第5課 基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)(2)

1、7 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 多進(jìn)制調(diào)制信號(hào)是指狀態(tài)數(shù)目多進(jìn)制調(diào)制信號(hào)是指狀態(tài)數(shù)目M大于大于2的已調(diào)信號(hào)，又稱的已調(diào)信號(hào)，又稱為多元調(diào)制信號(hào)，通常取為多元調(diào)制信號(hào)，通常取M為為2的冪次（的冪次（M2n）。在二進(jìn)）。在二進(jìn)制載波數(shù)字調(diào)制中，基帶數(shù)字信號(hào)只有兩種狀態(tài)，所以一制載波數(shù)字調(diào)制中，基帶數(shù)字信號(hào)只有兩種狀態(tài)，所以一個(gè)碼元只攜帶一個(gè)比特信息，在多進(jìn)制系統(tǒng)中，一位多進(jìn)個(gè)碼元只攜帶一個(gè)比特信息，在多進(jìn)制系統(tǒng)中，一位多進(jìn)制符號(hào)代表若干位二進(jìn)制符號(hào)，所以，一個(gè)碼元攜帶的比制符號(hào)代表若干位二進(jìn)制符號(hào)，所以，一個(gè)碼元攜帶的比特?cái)?shù)大于特?cái)?shù)大于1。當(dāng)攜帶信息的參數(shù)分別為載波的幅度、頻率。當(dāng)攜帶信息的參數(shù)

2、分別為載波的幅度、頻率或相位時(shí)，數(shù)字調(diào)制信號(hào)為或相位時(shí)，數(shù)字調(diào)制信號(hào)為M進(jìn)制幅度調(diào)制（進(jìn)制幅度調(diào)制（MASK）、）、M進(jìn)制頻率調(diào)制（進(jìn)制頻率調(diào)制（MFSK）或）或M進(jìn)制相位調(diào)制（進(jìn)制相位調(diào)制（MPSK）。）。 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： （1）在相同的傳碼率條件下，多進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)的信息速率高于二）在相同的傳碼率條件下，多進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)的信息速率高于二進(jìn)制系統(tǒng)。進(jìn)制系統(tǒng)。 （2）在相同的信息率條件下，多進(jìn)制的傳碼率比二進(jìn)制低，可減）在相同的信息率條件下，多進(jìn)制的傳碼率比二進(jìn)制低，可減小信道帶寬，并且使多進(jìn)制信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間要比二進(jìn)制的寬。小信道帶寬，并且使多

3、進(jìn)制信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間要比二進(jìn)制的寬。碼元寬度的增加可增加碼元能量，有利于提高通信系統(tǒng)的可靠性。碼元寬度的增加可增加碼元能量，有利于提高通信系統(tǒng)的可靠性。7.1 MASK幅度調(diào)制幅度調(diào)制 【例題例題】 對(duì)數(shù)字序列對(duì)數(shù)字序列01111000010010110001進(jìn)進(jìn)行行4ASK調(diào)制。調(diào)制。 解解 nlog242，故首先將序列中每，故首先將序列中每2位一組變換位一組變換為四電平信號(hào)，即用為四電平信號(hào)，即用4組二進(jìn)制碼對(duì)組二進(jìn)制碼對(duì)4種電平編碼。種電平編碼。若我們用若我們用00表示表示0，01表示表示1，10表示表示2，11表示表示3。（編碼方式不唯一），則原序列變?yōu)樗碾娖?。（編碼方式不唯一），則

4、原序列變?yōu)樗碾娖叫蛄校盒蛄校?320102301，對(duì)載波調(diào)制后，可得，對(duì)載波調(diào)制后，可得4ASK波形如下圖所示。波形如下圖所示。7.1 MASK幅度調(diào)制幅度調(diào)制可見(jiàn)可見(jiàn)MASK信號(hào)可信號(hào)可看作多個(gè)看作多個(gè)2ASK信信號(hào)的疊加號(hào)的疊加7.1 MASK幅度調(diào)制幅度調(diào)制經(jīng)經(jīng)MASK調(diào)制后的信調(diào)制后的信號(hào)帶寬仍然是原始號(hào)帶寬仍然是原始基帶信號(hào)帶寬的基帶信號(hào)帶寬的2倍。倍。7.1 MASK幅度調(diào)制幅度調(diào)制MASK的調(diào)制和解調(diào)的調(diào)制和解調(diào) 調(diào)制方法與調(diào)制方法與2ASK相同，但是首先要將數(shù)字基帶信號(hào)由二相同，但是首先要將數(shù)字基帶信號(hào)由二進(jìn)制變?yōu)檫M(jìn)制變?yōu)镸進(jìn)制，用它對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制就可以得到進(jìn)制，用它對(duì)載波

5、信號(hào)進(jìn)行調(diào)制就可以得到MASK信號(hào)。信號(hào)。MASK信號(hào)可以看作是信號(hào)可以看作是M個(gè)個(gè)2ASK信號(hào)的疊信號(hào)的疊加，因此，加，因此，MASK信號(hào)的解調(diào)原理與信號(hào)的解調(diào)原理與2ASK的解調(diào)原理相的解調(diào)原理相同，包括相干解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)。同，包括相干解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)。 對(duì)對(duì)MASK信號(hào)，其信息速率與碼元速率之間有如下關(guān)系：信號(hào)，其信息速率與碼元速率之間有如下關(guān)系： 與與2ASK相比，在相同的碼元速率下，相比，在相同的碼元速率下，MASK的信息速率的信息速率是是2ASK的的log2M倍，或者說(shuō)在相同的信息速率下，倍，或者說(shuō)在相同的信息速率下，MASK所要求的帶寬僅是所要求的帶寬僅是2ASK的的1/ log2

6、M 。但其抗干擾。但其抗干擾性不如性不如2ASK。MBbRR2log 7.1 MASK幅度調(diào)制幅度調(diào)制 例題例題 求傳碼率為求傳碼率為10001000波特的波特的1616進(jìn)制進(jìn)制ASKASK系統(tǒng)的信息傳輸速系統(tǒng)的信息傳輸速率；若采用率；若采用2 2進(jìn)制進(jìn)制ASKASK，傳碼率不變，信息速率又是多少？，傳碼率不變，信息速率又是多少？bpsMRRBASKb400041000log216bpsMRRBASKb200012000log22 在在MFSK中，載波頻率有中，載波頻率有M種，分別為種，分別為f1,f2,fM這這些載波頻率分別些載波頻率分別 對(duì)應(yīng)著對(duì)應(yīng)著M進(jìn)制中的進(jìn)制中的M種狀態(tài)種狀態(tài). MF

7、SK系統(tǒng)中每個(gè)碼元攜帶的信息為系統(tǒng)中每個(gè)碼元攜帶的信息為log2M比特，比特，比比2FSK系統(tǒng)的每個(gè)碼元攜帶比特信息要高。但系統(tǒng)的每個(gè)碼元攜帶比特信息要高。但是抗干擾性不如是抗干擾性不如2FSK。7.2 MFSK頻率調(diào)制頻率調(diào)制 以以4FSK為例為例t4FSK302130要注意在實(shí)際中要注意在實(shí)際中4個(gè)載波頻率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碼元速率個(gè)載波頻率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碼元速率7.2 MFSK頻率調(diào)制頻率調(diào)制 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制是利用多個(gè)不同相位的正弦多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制是利用多個(gè)不同相位的正弦載波信號(hào)來(lái)表示載波信號(hào)來(lái)表示M進(jìn)制中的進(jìn)制中的M種狀態(tài)。也分為多進(jìn)種狀態(tài)。也分為多進(jìn)制絕對(duì)移相制絕對(duì)移相(MPSK)和多進(jìn)制

8、相對(duì)移相和多進(jìn)制相對(duì)移相(MDPSK) 例如例如4PSK信號(hào)使用信號(hào)使用4種不同的相位信號(hào)，也就是種不同的相位信號(hào)，也就是說(shuō)要有說(shuō)要有4個(gè)相位與四進(jìn)制的個(gè)相位與四進(jìn)制的4個(gè)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，這個(gè)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，這4個(gè)個(gè)相位可以是相位可以是0、/2、 、-/2，也可以是，也可以是-/4、 /4 、 3/4 、-3/4 等等7.3 MPSK相位調(diào)制相位調(diào)制4PSK（/2系統(tǒng)系統(tǒng)）的波形）的波形2302014進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)制數(shù)據(jù)2進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)制數(shù)據(jù)101100100100參考載波參考載波t)2(4系統(tǒng)PSKt2進(jìn)制數(shù)據(jù)與載波相位差00010/21101-/2波形時(shí)要與載波比較畫 PSK44PSK（/4系統(tǒng)系統(tǒng)）的波

9、形）的波形2302014進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)制數(shù)據(jù)2進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)制數(shù)據(jù)101100100100參考載波參考載波t)4(4系統(tǒng)PSK2進(jìn)制數(shù)據(jù)與載波相位差00-3/410-/411/4013/4波形時(shí)要與載波比較畫 PSK4t4DPSK（/2系統(tǒng)）的波形系統(tǒng)）的波形4DPSK的原理的原理 與與2DPSK類似，根據(jù)要發(fā)的數(shù)據(jù)，在前一個(gè)碼元類似，根據(jù)要發(fā)的數(shù)據(jù)，在前一個(gè)碼元的波形基礎(chǔ)上進(jìn)行相位移動(dòng)的波形基礎(chǔ)上進(jìn)行相位移動(dòng) 而不是與載波比較而不是與載波比較 這時(shí)候相位關(guān)系表格中的相位意義是這時(shí)候相位關(guān)系表格中的相位意義是 本碼元相位與上一個(gè)碼元相位之差本碼元相位與上一個(gè)碼元相位之差2302014進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)制數(shù)據(jù)2

10、進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)制數(shù)據(jù)101100100100)2(4系統(tǒng)DPSKt2進(jìn)制數(shù)據(jù)與前1碼元相位差00010/21101-/2初始相位初始相位前一個(gè)碼元的波形比較波形時(shí)要與畫 DPSK44DPSK（/2系統(tǒng)）的波形系統(tǒng)）的波形星座圖星座圖 數(shù)字調(diào)制用數(shù)字調(diào)制用“星座圖星座圖”來(lái)描述，星座圖中定義了來(lái)描述，星座圖中定義了一種調(diào)制技術(shù)的兩個(gè)基本參數(shù)：（一種調(diào)制技術(shù)的兩個(gè)基本參數(shù)：（1）信號(hào)分布；）信號(hào)分布；（2）與調(diào)制數(shù)字比特之間的）與調(diào)制數(shù)字比特之間的映射映射關(guān)系。星座圖關(guān)系。星座圖中規(guī)定了星座點(diǎn)與傳輸比特間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種中規(guī)定了星座點(diǎn)與傳輸比特間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系稱為關(guān)系稱為“映射映射”，一種調(diào)制技

11、術(shù)的特性可由信，一種調(diào)制技術(shù)的特性可由信號(hào)分布和映射完全定義，即可由星座圖來(lái)完全定號(hào)分布和映射完全定義，即可由星座圖來(lái)完全定義。義。 星座圖星座圖參考相位參考相位為例來(lái)說(shuō)明以 PSK2（在這里可（在這里可以認(rèn)為是載以認(rèn)為是載波相位）波相位）發(fā)發(fā)“1”時(shí)與載波同時(shí)與載波同相相發(fā)發(fā)“0”時(shí)與載波反時(shí)與載波反相相原原點(diǎn)點(diǎn)可以看出，如果確定了原點(diǎn)和參考方向，這些矢量可以看出，如果確定了原點(diǎn)和參考方向，這些矢量可以分別用可以分別用1個(gè)星座點(diǎn)來(lái)表示個(gè)星座點(diǎn)來(lái)表示10星座圖星座圖 同理，對(duì)同理，對(duì)2PSK進(jìn)行推廣，當(dāng)采用進(jìn)行推廣，當(dāng)采用4PSK時(shí)時(shí) 我們可以令我們可以令 發(fā)發(fā)“00”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波同相

12、（相位差時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波同相（相位差=0） 發(fā)發(fā)“11”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波反相（相位差時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波反相（相位差=） 發(fā)發(fā)“10”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差=/2 發(fā)發(fā)“01”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差=-/2參考相位參考相位00111001 如果令如果令 發(fā)發(fā)“11”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差= /4 發(fā)發(fā)“10”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差= -/4 發(fā)發(fā)“01”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差= 3/4 發(fā)發(fā)“00”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差時(shí)，使產(chǎn)生波形

13、與載波相位差= -3/4參考相位參考相位11100100星座圖星座圖7.3 MPSK相位調(diào)制相位調(diào)制 在同樣的碼元速率下，在同樣的碼元速率下，4PSK4PSK的傳信率是的傳信率是2PSK2PSK的二的二倍，但是由于倍，但是由于4PSK4PSK相鄰狀態(tài)之間的相位差（相鄰狀態(tài)之間的相位差（/2/2）要比要比2PSK2PSK的相位差（的相位差（）小，解調(diào)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤判）小，解調(diào)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤判決的可能性就要大，同樣，決的可能性就要大，同樣，8PSK8PSK的傳信率更高，的傳信率更高，但誤碼率也會(huì)更大；但誤碼率也會(huì)更大；不難發(fā)現(xiàn)，不難發(fā)現(xiàn)，接收端對(duì)這些信接收端對(duì)這些信號(hào)相鄰狀態(tài)的分辯能力與它們的矢量端點(diǎn)之間

14、的號(hào)相鄰狀態(tài)的分辯能力與它們的矢量端點(diǎn)之間的間隔有關(guān)，間隔越大，越容易分辯，也就是越不間隔有關(guān)，間隔越大，越容易分辯，也就是越不易受干擾的影響。易受干擾的影響。7.3 MPSK相位調(diào)制相位調(diào)制 PSKPSK只是從相位上將信號(hào)的各種狀態(tài)區(qū)分開來(lái)，它只是從相位上將信號(hào)的各種狀態(tài)區(qū)分開來(lái)，它們的幅度相同的。而們的幅度相同的。而ASKASK只是從幅度上將信號(hào)的各只是從幅度上將信號(hào)的各種狀態(tài)區(qū)分開來(lái)，它們的相位是相同的。種狀態(tài)區(qū)分開來(lái)，它們的相位是相同的。如果既如果既從相位上、同時(shí)又從幅度上使信號(hào)相鄰狀態(tài)有區(qū)從相位上、同時(shí)又從幅度上使信號(hào)相鄰狀態(tài)有區(qū)別，那么在相同的進(jìn)制數(shù)下，可以得到較大的噪別，那么在相

15、同的進(jìn)制數(shù)下，可以得到較大的噪聲容差，也就可以得到較小的誤碼率。聲容差，也就可以得到較小的誤碼率。8 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù) 正交幅度調(diào)制正交幅度調(diào)制(QAM) 應(yīng)用于應(yīng)用于ADSL Modem、Cable Modem （電纜調(diào)（電纜調(diào)制解調(diào)器）制解調(diào)器） QAM實(shí)質(zhì)就是通過(guò)基帶信號(hào)控制載波的振幅和相實(shí)質(zhì)就是通過(guò)基帶信號(hào)控制載波的振幅和相位，從而在碼元速率固定的情況下提高信息傳輸位，從而在碼元速率固定的情況下提高信息傳輸速率。速率。 QAM是用兩路獨(dú)立的基帶信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的是用兩路獨(dú)立的基帶信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，實(shí)現(xiàn)兩路同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶

16、調(diào)制，實(shí)現(xiàn)兩路并行傳輸。并行傳輸。 設(shè)設(shè)m1(t)和和m2(t)是兩個(gè)獨(dú)立的雙極性不歸零矩形脈是兩個(gè)獨(dú)立的雙極性不歸零矩形脈沖序列，沖序列，coswct和和sinwct是正交的同頻載波，則是正交的同頻載波，則生成的正交幅度調(diào)制信號(hào)為：生成的正交幅度調(diào)制信號(hào)為： 上式中的上式中的m1(t)和和m2(t)是雙極性序列，分別和載波是雙極性序列，分別和載波相乘后得到相乘后得到 和和 ，處理過(guò)程如下圖所，處理過(guò)程如下圖所示示twtmtwtmtsccsin)(cos)()(21tw0costw0sin8 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)相乘器相乘器m1(t)m2(t)碼變換碼變換載波發(fā)生器載波發(fā)生器/2碼

17、變換碼變換cos(w0t)sin(w0t)相乘器相乘器)(ts110100104QAM 在上述的在上述的QAMQAM系統(tǒng)中，基帶信號(hào)是二進(jìn)制信號(hào)，系統(tǒng)中，基帶信號(hào)是二進(jìn)制信號(hào)，所以圖中的矢量有所以圖中的矢量有4 4個(gè)相位，調(diào)制后的信號(hào)稱為個(gè)相位，調(diào)制后的信號(hào)稱為二進(jìn)制二進(jìn)制QAMQAM（4QAM4QAM）信號(hào)。）信號(hào)。8 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)調(diào)制調(diào)制8 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)m1(t)m2(t)相乘器相乘器載波發(fā)生器載波發(fā)生器/2碼變換碼變換cos(wct)sin(wct)(ts解調(diào)解調(diào)相乘器相乘器低通濾波器低通濾波器低通濾波器低通濾波器采樣判決采樣判決采樣判決采樣判決定

18、時(shí)采樣定時(shí)采樣碼變換碼變換)2sin()(21)2cos()(21)(21cossin)(cos)(21121twtmtwtmtmtwtwtmtwtmccccc過(guò)濾掉過(guò)濾掉8 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)m1(t)m2(t)相乘器相乘器載波發(fā)生器載波發(fā)生器/2碼變換碼變換cos(wct)sin(wct)(ts解調(diào)解調(diào)相乘器相乘器低通濾波器低通濾波器低通濾波器低通濾波器采樣判決采樣判決采樣判決采樣判決定時(shí)采樣定時(shí)采樣碼變換碼變換)2sin()(21)2cos()(21)(21sinsin)(cos)(12221twtmtwtmtmtwtwtmtwtmccccc過(guò)濾掉過(guò)濾掉 要想得到多進(jìn)制要想得到多進(jìn)制QAM信號(hào)，可先將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成信號(hào)，可先將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成M進(jìn)制信號(hào)，再進(jìn)行正交調(diào)制。常見(jiàn)的多進(jìn)制進(jìn)制信號(hào)，再進(jìn)行正交調(diào)制。常見(jiàn)的多