾波最小移頻鍵控（GMSK）、正交幅度調制（QAM）、正交頻分復用調制（OFDM）等等。
4、QAM
又稱正交幅度調制法。在二進制ASK系統中，其頻帶利用率是1bit／s·Hz，若利用正交載波調制技術傳輸ASK信號，可使頻帶利用率提高一倍。如果再把多進制與其它技術結合起來，還可進一步提高頻帶利用率。能夠完成這種任務的技術稱為正交幅度調制（QAM）。它是利用正交載波對兩路信號分別進行雙邊帶抑制載波調幅形成的。通常有二進制 QAM，四進制QAM（16QAM），八進制QAM（64QAM），……等。
MQAM星座圖如下圖所示：
5、PAM
相位幅度調制(Phase Amplitude Modulation),采用多相PSK可以有效提高數據傳輸速率，但受實際電話傳輸網的限制，相移數已達到上限，再要提高數據傳輸速率，只能另尋它法。PSK和ASK技術的結合，可以解決這個問題。
例如，采用12種相位，其中4種相位每個信號取2種幅度，這樣就得到16種不同的相位幅度離散狀態，可以使一個碼元表示4位二進制數據，從而大大提高了數據傳輸速率。
這種類型的調制解調器有效數據傳輸率可達9600bps
總結
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