浅谈无线调制方式：ASK、FSK和PSK

为了保证通信效果，克服远距离信号传输中的问题，有必要将信号频谱移动到高频信道，通过调制进行传输。这种将要发送到高频信号的信号加载过程称为调制。其中数字信号的三种最基本的调制方法（幅度调制、频率调制和相位调制）在英语中缩写为ASK、FSK和PSK。

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什么是ASK（振幅移位键控）？

振幅移位键控又称“振幅键控”，是一种调制技术。如果数字调制信号的可能状态对应于二进制信息符号或其对应的基带信号状态一对一，则调制信号称为二进制数字调制信号。使用二进制信息符号键入称为二进制幅度键控，由 2ASK 表示。

在“移位键控”模式下，当出现“1”时，振幅为A的载波打开，当出现“0”时，载波关闭。这相当于将原始基带信号（脉冲序列）频谱移动到两个载波。幅度移位键控 （ASK） 等效于模拟信号中的幅度调制，只是它是乘以载波频率信号的二进制数。幅度偏移是使用频率和相位作为常数，幅度作为变量，信息位通过载波的幅度传输。二进制幅度键控（2ASK），由于调制信号只有0或1的两个电平，因此乘法的结果相当于关闭或打开载波频率。其实际含义是，当调制数字信号为“1”时，传输载波；当调制数字信号为“0”时，不传输载波。通常，载波信号使用余弦信号，调制信号将数字序列转换为单极基带矩形脉冲序列，开关键控的功能是将输出和载波相乘，将频谱移动到载波频率附近，实现了2ASK。

幅度移位键控调制技术最简单、最常用的形式是开关。承运人的存在用“1”表示，承运人的缺席用“0”表示。这种类型的调制称为开关键控（OOK），这是最节能的调制方法，因为它仅在发送“1”时辐射能量。幅度移位键控需要非常高的信噪比来解调信号，因为根据其自身特性，大多数信号都是以非常低的功率传输的，ASK调制射频系统的优点是发射和接收的结构。

什么是OOK（开关键控）？

OOK（开关键控）是ASK （移位键控）调制的一个特例。如果一个振幅为 0，另一个振幅不为零，则为 OOK。二进制开关键控（OOK：开-关键控），也称为二进制幅度键控（2ASK），使用单极性非返回零代码序列来控制正弦载波的打开和关闭。这种调制方法比模拟调制方法出现得更早，莫尔斯电码无线电传输使用这种调制方法。   由于OOK的抗噪声性能不如其他调制方法，因此这种调制方法在当前的卫星通信和数字微波通信中并不使用。然而，由于这种调制方法的实现简单，在光纤通信系统中，实现了幅度键控，应用广泛。调制法的分析方法是基本的，因此可以从OOK调制法的介绍来研究数字调制的基本理论。

Vm（t）是要发送的数字信号，Acos（2πfct）是未调制的载波，VAM（t）是OOK调制的载波信号。OOK的调制原理用于将一个幅度控制为0，另一个幅度控制为非零。

什么是FSK（频移键控）？

FSK：频移键控。一种角度调制，其中正弦振荡的频率在一组离散值之间变化，其中每个离散值表示时间离散调制信号的特征状态。   频移键控是使用两个不同的频率F1和F2振荡源来表示信号1和0。使用数字信号的 1 和 0 来控制两个独立振荡源的交替输出。对于二进制频移键控调制方法，有效带宽为B=2xF+2Fb，xF是二进制基带信号的带宽和FSK信号的最大频率偏差。因为数字信号的带宽，即Fb值大，二进制频移键控制信号带宽比较大，频带利用率小。使用较高的频率表示逻辑 1，使用较低的频率表示逻辑 0。

什么是GFSK（高斯频移键控）?

GFSK：高斯频移键控。它通过高斯低通滤波器在调制前限制信号的频谱宽度。  

调制原理：GFSK高斯频移键控调制是一种数字调制方法，其中输入数据通过高斯低通滤波器进行预调制和滤波，然后进行FSK调制。在保持恒定幅度的同时，它可以通过改变高斯低通滤波器的3dB带宽来控制调制信号的频谱。      

GFSK调制可分为两种方法：直接调制和正交调制：①直接调制：经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟频率调制。当频率调制器的调制指数等于0.5时，称为GMSK（高斯最小频移键控）调制，因此GMSK调制可以看作是GFSK调制的一种特例。     ②正交调制：数字信号通过高斯低通滤波器和适当的相位积分进行滤波，然后分为同相和正交两部分。载波的同相和正交分量分别相乘以合成GFSK信号。   对于这四种调制方式而言，GFSK的物理概念是最明确的，也避免了直接调制过程中信号频谱特性的损坏。另一方面，GFSK参数控制可以在具有校准因子的高斯滤波器中实现，并且不受后续频率调制电路的影响，参数控制更简单。因此，GFSK正交调制解调器的基带信号处理特别适合数字实现。它具有无线通信系统所需的特性，例如恒定振幅包络、集中功率谱和窄谱。GFSK调制和解调技术广泛应用于移动通信、航空和海洋通信等诸多领域。

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编辑：黄飞