图4-1 字基带信号和已调信号
4.2 4ASK调制解调原理
基带信号输入调制器信道解调器基带信号输出噪声源
图4-2 数字调制系统的基本结构
数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK 或DPSK）。
多进制数字振幅调制又称多电平振幅调制，它用高频载波的多种振幅去代表数字信息。MASK调制方式就是使载波的幅值随着基带信号的变化而变化。MASK的表达式如式2-1所示。 UMASK(t)?[?Ang(t?nTS]cos?0t (4.2)
n????
其中An为基带信号的电平，ω0为载波频率。由上式可以看出，如果其中电平是0的多进
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制信号，只要让载波信号与多进制信号通过乘法器即可调制完成。如果两个电平都不是0，只要让载波信号的振幅固定，通过乘法器与多进制信号相乘就行。
图4-3 MASK信号的分解波形图
四电平振幅调制，高频载波有u0（t）、u1（t）、u2（t）、u3（t）四种：振幅为0、1A、2A和3A，分别代表数字信息0、1、2、3或者双比特二进制输入信息 00、01、10、11 进行振幅调制。
而解调的两种方法包络检波和相干解调的原理图如图3和图4所示。
eASK(t)带通滤波器a全波整流器b低通滤波器c抽样判决器定时脉冲d输出
图4-4 包络检波法示意图
eASK(t)带通滤波器相乘器 coswc低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出
图4-5 相干法解调示意图
4ASK 的基带信号只有“0”、“1”、“2”、“3”四个电平值，它与载波相乘的结果相当于将
载波关断，或者接通放大。它的实际意义是当调制的数字信号为“3”时，假设传输振幅为126 个量化单位的载波，则当调制的数字信号分别为“2”、“1”、“0”时，传输振幅分别为84、42、0 个量化单位的载波。其典型波形如图1 所示。4ASK 的键控调制原理如图2 所示。载波通过基带信号的控制选择不同的开关，当基带信号是“0”时，调制信号的幅度为0 个
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量化单位；当基带信号分别是“1”、“2”、“3”时，选择开关接通相应的乘法器，则调制信号的
幅度就分别为载波信号幅度的1、2、3 倍。
对于4ASK 的解调，我们采用最高幅值判别的方法，在调制信号中检测出最大幅值，随后根据最大幅值与基带信号的对应关系就可以解调出来。
在软件设计过程中，先设计出二进制基带信号使用语句： subplot(3,1,1);plot(t,a(ceil((100*t+0.1)/5)))；
然后在此基础上生成四进制基带信号，使用语句:sym(n+1)=a(2*n+1)*2+a(2*n+2); subplot(3,1,2); plot(t,sym(ceil(10*t+0.01)))；
最后，与载波信号的叠加调制出4ASK信号，使用语句：
t=0:1/1e3:0.999; s=sym(ceil(10*t+0.01)).*cos(2*pi*100*t); subplot(3,1,3); plot(t,s).
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五、设计步骤
5.1载波信号的调制
设计的程序框图如图3 所示。利用100 进制的计算器循环计数，随后将计数的结果作为载波的采样信号的存储地址。每当计数达到99 时，就会产生一个周期的载波，再根据基带信号确定对载波的乘法系数，从而产生所有基带信号所对应的正弦载波。
另外，因为利用可编程逻辑器件，不能产生负电平，所以设计时产生的载波信号和调制信号都是在127 个量化单位的基础上累加的，即在程序中的载波信号y(n)的幅度与0 基准电平载波x(n)的幅度有如下关系：
y(n) = 127 + x(n) （5.1）
而调制信号的幅度与载波信号之间的幅度有如下关系：
Y127?N[y(n)?127,y(n)?127?n??{N127?N[127?y(n),y(n)?127
(5.2)
式中N＝0，1，2，3，它与基带信号的“0”、“1”、“2”、“3”相对应。
5.2调制信号的解调
利用对调制信号幅值的大小持续检测，可以从调制信号数据流中挑选出局部最大值，也就是基带信号所对应的调制信号的最大振幅。在设计过程中对连续的9 个调制信号流进行采样，随后比较是否中间的比两端的大，如果大，说明挑选到了最大振幅。理论上基带信号“3”、“2”、“1”所对应的最大幅度分别为253 （127＋126）、211 （127＋84）、169（127＋42）。在实际设计中，考虑到一定的阈值，当最大幅值大于250 时，解调出基带信号“3”，否则当最大幅值大于208时，解调出基带信号“2”，上述条件不满足的时候，解调出基带信号“1”。当连续检测的9 个调制信号流等大的时候，说明此时该调制信号对应的是基带信号的“0”。
5.3调试分析
在载波产生和调制方面如果利用级数计算来产生正弦载波，则所耗费的计算量较大。此处设计时采用了查表法来产生正弦载波，即将一个周期的正弦波通过100 点采样得到时域离散信号，随后将采样得到的数据进行存储，若要产生一个周期的正弦波时，就将存的数据依次读出。如果除了基带信号“0”以外，其它的基带信号所对应的载波都利用查表法来实现，则需求的硬件资源较大，所以设计时采用只产生一个基带信号所对应的正弦波，而其它的基带信号是在该正弦波的基础上进行幅度改变产生的。因为载波振幅之间的关系存在着3 倍关
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系，而VHDL 不能直接计算除以3 的运算，所以设计时采用先产生代表基带信号“1”的正弦载波，随后代表基带信号“2”和“3”的载波幅度可以在已产生的载波的前提下分别乘以2和3 来产生。
在解调方面利用对调制信号幅值的大小持续检测，可以从调制信号数据流中挑选出局部最大值，也就是基带信号所对应的调制信号的最大振幅。在设计过程中对连续的9 个调制信号流进行采样，随后比较是否中间的比两端的大，如果大，说明挑选到了最大振幅。理论上基带信号“3”、“2”、“1”所对应的最大幅度分别为253 （127＋126）、211 （127＋84）、169（127＋42）。在实际设计中，考虑到一定的阈值，当最大幅值大于250 时，解调出基带信号“3”，否则当最大幅值大于208时，解调出基带信号“2”，上述条件不满足的时候，解调出基带信号“1”。当连续检测的9 个调制信号流等大的时候，说明此时该调制信号对应的是基带信号的“0”。
5.4开发工具和编程语言
1.基带信号的调制过程 M=4; d=1;
t=0:1/1e3:0.999; a=randint(1,20,2); for n=0:9
sym(n+1)=a(2*n+1)*2+a(2*n+2); end
s=sym(ceil(10*t+0.01)).*cos(2*pi*100*t); subplot(3,1,1);
plot(t,a(ceil((100*t+0.1)/5))); axis([0,1,-0.2,1.2]); subplot(3,1,2);
plot(t,sym(ceil(10*t+0.01))); subplot(3,1,3); plot(t,s) 2解调过程 %M-ary M=4;
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