微控制器通过两个滤波器后就可将合成波变回逻辑电平信号？

　　早在本世纪初人们就了解通讯的重要性。从电子时代初期开始，随着技术的不断发展，本地通讯与   通讯的之间壁垒被打破，从而导致我们世界变得越来越小，人们分享知识和信息也更加容易。贝尔和马可尼可谓通讯事业的鼻祖，他们所完成的开拓性工作不仅为现代信息时代奠定了基础，而且为未来电讯发展铺平了道路。

　　传统的本地通讯借助于电线传输，因为这既省钱又可保证信息可靠传送。而长途通讯则需要通过无线电波传送信息。从系统硬件设备方面考虑这很方便省事，但是从传送信息的准确性考虑，却导致了信息传送不确定性增加，而且由于常常需要借助于大功率传送设备来克服因气象条件、高大建筑物以及其他各种各样的电磁干扰。

　　各种不同类型的调制方式能够根据系统造价、接收信号品质要求提供各种不同的解决方案，但是直到不久以前它们大部分还是属于模拟调制范畴，频率调制和相位调制噪声小，而幅度调制解调结构要简单的多。   近由于低成本微控制器的出现以及民用移动电话和卫星通信的引入，数字调制技术日益普及。数字式调制具有采用微处理器的模拟调制方式的所有优点，通讯链路中的任何不足均可借助于软件根除，它不仅可实现信息加密，而且通过误差校准技术，使接收到的数据更加可靠，另外借助于 DSP，还可减小分配给每个用户设备的有限带宽，频率利用率得以提高。

　　如同模拟调制，数字调制也可分为频率调制、相位调制和幅度调制，性能各有千秋。由于频率、相位调制对噪声抑制更好，因此成为当今大多数通讯设备的   方案，下面将对其详细讨论。

　　数字调频

　　对传统的模拟频率调制（FM）稍加变化，即在调制器输入端加一个数字控制信号，便得到由两个不同频率的正弦波构成的调制波，解调该信号很简单，只需让它通过两个滤波器后就可将合成波变回逻辑电平信号。通常，这种调制方式称为频移键控（FSK）。

　　数字调相

　　数字相位调制或相移键控（PSK）与频率调制很相似。不过它的实现是通过改变发送波的相位而非频率，不同的相位代表不同的数据。PSK    简单的形式为，利用数字信号对两个同频、反相正弦波进行控制、不断切换合成调相波。解调时，让它与一个同频正弦波相乘，其乘积由两部分构成：2 倍频接收信号的余弦波；与频率无关，幅度与正弦波相移成正比的分量。因此采用低通滤波器滤掉高频成分后，便得到与发送波相应的原始调制数据。仅从概念上难以描述清楚，稍后我们将对上述结论进行数学证明。

　　正交相移调制

　　如果对上述 PSK 概念进一步延伸，可推测调制的相位数目不仅限于两个，载波应该能够承载任意数目的相位信息，而且如果对接收信号乘以同频正弦波就可解调出相移信息，而它是与频率无关的直流电平信号。

　　正交相移调制（QPSK）正是基于该原理。利用 QPSK，载波可以承载四种不同的相移（4 个码片），每个码片又代表 2 个二进制字节。初看这似乎毫无意义，但现在这种调制方式却使同一载波能传送 2 比特的信息而非原来的 1 比特，从而使载波的频带利用率提高了一倍。

　　下面给出了解调相位调制信号和进而的 QPSK 信号。

　　首先定义欧拉公式，然后利用大量的三角恒等式进行证明。

　　有欧拉公式：

　　微控制器通过两个滤波器后就可将合成波变回逻辑电平信号？

　　把两个正弦波相乘，得：

　　从上式可以看出，两个同频正弦波（一个为输入信号，另一个为接收混频器本振信号）相乘，其乘积为一个幅度只有输入信号一半、频率加倍的高次谐波迭加一个幅度为 1/2 的直流偏置。

　　类似地 sin ωt 与 cos ωt 相乘的结果为：

　　只有二次谐波 sin 2ωt，无直流成分。

　　现在可以推断，sin ωt 与任意相移的同频正弦波（sin ωt + ?）相乘，其乘积 - 解调波，均含有输入信号的二次谐波，同时还包括一个与相移?有关的直流成分。

　　证明如下：

　　微控制器通过两个滤波器后就可将合成波变回逻辑电平信号？

　　上述等式验证了前面推断的正确性，即包含于载波中的相移可用同频的本振正弦波对其相乘，然后通过一低通滤波器滤波，便解调出与相移多少相对应的不同的成分。不幸的是，上式仅限于两相限应用，因为它不能把π/2 与 -π/2 相移区分开。因此，为了准确地解调出分布于四个相限的相移信息，接收端需要同时采用正弦型和余弦型本振信号对输入信号做乘积，滤掉高次谐波再进行数据重构。其证明过程即上述数学证明的延伸，如下所示。

　　因此：

　　微控制器通过两个滤波器后就可将合成波变回逻辑电平信号？

　　一个 SPICE 模型验证了上面的理论。图 1 显示了简单的解调器电路的框图。在 QPSK IN 的输入电压是一个 1MHz 的正弦波， 它的相位每个 5?s 被变换   ，状态分别是 45°、135°、225°和 315°。　

　微控制器通过两个滤波器后就可将合成波变回逻辑电平信号？

　　图 2 和图 3 分别显示了同相电压波形 VI 和正交电压波形 VQ。它们都是带有与相位偏移成比例的直流偏移的 2MHz 频率的信号，这就验证上面的数学推理。

　　图 4 是一个显示 QPSK IN 的相位偏移和解调数据的矢量图。

　　微控制器通过两个滤波器后就可将合成波变回逻辑电平信号？

　　上述理论很容易被接受，根据它，从载波中获得信息很简单，只要在接收端混频器输出加上   低通滤波器，再对四路电压重新组合，便能将它们变为相应的逻辑电平信号。然而在实际应用中，要得到与输入信号准确同步的本振信号并非易事。如果本振信号的相位相对于输入信号有变化，则相量图中的信号会旋转变化，其大小与两者的相位差成比例。更进一步，如果本振信号的相位与频率相对输入信号均在变化，则相量图中的相量会不断地旋转变化。

　　因此，解调电路前端输出均有    ADC，由本振信号的相位和频率变化引起的任何误差均可在后级 DSP 中得到修正。

　　直接变换到基带的有效方法是采用直接变频调谐器 IC。