通信原理第7章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2

1、7.4.1 多進制數(shù)字振幅調制多進制數(shù)字振幅調制(MASK)7.4.2 多進制數(shù)字頻率調制多進制數(shù)字頻率調制(MFSK)7.4.3 多進制數(shù)字相位調制多進制數(shù)字相位調制(MPSK或或MDPSK)7.4 多進制數(shù)字調制系統(tǒng)多進制數(shù)字調制系統(tǒng) 帶通二進制鍵控系統(tǒng)中，每個碼元只傳輸帶通二進制鍵控系統(tǒng)中，每個碼元只傳輸1bit信息，其頻帶利用率不高。為了提高頻帶信息，其頻帶利用率不高。為了提高頻帶利用率，最有效的方法是采用多進制調制系統(tǒng)。利用率，最有效的方法是采用多進制調制系統(tǒng)。多進制數(shù)字調制的多進制數(shù)字調制的特點特點：（1）在）在相同的碼元速率相同的碼元速率下，多進制系統(tǒng)的信息下，多進制系統(tǒng)的信息速

2、率比二進制系統(tǒng)的高。速率比二進制系統(tǒng)的高。bMM2logBRRM（2）在）在相同的信息速率相同的信息速率下，多進制數(shù)字調制系統(tǒng)的下，多進制數(shù)字調制系統(tǒng)的碼元傳輸速率比二進制的低，占用帶寬更小。則多碼元傳輸速率比二進制的低，占用帶寬更小。則多進制信號碼元的持續(xù)時間比二進制的長。則能減小進制信號碼元的持續(xù)時間比二進制的長。則能減小碼間干擾。碼間干擾。MM2logbBRRMsBTR17.4.1 多進制數(shù)字振幅調制（多進制數(shù)字振幅調制（MASK）的原理）的原理 MASK是利用是利用M進制數(shù)字基帶信號去控制載進制數(shù)字基帶信號去控制載波的幅度，使載波的幅度隨著基帶信號的變化而波的幅度，使載波的幅度隨著基帶

3、信號的變化而變化。變化。以四進制為例以四進制為例(4ASK或或QASK)： 傳傳“0”信號（或信號（或00）時，發(fā)）時，發(fā)0電平；電平； 傳傳“1”信號（或信號（或10）時，發(fā)幅度為）時，發(fā)幅度為1的載波；的載波； 傳傳“2”信號（或信號（或11）時，發(fā)幅度為）時，發(fā)幅度為2的載波；的載波； 傳傳“3”信號（或信號（或01）時，發(fā)幅度為）時，發(fā)幅度為3的載波。的載波。1、MASK信號的原理及時間波形信號的原理及時間波形 由于由于M進制數(shù)字基帶信號有進制數(shù)字基帶信號有M種不同的取值，種不同的取值，則則MASK信號有信號有M種不同的幅度。種不同的幅度?；鶐盘柺嵌噙M制單極性不歸零脈沖基帶信號是多進

4、制單極性不歸零脈沖 (b) MASK信號信號(a) 基帶多電平單極性不歸零信號基帶多電平單極性不歸零信號0010110101011110000t0t0101101010111100基帶信號是多進制雙極性不歸零脈沖基帶信號是多進制雙極性不歸零脈沖 0101101010111100000t(c) 基帶多電平雙極性不歸零信號基帶多電平雙極性不歸零信號00000t01011010101111(d) 抑制載波抑制載波MASK信號信號抑制載波抑制載波MASK信號是振幅鍵控和相位鍵控結合的調制方式信號是振幅鍵控和相位鍵控結合的調制方式2. MASK信號的帶寬信號的帶寬MASK信號的信號的帶寬可表示為帶寬可表

5、示為 sMASKTRBBM122其中其中RBM=1/Ts是多進制碼元速率。是多進制碼元速率。 7.4.2 多進制數(shù)字頻移鍵控多進制數(shù)字頻移鍵控(MFSK) 多進制頻率鍵控（多進制頻率鍵控（MFSK）是指用）是指用M進制數(shù)進制數(shù)字基帶信號去控制字基帶信號去控制載波的頻率載波的頻率，使載波的頻率，使載波的頻率隨著數(shù)字基帶信號的變化而變化。隨著數(shù)字基帶信號的變化而變化。在一個碼元周期之內(nèi)，在一個碼元周期之內(nèi)，MFSK信號可以寫成信號可以寫成siMFSKTtMitAte0, 2 , 1)cos()(0(1)MFSK信號的原理及時間波形信號的原理及時間波形 由于由于M進制數(shù)字基帶信號有進制數(shù)字基帶信號有

6、M種不同的取種不同的取值，則值，則MFSK信號有信號有M種不同的頻率。種不同的頻率。以以4FSK為例：為例： 傳傳“0”信號信號(或或00)時，發(fā)送頻率為時，發(fā)送頻率為f1的載波；的載波； 傳傳“1”信號信號(或或01)時，發(fā)送頻率為時，發(fā)送頻率為f2的載波；的載波； 傳傳“2”信號信號(或或10)時，發(fā)送頻率為時，發(fā)送頻率為f3的載波；的載波； 傳傳“3”信號信號(或或11)時，發(fā)送頻率為時，發(fā)送頻率為f4的載波。的載波。 (a) 4FSK信號波形f3f1f2f4TTTTt（2）MFSK信號的帶寬信號的帶寬 BMmMFSKRffB21 MFSK信號的功率譜信號的功率譜 ，可以看作可以看作由由

7、M個振幅相個振幅相同、載頻不同、時間上互不相容的同、載頻不同、時間上互不相容的2ASK信號疊加信號疊加的結果的結果。fm 、 f1為最高、最低選用頻率。為最高、最低選用頻率。RBMRBM7.4.3 多進制數(shù)字相位調制（移相鍵控）系統(tǒng)多進制數(shù)字相位調制（移相鍵控）系統(tǒng) 多進制數(shù)字相位調制又稱多相調制，它是多進制數(shù)字相位調制又稱多相調制，它是利用多進制數(shù)字基帶信號去控制利用多進制數(shù)字基帶信號去控制載波的相位載波的相位，使載波的相位隨著多進制數(shù)字基帶信號的變化使載波的相位隨著多進制數(shù)字基帶信號的變化而變化。而變化。 由于由于M進制數(shù)字基帶信號有進制數(shù)字基帶信號有M種不同的取種不同的取值，則值，則多進

8、制數(shù)字相位調制多進制數(shù)字相位調制信號有信號有M種不同的種不同的相位。相位。 1、 四相絕對移相鍵控四相絕對移相鍵控(QPSK)原理：原理： 在在M進制數(shù)字相位調制中，有四進制進制數(shù)字相位調制中，有四進制絕對絕對移相鍵控移相鍵控(4PSK/QPSK)、四進制、四進制差分相位鍵控差分相位鍵控(4DPSK/QDPSK)兩種調制方式。兩種調制方式。四進制絕對移相鍵控利用載波的四種不同相四進制絕對移相鍵控利用載波的四種不同相位來表示數(shù)字信息。位來表示數(shù)字信息。 每一種載波相位代表兩個比特信息，因此每每一種載波相位代表兩個比特信息，因此每個四進制碼元可以用兩個二進制碼元的組合來表個四進制碼元可以用兩個二進

9、制碼元的組合來表示，稱為示，稱為雙比特碼元雙比特碼元。一個一個MPSK信號碼元可以表示為信號碼元可以表示為A：常數(shù)常數(shù) k：一組間隔均勻的受調制相位一組間隔均勻的受調制相位MktAtskk, 2 , 1)cos()(0MkkMk, 2 , 1),1(2k(21) 1,2,kkMM00011110Gray0011參 考 相 位1001參 考 相 位10110100/2-/204相A方式 01001011/43/45/47/44相B方式11010010相1101100相0000002相101101011011(8相)4相10010034相11111101001034相2相4相001001相58相0

10、1001078相01101100100158相00000038相100100(8相)8相8相11111110110138相11011078相0000010110101101111011002(1)1,2,kkMkM(21)1,2,kkMkM相位配置矢量圖（星座圖）相位配置矢量圖（星座圖） 表表7-2 雙比特雙比特ab與載波相位的關系與載波相位的關系 雙比特信息雙比特信息a b載波相位載波相位k A / B0 0900/22500 100/13501 12700/4501 01800/31502、4PSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生對于對于B方式方式 22,221 , Q t1kkabI t ( )co

11、s() cossin1 ( )cos( )sin2ckkckccce ttatbtI ttQ tt1) 直接調相法直接調相法B方式方式(/4體系體系) 串/并變換1011單/雙極性變換單/雙極性變換c(t)I(t)Q(t)cosctsin ctABABA11B01相相0相A102相B10AB11100001(a)相移22直接調相法產(chǎn)生直接調相法產(chǎn)生4PSK信號方框圖信號方框圖碼元寬度碼元寬度TbTS =2 Tb1cos2ct1sin2ctABCDEF(a) 輸入基帶碼元tACE(b) 并行支路a碼元tBDF(c) 并行支路b碼元t圖7-38 碼元串/并變換TS =2 Tb0 1A 0 90 1

12、 B315 02) 相位選擇法相位選擇法 相位選擇法產(chǎn)生相位選擇法產(chǎn)生/2體系體系4PSK信號方框圖信號方框圖 串/并變換輸入信息選相電路帶 通QPSK信號2320四相載波發(fā)生器雙比特碼元雙比特碼元載波相位載波相位(n )abA方式方式 B方式方式 00110110900270 180 225 135 45 315 相位選擇法產(chǎn)生相位選擇法產(chǎn)生/4體系體系4PSK信號框圖信號框圖輸入串/并變換邏輯選相電路帶通濾波器輸出45 135 225 315四相載波產(chǎn)生器雙比特碼元雙比特碼元載波相位載波相位(n )abA方式方式 B方式方式 00110110900270 180 225 135 45 31

13、5 3、4PSK信號的解調信號的解調 4PSK信號可以看作兩個正交載波的信號可以看作兩個正交載波的2PSK信信號的合成。因此可以采用與號的合成。因此可以采用與2PSK信號類似的解信號類似的解調方法進行解調，調方法進行解調， 4PSK信號信號相干解調原理相干解調原理圖圖 ：cos()cos1 2cos(2) 1 2coscos()sin1 2sin1 2sin(2)cicciicicicitttttt載波提取相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)abcosct-sinct定時提取圖7-41 QPSK信號解調原理方框圖輸入相位輸入相位icosi的極性的極性sini的極性的極性判決器輸出

14、判決器輸出A B/4+ 1 13 /4-+ 0 15 /4-0 07 /4+-1 0判決原則：判決原則：11010010 當碼元中包含整數(shù)個載波周期時，初始相位相當碼元中包含整數(shù)個載波周期時，初始相位相同的相鄰碼元的波形和瞬時相位才是連續(xù)的。同的相鄰碼元的波形和瞬時相位才是連續(xù)的。(a) 波形和相位連續(xù)波形和相位連續(xù)TT 若每個碼元中的載波周期數(shù)不是整數(shù)，則即使初若每個碼元中的載波周期數(shù)不是整數(shù)，則即使初始相位相同，波形和瞬時相位也可能不連續(xù)。始相位相同，波形和瞬時相位也可能不連續(xù)。 波形連續(xù)而相位不連續(xù)。波形連續(xù)而相位不連續(xù)。(b) 波形和相位不連續(xù)波形和相位不連續(xù)TT(c) 波形連續(xù)相位不

15、連續(xù)波形連續(xù)相位不連續(xù)TT在碼元邊在碼元邊界，當相界，當相位不連續(xù)位不連續(xù)時，信號時，信號的頻譜將的頻譜將展寬，包展寬，包絡也將出絡也將出現(xiàn)起伏?，F(xiàn)起伏。7.4.4 多進制差分相移鍵控多進制差分相移鍵控4DPSK 4DPSK信號是利用前后碼元之間的相對相信號是利用前后碼元之間的相對相位變化來表示數(shù)字信息。位變化來表示數(shù)字信息。n為當前雙比特碼為當前雙比特碼元與前一雙比特碼元初相差。元與前一雙比特碼元初相差。假如信息編碼與假如信息編碼與載波相位的關系如書中表（載波相位的關系如書中表（7-4）所示：）所示：abkA方式方式B方式方式0090 135 010 45 11270 315 10180 225 1) 相干解調：相干解調： 與與4PSK信號相干解