常見數(shù)字調(diào)制方式簡述

1、 常見數(shù)字調(diào)制方式簡述常見數(shù)字調(diào)制方式簡述調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)n調(diào)制調(diào)制是對信號源的編碼信息進(jìn)行處理，是對信號源的編碼信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合傳輸?shù)男问降倪^程。即使其變?yōu)檫m合傳輸?shù)男问降倪^程。即是把基帶信號（信源）轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相是把基帶信號（信源）轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對基帶信號而言頻率非常高的帶通信對基帶信號而言頻率非常高的帶通信號。帶通信號叫做號。帶通信號叫做已調(diào)信號已調(diào)信號，而基帶，而基帶信號叫做信號叫做調(diào)制信號調(diào)制信號。調(diào)制可以通過改。調(diào)制可以通過改變調(diào)制后載波的幅度，相位或者頻率變調(diào)制后載波的幅度，相位或者頻率來實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制n調(diào)制技術(shù)的分類調(diào)制技術(shù)的分類 按照調(diào)制信號的性質(zhì)分為模擬

2、調(diào)制和數(shù)字按照調(diào)制信號的性質(zhì)分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩類調(diào)制兩類n模擬調(diào)制模擬調(diào)制 指調(diào)制信號和載波都是連續(xù)波的調(diào)制方式。指調(diào)制信號和載波都是連續(xù)波的調(diào)制方式。它有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種基本形式它有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種基本形式n數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制 一般指調(diào)制信號是離散的，而載波是連續(xù)一般指調(diào)制信號是離散的，而載波是連續(xù)波的調(diào)制方式。波的調(diào)制方式。各種數(shù)字調(diào)制方式各種數(shù)字調(diào)制方式nASK-ASK-又稱幅移鍵控法。這種調(diào)又稱幅移鍵控法。這種調(diào)制方式是根據(jù)信號的不同，調(diào)節(jié)制方式是根據(jù)信號的不同，調(diào)節(jié)正弦波的幅度。正弦波的幅度。nPSK-PSK-在相移鍵控中，載波相位在相移鍵控中，載波相位受數(shù)字基帶信號的控

3、制，如二進(jìn)受數(shù)字基帶信號的控制，如二進(jìn)制基帶信號為制基帶信號為0 0時(shí)，載波相位為時(shí)，載波相位為0 0，為為1 1時(shí)載波相位為時(shí)載波相位為, ,載波載波各種數(shù)字調(diào)制方式各種數(shù)字調(diào)制方式n相位和基帶信號有一一對應(yīng)的關(guān)相位和基帶信號有一一對應(yīng)的關(guān)系。系。nFSK-FSK-稱頻移鍵控法稱頻移鍵控法, ,就是用數(shù)字就是用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。信號去調(diào)制載波的頻率。nQAM-QAM-又稱正交幅度調(diào)制法。根又稱正交幅度調(diào)制法。根據(jù)數(shù)字信號的不同，不僅載波相據(jù)數(shù)字信號的不同，不僅載波相位發(fā)生變化，而且幅度也變化位發(fā)生變化，而且幅度也變化ASK-數(shù)字幅度調(diào)制二進(jìn)制信號的數(shù)字幅度調(diào)制的數(shù)學(xué)表達(dá)式：其中 =數(shù)

4、字幅度調(diào)制波 A/2=未調(diào)載波幅度（V） =調(diào)制二進(jìn)制信號（V） 載波角頻率（rad/s） )cos(2)(1 )(tAtvtvcmam)(tvam)(tvmcASK-數(shù)字幅度調(diào)制n對于邏輯1輸入， =+1,之前表達(dá)式簡化為： =A )(tvm)cos(211 )(tAtvcam)cos(tcASK-數(shù)字幅度調(diào)制n對于邏輯0輸入而言，則有 =-1，之前表達(dá)式簡化為 =0 )(tvm)cos(211 )(tAtvcamASK-數(shù)字幅度調(diào)制波形圖FSK-頻移鍵控頻移鍵控 頻移鍵控（頻移鍵控（FSKFSK）是一種相對簡單的數(shù)字）是一種相對簡單的數(shù)字調(diào)制，二進(jìn)制調(diào)制，二進(jìn)制FSKFSK基本表達(dá)式為：基

5、本表達(dá)式為： 其中，其中， = =二進(jìn)制二進(jìn)制FSKFSK波形波形 = =載波幅度峰值（載波幅度峰值（V V） = =頻率偏移量峰值（頻率偏移量峰值（HzHz） = =二進(jìn)制輸入調(diào)制信號（二進(jìn)制輸入調(diào)制信號（1）)(2cos)(tftvfVtvmccfsk)(tvfskcV)(tvmfFSK-頻移鍵控頻移鍵控 調(diào)制信號是一個(gè)普通二進(jìn)制波形 ，其中邏輯1=+1，邏輯0=-1。這樣，對于邏輯1輸入， =+1，之前基本表達(dá)式可以寫為：)(tvm2cos)(tffVtvccfskFSK-頻移鍵控頻移鍵控 對邏輯0輸入而言， =-1，基本表達(dá)式可以寫成：)(tvm2cos)(tffVtvccfsk頻移鍵

6、控原理圖 BPSK-二進(jìn)制相移鍵控 采用二進(jìn)制相移鍵控（BPSK），一個(gè)載波頻率可以有兩個(gè)輸出相位。一個(gè)相位輸出代表邏輯1，另一個(gè)代表邏輯0。當(dāng)輸入數(shù)字信號改變狀態(tài)，兩個(gè)角度的輸出載波的相位偏移相差180度。BPSK也可稱為相位反轉(zhuǎn)鍵控（PRK）和雙相調(diào)制。BPSK真值表二進(jìn)制輸入輸出相位邏輯0邏輯1180度0度BPSK相位圖 BPSK星座圖 BPSK調(diào)制器的輸出相位和時(shí)間關(guān)系 QPSK-四相相移鍵控 四相相移鍵控（QPSK），或稱為正交PSK，是另一種角度調(diào)制、等幅數(shù)字調(diào)制形式。采用QPSK，一個(gè)載波上可能有四個(gè)輸出相位。因?yàn)橛兴膫€(gè)不同的輸出相位，必須有四個(gè)不同的輸入QPSK-四相相移鍵控

7、條件，就要采用多于一個(gè)輸入位。用二位時(shí)有四個(gè)可能的條件：00、01、10、11。所以采用QPSK，二進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)被合并成兩比特一組，稱為雙比特組，每個(gè)雙比特組碼產(chǎn)生4個(gè)可能輸出相位中的一個(gè)。因此，對于每個(gè)兩比特的雙比特組依序進(jìn)入調(diào)制器，QPSK-四相相移鍵控 會(huì)生成一個(gè)輸出變化。輸出端的變化速率（波特率）是1/2的輸入比特率。QPSK真值表二進(jìn)制輸入QPSK輸出相位Q I0 00 11 01 1-135度-45度+135度+45度QPSK相位圖 QPSK星座圖 QPSK四相相移鍵控n由星座圖和相位圖可見，QPSK的4個(gè)輸出相位有相等的幅度。等幅的特點(diǎn)是PSK區(qū)別QAM的最重要的特點(diǎn)。同樣，從星

8、座圖中可以看到，通常QPSK兩個(gè)相鄰相位的差值為90度，因此，在傳輸時(shí)QPSK信號也可以相位偏移45度和45度，接收端解碼仍可得到正確的解碼信息。QPSK調(diào)制器輸出相位和時(shí)間關(guān)系圖 8PSK-8相相移鍵控 8PSK有8個(gè)可能的輸出相位。對8個(gè)不同的相位進(jìn)行編碼，輸入比特以每組3比特劃分，又稱3比特組(2的三次方是8)8PSK真值表二進(jìn)制輸入8PSK輸出相位Q I C0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1-112.5度-157.5度-67.5度-22.5度+112.5度+157.5度+67.5度+22.5度8PSK相位圖 8PSK星座圖n 8PSK8相相

9、移鍵控n由相位圖和星座圖可以看出，任意兩個(gè)相鄰相量的夾角是45度，是QPSK的1/2。因此，8PSK信號在傳輸時(shí)幾乎偏移22.5度，但仍可保持其完整性。同樣，每個(gè)相量的大小是相同的，其3比特組條件僅僅包含在信號的相位中。1.307和8PSK8相相移鍵控n0.541只是相對值。只要它們的比是0.541/1.307以及反正切等于22.5度，任何電平都可以使用。例如，如果它們的電平加倍為2.614和1.082盡管相量的大小會(huì)成比例增加，但得到的相位角也不會(huì)改變8PSK調(diào)制器輸出相位與時(shí)間關(guān)系 16PSK-16相相移鍵控 16PSK有16種不同的相位輸出。一個(gè)16PSK調(diào)制器可以將輸入數(shù)據(jù)以4比特為1

10、組劃分（2的4次方是16），稱為4比特組。采用16PSK，相鄰輸出相位的夾角是22.5度。16PSK真值表比特編碼 相位比特編碼 相位0000 11.25度0001 33.75度0010 56.25度0011 78.75度0100 101.25度0101 123.75度0110 146.25度0111 168.75度16PSK真值表比特編碼 相位比特編碼 相位1000 191.25度1001 213.75度1010 236.25度1011 258.75度1100 281.25度1101 303.75度1110 326.25度1111 348.75度16QPSK星座圖 QAM-正交幅度調(diào)制n正交

11、幅度調(diào)制（QAM）是數(shù)字調(diào)制的一種方式，數(shù)字信息包含在發(fā)送載波的幅度和相位內(nèi)。8QAMn與8PSK不同，8QAM調(diào)制器輸出的信號不是一個(gè)等幅信號。8QAM真值表二進(jìn)制輸入8QAM輸出Q I C幅度 相位0 0 00 0 10 1 00 1 10.765V -135度1.848V -135度0.765V -45度1.848V -45度8QAM真值表二進(jìn)制輸入8QAM輸出Q I C幅度 相位1 0 01 0 11 1 01 1 10.765V +135度1.848V +135度0.765V +45度1.848V +45度8QAM相位圖 8QAM星座圖 8QAM輸出相位及幅度-時(shí)間關(guān)系 16QAMn

12、16QAM輸入數(shù)據(jù)以4比特劃分為一組（2的4次方是16）.n和8QAM一樣，它發(fā)送的載波的相位和幅度是可變的。16QAM真值表二進(jìn)制輸入16QAM輸出Q Q I I0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10.311V -135度0.850V -165度0.311V -45度0.850V -15度16QAM真值表二進(jìn)制輸入16QAM輸出Q Q I I0 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 10.850V -105度1.161V -135度0.850V -75度1.161V -45度16QAM真值表二進(jìn)制輸入16QAM輸出Q Q I I1 0 0 01 0 0 11

13、0 1 01 0 1 10.311V +135度0.850V +165度0.311V +45度0.850V +15度16QAM真值表二進(jìn)制輸入16QAM輸出Q Q I I1 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10.850V +105度1.161V +135度0.850V +75度1.161V +45度16QAM相位圖 16QAM星座圖 M元編碼的最小帶寬nM元是指該種調(diào)制方式的可能輸出狀態(tài)為M種，如BPSK中M2，QPSK中M4，8PSK和8QAM中M8，16PSK和16QAM中M16。編碼比特?cái)?shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： MN2logM元編碼的最小帶寬n其中N為該調(diào)制方式下每種狀態(tài)對應(yīng)

14、的編碼比特?cái)?shù)n通過M元數(shù)字調(diào)制載波的所需最小帶寬為： MfBb2logM元編碼的最小帶寬n其中，B最小帶寬（Hz） fb=輸入比特率（b/s） M=輸出狀態(tài)數(shù)（無單位） M元編碼的最小帶寬n由上式可以推算出各種調(diào)制方式所需最小帶寬（假設(shè)輸入比特率fb） 調(diào)制方式調(diào)制方式M最小帶寬最小帶寬BPSKQPSK8PSK16PSK8QAM16QAM24816816fbfb/2fb/3fb/4fb/3fb/4各種調(diào)制方式帶寬效率比較 由之前介紹可知傳輸速率10Mb/s的信號所需的最小帶寬如下：調(diào)制方案最小帶寬（MHz）BPSKQPSK8PSK16QAM1053.332.5各種調(diào)制方式帶寬效率比較n代入公式

15、 帶寬效率=傳輸率/最小帶寬，得到帶寬效率如下： BPSK：帶寬效率=(10Mb/s)/10MHz =1比特/周期 QPSK：帶寬效率=(10Mb/s)/5MHz =2比特/周期各種調(diào)制方式帶寬效率比較n8PSK：帶寬效率=(10Mb/s)/3.33MHz =3比特/周期 16QAM：帶寬效率=(10Mb/s)/2.5MHz =4比特/周期 結(jié)果說明BPSK的帶寬效率最低，而16QAM最高，在相同輸入比特率下，16QAM所需帶寬等于BPSK的1/4PSK誤碼性能n各種多相制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤比特率性能是與星座圖中各點(diǎn)之間的距離有直接關(guān)系。BPSK誤碼區(qū)BPSK誤碼n從BPSK狀態(tài)空間圖上可以看到

16、，對于給定功率電平的兩個(gè)信號點(diǎn)（邏輯1 和邏輯0）有最大間隔（d）。而且一個(gè)BPSK信號狀態(tài)是另一個(gè)狀態(tài)的負(fù)值。如圖示，噪聲相量VN與信號相量VS合成，形成相位偏移角度的信號碼元VSE。如果相位偏移超過正負(fù)90度，信號碼元即偏移到超過閾值進(jìn)入誤碼區(qū)。BPSK誤碼n對BPSK而言，如果產(chǎn)生大于90度的相位偏移，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)誤碼，90度就是BPSK的閾值。PSK系統(tǒng)中，閾值的一般公式是： 其中，M是信號狀態(tài)數(shù)MTPQPSK誤碼區(qū)QPSK誤碼n從圖可以知道，QPSK只允許正負(fù)45度相移。由PSK閾值公式可知，8PSK和16PSK的最大相移分別是正負(fù)22.5度和正負(fù)11.25度。M元PSK系統(tǒng)的誤比特

17、率n一個(gè)M元PSK系統(tǒng)的誤比特率的一般表達(dá)式： )(log1)(2zerfMePM元PSK系統(tǒng)的誤比特率n其中，erf=誤差函數(shù) dxezerfzx022)()(log(sin02NEMMzbM元PSK系統(tǒng)的誤比特率n從以上各式可以得出2、4、8、16、32PSK系統(tǒng)Eb/N0函數(shù)的誤碼性能。nEb是單個(gè)比特能量（J/b）,其值等于載波功率/比特率。nN0是噪聲功率密度（W/Hz），其值等于熱噪聲功率/帶寬nEb/N0等于載噪功率比（帶寬/比特率） QAM誤碼性能nLQAM系統(tǒng)的誤比特率的表達(dá)式為： 其中，erfc(z)是補(bǔ)誤差函數(shù)。 )()1(log1)(2zerfcLLLePQAM誤碼性能ztdtezerfc22)(021logNELLzbQAM誤碼性能n下圖給出4、16、32、64QAM系統(tǒng)E