高頻課件 第7章

1、第第 7 7 章章 數(shù)字調(diào)制解調(diào)電路數(shù)字調(diào)制解調(diào)電路7.1 概述概述7.2 二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(ASK)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)7.21 ASK調(diào)制調(diào)制7.22 ASK解調(diào)解調(diào)7.3 二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控(FSK)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)7.3.1 FSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生7.3.2 FSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)7.4 二進制相位鍵控二進制相位鍵控(PSK)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)7.4.1 絕對調(diào)相相對調(diào)相絕對調(diào)相相對調(diào)相7.5 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7.5.1 多進制數(shù)字振幅調(diào)制多進制數(shù)字振幅調(diào)制(MASK)系統(tǒng)系統(tǒng)7.5.2 多進制數(shù)字頻率調(diào)制多進制數(shù)字頻率調(diào)制(MF

2、SK)系統(tǒng)系統(tǒng)7.5.3 多進制數(shù)字相位調(diào)制多進制數(shù)字相位調(diào)制(MPSK)系統(tǒng)系統(tǒng)7.6 正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制7.6.1 信號的產(chǎn)生與解調(diào)信號的產(chǎn)生與解調(diào)7.6.2 8 QAM7.6.3 16 QAM7.7 其他形式的數(shù)字調(diào)制其他形式的數(shù)字調(diào)制7.7.1 時頻調(diào)制時頻調(diào)制(TFSK)7.7.2 時頻相調(diào)制時頻相調(diào)制(TFPSK) 數(shù)據(jù)通信是計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計數(shù)據(jù)通信是計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計算機與計算機之間的通信，或終端與計算機之間的通信。數(shù)算機與計算機之間的通信，或終端與計算機之間的通信。數(shù)字調(diào)制與解調(diào)電路是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)必不可少的重要部件。字調(diào)制與解調(diào)電

3、路是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)必不可少的重要部件。 本章主要介紹幅度調(diào)制（本章主要介紹幅度調(diào)制（ASKASK）、頻率調(diào)制（）、頻率調(diào)制（FSKFSK）、相）、相位調(diào)制（位調(diào)制（PSKPSK）、調(diào)制與解調(diào)電路。）、調(diào)制與解調(diào)電路。 內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要 數(shù)字信號對載波的調(diào)制與模擬信號對載波的調(diào)制類似，數(shù)字信號對載波的調(diào)制與模擬信號對載波的調(diào)制類似，它同樣可以去控制正弦振蕩的振幅、頻率或相位的變化。但它同樣可以去控制正弦振蕩的振幅、頻率或相位的變化。但由于數(shù)字信號的特點由于數(shù)字信號的特點時間和取值的離散性，使受控參數(shù)時間和取值的離散性，使受控參數(shù)離散化而出現(xiàn)離散化而出現(xiàn)“開關(guān)控制開關(guān)控制”，稱為，稱為“鍵控法

4、鍵控法”。 數(shù)字信號對載波振幅調(diào)制稱為振幅鍵控，數(shù)字信號對載波振幅調(diào)制稱為振幅鍵控，即即ASK（Ampl-itude-Shift Keying），），對載波頻率調(diào)制稱為頻移鍵對載波頻率調(diào)制稱為頻移鍵控，即控，即FSK（Frequency-Shift Keying），），對載波相位調(diào)制稱對載波相位調(diào)制稱為相為相移鍵控（即相位鍵控）移鍵控（即相位鍵控）PSK（Phase-Shift Keying）。）。7.17.1 概述概述 數(shù)字信號可以是二進制的，也可以是多進制的。若數(shù)字數(shù)字信號可以是二進制的，也可以是多進制的。若數(shù)字信號信號u(t)u(t)是二進制，則是二進制，則ASKASK、FSKFSK、P

5、SKPSK實現(xiàn)原理框圖及鍵控實現(xiàn)原理框圖及鍵控信號的輸出波形可由信號的輸出波形可由圖圖7.17.1表示。為了進一步提高系統(tǒng)的頻表示。為了進一步提高系統(tǒng)的頻帶利用率，對于高速數(shù)字調(diào)制，常采用多幅調(diào)制帶利用率，對于高速數(shù)字調(diào)制，常采用多幅調(diào)制MASKMASK多相調(diào)多相調(diào)制制MPSKMPSK等。等。圖圖7.1 7.1 二進制數(shù)字調(diào)制的波形和方框圖二進制數(shù)字調(diào)制的波形和方框圖7.2.1 ASK7.2.1 ASK調(diào)制調(diào)制 ASKASK有兩種實現(xiàn)方法：有兩種實現(xiàn)方法：乘法器實現(xiàn)法乘法器實現(xiàn)法和和鍵控法鍵控法。1.1.乘法器實現(xiàn)法乘法器實現(xiàn)法 乘法器實現(xiàn)法的調(diào)制方框圖如乘法器實現(xiàn)法的調(diào)制方框圖如圖圖7.27

6、.2所示。所示。 圖圖7.2(a)7.2(a)為為ASKASK調(diào)制器框圖，它的輸入是隨機信息序調(diào)制器框圖，它的輸入是隨機信息序列，以列，以A Ak k所示。經(jīng)過基帶信號形成器，產(chǎn)生波形序列，所示。經(jīng)過基帶信號形成器，產(chǎn)生波形序列，設(shè)形成器的基本波形為設(shè)形成器的基本波形為g(t)g(t)，則波形序列為，則波形序列為7.27.2 二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(ASK)(ASK)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào))()(kBkkTtgAtu7.2.1圖圖7.2 7.2 乘法實現(xiàn)器乘法實現(xiàn)器 式中，式中，TB為碼元寬度；為碼元寬度；Ak是第是第k個輸入隨機信息。乘法個輸入隨機信息。乘法器后的帶通濾波器用來濾除高頻諧

7、波和低頻干擾。帶通濾波器后的帶通濾波器用來濾除高頻諧波和低頻干擾。帶通濾波 器的輸出就是振幅鍵控信號，用器的輸出就是振幅鍵控信號，用uASK(t)表示。表示。 乘法器常采用環(huán)形調(diào)制器，如乘法器常采用環(huán)形調(diào)制器，如圖圖7.37.3所示。四只二極管所示。四只二極管VDVD1 1、VDVD2 2、VDVD3 3、VDVD4 4首尾相聯(lián)構(gòu)成環(huán)形，故得名環(huán)形調(diào)制器。首尾相聯(lián)構(gòu)成環(huán)形，故得名環(huán)形調(diào)制器。用于用于ASKASK調(diào)制的環(huán)形調(diào)制器，載波應(yīng)加在調(diào)制的環(huán)形調(diào)制器，載波應(yīng)加在1 1、2 2端，在端，在5 5、6 6端端接基帶信號，并且基帶信號要始終大于或等于零，即接基帶信號，并且基帶信號要始終大于或等于

8、零，即5 5端的端的電壓必須始終高于或等于電壓必須始終高于或等于6 6端的電壓。由于端的電壓。由于5 5端的電壓始終高端的電壓始終高于或等于于或等于6 6端的電壓，因此二極管端的電壓，因此二極管VDVD2 2、VDVD4 4始終截止，在實際始終截止，在實際電路中電路中VDVD2 2、VDVD4 4可省去，但環(huán)形調(diào)制器的四只二極管往往做可省去，但環(huán)形調(diào)制器的四只二極管往往做成組件，因此成組件，因此VDVD2 2、VDVD4 4仍畫在圖仍畫在圖7.37.3中。它們的存在對中。它們的存在對ASKASK調(diào)調(diào)制沒有影響。制沒有影響。ASK調(diào)制產(chǎn)生的波形如調(diào)制產(chǎn)生的波形如圖圖7.2(b)所示。所示。圖圖7

9、.3 7.3 環(huán)形調(diào)制器環(huán)形調(diào)制器2.鍵控法鍵控法 鍵控法是產(chǎn)生鍵控法是產(chǎn)生ASK信號的另一種方法。二元制信號的另一種方法。二元制ASK又稱又稱為通斷控制（為通斷控制（OOK）。最典型的實現(xiàn)方法是用一個電鍵來控）。最典型的實現(xiàn)方法是用一個電鍵來控制載波振蕩器的輸出而獲得。制載波振蕩器的輸出而獲得。圖圖7.4所示為該方法的原理框所示為該方法的原理框圖。圖。 為適應(yīng)自動發(fā)送高速數(shù)據(jù)的要求，鍵控法中的電鍵可以為適應(yīng)自動發(fā)送高速數(shù)據(jù)的要求，鍵控法中的電鍵可以利用各種形式的受基帶信號控制的電子開關(guān)來實現(xiàn)，代替電利用各種形式的受基帶信號控制的電子開關(guān)來實現(xiàn)，代替電鍵產(chǎn)生鍵產(chǎn)生ASKASK信號，信號，圖圖7

10、.57.5所示就是以數(shù)字電路實現(xiàn)鍵控產(chǎn)生所示就是以數(shù)字電路實現(xiàn)鍵控產(chǎn)生ASKASK信號的實例。該電路是用基帶信號控制與非門的開閉，信號的實例。該電路是用基帶信號控制與非門的開閉，實現(xiàn)實現(xiàn)ASKASK調(diào)制。調(diào)制。圖圖7.4 鍵控法產(chǎn)生鍵控法產(chǎn)生ASK信號原理圖信號原理圖圖圖7.5 7.5 數(shù)字電路實現(xiàn)數(shù)字電路實現(xiàn)ASKASK調(diào)制調(diào)制7.2.2 ASK7.2.2 ASK解調(diào)解調(diào) 振幅鍵控信號解調(diào)有兩種方法，即同步解調(diào)法和包絡(luò)解振幅鍵控信號解調(diào)有兩種方法，即同步解調(diào)法和包絡(luò)解調(diào)法。調(diào)法。圖圖7.6 ASK同步解調(diào)方框圖同步解調(diào)方框圖1.1.同步解調(diào)同步解調(diào) 同步解調(diào)也稱相干解調(diào)，其方框原理如圖同步解

11、調(diào)也稱相干解調(diào)，其方框原理如圖7.67.6所示。所示。 圖中圖中u uASKASK(t)(t)信號經(jīng)過帶通濾波器抑制來自信道的干擾，信號經(jīng)過帶通濾波器抑制來自信道的干擾，相乘器進行頻譜反向搬移，以恢復(fù)基帶信號。低通濾波器用相乘器進行頻譜反向搬移，以恢復(fù)基帶信號。低通濾波器用來抑制相乘器產(chǎn)生的高次諧波干擾。來抑制相乘器產(chǎn)生的高次諧波干擾。 解調(diào)的相干載波用解調(diào)的相干載波用2cos2f2cos2fc ct t，幅度系數(shù)，幅度系數(shù)2 2是為了消除推是為了消除推導(dǎo)結(jié)果中的系數(shù)，對原理沒有影響，下面對它的工作原理及導(dǎo)結(jié)果中的系數(shù)，對原理沒有影響，下面對它的工作原理及解調(diào)性能進行分析。解調(diào)性能進行分析。

12、發(fā)發(fā)“1”碼時的情況碼時的情況 發(fā)發(fā)“1”碼時，輸入的碼時，輸入的ASK信號為信號為Acos2fct，它能順利地，它能順利地通過帶通濾波器。通過帶通濾波器。n(t)為零均值的高斯白噪聲，經(jīng)過帶通濾為零均值的高斯白噪聲，經(jīng)過帶通濾波器后變?yōu)檎瓗Ц咚乖肼暎貌ㄆ骱笞優(yōu)檎瓗Ц咚乖肼?，用ni(t)表示為表示為 因此發(fā)因此發(fā)“1”1”碼時，帶通濾波器輸出信號為碼時，帶通濾波器輸出信號為tftntftntncscci2sin)(2cos)()(7.2.27.2.3tftntftnAtntfAcsccic2sin)(2cos)()(2cos 經(jīng)乘法器后輸出為經(jīng)乘法器后輸出為7.2.4tftntftnAtnA

13、tftftntftnAcscccccscc4sin)(4cos)()( 2cos22sin)(2cos)( 經(jīng)過低通濾波器后，后兩項濾除。設(shè)輸出信號為經(jīng)過低通濾波器后，后兩項濾除。設(shè)輸出信號為x(t)，則（則（x(t)也就是取樣判決器的輸入信號）也就是取樣判決器的輸入信號）)()(tnAtxc7.2.5 發(fā)發(fā)“0”時的情況時的情況 發(fā)發(fā)“0”0”碼時，碼時，ASKASK信號輸入為信號輸入為0 0，噪聲仍然存在，此時，噪聲仍然存在，此時取樣判決器的輸入信號取樣判決器的輸入信號x(t)x(t)為：為： x(t)=nx(t)=nc c(t) (t) 7.2.6x(t)=A+nc(t) 發(fā)發(fā)“1”碼碼

14、nc(t) 發(fā)發(fā)“0”碼碼7.2.7 下面討論判決問題。下面討論判決問題。 若沒有噪聲，上式簡化為若沒有噪聲，上式簡化為x(t)=A 發(fā)發(fā)“1”碼碼0 發(fā)發(fā)“0”碼碼7.2.8綜合上面的分析，可得綜合上面的分析，可得 此時判決電平取此時判決電平取0 0A的中間的中間值值A(chǔ)/2A/2，大于，大于A/2A/2判為判為“1”1”碼，小碼，小于于A/2A/2判為判為“0”0”碼。在無噪聲時碼。在無噪聲時, ,判決一定是正確的，因此判決一定是正確的，因此7.67.6的框的框圖能正確解調(diào)。若噪聲存在，圖能正確解調(diào)。若噪聲存在，x(t)x(t)如上式所示。式中如上式所示。式中n nc c(t)(t)是均值為

15、是均值為零的低通型高斯噪聲。零的低通型高斯噪聲。nc(t)和和A+nc(t)的概率密度分布曲線如圖的概率密度分布曲線如圖7.7所示。誤碼率根據(jù)下式計算：所示。誤碼率根據(jù)下式計算：圖圖7.7 ASK同步解調(diào)同步解調(diào) 取樣判決器取樣判決器) 1/0() 1 () 0/ 1 () 0(PPPPPe7.2.9 式中式中P(0)P(0)、P(1)P(1)分別為發(fā)分別為發(fā)“0”0”碼和發(fā)碼和發(fā)“1”1”碼的概率；碼的概率；P(0/1)P(0/1)是發(fā)是發(fā)“1”1”碼時誤判為碼時誤判為“0”0”碼的概率；碼的概率；P(1/0)P(1/0)是發(fā)是發(fā)“0”0”碼時誤判為碼時誤判為“1”1”碼的概率。碼的概率。

16、由由圖圖7.77.7可知，當判決電平為可知，當判決電平為A/2A/2對，正好是對，正好是f f1 1(x)(x)與與f f0 0(x)(x)交點的橫坐標，由于正態(tài)分布曲線的對稱性，故交點的橫坐標，由于正態(tài)分布曲線的對稱性，故P(0/1)=P(1/0)P(0/1)=P(1/0)，而且，而且P(1)+P(0)=1P(1)+P(0)=1，所以通常取判決電平為，所以通常取判決電平為A/2A/2。 發(fā)發(fā)“1”碼時的情況碼時的情況 包絡(luò)檢波器的輸入為包絡(luò)檢波器的輸入為ni(t)=Acos2fct+n(t)，ni(t)為信號為信號為信號加窄帶高斯噪聲，輸出為信號加窄帶高斯噪聲的包絡(luò)為信號加窄帶高斯噪聲，輸出

17、為信號加窄帶高斯噪聲的包絡(luò),它服從萊斯分布，如它服從萊斯分布，如圖圖7.9所示，其概率密度為所示，其概率密度為2.2.包絡(luò)解調(diào)包絡(luò)解調(diào) 包絡(luò)解調(diào)是一種非相干解調(diào)，框圖如圖包絡(luò)解調(diào)是一種非相干解調(diào)，框圖如圖7.87.8所示。所示。圖圖7.8 ASK包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波圖圖7.9 ASK7.9 ASK包絡(luò)解調(diào)取樣判決器包絡(luò)解調(diào)取樣判決器2222)(2021)()(naxnneaxIxxf7.2.10 發(fā)發(fā)“0”碼時的情況碼時的情況 包絡(luò)檢波器輸入為包絡(luò)檢波器輸入為ni(t)，輸出則為，輸出則為ni(t)的包絡(luò)，即噪聲的的包絡(luò)，即噪聲的包絡(luò)，它服從瑞利分布，如包絡(luò)，它服從瑞利分布，如圖圖7.97.9所示

18、。其概率密度為所示。其概率密度為7.2.1122220)(nxnexxf 與同步解調(diào)類似，為使誤碼率最小，判決電平應(yīng)取與同步解調(diào)類似，為使誤碼率最小，判決電平應(yīng)取f0(x)和和f1(x)的交點的橫坐標值，如圖中的交點的橫坐標值，如圖中x=bopt，bopt為最佳門限，為最佳門限，經(jīng)分析，得到當信噪比經(jīng)分析，得到當信噪比r1(即大信噪比即大信噪比)時，時，2Abopt7.2.12 頻移鍵控頻移鍵控(FSK)(FSK)是用不同頻率的載波來傳送數(shù)字信號，是用不同頻率的載波來傳送數(shù)字信號，用數(shù)字基帶信號控制載波信號的頻率。二進制頻移鍵控是用用數(shù)字基帶信號控制載波信號的頻率。二進制頻移鍵控是用兩個不同頻

19、率的載波來代表數(shù)字信號的兩種電平。接收端收兩個不同頻率的載波來代表數(shù)字信號的兩種電平。接收端收到不同的載波信號再進行逆變換成為數(shù)字信號，完成信息傳到不同的載波信號再進行逆變換成為數(shù)字信號，完成信息傳輸過程。輸過程。7.3.1 FSK7.3.1 FSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生 FSKFSK信號的產(chǎn)生有兩種方法，直接調(diào)頻法和頻率鍵控法。信號的產(chǎn)生有兩種方法，直接調(diào)頻法和頻率鍵控法。7.37.3 二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控(FSK)(FSK)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)1.直接調(diào)頻法直接調(diào)頻法 直接調(diào)頻法是用數(shù)字基帶信號直接控制載頻振蕩器的振直接調(diào)頻法是用數(shù)字基帶信號直接控制載頻振蕩器的振蕩頻率蕩頻率。圖圖7

20、.107.10所示是直接調(diào)頻法的具體電路之一。二極管所示是直接調(diào)頻法的具體電路之一。二極管VDVD1 1、VDVD2 2的導(dǎo)通與截止受數(shù)字基帶信號控制，當基帶信號為的導(dǎo)通與截止受數(shù)字基帶信號控制，當基帶信號為負時（相當于負時（相當于“0”0”碼），碼），VDVD1 1、VDVD2 2導(dǎo)通，導(dǎo)通，C C1 1經(jīng)經(jīng)VDVD2 2與與LCLC槽路并槽路并聯(lián)，使振蕩頻率降低（設(shè)此時頻率為聯(lián)，使振蕩頻率降低（設(shè)此時頻率為f f1 1），當基帶信號為正），當基帶信號為正時（相當于時（相當于“1”1”碼），碼），VDVD1 1、VDVD2 2截止，截止，C C1 1不并入槽路，振蕩不并入槽路，振蕩頻率提高（

21、設(shè)為頻率提高（設(shè)為f f2），從而實現(xiàn)了調(diào)頻，這種方法產(chǎn)生的調(diào)），從而實現(xiàn)了調(diào)頻，這種方法產(chǎn)生的調(diào)頻信號是相位連續(xù)的。直接調(diào)頻法還有許多實現(xiàn)電路，雖然頻信號是相位連續(xù)的。直接調(diào)頻法還有許多實現(xiàn)電路，雖然實現(xiàn)方法簡單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時頻率轉(zhuǎn)換速度不能實現(xiàn)方法簡單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時頻率轉(zhuǎn)換速度不能做得太快。做得太快。圖圖7.10 7.10 直接調(diào)頻法電路及波形直接調(diào)頻法電路及波形2.2.頻率鍵控法頻率鍵控法 頻率鍵控法也稱頻率選擇法，圖頻率鍵控法也稱頻率選擇法，圖7.117.11是它實現(xiàn)的原理框是它實現(xiàn)的原理框圖。它有兩個獨立的振蕩器，數(shù)字基帶信號控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，圖。它有兩個獨立的振蕩器

22、，數(shù)字基帶信號控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，選擇不同頻率的高頻振蕩信號實現(xiàn)選擇不同頻率的高頻振蕩信號實現(xiàn)FSKFSK調(diào)制。調(diào)制。圖圖7.11 頻率鍵控法的原理框圖頻率鍵控法的原理框圖 鍵控法產(chǎn)生的鍵控法產(chǎn)生的FSK信號頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒信號頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過渡頻率，它的轉(zhuǎn)換速度快，波形好。頻率鍵控法在轉(zhuǎn)換有過渡頻率，它的轉(zhuǎn)換速度快，波形好。頻率鍵控法在轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)生轉(zhuǎn)換的瞬間，兩個高頻振蕩的輸出電壓通常不可能開關(guān)發(fā)生轉(zhuǎn)換的瞬間，兩個高頻振蕩的輸出電壓通常不可能相等，于是相等，于是u uFSKFSK(t)(t)信號在基帶信息變換時電壓會發(fā)生跳變，信號在基帶信息變換時電壓會發(fā)生跳變，這種現(xiàn)象

23、也稱為相位不連續(xù)，這是頻率鍵控特有的情況。這種現(xiàn)象也稱為相位不連續(xù)，這是頻率鍵控特有的情況。 圖圖7.127.12是利用兩個獨立分頻器，以頻率鍵控法來實現(xiàn)是利用兩個獨立分頻器，以頻率鍵控法來實現(xiàn)FSKFSK調(diào)制的原理電路圖。調(diào)制的原理電路圖。 在在圖圖7.127.12中，與非門中，與非門3 3和和4 4起到了轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用。當數(shù)起到了轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用。當數(shù)字基帶信號為字基帶信號為“1”1”時，與非門時，與非門4 4打開，打開，f f1 1輸出，當數(shù)字基帶輸出，當數(shù)字基帶信號為信號為“0”0”時，與非門時，與非門3 3打開，打開，f f2 2輸出，從而實現(xiàn)了輸出，從而實現(xiàn)了FSKFSK調(diào)調(diào)制。制。

24、 鍵控法也常常利用數(shù)字基帶信號去控制可變分頻器的分鍵控法也常常利用數(shù)字基帶信號去控制可變分頻器的分頻比來改變輸出載波頻率，從而實現(xiàn)頻比來改變輸出載波頻率，從而實現(xiàn)FSK調(diào)制。調(diào)制。圖圖7.13是一是一圖圖7.12 獨立分頻器的鍵控法獨立分頻器的鍵控法FSK調(diào)制調(diào)制圖圖7.13 利用可變分頻器實現(xiàn)利用可變分頻器實現(xiàn)FSK調(diào)制調(diào)制個個11/1311/13可控分頻器原理圖。當數(shù)字基帶信號為可控分頻器原理圖。當數(shù)字基帶信號為“1”1”時，第時，第四級雙穩(wěn)態(tài)電路輸出的反饋脈沖被加到第一級和第二級雙穩(wěn)四級雙穩(wěn)態(tài)電路輸出的反饋脈沖被加到第一級和第二級雙穩(wěn)態(tài)電路上，此時分頻比為態(tài)電路上，此時分頻比為1313；

25、當基帶信號為；當基帶信號為“0”0”時，第四時，第四級雙穩(wěn)態(tài)電路輸出的反饋脈沖被加到第一級和第三級雙穩(wěn)電級雙穩(wěn)態(tài)電路輸出的反饋脈沖被加到第一級和第三級雙穩(wěn)電路上，分頻比為路上，分頻比為1111。由于分頻比改變，使輸出信號頻率變。由于分頻比改變，使輸出信號頻率變化，從而實現(xiàn)化，從而實現(xiàn)FSKFSK調(diào)制。采用可變分頻器產(chǎn)生的調(diào)制。采用可變分頻器產(chǎn)生的FSKFSK信號相位信號相位通常是連續(xù)的，因此在基帶信息變化時，通常是連續(xù)的，因此在基帶信息變化時，F(xiàn)SKFSK信號會出現(xiàn)過信號會出現(xiàn)過渡頻率。為減小過渡時間，可變分頻器應(yīng)工作于較高的頻渡頻率。為減小過渡時間，可變分頻器應(yīng)工作于較高的頻率，而在改變分頻

26、器后在插入固定分頻器，使輸出頻率滿足率，而在改變分頻器后在插入固定分頻器，使輸出頻率滿足FSK信號要求的頻率。信號要求的頻率。 FSK FSK信號有相位不連續(xù)和相位連續(xù)兩種情況，相位不連信號有相位不連續(xù)和相位連續(xù)兩種情況，相位不連續(xù)的續(xù)的FSKFSK信號可以視為兩個頻率分別為信號可以視為兩個頻率分別為f f1 1和和f f2 2的的ASKASK信號的疊信號的疊加，如圖加，如圖7.147.14所示。所示。圖圖7.14 FSK信號為兩個不同頻率的信號為兩個不同頻率的ASK信號疊加信號疊加7.3.2 FSK7.3.2 FSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 數(shù)字頻率鍵控（數(shù)字頻率鍵控（FSKFSK）信號常用的解

27、調(diào)方法有很多種如）信號常用的解調(diào)方法有很多種如同步（相干）解調(diào)法、過零檢測法和差分檢波法等。同步（相干）解調(diào)法、過零檢測法和差分檢波法等。圖圖7.15 FSK信號同步解調(diào)方框圖信號同步解調(diào)方框圖 1. 1.同步解調(diào)法同步解調(diào)法 同步解調(diào)法，同步解調(diào)法，F(xiàn)SKFSK信號解調(diào)原理方框如圖信號解調(diào)原理方框如圖7.157.15所示。所示。 從從圖圖7.157.15可見，可見，F(xiàn)SKFSK信號的同步解調(diào)器分成上、下兩個信號的同步解調(diào)器分成上、下兩個支路，輸入的支路，輸入的FSKFSK信號經(jīng)過信號經(jīng)過f f1 1和和f f2 2兩個帶通濾波器后變成了兩個帶通濾波器后變成了上、下兩路上、下兩路ASKASK信

28、號，之后其解調(diào)原理與信號，之后其解調(diào)原理與ASKASK類似，但判決需類似，但判決需對上、下兩支路比較來進行。假設(shè)上支路低通濾波器輸出為對上、下兩支路比較來進行。假設(shè)上支路低通濾波器輸出為X X1 1，下支路低通濾波器輸出為，下支路低通濾波器輸出為x x2 2，則判決準則是：，則判決準則是：x1-x20 判輸入為判輸入為f1信號信號x1-x20=A-00，按判決準則判輸入為，按判決準則判輸入為f f1 1；反之，當輸入為；反之，當輸入為f f2 2時時, ,x x1 1=0=0，x x2 2=A=A，x x1 1-x-x2 2=0-A0=0-A0 判輸入為判輸入為f1信號信號x1-x20 判為判

29、為“0”uo(t)VT1 xkVT1 ykVT7.6.3 根據(jù)多進制碼元與二進制碼元之間的關(guān)系，可恢復(fù)出原根據(jù)多進制碼元與二進制碼元之間的關(guān)系，可恢復(fù)出原二進制信號。二進制信號。 對于對于4QAM，當兩路信號幅度相等時，產(chǎn)生、解調(diào)、性，當兩路信號幅度相等時，產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與能及相位矢量均與4PSK相同。相同。7.6.2 8QAM7.6.2 8QAM 8QAM 8QAM的的M=8M=8，8QAM8QAM調(diào)制實現(xiàn)的方框原理如圖調(diào)制實現(xiàn)的方框原理如圖7.447.44所示，所示，A A、B B兩支路的兩支路的2/42/4電平變換器的真值表相同。電平變換器的真值表相同。2/42/4電平變換

30、的電平變換的真值表及合成后信號的幅度，相位真值表如真值表及合成后信號的幅度，相位真值表如表表7.37.3所示。所示。8QAM8QAM的相位矢量及星座圖如的相位矢量及星座圖如圖圖7.457.45所示。所示。圖圖7.44 8QAM調(diào)制方框圖調(diào)制方框圖表表7.3 2/47.3 2/4電平變換及合成信號真值表電平變換及合成信號真值表圖圖7.45 8QAM的相位矢量及星座圖的相位矢量及星座圖A(B)C輸出輸出0 0 -0.38270 1-0.92391 1+0.92391 0+0.3827A B C8QAM幅度幅度相位相位0 1 00.5412+1350 1 11.3066+135 0 0 00.541

31、2-135 0 0 11.3066-135 1 1 00.5412+45 1 1 11.3066+45 1 0 00.5412-45 1 0 11.3066-45 從真值表和星座圖都可以看出，從真值表和星座圖都可以看出，8QAM8QAM已調(diào)信號是幅度與已調(diào)信號是幅度與相位均在變化的高頻載波，輸入的二進制碼流每相位均在變化的高頻載波，輸入的二進制碼流每3 3比特分為比特分為一組。一組。A A、B B兩比特決定其相位。兩比特決定其相位。A A、B B有四種組合，對應(yīng)四種有四種組合，對應(yīng)四種相位：相位：01 13501 135,00 135,11 +45 ,10 45。C比特決定幅度比特決定幅度,C

32、有兩個狀態(tài)，對應(yīng)兩種有兩個狀態(tài)，對應(yīng)兩種幅度：幅度：1 1 1.3066，0 0.5412。8QAM的解調(diào)方框圖如圖的解調(diào)方框圖如圖7.467.46所示。所示。圖圖7.46 8QAM7.46 8QAM的解調(diào)方框圖的解調(diào)方框圖7.6.3 16QAM 16QAM是是M=16的系統(tǒng)，調(diào)制的方框圖如的系統(tǒng)，調(diào)制的方框圖如圖圖7.47所示。所示。輸入二進制數(shù)據(jù)經(jīng)串輸入二進制數(shù)據(jù)經(jīng)串/并變換和并變換和2/4變換后速率為變換后速率為fB/4。2/4變變換后的電平為換后的電平為1和和3四種，它們再分別進行正交調(diào)制合成四種，它們再分別進行正交調(diào)制合成后的信號為后的信號為Acos2fc-jBsin2fc，由于，由

33、于A、B各有四種幅度，各有四種幅度，所以合成后信號有所以合成后信號有1616個狀態(tài)。這個狀態(tài)。這1616個狀態(tài)的星座圖如個狀態(tài)的星座圖如圖圖7.487.48所示。解調(diào)是上述調(diào)制的逆過程，也采用正交解調(diào)，其原理所示。解調(diào)是上述調(diào)制的逆過程，也采用正交解調(diào)，其原理不再贅述。不再贅述。圖圖7.47 16QAM7.47 16QAM信號產(chǎn)生方框圖信號產(chǎn)生方框圖圖圖7.48 16QAM相移圖和星座圖相移圖和星座圖 從從圖圖7.487.48可以看出可以看出16QAM16QAM的星座圖呈方形，因此也稱為的星座圖呈方形，因此也稱為方形星座圖。方形星座圖。16QAM16QAM的星座圖也可如的星座圖也可如圖圖7.4

34、97.49所示，由于它呈所示，由于它呈放射形狀，故也稱星形星座圖。放射形狀，故也稱星形星座圖。16QAM16QAM星形星座圖與方形比星形星座圖與方形比較有如下特點：星形有較有如下特點：星形有8 8種相位、種相位、2 2種幅度，而方形有種幅度，而方形有3 3種幅種幅度、度、1212種相位。因此星形的幅度及相位種類少，星形比方形種相位。因此星形的幅度及相位種類少，星形比方形在抗衰減性能上要更勝一籌，故應(yīng)用更為廣泛。在抗衰減性能上要更勝一籌，故應(yīng)用更為廣泛。16QAM星形星形實現(xiàn)亦很方便，我們可將輸入的二進制信息每實現(xiàn)亦很方便，我們可將輸入的二進制信息每4比特分為一比特分為一組，前組，前3 3比特用

35、來實現(xiàn)比特用來實現(xiàn)8PSK8PSK調(diào)制，第調(diào)制，第4 4比特控制幅度。比特控制幅度。目前為了提高頻帶利用率，在通信系統(tǒng)中已采用了目前為了提高頻帶利用率，在通信系統(tǒng)中已采用了32QAM，64QAM，128QAM，256QAM等等。無論是哪一種等等。無論是哪一種QAM，它們都是幅度和相位雙重受控的數(shù)字調(diào)制。它們都是幅度和相位雙重受控的數(shù)字調(diào)制。圖圖7.49 星型星座圖星型星座圖 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，要求人們不斷地尋找頻帶利用率隨著通信技術(shù)的發(fā)展，要求人們不斷地尋找頻帶利用率高，同時抗干擾能力強的調(diào)制方式。高，同時抗干擾能力強的調(diào)制方式。7.7.1 時頻調(diào)制時頻調(diào)制（TFSK） 時頻調(diào)制記為時頻調(diào)制

36、記為TFSKTFSK，它實際上是以多個頻率先后出現(xiàn)的，它實際上是以多個頻率先后出現(xiàn)的次序進行編碼來代表數(shù)字信息。如二時二頻調(diào)制，有兩個頻次序進行編碼來代表數(shù)字信息。如二時二頻調(diào)制，有兩個頻率率f fA A和和f fB B，它將一個碼元周期一分為二，成為，它將一個碼元周期一分為二，成為2 2個時隙，編碼個時隙，編碼規(guī)律規(guī)律如圖如圖7.50(a)所示前一個時隙傳送所示前一個時隙傳送f，后一個時隙傳，后一個時隙傳送送f，則表示信息，則表示信息“”。又如四時四頻調(diào)制，有四個頻率。又如四時四頻調(diào)制，有四個頻率fA、fB、fC、fD，它將一個碼元周期分成四等份，成為四個時，它將一個碼元周期分成四等份，成為

37、四個時7.7 7.7 其他形式的數(shù)字調(diào)制其他形式的數(shù)字調(diào)制隙隙T1T1、T2T2、T3T3、T4T4，編碼規(guī)律如圖，編碼規(guī)律如圖7.50(b)7.50(b)所示，它們分別所示，它們分別代表四種信息（即四種雙比特信息代表四種信息（即四種雙比特信息1111，1010，0101和和0000）。由于）。由于在一個碼元時間內(nèi)傳送多個頻率，能起到抗頻率選擇性衰落在一個碼元時間內(nèi)傳送多個頻率，能起到抗頻率選擇性衰落的作用，其效果相當于頻率分集，因此有較好的抗干擾作用。的作用，其效果相當于頻率分集，因此有較好的抗干擾作用。圖圖7.50 時頻調(diào)制編碼規(guī)律時頻調(diào)制編碼規(guī)律7.7.2 時頻相調(diào)制時頻相調(diào)制（TFPS

38、K） 時頻相調(diào)制記為時頻相調(diào)制記為TFPSKTFPSK，它是以不同頻率及相位信號出，它是以不同頻率及相位信號出現(xiàn)現(xiàn)的先后順序進行編碼來代表數(shù)字信息，例如，二頻二相調(diào)制的先后順序進行編碼來代表數(shù)字信息，例如，二頻二相調(diào)制的編碼規(guī)律如圖的編碼規(guī)律如圖7.517.51所示。所示。圖圖7.51 時頻相調(diào)制編碼規(guī)律時頻相調(diào)制編碼規(guī)律本本 章章 小小 節(jié)節(jié)1 數(shù)字信號對載波的調(diào)制與模擬信號對載波的調(diào)制類似，數(shù)字信號對載波的調(diào)制與模擬信號對載波的調(diào)制類似，它同樣可以去控制正弦振蕩的振幅、頻率或相位的變化。它同樣可以去控制正弦振蕩的振幅、頻率或相位的變化。 數(shù)字信號對載波振幅的調(diào)制稱為振幅鍵控，即數(shù)字信號對載

39、波振幅的調(diào)制稱為振幅鍵控，即ASK；對；對載波頻率調(diào)制稱為相移鍵控，即載波頻率調(diào)制稱為相移鍵控，即PSK。2 二進制二進制ASK調(diào)制有兩種實現(xiàn)方法：調(diào)制有兩種實現(xiàn)方法： 乘法器實現(xiàn)法和鍵控乘法器實現(xiàn)法和鍵控法。法。 乘法器常采用環(huán)形調(diào)制器。乘法器常采用環(huán)形調(diào)制器。 鍵控法的電鍵常采用電子鍵控法的電鍵常采用電子開關(guān)來實現(xiàn)。開關(guān)來實現(xiàn)。 ASK信號解調(diào)也有兩種方法，即同步解調(diào)法和包絡(luò)解調(diào)信號解調(diào)也有兩種方法，即同步解調(diào)法和包絡(luò)解調(diào)法。法。 3 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（FSK）是用不同頻率的載波來傳遞數(shù)）是用不同頻率的載波來傳遞數(shù)字信號，用數(shù)字基帶信號控制載波信號的頻率。字信號，用數(shù)字基帶信號控制載波信號的頻率。 FSK信號的產(chǎn)生有兩種方法，即直接調(diào)頻法和頻率鍵控信號的產(chǎn)生有兩種方法，即直接調(diào)頻法和頻率鍵控法。法。 直接調(diào)頻法是利用數(shù)字基帶信號直接控制載頻振蕩器直接調(diào)頻法是利用數(shù)字基帶信號直接控制載頻振蕩器的振蕩頻率。的振蕩頻率。 頻率鍵控法也叫頻率選擇法。頻率鍵控法也叫頻率選擇法。 它有兩個獨立它有兩個獨立的