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。