基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

1、16.1引言引言6.2二進(jìn)制幅二進(jìn)制幅移移鍵控（鍵控（2ASK）6.3二進(jìn)制二進(jìn)制頻移鍵控頻移鍵控（2FSK）6.4二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）6.5二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）6.6 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較6.7多多進(jìn)制數(shù)字鍵控進(jìn)制數(shù)字鍵控6.8 其他其他數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2n數(shù)字?jǐn)?shù)字基帶信號基帶信號由數(shù)據(jù)終端設(shè)備送出，往往含有很低的頻率由數(shù)據(jù)終端設(shè)備送出，往往含有很低的頻率成分甚至有直流分量的原始數(shù)據(jù)信號。成分甚至有直流分量的原始數(shù)據(jù)信號。n數(shù)字?jǐn)?shù)字基帶信號的局限基帶信號的局限數(shù)字?jǐn)?shù)字基帶信號的功率譜集中于低

2、頻段基帶信號的功率譜集中于低頻段,所以所以只適合在低通信道中傳輸只適合在低通信道中傳輸, 而不適合在頻率而不適合在頻率較高的帶通信道中較高的帶通信道中傳輸傳輸。n數(shù)字基帶信號的目的數(shù)字基帶信號的目的為為使數(shù)字信號能在帶通信道中傳輸，必須將使數(shù)字信號能在帶通信道中傳輸，必須將其其功率譜從功率譜從低頻段低頻段搬移到較高的頻率搬移到較高的頻率。3n數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制用基帶數(shù)字信號控制高頻載波，把基帶數(shù)字信號變換為頻帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制 。n數(shù)字解調(diào)數(shù)字解調(diào)把頻帶數(shù)字信號還原為基帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字解調(diào)。4n數(shù)字調(diào)制技術(shù)可分為兩種類型：數(shù)字調(diào)制技術(shù)可分為兩種類型：u利用利用模擬方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字

3、式調(diào)制，即把數(shù)字模擬方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制，即把數(shù)字基帶信號當(dāng)作模擬信號的特殊情況來處理；基帶信號當(dāng)作模擬信號的特殊情況來處理；u利用數(shù)字信號的離散取值特點(diǎn)鍵控載波利用數(shù)字信號的離散取值特點(diǎn)鍵控載波(正正弦波弦波)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。l第二第二種技術(shù)通常稱為鍵控法，比如對載種技術(shù)通常稱為鍵控法，比如對載波的振幅、頻率及相位進(jìn)行鍵控，便可波的振幅、頻率及相位進(jìn)行鍵控，便可獲得振幅鍵控（獲得振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控）、頻移鍵控（FSK）及相移鍵控（）及相移鍵控（PSK）調(diào)制方式。）調(diào)制方式。l鍵控法調(diào)制源鍵控法調(diào)制源: 碼元碼元, 不是比特不是比特!5n三種基本數(shù)字調(diào)制方式的

4、典型波形三種基本數(shù)字調(diào)制方式的典型波形1010ttt振幅鍵控ASK頻移鍵控FSK相移鍵控PSK67n二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）n實(shí)現(xiàn)方式、解調(diào)方法n時域、頻域表達(dá)式n典型波形、傳輸帶寬n抗噪聲性能即：系統(tǒng)如何工作，抗噪聲性能如何（誤碼率）2010 Copyright SCUT DT&P Labs782010 Copyright SCUT DT&P Labs8 n 基帶信號：正線載波的有無受到信碼控制，當(dāng)信碼為1時，ASK的波形是若干個周期的高頻等幅度（這里為兩個周期），當(dāng)信碼為0是，ASK信號波形是0電平。 2ASK信號：( )()nss ta g tnT0,1,(1-)nPa

5、P概率為概率為 0coscets tt0( )()cosnscne ta g tnTtu設(shè)信息源發(fā)出消息代碼設(shè)信息源發(fā)出消息代碼an是由二進(jìn)制符是由二進(jìn)制符號號1、0組成的序列，假定符號組成的序列，假定符號1出現(xiàn)的概出現(xiàn)的概率為率為P，符號，符號0出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為1-P，它們彼此，它們彼此獨(dú)立。獨(dú)立。Ts是二進(jìn)制基帶信號時間間隔，是二進(jìn)制基帶信號時間間隔，g(t)是持續(xù)時間為是持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖的矩形脈沖:1, 0( )0,sTg t其他2( )cos()cosASKcnScnes tta g tnTtu二進(jìn)制二進(jìn)制幅幅移移鍵控鍵控(2ASK)信號可表示信號可表示為為9n一種最簡單常

6、用的一種最簡單常用的二進(jìn)制幅二進(jìn)制幅移移鍵控鍵控(2ASK) (通常通常稱為通斷鍵控稱為通斷鍵控OOK) (On Off Keying)其中其中g(shù)(t)是高度為是高度為1寬度為寬度為Ts的矩形脈沖，的矩形脈沖，其其波形如圖波形如圖cos,10,10( )cOOKAtPPet以概率發(fā)送“ ”時以概率發(fā)送“ ”時1,10,10nPPa以概率發(fā)送“ ”時以概率發(fā)送“ ”時10 2ASK/OOK 2ASK/OOK信號的時間信號的時間波形波形1111100000tS(t)t載波信號tOOK信號Ts11n 二進(jìn)制二進(jìn)制幅幅移移鍵控（鍵控（2ASK） 的基本的基本原理原理l2ASK信號的碼元信號的碼元“1”

7、和和“0”分別用兩個分別用兩個不同的振幅不同的振幅 A 和和 0 表示。表示。l2ASK信號的頻率和初始相位保持不變。信號的頻率和初始相位保持不變。l2ASK信號的時域表達(dá)式信號的時域表達(dá)式l通常稱為通斷鍵控通常稱為通斷鍵控OOK (On Off Keying)。cos,10,10( )cOOKAtPPet以概率為發(fā)送“ ”時以概率為發(fā)送“ ”時12n 2ASK信號的信號的產(chǎn)生產(chǎn)生2ASK信號 sASK(t)基帶信號s(t) 載波信號cos(0t)基帶信號s(t)載波信號cos(0t)2ASK信號 sASK(t)u模擬信號模擬信號調(diào)制調(diào)制法法(相乘法相乘法)：u數(shù)字鍵控法：數(shù)字鍵控法：13n

8、2ASK信號的信號的解調(diào)解調(diào)帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖輸出)(2teASKabcd帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖輸出)(2teASKtccosu非非相干解調(diào)相干解調(diào)包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波u相干相干解調(diào)解調(diào)同步檢測波同步檢測波142ASK2ASK非相干解調(diào)時間波形非相干解調(diào)時間波形圖圖由于由于ASKASK調(diào)制技術(shù)主要依賴振幅來識別比特，并調(diào)制技術(shù)主要依賴振幅來識別比特，并且受噪聲影響最大，目前已較少應(yīng)用且受噪聲影響最大，目前已較少應(yīng)用。15162010 Copyright SCUT DT&P Labs16n 2ASK信號的功率譜：實(shí)際是信碼波形與高頻載波相乘

9、 設(shè)基帶信號 的功率譜為 2ASK信號 的功率譜為 則： s t SPf EPf 0coscets tt1( )()()4EScScPfPffPff17：2010 Copyright SCUT DT&P Labs17n 2FSK信號的時域表達(dá)式信號的時域表達(dá)式數(shù)字信號數(shù)字信號 1 和和 0 分別分別對應(yīng)于載波頻率對應(yīng)于載波頻率 f1和和f0。112FSK00cos(),1( )cos(),0AtetAt 發(fā)發(fā)送送“ ”時時發(fā)發(fā)送送“ ”時時n 2FSK定義定義用用基帶數(shù)字信號控制載波頻率，稱為頻移鍵基帶數(shù)字信號控制載波頻率，稱為頻移鍵控。當(dāng)傳送控。當(dāng)傳送“1”碼時送出一個頻率碼時送出一

10、個頻率 ，傳送，傳送“0”碼時送出另一個頻率碼時送出另一個頻率 ，稱為二元，稱為二元頻移鍵頻移鍵控控(2FSK)。18192010 Copyright SCUT DT&P Labs19n 若記 則有( )()nss ta g tnT( )()nss ta g tnT nnttsttste210coscos2FSK2FSK信號的時間波形信號的時間波形圖圖一個一個2FSK2FSK信號可看成是兩個不同載頻的信號可看成是兩個不同載頻的2ASK2ASK信信號的疊加號的疊加。202FSK2FSK信號可表達(dá)式為：信號可表達(dá)式為： 2FSK12( )() cos()() cos()nsnnnsnnet

11、a g tnTta g tnTt 其中其中g(shù)(t)是單個矩形脈沖，脈寬為是單個矩形脈沖，脈寬為Ts， 是是 的反碼，的反碼，當(dāng)當(dāng) 時，時， 當(dāng)當(dāng) 時，時， 。 和和 分別分別為第為第n個個信號碼元信號碼元1和和0的初相位，常令為的初相位，常令為0。na1na 0,na 1na 1na n 2FSK2FSK信號的表達(dá)式簡化為：信號的表達(dá)式簡化為： 2FSK1122( )( )cos( )cosets tts tt 其中，其中，12( )(),( )()nsnsnns ta g tnTsta g tnT nan 21222010 Copyright SCUT DT&P Labs22n 2F

12、SK實(shí)現(xiàn)方案： (a)采用變?nèi)荻O管 模擬調(diào)頻實(shí)現(xiàn) (b)采用開關(guān)電路實(shí)現(xiàn) 通過鍵控法實(shí)現(xiàn)n 2FSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生u模擬模擬調(diào)頻電路：調(diào)頻電路：調(diào)頻器A(t)s2FSK(t)振蕩器1f1反相器振蕩器2f2選通開關(guān)選通開關(guān)相加器基帶信號)(2teFSKu鍵鍵控法控法：在二進(jìn)制基帶矩形脈沖序列的控制下在二進(jìn)制基帶矩形脈沖序列的控制下通過開關(guān)電路對兩個不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通過開關(guān)電路對兩個不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通，通，使得使得T Ts s在在每一個每一個碼元期間輸出碼元期間輸出 f1 1或或 f2 2 兩兩個個載波之一載波之一。23n 2FSK信號的解調(diào)方法信號的解調(diào)方法u 2FSK信號的

13、信號的非相干非相干解調(diào)解調(diào)帶通濾波器帶通濾波器抽樣判決器輸出包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器12)(2teFSK定時脈沖u2FSK信號的信號的相干解調(diào)相干解調(diào)帶通濾波器帶通濾波器抽樣判決器輸出低通濾波器低通濾波器12)(2teFSK定時脈沖相乘器相乘器t1cost2cos24u過過零檢測零檢測法法通過通過檢測過零點(diǎn)數(shù)目的多少，從而區(qū)分兩個檢測過零點(diǎn)數(shù)目的多少，從而區(qū)分兩個不同頻率的信號不同頻率的信號碼元碼元。限 幅微 分整 流脈 沖展 寬輸 出低 通)(2teFSKabcdef2FSK2FSK信號的過零檢測法信號的過零檢測法原理圖原理圖252FSK信號的過零檢測法各點(diǎn)時間波形信號的過零檢測法各點(diǎn)時間波形單

14、位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點(diǎn)的次數(shù)多少，單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點(diǎn)的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的可以用來衡量頻率的高低。高低。26272010 Copyright SCUT DT&P Labs27 若滿足條件 ，正交的條件 簡化為 此時，滿足s1和s2正交的最小頻率間隔為 ，若記 2FSK信號的帶寬為： 其中 B 是基帶脈沖信號 的帶寬。0bTff2121012cossin2sincos2121bbTffTffbbTkffTff202sin212121fffBfBFSK22 tg28通 信 原 理28 fbO fb f Pg( f )(a) f2 f1Ofbf1 f2 f1f2fb f(b) PF

15、SK( f )基帶信號功基帶信號功率譜密度率譜密度29通 信 原 理29)( fpEsf8 .0sf20fsff 0sff 0sff20sff202210fff30通 信 原 理30v2PSK波形波形原始信息原始信息tt2PSKt載波載波100110 二進(jìn)制二進(jìn)制相移鍵控也稱相移鍵控也稱2 2相絕對相絕對PSKPSK（2PSK2PSK）通）通常用初始相位常用初始相位0 0和和分別表示二進(jìn)制的分別表示二進(jìn)制的“0 0”和和“1 1”，2PSK2PSK信號的時域表達(dá)式信號的時域表達(dá)式為為2PSK( )cos()cnetAt其中其中 為為第第n n個符號的絕對個符號的絕對相位相位, ,即即n0,0,

16、1n發(fā)送“ ”時發(fā)送“”時c2PSKcAcost,P( )Acost,Pet以概率為 發(fā)送1以概率為1- 發(fā)送0因此又有因此又有2PSK2PSK信號信號時間波形：時間波形：1101t0sTn 2 2PSKPSK信號的時域表達(dá)式信號的時域表達(dá)式31n 2PSK信號的調(diào)制信號的調(diào)制u模擬模擬調(diào)制法調(diào)制法(相乘器法相乘器法)u數(shù)字?jǐn)?shù)字鍵控法鍵控法乘 法 器)(2tePSK雙 極 性不 歸 零tccos)(ts碼 型 變 換tccos)(t s)(2tePSK開 關(guān) 電 路移 相0180032n 2PSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)u相干相干解調(diào)解調(diào)法法帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖輸出)(2t

17、ePSKtccosabcde 由于由于在在2PSK2PSK信號的載波恢復(fù)過程中存在著信號的載波恢復(fù)過程中存在著180180o o的相位的相位模糊（模糊（phase ambiguityphase ambiguity）, ,即恢復(fù)得到的本地載波與所即恢復(fù)得到的本地載波與所需的相干載波有可能同相，也有可能反相，這種相位關(guān)需的相干載波有可能同相，也有可能反相，這種相位關(guān)系的不確定性將會造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的系的不確定性將會造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好相反數(shù)字基帶信號正好相反，即，即判決器輸出的數(shù)字信號全部判決器輸出的數(shù)字信號全部相反。這種相反的現(xiàn)象稱為相反。這種相反的現(xiàn)象

18、稱為2PSK2PSK方式的方式的“倒倒現(xiàn)象現(xiàn)象”或或“反相工作反相工作”。332PSK2PSK信號相干解調(diào)法各點(diǎn)時間波形如信號相干解調(diào)法各點(diǎn)時間波形如圖圖34 為了為了克服了克服了2 2PSKPSK容易容易導(dǎo)致解調(diào)過程中出現(xiàn)的導(dǎo)致解調(diào)過程中出現(xiàn)的“倒倒現(xiàn)現(xiàn)象象”，提出了，提出了二進(jìn)制差分相移鍵控二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)方法。它是方法。它是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，故又稱為相對相移鍵控。故又稱為相對相移鍵控。0,0,1傳送數(shù)字信息“ ”時傳送數(shù)字信息“”時n 2DPSK的時域表示的時域表示 假設(shè)假設(shè) 為為當(dāng)前碼元與前一

19、碼元的載波相位差，當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差，可定義一種數(shù)字信息與可定義一種數(shù)字信息與 之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為 2DPSK信號可以表示為信號可以表示為 c=2 fc為為載波的載波的角頻率角頻率; 為前一碼元的為前一碼元的相位。相位。2DPSK( )cos(+)cett352DPSK2DPSK信號的時間波形信號的時間波形圖圖基帶信號101101001110000 2DPSK信號 0000002DPSK信號 00000036n 2DPSK信號的調(diào)制信號的調(diào)制tccos) (t s) (2teD P S K開 關(guān) 電 路移 相018 00碼 變 換n 傳號傳號差分碼的編碼差分碼的編碼規(guī)則規(guī)則1

20、nnnbab1nnnbba反之反之，可任意設(shè)定可任意設(shè)定, ,而而 為為為模為模2 2加加, ,最初的最初的的的前前n 1bn 1bnb37一碼元一碼元，n 2DPSK信號的解調(diào)帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖輸出)(DPSK2tetccos碼反變換器abcdefu相干解調(diào)abcdtte110t10101t000111f10(相 對 碼 ）(絕 對 碼 ）38u差分差分相干解調(diào)（相位比較法）相干解調(diào)（相位比較法）帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖輸出)(DPSK2te延遲Tsabcde 用用相位比較法解調(diào)時，不需要專門的相干相位比較法解調(diào)時，不需要專門的相干載波，只需用收

21、到的載波，只需用收到的2DPSK2DPSK信號延時一個碼元信號延時一個碼元間隔間隔T Ts s，然后與然后與2DPSK2DPSK信號本身相乘即可。信號本身相乘即可。392DPSK2DPSK信號差分相干解調(diào)過程中各點(diǎn)時間波形圖信號差分相干解調(diào)過程中各點(diǎn)時間波形圖40n 對對信道特性變化的信道特性變化的敏感性敏感性2FSK：不需要人為地設(shè)置判決門限，判決器會根據(jù)上不需要人為地設(shè)置判決門限，判決器會根據(jù)上 下兩個支路解調(diào)輸出樣值的大小來判決下兩個支路解調(diào)輸出樣值的大小來判決“0”或或“1”，2FSK系統(tǒng)對信道的變化不敏感。系統(tǒng)對信道的變化不敏感。2PSK：當(dāng)發(fā)送不同符號的概率相等時，判決器的最佳當(dāng)發(fā)

22、送不同符號的概率相等時，判決器的最佳判決門限為零，與接收機(jī)輸入信號的幅度無關(guān)，因此，判決門限為零，與接收機(jī)輸入信號的幅度無關(guān)，因此，判決門限不隨信道特性的變化而變化，接收機(jī)總能保持判決門限不隨信道特性的變化而變化，接收機(jī)總能保持工作在最佳判決門限狀態(tài)。工作在最佳判決門限狀態(tài)。2ASK：判決器的最佳判決門限與接收機(jī)輸入信號的幅判決器的最佳判決門限與接收機(jī)輸入信號的幅度有關(guān)系。例如，接收機(jī)輸入信號的幅度將隨著信道特度有關(guān)系。例如，接收機(jī)輸入信號的幅度將隨著信道特性的變化而發(fā)生變化，導(dǎo)致最佳判決門限也將隨之而變，性的變化而發(fā)生變化，導(dǎo)致最佳判決門限也將隨之而變，這樣接收機(jī)就不容易保持在最佳判決門限狀

23、態(tài)，這樣接收機(jī)就不容易保持在最佳判決門限狀態(tài)，2ASK對信道特性變化敏感，性能最差。對信道特性變化敏感，性能最差。41n頻帶寬度頻帶寬度的的比較比較當(dāng)當(dāng)信號的碼元寬度為信號的碼元寬度為TsTs時，時，2ASK、2PSK 以以及及2DPSK系統(tǒng)的頻帶寬度均近似為系統(tǒng)的頻帶寬度均近似為 , ,即即 s2/T2ASK2PSK2sBBT而而2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為系統(tǒng)的頻帶寬度近似為：2FSK212sBffT2FSK2FSK系統(tǒng)的頻帶要求寬，而頻帶利用率最低，系統(tǒng)的頻帶要求寬，而頻帶利用率最低，多用于低速傳輸。而多用于低速傳輸。而2PSK2PSK的頻帶利用率高，的頻帶利用率高，多用于較高速傳輸。多

24、用于較高速傳輸。42n 誤碼率誤碼率的比較的比較43 對于對于同一調(diào)制方式，采用相干解調(diào)方式的同一調(diào)制方式，采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率。誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率。 若若信噪比信噪比r r一定，一定，2PSK2PSK系統(tǒng)的誤碼率比系統(tǒng)的誤碼率比2FSK2FSK的小，的小，2FSK2FSK系統(tǒng)的誤碼率比系統(tǒng)的誤碼率比2ASK2ASK的小。的小。 在在抗加性高斯白噪聲方面，抗加性高斯白噪聲方面，2ASK2ASK性能最差，性能最差，2FSK2FSK稍好，相干稍好，相干2PSK2PSK的性能最好。的性能最好。44630369121518110 110 210 31

25、0 410 510 610 7信噪比 r (dB)Pe相干2DPSK非相干2DPSK相干2PSK相干FSK非相干FSK相干ASK非相干ASK 在在相同的信噪比相同的信噪比r r下，相干解調(diào)的下，相干解調(diào)的2PSK2PSK系系統(tǒng)的誤碼率最??！統(tǒng)的誤碼率最小！誤碼率曲線誤碼率曲線45n引言引言u二進(jìn)制中，每碼元傳輸二進(jìn)制中，每碼元傳輸1比特信息；比特信息；uM 進(jìn)制中進(jìn)制中,每碼元傳輸傳輸每碼元傳輸傳輸 k 比特的信息比特的信息，uk = log2 M或或M = 2 ku二進(jìn)制鍵控信號的信噪比為二進(jìn)制鍵控信號的信噪比為uM 進(jìn)制進(jìn)制(即即 k 比特比特)鍵控信號的信噪比為鍵控信號的信噪比為222n

26、Arkrrb46n多進(jìn)制幅移鍵控多進(jìn)制幅移鍵控( (MASKMASK) )又稱為多電平調(diào)制，是又稱為多電平調(diào)制，是一種基帶多進(jìn)制信號。它是二進(jìn)制幅移鍵控調(diào)一種基帶多進(jìn)制信號。它是二進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制方式的推廣，使用單極性多電平信號去鍵控制方式的推廣，使用單極性多電平信號去鍵控載波，就得到載波，就得到MASKMASK信號。信號。多進(jìn)制單極多進(jìn)制單極性不歸零脈性不歸零脈沖基帶信號：沖基帶信號：多進(jìn)制單極多進(jìn)制單極性不歸零脈性不歸零脈沖沖MASKMASK信號：信號：47多進(jìn)制雙極性多進(jìn)制雙極性不歸零脈沖基不歸零脈沖基帶信號帶信號多進(jìn)制雙極性多進(jìn)制雙極性不歸零脈沖抑不歸零脈沖抑制載波制載波MASK信號信

27、號48n頻帶頻帶利用率利用率 對于對于基帶信號，信道頻帶利用率最高可達(dá)基帶信號，信道頻帶利用率最高可達(dá)2b/s2b/sHzHz，即，即每赫帶寬每秒可以傳輸每赫帶寬每秒可以傳輸2b2b的信息。的信息。由于由于2ASK2ASK信號的帶寬是基帶信號的信號的帶寬是基帶信號的2 2倍，故其倍，故其頻帶利用率最高是頻帶利用率最高是1b/s1b/sHzHz，而，而MASKMASK信號的帶信號的帶寬和寬和2ASK2ASK信號的帶寬相同，因此信號的帶寬相同，因此MASKMASK信號的頻信號的頻帶利用率可以超過帶利用率可以超過1b/s1b/sHzHz。n載波功率載波功率 二進(jìn)制二進(jìn)制抑制載波雙邊帶信號與不抑制載波

28、抑制載波雙邊帶信號與不抑制載波的信號相比，可以節(jié)省載波功率。多進(jìn)制的抑的信號相比，可以節(jié)省載波功率。多進(jìn)制的抑制載波制載波MASK信號同樣可以節(jié)省載波功率。信號同樣可以節(jié)省載波功率。496.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)n 基本原理基本原理MPSKMPSK信號碼元表示式為信號碼元表示式為0( )cos(),1,2,kks tAtkML其中其中A為信號的振幅為信號的振幅, ,為常數(shù)；通常為常數(shù)；通常M取?。?，k為正整數(shù)；為正整數(shù)； 為受調(diào)制的相位為受調(diào)制的相位, , 其其值決定于基帶碼元的取值值決定于基帶碼元的取值, ,可表示為可表示為2(1) ,1,2,kkkMMLkM2k

29、50。由于相位為由于相位為 的矢量相位偏離不超過以的矢量相位偏離不超過以 為中為中心的的心的的 范圍范圍，才能做出正確的判決，因，才能做出正確的判決，因此圖中陰影表示當(dāng)發(fā)送信號的相位為此圖中陰影表示當(dāng)發(fā)送信號的相位為 時，時，能夠正確接收的相位范圍在能夠正確接收的相位范圍在 內(nèi)內(nèi)。 k/Mk10/86.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)51當(dāng)當(dāng)A=1A=1時時, ,將將MPSK信號碼元表示式展開寫信號碼元表示式展開寫成成其中其中 000( )cos()cossinkkkks ttatbtcos ,sinkkkkab 稱為初始相位，常簡稱為相位，把稱為初始相位，常簡稱為相位，把 稱

30、為信號的瞬時相位稱為信號的瞬時相位。k0()kt 當(dāng)當(dāng)每個碼元中包含整數(shù)個載波周期時，初始相每個碼元中包含整數(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位相同的相鄰碼元的波形和瞬時相位才是連續(xù)的連續(xù)的。 由由上式看出，上式看出，MPSKMPSK信號碼元可看作是兩個正交信號碼元可看作是兩個正交的的MASKMASK信號碼元之和。因此其帶寬和后者的帶寬信號碼元之和。因此其帶寬和后者的帶寬相同。相同。6.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)52n MPSK的編碼方法的編碼方法 4PSK常稱為正交相移鍵控（常稱為正交相移鍵控（ QPSK）。）。 4PSK的每個碼元含有的每個碼元

31、含有2b的信息，發(fā)送的碼元的信息，發(fā)送的碼元序列在編碼時需要先將每兩個比特分成一個雙比序列在編碼時需要先將每兩個比特分成一個雙比特組特組ab，以編碼成，以編碼成4種排列，即種排列，即00、01、10和和11，然后用然后用4種相位去表示種相位去表示4種排列。種排列。 通常通常用格雷碼來安排各種排列的相位之間的用格雷碼來安排各種排列的相位之間的關(guān)系關(guān)系。 QPSK信號的一種編碼方案abkabk0100 009001018001127006.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)53采用格雷碼來安排采用格雷碼來安排QPSK信號相位之間關(guān)系的信號相位之間關(guān)系的好處在于相鄰相位所代表的兩個比特

32、只有一位好處在于相鄰相位所代表的兩個比特只有一位不同，所以這樣的格雷碼編碼可使總誤比特率不同，所以這樣的格雷碼編碼可使總誤比特率降低。降低。n QPSK信號矢量圖格雷碼的編碼方法？6.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)54格雷格雷碼碼編碼規(guī)則編碼規(guī)則序號格雷碼二進(jìn)制碼0000000001000100012001100103001000114011001005011101016010101107010001118110010009110110011011111010111110101112101011001310111101141001111015100011116.7.2 多進(jìn)制

33、相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)55 若要若要產(chǎn)生產(chǎn)生3位格雷碼，只需要將序號為位格雷碼，只需要將序號為0-3的的2位格雷碼按位格雷碼按3-0的次序?qū)懗鲂蛱柕拇涡驅(qū)懗鲂蛱?-7的碼組，并在的碼組，并在序號為序號為0-3的格雷碼組前加一個的格雷碼組前加一個“0”，在序號，在序號為為4-7的碼組前加一個的碼組前加一個“1”，即可得出，即可得出3位的格位的格雷碼。雷碼。 同理同理，若要產(chǎn)生，若要產(chǎn)生4位的格雷碼，則可以在位的格雷碼，則可以在3位位格雷碼的基礎(chǔ)上，將序號為格雷碼的基礎(chǔ)上，將序號為0-7的格雷碼按的格雷碼按7-0的的次序?qū)懗鲂蛱枮榇涡驅(qū)懗鲂蛱枮?-15的碼組，并在序號為的碼組，并在序號

34、為0-7的的格雷碼組前加一個格雷碼組前加一個“0”，在序號為，在序號為8-15的碼組的碼組前加一個前加一個“1”，即可得出，即可得出4位的格雷碼。位的格雷碼。n 格雷碼的產(chǎn)生格雷碼的產(chǎn)生方法方法6.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)56n QPSK的調(diào)制的調(diào)制原理原理u 相乘相乘電路電路法法6.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)57輸入的基帶信號輸入的基帶信號A(t)是二進(jìn)制不歸零雙極性碼元，是二進(jìn)制不歸零雙極性碼元，它被它被“串串/并變換并變換”電路分為兩路碼元電路分為兩路碼元a和和b，且，且其中的每個碼元持續(xù)時間是輸入碼元的其中的每個碼元持續(xù)時間是輸入碼元的2倍

35、。倍。6.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)58l矢量矢量a(1)和和a(0)分別代表了分別代表了a路信號碼元二進(jìn)制的路信號碼元二進(jìn)制的“1”和和“0”；b(1)和和b(0)分別代分別代表了表了b路信號碼元二進(jìn)制的路信號碼元二進(jìn)制的“1”和和“0”。圖中實(shí)線矢。圖中實(shí)線矢量代表了這兩路信號在相加量代表了這兩路信號在相加電路中相加后得到的輸出矢電路中相加后得到的輸出矢量量s(t)，每個矢量代表，每個矢量代表2b。l二進(jìn)制信號碼元二進(jìn)制信號碼元“0”和和“1”在相乘電路中與在相乘電路中與不歸零雙極性矩形脈沖振幅的關(guān)系如下：不歸零雙極性矩形脈沖振幅的關(guān)系如下： 二進(jìn)制二進(jìn)制碼元碼元“1

36、”雙極性脈沖雙極性脈沖“+1”； 二進(jìn)制二進(jìn)制碼元碼元“0”雙極性脈沖雙極性脈沖“-1”。6.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)59u選擇法選擇法6.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)60n QPSK的解調(diào)的解調(diào)原理原理u用用兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易地分離這兩路正交的地分離這兩路正交的2PSK信號，相干解調(diào)后信號，相干解調(diào)后的兩路并行碼元的兩路并行碼元a和和b，經(jīng)過并，經(jīng)過并/串變換后，最串變換后，最終成為串行數(shù)據(jù)終成為串行數(shù)據(jù)輸出。輸出。6.7.2 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)61n 基本原理基本原理QD

37、PSKQDPSK編碼編碼規(guī)則規(guī)則ababABAB009001350101800225001004501127003150kkl 與與QPSKQPSK相比，相比，MDPSKMDPSK所要做的改變僅僅是把其所要做的改變僅僅是把其中的參考相位當(dāng)作是前一碼元的相位，把相中的參考相位當(dāng)作是前一碼元的相位，把相移當(dāng)作是相對于前一碼元相位的相移。移當(dāng)作是相對于前一碼元相位的相移。l 相位相位變化變化 的的A方式和方式和B方式區(qū)別僅在于兩方式區(qū)別僅在于兩者相差者相差450 0；而且兩者和格雷碼雙比特組間；而且兩者和格雷碼雙比特組間的對應(yīng)關(guān)系也不是唯一的對應(yīng)關(guān)系也不是唯一的。的。k6.7.3 多進(jìn)制差分相移鍵控

38、（多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）62n QDPSKQDPSK的編碼調(diào)制的編碼調(diào)制法則法則 u 相乘相乘電路電路法法a a和和b為輸入基帶信號為輸入基帶信號A(t)經(jīng)過串經(jīng)過串/并變換后的一對碼并變換后的一對碼元，但是它必需經(jīng)過碼變元，但是它必需經(jīng)過碼變換器變換成相對碼換器變換成相對碼c和和d后后才能與載波相乘。而才能與載波相乘。而c和和d對載波的相乘實(shí)際上是完對載波的相乘實(shí)際上是完成絕對相移鍵控。成絕對相移鍵控。6.7.3 多進(jìn)制差分相移鍵控（多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）63前一時刻輸入的一對碼元當(dāng)前時刻輸入的一對碼元當(dāng)前時刻應(yīng)當(dāng)給出的逆變換后的一對碼元ck-1dk-1ck dkakbk

39、000011011000110110010011011010010011110011011011001001100011011001101100QDPSK碼變換碼變換關(guān)系關(guān)系 6.7.3 多進(jìn)制差分相移鍵控（多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）64u選擇法選擇法6.7.3 多進(jìn)制差分相移鍵控（多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）65n QDPSK的解調(diào)方法的解調(diào)方法u 極性極性比較法比較法 與與QPSK信號的極性比較法解調(diào)原理相似，只信號的極性比較法解調(diào)原理相似，只是在最后的是在最后的“并并/串變換串變換”之前多了一步之前多了一步“逆碼逆碼變換變換”，將相對碼變成絕對碼。，將相對碼變成絕對碼。6.7.

40、3 多進(jìn)制差分相移鍵控（多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）66逆碼變化器逆碼變化器原理圖原理圖6.7.3 多進(jìn)制差分相移鍵控（多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）67QDPSK逆碼變換逆碼變換關(guān)系關(guān)系 110kkcd11kkkkkkaccbdd111kkcd11kkkkkkaddbcc 當(dāng)當(dāng) 時時： 當(dāng) 時：6.7.3 多進(jìn)制差分相移鍵控（多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）68上下支路抽樣判決上下支路抽樣判決規(guī)則規(guī)則信號碼元相位上支路輸出下支路輸出判決器輸出cd00+00900+-011800-112700-+10k在在抽樣判決時，把正電壓判為二進(jìn)制碼元抽樣判決時，把正電壓判為二進(jìn)制碼元“0”，負(fù)電壓

41、判為，負(fù)電壓判為“1”，即，即“+”二進(jìn)制二進(jìn)制碼元碼元“0”；“-”二進(jìn)制碼元二進(jìn)制碼元“1”。6.7.3 多進(jìn)制差分相移鍵控（多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）69u相位比較法相位比較法QDPSK和和2DPSK信號相位比較法的解調(diào)原理信號相位比較法的解調(diào)原理相似，只是相似，只是QDPSK的接收信號中包含兩路正交的接收信號中包含兩路正交的已調(diào)載波，故需要用兩個支路分別進(jìn)行差分的已調(diào)載波，故需要用兩個支路分別進(jìn)行差分相干解調(diào)。相干解調(diào)。6.7.3 多進(jìn)制差分相移鍵控（多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）706.7.4 多進(jìn)制頻移鍵控（多進(jìn)制頻移鍵控（MFSK)n 基本原理基本原理 多進(jìn)制頻移鍵控（多

42、進(jìn)制頻移鍵控（MFSKMFSK）方法是）方法是2FSK2FSK方法的方法的簡單推廣。在簡單推廣。在4進(jìn)制頻移鍵控（進(jìn)制頻移鍵控（4FSK）中采用）中采用4個不同的頻率分別表示個不同的頻率分別表示4進(jìn)制的碼元，每個碼進(jìn)制的碼元，每個碼元含有元含有2b的信息。的信息。71MFSK所占所占帶寬帶寬uMFSK和和2FSK均要求每個載頻之間的距離足均要求每個載頻之間的距離足夠大，使不同頻率的碼元頻譜能夠用濾波器分夠大，使不同頻率的碼元頻譜能夠用濾波器分離開，或者說使不同頻率的碼元互相正交。離開，或者說使不同頻率的碼元互相正交。u由于由于MFSK的碼元采用的碼元采用M個不同頻率的載波，個不同頻率的載波，所

43、以它占用較寬的頻帶。所以它占用較寬的頻帶。1MBfffMfu 為為其最高載頻，其最高載頻， 為其最低載頻，則為其最低載頻，則MFSK信號的帶寬近似等于信號的帶寬近似等于: :1f 為單個碼元的帶寬，它決定于信號傳輸速為單個碼元的帶寬，它決定于信號傳輸速率率。f6.7.4 多進(jìn)制頻移鍵控（多進(jìn)制頻移鍵控（MFSK)72MFSK非相干解調(diào)非相干解調(diào)原理原理6.7.4 多進(jìn)制頻移鍵控（多進(jìn)制頻移鍵控（MFSK)736.8.1 單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制6.8.2 殘留邊帶殘留邊帶調(diào)制調(diào)制6.8.3 正交正交振幅調(diào)制振幅調(diào)制6.8.4 幅度相位混合調(diào)制幅度相位混合調(diào)制746.8.1 單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制n基

44、本原理基本原理 由于由于雙邊帶調(diào)制中上、下兩個邊帶是對稱的，雙邊帶調(diào)制中上、下兩個邊帶是對稱的，其帶寬是基帶信號帶寬的兩倍，且兩個邊帶中均其帶寬是基帶信號帶寬的兩倍，且兩個邊帶中均包含有完整的被傳輸?shù)南ⅲ瑸榱藴p小信號的帶包含有完整的被傳輸?shù)南?，為了減小信號的帶寬，提高信道頻帶利用率和節(jié)省載波功率，有必寬，提高信道頻帶利用率和節(jié)省載波功率，有必要抑制掉一個邊帶，只傳一個邊帶，如此就產(chǎn)生要抑制掉一個邊帶，只傳一個邊帶，如此就產(chǎn)生了單邊帶調(diào)制了單邊帶調(diào)制( (Single-sideband modulation, ,SSB) )75SSB信號產(chǎn)生信號產(chǎn)生原理圖原理圖SSB信號解調(diào)信號解調(diào)原理圖原

45、理圖6.8.1 單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制76n SSB調(diào)制的調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)u功率利用率和頻帶利用率都較高。功率利用率和頻帶利用率都較高。u傳輸帶寬不會大于消息帶寬，為調(diào)幅的傳輸帶寬不會大于消息帶寬，為調(diào)幅的一一半。半。u載頻被抑制（在調(diào)幅中，調(diào)制指數(shù)載頻被抑制（在調(diào)幅中，調(diào)制指數(shù)m=1時，時，發(fā)射功率的三分之二集中在不帶消息的載發(fā)射功率的三分之二集中在不帶消息的載頻上）。這不僅節(jié)省了功率，而且大大減頻上）。這不僅節(jié)省了功率，而且大大減小了電臺相互間的干擾。小了電臺相互間的干擾。u單邊帶傳輸受傳播中頻率選擇性衰落的影單邊帶傳輸受傳播中頻率選擇性衰落的影響也較調(diào)幅為小，而且沒有門限效應(yīng)等。響也較調(diào)幅為

46、小，而且沒有門限效應(yīng)等。6.8.1 單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制776.8.2 殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制n 基本原理基本原理u 殘留邊帶殘留邊帶調(diào)制調(diào)制是介于單邊帶調(diào)制是介于單邊帶調(diào)制與雙邊帶與雙邊帶調(diào)制之間的一種調(diào)制方式調(diào)制之間的一種調(diào)制方式。u 它它既克服了既克服了DSB信號占用頻帶寬的問題，信號占用頻帶寬的問題，又解決了單邊帶濾波器不易實(shí)現(xiàn)的難題。又解決了單邊帶濾波器不易實(shí)現(xiàn)的難題。u 在在殘留邊帶調(diào)制中，通過設(shè)計適當(dāng)?shù)妮敵鰵埩暨厧д{(diào)制中，通過設(shè)計適當(dāng)?shù)妮敵鰹V波器使信號的一個邊帶頻譜成分大部分濾波器使信號的一個邊帶頻譜成分大部分保留，另一個邊帶頻譜成分小部分保留。保留，另一個邊帶頻譜成分小部分保

47、留。78 其特點(diǎn)是允許基帶信號頻譜中包含直流成其特點(diǎn)是允許基帶信號頻譜中包含直流成分，分，對于具有低頻及直流分量的調(diào)制信號，不對于具有低頻及直流分量的調(diào)制信號，不再需要再需要如如濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制時所使用的時所使用的過過渡帶無限陡的理想濾波器，渡帶無限陡的理想濾波器，從而也從而也就避免了實(shí)就避免了實(shí)現(xiàn)上的困難?，F(xiàn)上的困難。n 基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)6.8.2 殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制79殘留邊帶信號的殘留邊帶信號的頻譜頻譜1( )( )()()2VSBVSBccSHMM 時域時域表達(dá)式表達(dá)式( )( )*( )VSBDSBVSBStStHt濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理圖濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理圖6.8.2 殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制80殘留上邊帶時濾波器的殘留上邊帶時濾波器的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)殘留下邊帶時濾波器的殘留下邊帶時濾波器的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù) 殘留邊帶濾波器的傳殘留邊帶濾波器的傳遞遞函數(shù)在載頻附近必函數(shù)在載頻附近必須具有互補(bǔ)對稱性，它可以看作是對截止頻須具有互補(bǔ)對稱性，它可以看作是對截止頻率為率為 的理想濾波器的進(jìn)行的理想濾波器的進(jìn)行“平滑平滑”的結(jié)果。的結(jié)果。c6.8.2 殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制81VSBVSB與與SSB相比的相比的優(yōu)勢優(yōu)勢u由于由于允許基帶信號頻譜中含直流分量，允許基帶信號頻譜中含直流分量，因此輸