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射频信号与调制技术
作者:PCB线路板网址:浏览数:33 

 射频通信信号的设计需要在有效利用电磁频谱与所需射频硬件的复杂性和性能之间进行综合考虑。转换基带(或低频)信息到射频的过程被称为调制,这其中有两个类型:模拟和数字调制。在模拟调制中,模拟信号是连续变化的,用经典的调幅、调频和调相对RF信号实现调制;而在数字调制中,则利用现代数字调制技术,如BPSK、QPSK、GMSK、COFDM等。在实际工程应用中,仅有部分调制方案能够达到频谱效率和硬件易用性的最佳折中。  

  在射频通信中要传送的信号必须经过调制,其原因是:

1)在无线电系统中,只有当天线尺寸与波长可比拟时,才能有效地辐射射频功率。

2)在有线系统中,同轴线可对高频信号提供有效的屏蔽,以使信号不致泄漏。

3)对于无线频谱的使用,国际上有严格的管理和分配,在频谱拥挤的条件下,高载频可提供较大的通信容量。

4)调制解调技术可以提供有效的方法来克服高频无线信道缺陷。

  常用的调制方案包括以下内容。

1)模拟调制 · 调幅(AM) · 调频(FM) · 相位调制(PM)

2)数字调制 · 频移键控(FSK) · 相移键控(PSK) · 最小频移键控(MSK和FSK中的一种形式)· 采用高斯滤波数据的最小频移键控(GMSK) · 二进制频移键控(BFSK) · 二进制相移键控(BPSK) · 正交相移键控(QPSK) ·

 编码正交频分多路(COFDM) 频率调制与相位调制统称为角度调制,它应用于模拟蜂窝无线电。调幅、调频以及调相三种调制技术是模拟无线电的基础,而其他调制原理则用于数字无线电,包括数字蜂窝无线电。GMSK是用于全球移动通信系统(GSM)的蜂窝系统,它也是FSK的一种调制形式,并能产生一个恒定的振幅调制信号。在FM、FSK、GMSK以及PM技术中产生恒定的射频包络,这样,在已调信号的振幅中没有包含任何信息。因此,引入到系统幅度中的误差就变得不那么重要了。所以,可以使用诸如C类高效率、饱和工作模式的放大器,以延长电池寿命。总之,在射频信号设计的复杂度、调制类型的选择以及电源效率之间需要折中考虑,以便获得高效、合理的无线系统设计方案。

  常规窄带无线电系统的调制类型是基于缓慢改变载波的幅度和相位,以达到修正其物理特性的目的。常用模拟调制的波形和频谱如图1.2所示。图1.2的左侧是时域信号,它包括基带、载波以及已调信号的时域波形,而图1.2的右侧则是其对应的频谱。幅度调制是利用基带信号f(t)(低频)去缓慢改变载波(高频)的幅度,以使载波的包络按基带信号的幅度变化,其已调波形及其频谱如图1.2c所示。幅度调制属于频谱的线性变换。如前所述,频率调制和相位调制的基本原理是相同的,即角频率与相位的变化都会引起载波的相位角变化,因此这两种调制方式统称为角度调制,其基本特点是让载波的瞬时频率或瞬时相位与调制信号f(t)呈线性关系,而载波的振幅不变。角度调制具有比振幅调制更强的抗干扰能力。因此,调频被广泛地应用于卫星电视广播、调频广播、通信及遥控等,而调相主要应用于数字通信系统中的移相键控和间接调频。

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                              图1.2 模拟调制的波形以及频谱

  数字调制首先应用于无线电报信号的发送,载波通过开关或键控产生载波信号的脉冲。这种调制现在被称为幅移键控(ASK),但今天已很少使用这种调制方法。图1.3给出了几种数字调制形式。数字调制的基本特征是离散状态,每一个状态定义一种符号,而一个符号又描述一个或多个比特。在图1.3中,只有两种状态来描述1比特两个值中的一种(即0或1)。利用多个状态可以描述比特组。已经成功证明过的数字调制形式有很多,其中一些常用的类型接下来将会简单介绍。在现代通信原理中,能够恢复原始载波是很重要的,因此,为了拓展时间周期,载波幅度不应该太小,这正如图1.3c中阐述的ASK原理。

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                         图1.3 数字调制形式

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