数字调制器的结构及工作原理
基于dds的数字信号调制器的设计与实现
基于dds的数字信号调制器的设计与实现
本文设计并实现了一种基于DDS的数字信号调制器。
该调制器能
够产生多种常用数字信号调制方式，例如正弦波调制、脉冲调制等。
首先，我们介绍DDS的工作原理。
DDS全称为数字直接合成技术（Direct Digital Synthesis），其基本工作原理是通过数字信号处
理技术生成指定频率的信号。
它的硬件结构如下图所示：
（这里插入一张DDS的硬件结构图，不涉及网址、超链接和电话）
DDS通过内部寄存器中的相位累加器来控制输出的频率和相位。
相位累加器每隔一个时钟周期增加一个预先设定的相位步进量，输出
的正弦波频率正好等于相位累加器的输出频率。
基于DDS的数字信号调制器的工作原理如下：首先，我们将需要
调制的模拟信号进行模数转换，转化为数字信号；然后，通过DDS产
生指定频率的正弦波基带信号，对其进行调制，生成相应的调制信号；最后，将调制信号进行模数转换，转换为模拟信号输出。
我们采用FPGA作为DDS的控制器，使用Verilog语言实现控制
逻辑，并通过时钟模块、相位累加器模块、幅度控制模块、正弦波生
成模块、调制模块、D/A转换模块等多个功能模块来实现数字信号调制器的设计与实现。
实验结果表明，该数字信号调制器能够生成多种常用数字信号调
制方式，正弦波调制和脉冲调制的输出波形稳定、质量高，并且具有
很高的可靠性和空间适应性，能够满足实际应用需求。
调制器工作原理
调制器工作原理
调制器是一种电子设备，主要用于将模拟信号与载波信号进行混合，生成用来传输信息的调制信号。
调制器的工作原理可以分为两个基本步骤：调制和混频。
在调制过程中，调制器将模拟信号与一个稳定的高频载波信号进行混合。
这个稳定的高频信号称为载波信号，它的频率通常远高于模拟信号的频率。
调制的目的是将包含信息的模拟信号转换为高频信号中的某种特征，以便在传输过程中能够被解调器还原。
调制过程中最常见的方法是振幅调制（AM）和频率调制（FM）。
在振幅调制中，调制器将模拟信号的振幅变化与载
波信号的振幅相乘，生成一个振幅随时间变化的信号。
而在频率调制中，调制器根据模拟信号的强弱来改变载波信号的频率，生成一个频率随时间变化的信号。
在混频过程中，调制器将调制后的信号与另一个高频信号进行混合。
这个高频信号通常称为本振信号，它的频率和调制信号的频率相差一个固定的差值，被称为中频。
混频的目的是将调制信号转换为中频信号，以便在传输过程中能够更好地抵抗噪声和衰减。
通过调制和混频的步骤，调制器能够将模拟信号转换为适合传输的调制信号。
这样的调制信号可以被发送到接收端，经过解调过程进行还原，使得原始的模拟信号能够再次被获取和使用。
调制器在无线通信、广播电视等领域中有着广泛的应用。
叙述调制解调器概念及工作原理
叙述调制解调器概念及工作原理
调制解调器（Modem）是一个将数字信号转换为模拟信号（调制）传输到远程地点，并将接收到的模拟信号转换为数字信号（解调）的设备。
调制解调器主要用于将计算机或其他数字设备产生的数字数据信号传送到远程位置，例如通过电话线传输数据。
调制解调器的工作原理如下：
1. 调制（Modulation）：调制器接收到来自数字设备的二进制数据信号，并将其转换为模拟信号。
这通常通过将数字信号与一个称为载波信号的高频调制信号相乘来实现。
这样可以使数字信号能够在模拟信道上传输。
2. 传输（Transmitting）：调制器将调制后的模拟信号通过传输介质（如电话线）发送到远程设备。
传输介质可以是电线、光纤或无线电波等。
3. 解调（Demodulation）：远程设备上的解调器接收到发送的模拟信号，并将其转换为数字信号。
解调器使用与发送端相同的载波信号和调制技术来反向操作。
解调器提取并恢复出原始的数字信号。
4. 接收（Receiving）：解调后的数字信号传送到接收设备，如计算机或其他数字设备。
调制解调器的速度通常以位每秒（bps）来衡量。
调制解调器的速度取决于多个因素，包括调制技术、传输介质的带宽和信
号噪声等。
调制解调器在互联网和通信领域起着重要的作用，它们允许计算机之间进行数据交换，并连接到因特网。
调制解调器
调制解调器调制解调器，英文名为Modem俗称“猫”。
是将计算机通过电话线连接到另一台计算机或网络的装置，目的是让计算机连接到互联网。
目录调制解调器结构调制解调器的工作方式调制解调器的速率调制解调器的种类调制解调器的性能指标调制解调器工作原理调制解调器结构宋体调制解调器包含了调制器和解调器两个设备。
调制器：将数字信号变化为模拟信号。
解调器：将模拟信号变化为数字信号。
调制解调器的工作方式宋体挂机方式：未通过电话线连接到网络，即网络处于断开状态。
通话方式：双方通过电话线在进行通话。
联机方式：通过电话线接入网络并进行数据传输。
调制解调器的速率Modem的速率是指其每秒的传输速率，单位为bit/s（每秒比特数），表示每秒传输的二进制数据比特数。
现在一般的Modem传输速率为56kbit/s，而ADSLModem传输速率可高达2Mbit/s甚至8Mbit/s。
调制解调器的种类一般ModemADSLModemCableModem调制解调器的性能指标纠错协议纠错协议的作用就是诊测收到的数据包是否有错误，一旦发觉错误，纠错协议将努力重新获得正确的数据包或通过算法来尝试修复受损的数据包。
通信协议又将通信协议称为“数据传输标准”。
目前通用的56kbit/s数据传输标准就是ITU指定的V.90和V.92协议。
数据位和流量掌控流量掌控是用于协调Modem与计算机之间的数据流传输的，它可以防止由于计算机和Modem之间的通信处理速度的不匹配而引起的数据丢失。
数据/语音同传Modem进行数据通讯的同时，还可以利用一般电话机通话。
载波速率与终端速率载波速率是指调制解调器之间通过电话线路能够达到的数据传输速度，而终端速率指的是Modem与计算机之间的连接速度。
调制解调器工作原理调制器是把数字信号用调制电波频率的方法将其转换为模拟信号，而解调器是在接收到模拟信号后，将模拟信号解调，使信号恢复成数字信号。
将数字信号转换成模拟信号和将模拟信号恢复成数字信号，是由于计算机采纳的是数字信号，而电话采纳的是模拟信号，只有这样经过调制和解调的过程，才可以实现远程访问和资源共享。
调制解调器的组成
调制解调器的组成调制解调器（Modem）是一种用于将数字信号转换成模拟信号或将模拟信号转换成数字信号的设备。
它是现代通信系统中不可或缺的组成部分，用于在计算机网络、电话线路和有线电视系统等领域中传输数据。
调制解调器主要由调制器和解调器两部分组成。
调制器负责将数字信号转换成模拟信号，而解调器负责将模拟信号转换成数字信号。
下面将详细介绍调制解调器的组成和工作原理。
一、调制器的组成和工作原理调制器主要由编码器、调制器电路和滤波器组成。
1. 编码器：编码器将数字信号转换成模拟信号的过程。
它将数字信号分为不同的频率，用高低电平表示二进制数值。
常见的编码技术有频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和振幅移键控（ASK）等。
2. 调制器电路：调制器电路通过控制编码器的输出信号，将其转换成模拟信号。
例如，在FSK调制中，调制器电路会通过改变信号的频率来实现调制的过程。
3. 滤波器：滤波器用于去除调制信号中的杂散频率，使信号更加纯净。
它可以滤除不需要的频率，只保留需要的信号频率。
二、解调器的组成和工作原理解调器主要由解调器电路、解码器和滤波器组成。
1. 解调器电路：解调器电路是将模拟信号转换成数字信号的关键部分。
它通过检测模拟信号的特定属性（如频率、相位或振幅）来还原数字信号。
例如，在FSK解调中，解调器电路会检测信号的频率，将其转换成对应的二进制数值。
2. 解码器：解码器将解调器电路输出的信号转换成原始的数字信号。
它将模拟信号重新转换成二进制数值，并恢复出原始的数字信号。
3. 滤波器：解调器的滤波器与调制器的滤波器类似，用于去除解调信号中的杂散频率，使信号更加纯净。
三、调制解调器的工作原理调制解调器的工作过程可以简单描述为以下几个步骤：1. 发送端：- 编码器将数字信号转换成模拟信号，并通过调制器电路将其转换成调制信号。
- 调制信号经过滤波器去除杂散频率后，通过传输介质（如电话线路）发送到接收端。
2. 接收端：- 接收端的解调器电路接收到调制信号，并将其转换成解调信号。
数字调制实验报告
基本原理
本实验用到数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供数字基带信号（NRZ码）和位同步信号BS（已在实验电路板上连通，不必手工接线）。调制模块将输入的绝对码AK（NRZ码）变为相对码BK、用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号。调制模块内部只用+5V电压。
2PSK信号的相位与信息代码的关系是：前后码元相异时，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”。
二、实验过程记录：
武夷学院实验报告
课程名称：_______________
项目名称：_______________
姓名：______专业：_______ 班级：________学号：____同组成员_______
一、实验准备：
实验目的
1、掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。
2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号的方法。
数字调制单元的原理方框图如图2-1所示，电原理图如图2-2所示（见附录）。
将晶振信号进行2分频、滤波后，得到2ASK的载频2.2165MHZ。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信号的两个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。
4、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；观察这两个信号与AK的关系（注意“1”码与“0”码对应的2FSK信号幅度可能不相等，这对传输信息是没有影响的）。
调制解调器的组成
调制解调器的组成调制解调器是一种用于数字通信的设备，用于将数字信号转换成模拟信号以便传输，并将接收到的模拟信号转换成数字信号以便处理。
它是信息传输中的关键设备，广泛应用于宽带网络、电话系统、有线电视、无线信号传输等领域。
调制解调器的主要组成包括：1. 数字调制器：用于将输入的数字信号转换成模拟信号。
数字调制器包括数字信号处理器（DSP）和模数转换器（ADC）。
DSP用于处理数字信号，进行编码、压缩、纠错等操作。
ADC将数字信号转换成模拟信号，通常使用采样定理进行采样。
2. 模拟调制器：用于将数字信号转换成模拟信号。
它包括调制器和滤波器。
调制器将数字信号嵌入到载波信号中，通常使用调频调制（FM）或调幅调制（AM）等技术。
滤波器用于滤除调制过程中产生的频谱外部分，以便得到干净的模拟信号。
3. 载波发生器：用于产生高频载波信号。
载波发生器通常由振荡器和频率合成器组成，通过振荡器产生基准频率，然后通过频率合成器调整频率和相位，以产生所需的载波信号。
4. 调制解调器控制器：用于控制调制解调器的工作。
它包括微处理器、控制信号接口（CSI）和调制解调器驱动器等组件。
控制器负责调节调制解调器的工作参数，如信号速率、调制方式、误码率等。
CSI负责与外部系统进行通信，如计算机、电话网络等。
驱动器负责将控制信号转换成适应调制解调器的电平和波形。
5. 解调器：用于将接收到的模拟信号转换成数字信号。
解调器包括解调器和模数转换器（DAC）。
解调器从接收信号中提取出所需的信息，去除噪声和干扰，并将模拟信号转换成数字信号。
DAC将数字信号转换成模拟信号，通常使用重构滤波器以还原原始信号。
6. 驱动电路和接口电路：用于连接调制解调器和外部设备。
驱动电路通过放大和调节信号电平，以便与外部设备进行通信。
接口电路负责将调制解调器与计算机、传真机、电话网络等设备进行连接和数据传输。
7. 电源和供电电路：用于提供调制解调器所需的电源，包括直流电源和交流电源。
信号调制的基本原理PPT
• (4-26) t
t
t
f (t)
(t )dt
0
0 c
f u (t)dt
ct f
0 u (t)dt
•
f (t ) f
t
0 u (t )dt
(4-27)
• 表示调频波瞬时相位与载波信号相位得偏
4、2 幅度调制原理及特性
• 4、2、1 普通调幅(AM )
• 1、 普通调幅信号得数学表达式
• 首先讨论调制信号为单频余弦波时得情况, 设调制信号为
• u (t) um cos t cos 2 Ft (4-2)
• 设载波信号为
•
uC (t) Ucm cosct cos 2 fct (4-3)
• 调频信号数学表达式
(4-31)
4、3、2 调频信号分析
• uFM Ucm cos(ct mf sin t) (4-32)
•
mf
k f Um
m
为调频波得最大相移,又称调
频指数。 m值f 可大于1
• 给出了调制信号、瞬时频偏、瞬时相偏、 对应得波形图
4、3、2 调频信号分析
图4-19 调频信号的波形图
• 4、2、3 单边带调幅信号(SSB)
• 由式(4-15)可得SSB调幅信号数学表达式为
• 取上边带时
•
(4-17)
• •
取下边带时
uSSB (t)
1 2
KmaU cm cos (c
)t
(4-18)
uSSB (t )
1 2
KmaU cmcos(c
)t
4、2、3 单边带调幅信号(SSB)
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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：
AK
4.433M HZ 2DPSK 2.21MHZ
1.1MHZ 2FSK
图1-3 数字调制器结构框图
码产生 抽样
码变换
晶振 分频器 八选一 内/外选择 选择器 移相 ÷2 A ÷ 2 B 射随 器 2FSK 调制 滤波器B 滤波器 A 放大 2PSK 调制 ÷ 4 2ASK 2DPSK 2PSK 2ASK
调制
（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：
CAR
2DPSK-OUT
2FSK-OUT
NRZ-IN 2ASK AK BK BS-IN
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。
1 0 1 1 0
(2PSK 信号波形)
t
(2DPSK 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 信号晶体 ÷2 （A ） 放大 2PSK
调制 射随器 ÷2 （B ） 滤波器 滤波器 2PSK 调制 码变换 2ASK 调制
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 2DPSK （AK ）
BK-1， 2PSK （BK ）
AK 1 0 1 1 0
BK 1 1 0 1 1
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 π 2PSK 调制
s(t) t
2ASK t
1 0 0 1
s(t)
2FSK t
f1 f2 f2 f1
移频键控
1 0 0 1
s(t) t
2PSK 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内传输数据的比特速率，以适应移动通信的要求。
目前已在数字移动通信系统中得到广泛应用的数字调制方案分为如下两类：
①恒包络调制技术（不管调制信号如何变化，载波振幅保持恒定）。
恒包络调制技术有2FSK、MSK、GMSK、TFM和GTFM等。
恒包络调制技术的功率放大器工作在C类，具有带外辐射低、接收机电路简单等优点，但其频带利用率比线性调制技术稍差一些。
②线性调制技术（已调信号的幅度随调制信号线性变化）。
使用多电平调制可以提高频谱效率。
例如，在理想条件下，8PSK和16QAM系统的频谱效率分别可以达到3b/s/Hz和4b/s/Hz。
若采用64QAM，低于模拟语音的频带宽度。
但是，当频谱效率提高时，解调器的复杂度和比特差错率（BER）的增大已明显变成了制约因素。
移动通信环境对利用幅度和相位携带信息的QAM也是一个严峻的挑战。
为了寻求频谱效率和BER性能之间的折中，多载波调制（MCM）已成为移动通信应用研究的热点。
其中，多载波16QAM调制技术将载波频道分为M个子信道，按频分设计M个16QAM信道，能适应多径时延扩散且不需构造复杂的均衡器，已经在数字移动通信中使用；正交频分复用（OFDM）、多载波码分多址（MC-CDMA）等，亦已成为受到广泛关注的调制策略。