數(shù)字信號調(diào)制與解調(diào)技術(shù)論文-副本

1、數(shù)字信號調(diào)制與解調(diào)技術(shù)張海超（天津712）摘要調(diào)制技術(shù)是把基帶信號變換成傳輸信號的技術(shù)。它將模擬信號抽樣量化后，以二進制數(shù)字信號“1”或“0”對光載波進行通斷調(diào)制，并進行脈沖編碼（PCM。數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點是抗干擾能力強，中繼時噪聲及色散的影響不積累，因此可實現(xiàn)長距離傳輸。它的缺點是需要較寬的頻帶，設(shè)備也復(fù)雜。調(diào)制技術(shù)又分為模擬調(diào)制技術(shù)與數(shù)字調(diào)制技術(shù)，其主要區(qū)別是：模擬調(diào)制是對載波信號的某些參量進行連續(xù)調(diào)制，在接收端對載波信號的調(diào)制參量連續(xù)估值，而數(shù)字調(diào)制是用載波信號的某些離散狀態(tài)來表征所傳送信息，在接收端只對載波信號的離散調(diào)制參量進行檢測。與模擬調(diào)制系統(tǒng)中的調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相相對應(yīng)，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中

2、也有幅度鍵控（ASK）、移頻鍵控（FSK）和移相鍵控（PSK）三種方式，其中移相鍵控調(diào)制方式具有抗噪聲能力強、占用頻帶窄的特點，在數(shù)字化設(shè)備中應(yīng)用廣泛，具體的數(shù)字調(diào)制方式有2FSK2ASK2PSKQPSKQAM、GSMKMSK等。數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點是抗干擾能力強，中繼時噪聲及色散的影響不積累，因此可實現(xiàn)長距離傳輸。在現(xiàn)在文明高速發(fā)展的今天，人們越來越離不開數(shù)字信息，數(shù)字通信也越來越重要，因此數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)越來越被廣泛應(yīng)用。由于信道資源的緊張與人們越來越希望更快的通信速度與更好通信質(zhì)量的要求的矛盾，將來必然還要尋找更加好的調(diào)制技術(shù)，它要求功率效率高，頻帶利用率高，并且易于實現(xiàn)，節(jié)能低碳，環(huán)保。激光

3、調(diào)制通信、衛(wèi)星通信、非包包絡(luò)調(diào)制等都是研究方向。數(shù)字調(diào)制解調(diào)的發(fā)展，必定會有力地推進通信、數(shù)字技術(shù)等各個領(lǐng)域的進步。關(guān)鍵字：數(shù)字、調(diào)制方式、解調(diào)方式調(diào)制是將各種基帶信號轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)恼{(diào)制信號（已調(diào)信號或頻帶信號），就是用基帶信號去控制載波信號的某個或幾個參量的變化，將信息荷載在其上形成已調(diào)信號傳輸，而解調(diào)是調(diào)制的反過程，通過具體的方法從已調(diào)信號的參量變化中將恢復(fù)原始的基帶信號。調(diào)制技術(shù)分為模擬調(diào)制技術(shù)與數(shù)字調(diào)制技術(shù)，其主要區(qū)別是：模擬調(diào)制是對載波信號的某些參量進行連續(xù)調(diào)制，在接收端對載波信號的調(diào)制參量連續(xù)估值，而數(shù)字調(diào)制是用載波信號的某些離散狀態(tài)來表征所傳送信息，在接收端只對載波信號的離

4、散調(diào)制參量進行檢測。1934年美國學(xué)者李佛西提出脈沖編碼調(diào)制（PCM的概念，從此之后通信數(shù)字化的時代應(yīng)該說已經(jīng)開始了，但是數(shù)字通信的高速發(fā)展卻是20世紀70年代以后才開始的。隨著時代的發(fā)展，用戶不再滿足于聽到聲音，而且還要看到圖像；通信終端也不局限于單一的電話機，而且還有傳真機和計算機等數(shù)據(jù)終端?，F(xiàn)有的傳輸媒介電纜、微波中繼和衛(wèi)星通信等將更多地采用數(shù)字傳輸。常用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)有2ASK（AmplitudeShiftKeying,幅移鍵控）、4ASK8ASKBIT/SK（PhaseShiftKeying,相移鍵控）、QPSK8PSK2FSK4FSK等，頻帶利用率從1bit/s/Hz3bit/s/

5、Hz。更有將幅度與相位聯(lián)合調(diào)制的QAM（QuadratureAmplitudeModulation,正交振幅調(diào)制）技術(shù)，目前數(shù)字微波中廣泛使用的256QAM其頻帶利用率可達8bit/s/Hz,8倍于2ASK或BIT/SK。此外，還有可采用減小相位跳變的MSe特殊的調(diào)制技術(shù)，為某些專門應(yīng)用環(huán)境提供了強大的工具。近年來，四維調(diào)制等高維調(diào)制技術(shù)的研究也得到了迅速發(fā)展，并已應(yīng)用于高速MODEM,為進一步提高傳輸效率奠定了基礎(chǔ)。數(shù)字通信所能夠達到的傳輸效率遠遠高于模擬通信，調(diào)制技術(shù)的種類也遠遠多于模擬通信，大大提高了用戶根據(jù)實際應(yīng)用需要選擇系統(tǒng)配置的靈活性，除此之外，數(shù)字調(diào)制抗干擾能力強，中繼時噪聲及色

6、散的影響不積累，因此可實現(xiàn)長距離傳輸。在現(xiàn)在文明高速發(fā)展的今天，人們越來越離不開數(shù)字信息，數(shù)字通信也越來越重要，因此數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)越來越被廣泛應(yīng)用:、常用的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)1、幾種基本的調(diào)制技術(shù)ASQ幅移鍵控調(diào)制：根據(jù)信號的不同，調(diào)節(jié)正弦波的幅度。PSK-相移鍵控調(diào)制：載波相位受數(shù)字基帶信號的控制，如二進制基帶信號為0時，載波相位為0,為1時載波相位為冗，載波相位和基帶信號有一一對應(yīng)的關(guān)系。FSK-頻移鍵控法：用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。2、常用的幾種調(diào)制技術(shù)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一個載波上可能有四個輸出相

7、位。因為有四個不同的輸出相位，必須有四個不同的輸入條件，就要采用多于一個輸入位。用二位時有四個可能的條件：00、01、10、11。所以采用QPSK二進制輸入數(shù)據(jù)被合并成兩比特一組，稱為雙比特組，每個雙比特組碼產(chǎn)生4個可能輸出相位中的一個。因此，對于每個兩比特的雙比特組依序進入調(diào)制器，會生成一個輸出變化。輸出端的變化速率（波特率）是1/2的輸入比特率。OQPSK交錯正交相移鍵控QPSK信號，它的頻帶利用率較高，理論值達1b/s/Hz。但當(dāng)碼組0011或0110時，產(chǎn)生180。的載波相位跳變。這種相位跳變引起包絡(luò)起伏，當(dāng)通過非線性部件后，使已經(jīng)濾除的帶外分量又被恢復(fù)出來，導(dǎo)致頻譜擴展，增加對相鄰波

8、道的干擾。為了消除180°的相位跳變，在QPSKS礎(chǔ)上提出了OQPSK制方式。OQPSK是在QPSKS礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種包包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。這里，所謂包包絡(luò)技術(shù)是指已調(diào)波的包絡(luò)保持為恒定，它與多進制調(diào)制是從不同的兩個角度來考慮調(diào)制技術(shù)的。包包絡(luò)技術(shù)所產(chǎn)生的已調(diào)波經(jīng)過發(fā)送帶限后，當(dāng)通過非線性部件時，只產(chǎn)生很小的頻譜擴展。這種形式的已調(diào)波具有兩個主要特點，其一是包絡(luò)恒定或起伏很?。黄涠且颜{(diào)波頻譜具有高頻快速滾降特性，或者說已調(diào)波旁瓣很小，甚至幾乎沒有旁瓣。采用這種技術(shù)已實現(xiàn)了多種調(diào)制方式，OQPSK及本節(jié)以下各部分所討論的數(shù)字調(diào)制技術(shù)都屬于包包絡(luò)調(diào)制技術(shù)。一個已調(diào)波的頻譜特性與其相位路

9、徑有著密切的關(guān)系，因此，為了控制已調(diào)波的頻率特性，必須控制它的相位特性。包包絡(luò)調(diào)制技術(shù)的發(fā)展正是始終圍繞著進一步改善已調(diào)波的相位路徑這一中心進行的。OQPSK也稱為偏移四相相移鍵控(offset-QPSK),是QPSK勺改進型。它與QPSK有同樣的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進行正交調(diào)制。不同點在于它將同相和正交兩支路的碼流在時間上錯開了半個碼元周期。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)，不會發(fā)生兩支路碼元極性同時翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，OQPSKT號相位只能跳變0°、±90°,不會出現(xiàn)180°的相位跳變。OQPSK克服了QPSK

10、勺180°的相位跳變，信號通過BPF后包絡(luò)起伏小，性能得到了改善，因此受到了廣泛重視。但是，當(dāng)碼元轉(zhuǎn)換時，相位變化不連續(xù)，存在90°的相位跳變，因而高頻滾降慢，頻帶仍然較寬。QAM一正交振幅調(diào)制在2ASK系統(tǒng)中，其頻帶利用率是(1/2)b/s/Hz。若利用正交載波技術(shù)傳輸ASK信號，可使頻帶利用率提高一倍。如果再把多進制與正交載波技術(shù)結(jié)合起來，還可進一步提高頻帶利用率。能夠完成這種任務(wù)的技術(shù)稱正交振幅調(diào)制(QAIMQAM是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。該調(diào)制方式通

11、常有二進制QAM4QAM、四進制QAMl6QAM、八進制QAM(64QAM等等，對于4QAM當(dāng)兩路信號幅度相等時，其產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與4PSK相同。QAM®過及調(diào)制振幅又調(diào)制相位，使頻帶利用率得到了了極大的提高。而QAMS統(tǒng)的性能雖比不上QPS舔統(tǒng)，但頻帶禾I用率高于QPSK因此，在頻帶受限系統(tǒng)中，它是一種很有發(fā)展前途的調(diào)制方式。MSK一最小頻移鍵控OQPSK雖然消除了QPSKS號中的l80。相位突變，但并沒有從根本上解決包絡(luò)起伏問題。一種能夠產(chǎn)生恒定包絡(luò)、連續(xù)信號的調(diào)制稱為最小移頻鍵控，常簡記為MSK有時也稱為快速移頻鍵控（FFSK。MSK2FSK的一種特殊情況，它具有

12、正交信號的最小頻差，在相鄰符號交界處相位保持連續(xù)。在一個碼元時間內(nèi)，這類連續(xù)相位FSK（CPFSK可表示為月匚口3+8）當(dāng)日為時間的連續(xù)函數(shù)時，已調(diào)波相位在所有時間上是連續(xù)的。若傳0碼時載頻為叼，傳1碼時載頻為犯，它們相對于未調(diào)載波鞏的偏移為A，上式又可寫為呂5吟Q）=忠閡土A西+日（0）其中比較兩式可以看出，在一個碼元時間內(nèi)，相角臾G=±A於+日8）式中，為初相角，取決于過去碼元調(diào)制的結(jié)果，它的選擇要防止相位的任何不連續(xù)性。對于FSK信號，當(dāng)（為整數(shù)）時，就認為它是正交的。為了提高頻帶利用率,要小，當(dāng)=1時，達最小值，有兀=冗/2或者2zfTb=1/2=»l其中用稱為調(diào)制

13、指數(shù)。由式上式得，頻偏4/=1/4%,頻差2用=1也它等于碼元速率1/之半，這是正交信號的最小頻差。CPFSK勺這種特殊選擇稱為最小頻移鍵控（MSK。由式得=7Tf271假定/0）=0綜上得政二士今工若還假定“+”號對應(yīng)于l碼,該式可寫為號對應(yīng)于0碼，將代人式（5-134）,改看在幾個連續(xù)碼元時間內(nèi)，正斜率直線表示傳1碼時的相位軌跡，負斜率直線表示傳0碼時的相位軌跡。這種由可能的相位軌跡構(gòu)成的圖形稱為相位網(wǎng)格圖。在每一碼元時間內(nèi)，相對于前一碼元載波相位不是增加/2,就是減少/2。在的奇數(shù)倍時刻相位取/2的奇數(shù)倍，在的偶數(shù)倍時刻相位取/2的偶數(shù)倍。因此，MSK波形的相位在每一碼元結(jié)束時必定為/2

14、的整數(shù)倍。由以上討論可知,MSK言號具有如下特點：1 、恒定包絡(luò)，允許用非線性幅度飽和器件放大。42 、連續(xù)相位，使得功率譜密度按f速率降低。功率譜在主瓣以后衰減得較快。113、瞬時頻率總是兩個值之一，瞬時頻移為4Tb,Tb為比特速率。4 、碼元轉(zhuǎn)換時刻，信號的相位是連續(xù)的，或者說，信號的波形沒有突變。5 、頻譜帶寬窄，從而可允許帶通濾波器帶寬較窄。GMSK高斯最小頻移鍵控為了減小已調(diào)波的主瓣寬度和鄰道中的帶外輻射，在TFMM制方式中，調(diào)制前對基帶信號進行了“相關(guān)編碼”處理。如果調(diào)制前對基帶信號進行高斯濾波處理，也能達到上述目的。這就是另一種在移動通信中得到廣泛應(yīng)用的包包絡(luò)調(diào)制方法一一調(diào)制前高

15、斯濾波的最小頻移鍵才$,簡稱高斯最小頻移鍵控，記為GMSKGMSK的基本原理是讓基帶信號先經(jīng)過高斯濾波器濾波，使基帶信號形成高斯脈沖，之后進行MS明制。由于濾波形成的高斯脈沖包絡(luò)無陡峭的邊沿，亦無拐點，所以經(jīng)調(diào)制后的已調(diào)波相位路徑在MSK勺基礎(chǔ)上進一步得到平滑。GMSK信號解調(diào)可采用與MSK®號相同的正交相干解調(diào)方式。實現(xiàn)這種正交相干解調(diào)的關(guān)鍵是恢復(fù)參考載波和時鐘。除此之外，還可采用模擬相加方法解調(diào)。三、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)的選擇與發(fā)展數(shù)字調(diào)制與解調(diào)方式的選擇需要根據(jù)現(xiàn)實需要的具體要求，在各個調(diào)制與解調(diào)方式的優(yōu)缺點上進行取舍。常?？紤]的因素有：接收信噪比、誤比特率（BER的大小、對抗多徑的衰落情況性能、占用最小的帶寬、實現(xiàn)的難易程度以及成本的高低等等。由于信道資源的緊張與人們越來越希望更快的通信速度與更好通信質(zhì)量的要求的矛盾，數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的發(fā)展成為科學(xué)家們迫切追求的一個課題，將來必然還會出現(xiàn)更加好的調(diào)制技術(shù)，它要求功率效率高，