通信原理第7章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2

1、7.4.1 多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制(MASK)7.4.2 多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制(MFSK)7.4.3 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制(MPSK或或MDPSK)7.4 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 帶通二進(jìn)制鍵控系統(tǒng)中，每個(gè)碼元只傳輸帶通二進(jìn)制鍵控系統(tǒng)中，每個(gè)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(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)。利用率，最有效的方法是采用多進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）在）在相同的碼元速率相同的碼元速率下，多進(jìn)制系統(tǒng)的信息下，多進(jìn)制系統(tǒng)的信息速

2、率比二進(jìn)制系統(tǒng)的高。速率比二進(jìn)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(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率比二進(jìn)制的低，占用帶寬更小。則多碼元傳輸速率比二進(jìn)制的低，占用帶寬更小。則多進(jìn)制信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間比二進(jìn)制的長(zhǎng)。則能減小進(jìn)制信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間比二進(jìn)制的長(zhǎng)。則能減小碼間干擾。碼間干擾。MM2logbBRRMsBTR17.4.1 多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制（多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK）的原理）的原理 MASK是利用是利用M進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制載進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制載波的幅度，使載波的幅度隨著基帶信號(hào)的變化而波的幅度，使載波的幅度隨著基帶

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

4、制單極性不歸零脈沖 (b) MASK信號(hào)信號(hào)(a) 基帶多電平單極性不歸零信號(hào)基帶多電平單極性不歸零信號(hào)0010110101011110000t0t0101101010111100基帶信號(hào)是多進(jìn)制雙極性不歸零脈沖基帶信號(hào)是多進(jìn)制雙極性不歸零脈沖 0101101010111100000t(c) 基帶多電平雙極性不歸零信號(hào)基帶多電平雙極性不歸零信號(hào)00000t01011010101111(d) 抑制載波抑制載波MASK信號(hào)信號(hào)抑制載波抑制載波MASK信號(hào)是振幅鍵控和相位鍵控結(jié)合的調(diào)制方式信號(hào)是振幅鍵控和相位鍵控結(jié)合的調(diào)制方式2. MASK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬MASK信號(hào)的信號(hào)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(jìn)制碼元速率。是多進(jìn)制碼元速率。 7.4.2 多進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控多進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控(MFSK) 多進(jìn)制頻率鍵控（多進(jìn)制頻率鍵控（MFSK）是指用）是指用M進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制字基帶信號(hào)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(hào)的變化而變化。隨著數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。在一個(gè)碼元周期之內(nèi)，在一個(gè)碼元周期之內(nèi)，MFSK信號(hào)可以寫(xiě)成信號(hào)可以寫(xiě)成siMFSKTtMitAte0, 2 , 1)cos()(0(1)MFSK信號(hào)的原理及時(shí)間波形信號(hào)的原理及時(shí)間波形 由于由于M進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)有進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)有

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

7、M個(gè)振幅相個(gè)振幅相同、載頻不同、時(shí)間上互不相容的同、載頻不同、時(shí)間上互不相容的2ASK信號(hào)疊加信號(hào)疊加的結(jié)果的結(jié)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(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（移相鍵控）系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（移相鍵控）系統(tǒng) 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制又稱(chēng)多相調(diào)制，它是多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制又稱(chēng)多相調(diào)制，它是利用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制利用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制載波的相位載波的相位，使載波的相位隨著多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的變化使載波的相位隨著多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。而變化。 由于由于M進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)有進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)有M種不同的取種不同的取值，則值，則多進(jìn)

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

9、制碼元的組合來(lái)表示，稱(chēng)為示，稱(chēng)為雙比特碼元雙比特碼元。一個(gè)一個(gè)MPSK信號(hào)碼元可以表示為信號(hào)碼元可以表示為A：常數(shù)常數(shù) k：一組間隔均勻的受調(diào)制相位一組間隔均勻的受調(diào)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(guān)系與載波相位的關(guān)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(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生對(duì)于對(duì)于B方式方式 22,221 , Q t1kkabI t ( )co

11、s() cossin1 ( )cos( )sin2ckkckccce ttatbtI ttQ tt1) 直接調(diào)相法直接調(diào)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(diào)相法產(chǎn)生直接調(diào)相法產(chǎn)生4PSK信號(hào)方框圖信號(hào)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(hào)方框圖信號(hào)方框圖 串/并變換輸入信息選相電路帶 通QPSK信號(hào)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(hào)框圖信號(hào)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(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào) 4PSK信號(hào)可以看作兩個(gè)正交載波的信號(hào)可以看作兩個(gè)正交載波的2PSK信信號(hào)的合成。因此可以采用與號(hào)的合成。因此可以采用與2PSK信號(hào)類(lèi)似的解信號(hào)類(lèi)似的解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)，調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)， 4PSK信號(hào)信號(hào)相干解調(diào)原理相干解調(diào)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(shí)提取圖7-41 QPSK信號(hào)解調(diào)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(dāng)碼元中包含整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)，初始相位相當(dāng)碼元中包含整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)，初始相位相同的相鄰碼元的波形和瞬時(shí)相位才是連續(xù)的。同的相鄰碼元的波形和瞬時(shí)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(gè)碼元中的載波周期數(shù)不是整數(shù)，則即使初若每個(gè)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(shí)相位也可能不連續(xù)。始相位相同，波形和瞬時(shí)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(dāng)相界，當(dāng)相位不連續(xù)位不連續(xù)時(shí)，信號(hào)時(shí)，信號(hào)的頻譜將的頻譜將展寬，包展寬，包絡(luò)也將出絡(luò)也將出現(xiàn)起伏?，F(xiàn)起伏。7.4.4 多進(jìn)制差分相移鍵控多進(jìn)制差分相移鍵控4DPSK 4DPSK信號(hào)是利用前后碼元之間的相對(duì)相信號(hào)是利用前后碼元之間的相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息。位變化來(lái)表示數(shù)字信息。n為當(dāng)前雙比特碼為當(dāng)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(guān)系如書(shū)中表（載波相位的關(guān)系如書(shū)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(diào)：相干解調(diào)： 與與4PSK信號(hào)相干解