ASK--FSK--PSK频谱特性分析.doc

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1、分析ASK、FSK、PSK调制信号的频谱特性ASK(Amplitude-shiftKeying)：幅移键控ASK指的是振幅键控方式。在二进制数字调制中每个符号只能表示0和1(+1或-1)。但在许多实际的数字传输系统中却往往采用多进制的数字调制方式。与二进制数字调制系统相比，多进制数字调制系统具有如下两个特点：第一：在相同的信道码源调制中，每个符号可以携带log2M比特信息，因此，当信道频带受限时可以使信息传输率增加，提高了频带利用率。但由此付出的代价是增加信号功率和实现上的复杂性。第二，在相同的信息速率下，由于多进制方式的信道

2、传输速率可以比二进制的低，因而多进制信号码源的持续时间要比二进制的宽。加宽码元宽度，就会增加信号码元的能量，也能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响等。ASK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。设S(t)频谱为S(

3、ω)，S2ASK(t)频谱为：2ASK信号的频谱是将数字基带频谱中心搬移到载频处，带宽为基带带宽的两倍；又由可知，基带信号是由若干基本脉冲组成的，因而基带信号的带宽完全由基本脉冲带宽决定。2ASK信号的带宽取决于基带基本脉冲的带宽，是基本脉冲带宽的两倍。设矩形脉冲：对其傅里叶变换得频谱为：由傅里叶变换位移性质：功率谱：在M元ASK调制中，信号序列表示为：其中是信号码型若是等概率分布的，则有：假设信号码型中则有：在M元ASK传输中，符号率：所以频谱利用率为：,当M=2是，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；

4、在频谱结构上，是在基带信号频谱基础上做简单的线性搬移。FSK(Frequency-shiftkeying)：频移键控FSK是频移键控调制的简写，即用不同的频率来表示不同的符号。产生FSK信号最简单的方法是根据输入的数据是1还是0，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换时刻相位是不连续的，产生框图为：图12FSK产生原理框图由于FSK信号的复包络是调制信号m（t）的非线性函数，确定一个FSK信号的频谱通常是相当困难的，经常采用实时平均测量的方法。二进制FSK信号的功谱密度由离散频率分量fc、fc+nΔf、fc-n

5、Δf组成，其中n为整数。相位连续的FSK信号的功率谱密度函数最终按照频率偏移的负四次幂衰落。如果相位不连续，功率谱密度函数按照频率偏移的负二次幂衰落。FSK的功率谱计算较为复杂，我们以2FSK为例：2FSK信号：其中，表示数据0和1对应信号码元的频率差。其中是的反码。因此FSK信号可以看成2个ASK信号之和。如果0和1等概率出现，则2FSK信号的功率谱可以近似为：FSK的信号频谱如图2所示。图2FSK的信号频谱FSK信号的传输带宽Br，由Carson公式给出：Br=2Δf+2B其中B为数字基带信号的带宽。假设信号带宽限制在主瓣

6、范围，矩形脉冲信号的带宽B=R。因此，FSK的传输带宽变为：Br=2（Δf+R）如果采用升余弦脉冲滤波器，传输带宽减为：Br=2Δf+（1+α）R其中α为滤波器的滚降因子。PSK(phase-shiftkeying)：相移键控PSK调制：产生PSK信号的两种方法：（1）调相法，将基带信号（双极性）与载波信号直接相乘（2）选择法,用数字基带信号去对相位相差180的两个载波进行选择。两个相位通常相差180，此时称为反向键控。图32PSK信号产生框图2PSK信号码元的“0”和“1”分别用两个不同的初始相位0和表示，而其振幅和频率保持

7、不变。2PSK信号可表示为：或者写成：由此可以将2PSK信号看做一个特殊的2ASK信号，其振幅分别取A和-A。因此，2PSK信号码元随机序列仍可以用2ASK信号的表示式描述，只是其中的振幅为：令A=1，，由于，则，利用2ASK信号的的频谱公式，得到：将带入上式得：2PSK信号的功率谱密度和2ASK信号的功率谱密度中的连续部分形状相同，因此这两种信号的带宽相同一般情况下，M元PSK调制信号在时间间隔（）中相位为：，可以取M个不同值，所以：=其中为信号码元波形。在M元PSK信号当中，相移可以取M个值，一般其中N=0或者1，当N=0

8、是，M个相位角从0开始均匀分布在单位圆上；当N=1时，相位角从开始均匀分布在单位圆上。因为所以M元PSK信号功率谱形状与ASK一样，但是没有载频上的离散谱线，这意味着PSK具有更好的功率效率，M元PSK的频谱利用率：小结幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其