数字调制器的结构及工作原理

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1-1

图1-2为调制器的原理图，如图所示：

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-O，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UO=UA-O

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：

图1-3 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（NRN 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 信号。数字调制单元的原理方框图如图2-1所示：

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。

信号波形)

t

信号波形)

t

图2-2 2PSK 、 2DPSK 波形

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“1”时，2DPSK 信号的相位变化180°。码元为0时，2DPSK 信号的相位不变，可简称为“1”变“0”不变。本文所讲的是是用码变换—2PSK 调制方法产生2DPSK 信号，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 信号，相对于相对码、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 BK

AK 1 0 1 1 0

BK 2DPSK （AK

2PSK （BK 图2-3 2DPSK 调制器

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：

t

t

1 0 0 1

t

f1 f2 f2 f1

移频键控

1 0 0 1

t

t

0 π π 0

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，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