数字调制器的结构及工作原理
电路基础原理数字信号的调制与解调
电路基础原理数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调是电路基础原理中的重要概念。
调制是将数字信号转化为模拟信号的过程，解调则是将模拟信号还原为数字信号的过程。
本文将介绍数字信号的调制与解调原理及其应用。
一、调制的基本原理调制是为了将数字信号传输到远距离时，能够克服传输噪声、提高信号质量而进行的一种技术。
数字信号经过调制后，会转化为模拟信号，其特点是连续的波形。
1.频移键控调制(FSK)FSK是一种基本的数字信号调制方式，它通过改变信号的频率来表示不同的数字。
在FSK中，使用两个频率来分别代表二进制的0和1。
2.相移键控调制(PSK)PSK是一种通过改变信号的相位来表示不同的数字的调制方式。
在PSK中，使用不同的相位来表示二进制的0和1。
3.正交幅度调制(QAM)QAM是一种通过改变信号的振幅和相位来表示不同的数字的调制方式。
在QAM中，通过改变信号的振幅和相位的组合来表示多个二进制数字。
二、解调的基本原理解调是将模拟信号还原为数字信号的过程，其目的是还原接收到的信号，以便后续的数字信号处理。
1.频移解调频移解调是将经过FSK调制的信号还原回数字信号的过程。
解调器需要检测接收到的信号的频率，并根据频率的不同判断出二进制的0和1。
2.相移解调相移解调是将经过PSK调制的信号还原为数字信号的过程。
解调器需要检测接收到信号的相位，并根据相位的变化来判断出二进制的0和1。
3.幅度解调幅度解调是将经过QAM调制的信号还原为数字信号的过程。
解调器需要测量接收到信号的振幅和相位，并根据这些信息来判断出二进制的0和1。
三、调制与解调的应用调制与解调技术广泛应用于通信领域，特别是在无线通信中。
1.无线电广播无线电广播使用调制技术将音频信号转化为无线电信号，并通过无线电波传输到接收器中，然后通过解调技术将无线电信号还原为音频信号。
2.移动通信移动通信中的调制与解调技术被用于将数字信号通过无线电信道传输，以实现声音、图像和数据的无线传输。
数字调压器工作原理
数字调压器工作原理
数字调压器是一种用于调整电压的电子设备，它能够将输入电压进
行调节，以获得所需的输出电压。
数字调压器的工作原理有两个主要
方面：比较和反馈控制。
数字调压器通过比较输入电压与参考电压的大小来确定输出电压的
大小。
这个比较过程是通过使用一个比较器完成的。
比较器将输入电
压和参考电压进行比较，然后产生一个输出信号，指示输入电压是大于、等于还是小于参考电压。
根据比较器的输出信号，数字调压器可以确定需要采取的调节措施。
一种常用的调节方法是使用脉宽调制（PWM）。
脉宽调制是通过控制
输出信号的脉冲宽度来实现的。
如果输入电压大于参考电压，那么输
出信号的脉冲宽度将增加；如果输入电压小于参考电压，脉冲宽度将
减小。
通过调整脉宽，数字调压器可以实现精确的输出电压控制。
为了确保输出电压的稳定性，数字调压器还使用了反馈控制。
它会
将输出电压与参考电压进行比较，并根据差异来调整脉冲宽度。
如果
输出电压偏离了参考电压，反馈控制将通过增加或减小脉冲宽度来调
整输出电压，以使其回到预定的范围内。
这个过程是连续进行的，以
确保输出电压的稳定性和准确性。
数字调压器通过比较输入电压与参考电压的大小，并利用脉宽调制
和反馈控制的方法来实现对电压的精确调节。
它在许多应用中被广泛
使用，如电源管理、工业自动化和电子设备控制等。
通过数字调压器，我们可以实现对电压的可靠和精确控制，满足各种电子系统的需求。
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。
数字调制解调技术
第3章 移动通信中的调制解调技术 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。
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第3章 移动通信中的调制解调技术
图3-1 各类二进制调制原理波形图
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第3章 移动通信中的调制解调技术 移动信道的基本特征如下： ①带宽有限，它取决于可使用的频率资源和信道的传
播特性； ②干扰和噪声的影响较大，这主要是由移动通信工作
的电磁环境所决定的； ③存在着多径衰落。
·信号频率偏移严格符合 1 4Tb
，相位调制指数 h
f1 f2 Tb
1/ 2 。
·以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间( Ts )内准确地线性变化
/2。
·在一个码元期间内，信号应是 1 载波周期的整倍数。 4
·在码元转换时刻，信号的相位是连续的，即信号波形无突变。
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输入及相位常数有关。在给定输入序列{ak} 的相位轨迹如图3-5所示。
MSK
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第3章 移动通信中的调制解调技术
图3-5 MSK的相位轨迹
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第3章 移动通信中的调制解调技术
2. MSK 信号的特点
MSK 信号具有如下特点：
·已调信号振幅是恒定的。
第3章 移动通信中的调制解调技术
其中,
k
k1
k1 k
ak ak1 ak ak1
二进制数字调制原理
其中，fs = 1/Ts为基带信号的带宽。图中的fc为两个载频的中心频率。
21
6.1.3 二进制相移键控（2PSK）
2PSK信号的表达式： 在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。因 此，2PSK信号的时域表达式为
e2PSK (t) A cos(ct n )
G(0) TS
P2PSK (
f
)
Ts 4
sin ( ( f
f fc )Ts fc )Ts
2
sin ( ( f
f fc )Ts fc )Ts
2
29
功率谱密度曲线
P2PSK f
fc
fc fs fc fc fs
f
从以上分析可见，二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK的十分 相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。区别仅在于当P=1/2时，其 谱中无离散谱（即载波分量），此时2PSK信号实际上相当于抑制 载波的双边带信号。因此，它可以看作是双极性基带信号作用下的
23
典型波形
1
0
0
1
1
t Ts
24
2PSK信号的调制器原理方框图
模拟调制的方法
双极性
s(t)
不归零
码型变换
乘法器
e2PSK (t)
键控法
cosct
c os ct
开关电路
0
e2PSK (t)
1800 移相
s(t)
25
2PSK信号的解调器原理方框图和波形图：
e2PSK (t)
带通 滤波器
2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（第一 个谱零点位置），则有
式中 fs = 1/Ts
bpsk调制原理
bpsk调制原理bpsk调制原理与模拟通信系统相比，数字调制和解调同样是通过某种方式，将基带信号的频谱由一个频率位置搬移到另一个频率位置上去。
不同的是，数字调制的基带信号不是模拟信号而是数字信号。
在大多数情况下，数字调制是利用数字信号的离散值去键控载波。
对载波的幅度、频率或相位进行键控，便可获得ASK、FSK、PSK等。
这三种数字调制方式在抗干扰噪声能力和信号频谱利用率等方面，以相干PSK的性能最好，目前已在中、高速传输数据时得到广泛应用。
2PSK系统的调制部分框图如下图所示2PSK/BPSK调制部分框图1、M序列发生器实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试方便，一般都是用M序列发生器产生一个伪随机序列来充当数字基带信号源。
按照本原多项式f(x)=X5+X3+1组成的五级线性移位寄存器，就可得到31位码长的M序列。
码元定时与载波的关系可以是同步的，以便清晰观察码元变化时对应调制载波的相应变化；也可以是异步的，因为实际的系统都是异步的，码元速率约为1Mbt/s。
2、相对移相和绝对移相移相键控分为绝对移相和相对移相两种。
以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。
以二进制调相为例，取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波反相；“1”和“0”时调制后载波相位差1800。
绝对移相的波形如下图所示。
绝对移相的波形示意图在同步解调的PSK系统中，由于收端载波恢复存在相位含糊的问题，即恢复的载波可能与未调载波同相，也可能反相，以至使解调后的信码出现“0”、“1”倒置，发送为“1”码，解调后得到“0”码；发送为“0”码，解调后得到“1”码。
这是我们所不希望的，为了克服这种现象，人们提出了相对移相方式。
相对移相的调制规律是：每一个码元的载波相位不是以固定的未调载波相位作基准的，而是以相邻的前一个码元的载波相位来确定其相位的取值。
例如，当某一码元取“1”时，它的载波相位与前一码元的载波同相；码元取“0”时，它的载波相位与前一码元的载波反相。
几种数字调制技术
S lm f ( t )
(m 1 ,2 ,,M ,0 t T )
S m f(t)2 T c o s 2m ftc o s0 t2 T s in 2m fts in0 t
码元能量：
Pmf
T 0
2
Smf(t) dt2
8.2.3 FSK信号的频率参数描述
三、FSK信号的相关性
1） 数学表达式
8.3.3 MSK信号分析
一、MSK信号的相位轨迹
n
2
n1 k0
Ik, Ik
1
记录了第n个码元以前 相位的变化轨迹;
相位只能取 / 2 的整 数倍。
8.3 连续相位移频键控（CPFSK)
8.3.3 MSK信号分析
二、MSK信号与QPSK信号的等效
采用信号的包络表示，可将时间函数改为如下形式：
SMSK(t)ReAej(2Tt Inn) ej0t
A c g (t)c o s0 t A sg (t)s in0 t g c (t)c o s0 t g s(t)s in0 t
8.1.2 数字信号的正交调幅 (QAM) 一、QAM原理(续)
又可以表示为包络形式：
S m ( t ) R e V m e j m g ( t ) e j 0 t V m g ( t ) c o s (0 t m )
T 0
Sm2a
(t)dt
1 2
Am2
T 0
g2(t)dt
1 2
Am2g2
2 g
表示归一化码元能量。
图中表 示的是 格雷码
8.1 数字信号的幅度调制
8.1.2 数字信号的正交调幅 (QAM) 一、QAM原理
对正交的两信号：coswt和sinwt同时进行调制，而后相加。见下图
计算机网络原理 调制解调器工作原理
计算机网络原理调制解调器工作原理在频带传输系统中，计算机通过调制解调器与电话线路连接。
在发送端，调制解调器将计算机产生的数字信号转换成电话交换网可以传送的模拟数据信号；在接收端，调制解调器将接收到的模拟数据信号还原成数字信号传送给计算机。
在全双工通信方式中，调制解调器应具有同时发送与接收模拟数据信号的能力。
计算机通过调制解调器与电话交换网实现远程通信的结构如图3-16所示。
图3-16 远程通信的结构根据模拟数据编码类型的不同，我们可以将调制解调器分成多种类型。
图3-17给出了FSK方式的调制解调器工作原理示意图。
发送端调制器是用输入的数字脉冲信号控制两个不同频率振荡器信号的输出来实现数字信号-模拟信号的转换。
当输入的数字脉冲信号为高电平（对应于逻辑1）时，频率f1=1270Hz的振荡器有信号输出，当输入的数字脉冲信号为低电平（对应于逻辑0）时，频率f2=1070Hz的振荡器有信号输出。
在调制器的输出端，通过组合器将根据输入的数字脉冲信号1、0序列排列顺序控制的两种频率的正（余）弦信号组合起来，就构成了FSK信号。
由于对应1、0的两种不同频率的正（余）弦信号是处于电话交换网的通频带内，因此模拟数据信号FSK可以顺利地通过模拟电话交换网到达接收端。
在接收端通过设置对应f1、f2两种频率的带通滤波器，将两种不同频率的正（余）弦信号分开，使频率为f1和f2的正（余）弦信号分别通过两个检波器，再将检波器输出信号送给组合器叠加。
组合器输出的解调信号对应的数字脉冲信号的高、低电平（即逻辑1与0）的变化规律与调制器输入的数字数据信号的高、低电平变化规律相同。
图3-17 FSK方式的调制解调器工作原理示意图在完成调制、解调工作原理的初步讨论后，进而要讨论调制解调器如何实现在一对电话线上完成全双工通信的工作原理。
图3-18给出调制解调器实现全双工通信的工作原理。
在实际计算机通信中，任何一台计算机都需要同时具备发送和接收数据的能力。
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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
4.433MHZ
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：
+
Tπ
2PSK调制
1 0 0 1
s(t) t
2ASK t
振幅键控
1 0 0 1
s(t) 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。