數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸課件

4．1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)4．2頻分多路復(fù)用4．3擴(kuò)頻技術(shù)第4章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸本章安排4次理論課，2次實(shí)驗(yàn)和1次習(xí)題課1/8/20231常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4．1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)第4章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸本章安排4第4章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸

前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，知道數(shù)字基帶信號(hào)具有豐富的低頻成分，只適合在低通型信道中傳輸（比如雙絞線），但是在通信系統(tǒng)中實(shí)際使用的信道多為帶通型，例如各個(gè)頻段的無線信道、限定頻率范圍的同軸電纜等。為了使數(shù)字信號(hào)能在帶通信道中傳輸，必須采用數(shù)字調(diào)制方式。搬到頻譜較高的信道上進(jìn)行傳輸。這就是我們今天要學(xué)習(xí)的數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。1/8/20232常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中第4章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)字信那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號(hào)呢？主要原因是帶通型信道比低通型信道帶寬大得多，可以采用頻分復(fù)用技術(shù)傳輸多路信號(hào)；另外，若要利用無線電信道，必須把低頻信號(hào)“變”成高頻信號(hào)。第4章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸1/8/20233常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號(hào)呢？第4章數(shù)字4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)

和模擬調(diào)制相似，數(shù)字調(diào)制所用的載波一般也是連續(xù)的正弦型信號(hào)，但調(diào)制信號(hào)則為數(shù)字基帶信號(hào)。理論上講，載波形式可以是任意的（比如三角波、方波等），只要適合在帶通信道中傳輸即可。之所以在實(shí)際通信中多選用正弦型信號(hào)，是因?yàn)樗哂行问胶?jiǎn)單、便于產(chǎn)生和接收等特點(diǎn)。與模擬調(diào)制中的幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制相對(duì)應(yīng)，數(shù)字調(diào)制也分為三種基本方式：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)1/8/20234常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)1/7/2023

根據(jù)已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，數(shù)字調(diào)制也可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。在線性調(diào)制中，已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只不過是頻率位置搬移了；在非線性調(diào)制中，已調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不同，不是簡(jiǎn)單的頻譜搬移，而是有其他新的頻率成分出現(xiàn)。振幅鍵控屬于線性調(diào)制，而移頻鍵控和移相鍵控屬于非線性調(diào)制。這些特點(diǎn)與模擬調(diào)制是相同的。4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)1/8/20235常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中根據(jù)已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，數(shù)字調(diào)制也可分為線

所謂“鍵控”是指一種如同“開關(guān)”控制的調(diào)制方式。比如對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，由于調(diào)制信號(hào)只有兩個(gè)狀態(tài)，調(diào)制后的載波參量也只能具有兩個(gè)取值，其調(diào)制過程就像用調(diào)制信號(hào)去控制一個(gè)開關(guān)，從兩個(gè)具有不同參量的載波中選擇相應(yīng)的載波輸出，從而形成已調(diào)信號(hào)。“鍵控”就是這種數(shù)字調(diào)制方式的形象描述。4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)1/8/20236常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中所謂“鍵控”是指一種如同“開關(guān)”控制的調(diào)制4.4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1、信號(hào)波形圖4-3所示是一個(gè)ASK信號(hào)波形的例子。正弦載波受到信碼控制。當(dāng)信碼為1時(shí)，ASK的波形是若干個(gè)周期的高頻等幅波（圖中為1個(gè)周期）；當(dāng)信碼為0時(shí)，ASK信號(hào)的波形是零電平。圖4-3ASK信號(hào)波形4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/20237常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1、信號(hào)波形圖4.4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）高頻等幅波的3個(gè)周期的ASK的波形1/8/20238常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）高頻等幅波的32、2ASK調(diào)制與解調(diào)

（1）產(chǎn)生二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法(調(diào)制方法)有兩種，如圖4-4所示。其中，圖（a）采用模擬調(diào)制方式的ASK調(diào)制方法。相乘器將數(shù)字基帶信號(hào)（單極性NRZ碼）和高頻載波相乘，得到ASK信號(hào)；圖（b）采用數(shù)字鍵控方法，由數(shù)字基帶信號(hào)去控制一個(gè)開關(guān)電路。當(dāng)出現(xiàn)1碼時(shí)開關(guān)S閉合，有高頻載波輸出；出現(xiàn)0碼時(shí)開關(guān)S斷開，無高頻載波輸出。4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）(a)(b)圖4-4ASK波形產(chǎn)生器框圖1/8/20239常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2、2ASK調(diào)制與解調(diào)（1）產(chǎn)生4.1（2）解調(diào)和模擬常規(guī)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)一樣，2ASK信號(hào)也有包絡(luò)檢波和相干解調(diào)兩種方式，兩種解調(diào)器的方框圖如下頁圖所示。由于被傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)1和0，因此，在每個(gè)碼元持續(xù)期間要用抽樣判決電路對(duì)低通濾波器的輸出作一次判決以確定信號(hào)取值。相干解調(diào)需要在接收端產(chǎn)生一個(gè)本地的相干載波，由于設(shè)備復(fù)雜，因此相干解調(diào)在2ASK系統(tǒng)中很少使用。對(duì)于含有載波分量的ASK信號(hào)，可以采用包絡(luò)檢波法解調(diào)。對(duì)于抑制載波的雙邊帶（DSB）信號(hào)和單邊帶（SSB）則只能采用相干解調(diào)，需要載波同步信號(hào)。4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/202310常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中（2）解調(diào)4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/7圖4-52ASK解調(diào)器4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/202311常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中圖4-52ASK解調(diào)器4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（3、2ASK信號(hào)的頻譜ASK信號(hào)實(shí)際上是信碼的單極性NRZ波形與高頻載波的相乘。我們知道二進(jìn)制NRZ波形的頻譜如書上P58圖4-6（a）所示，乘法器可以使信號(hào)的頻譜搬移到載波的兩邊，因此可得到ASK信號(hào)的頻譜如圖4-6(b)所示，從中可以得到一個(gè)重要的結(jié)論：ASK信號(hào)的頻帶寬度是基帶信號(hào)的2倍。由上式可知幅度鍵控信號(hào)的功率譜是基帶信號(hào)功系譜的線性搬移，所以其頻譜寬度是二進(jìn)制基帶信號(hào)的兩倍。由于基帶信號(hào)是矩形波，其頻譜寬度從理論上來說為無窮大，以載波ωc為中心頻率，在功率譜密度的第一對(duì)過零點(diǎn)之間集中了信號(hào)的主要功率，因此,通常取第一對(duì)過零點(diǎn)的帶寬作為傳輸帶寬，稱之為譜零點(diǎn)帶寬。4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/202312常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中3、2ASK信號(hào)的頻譜由上式可知幅度鍵控信號(hào)的功率譜是基帶信2ASK信號(hào)的功率譜4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/202313常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2ASK信號(hào)的功率譜4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK2ASK信號(hào)的帶寬Bs=2fs，fs為基帶信號(hào)的帶寬，在數(shù)量上與基帶信號(hào)的碼元速率Rs相同。這說明2ASK信號(hào)的傳輸帶寬是碼元速率的2倍。同時(shí)看出：1)二進(jìn)制ASK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，其中連續(xù)譜取決于單個(gè)基帶信號(hào)碼元f(t)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜，離散譜則由載波分量決定。2)二進(jìn)制ASK信號(hào)的帶寬是基帶脈沖波形的兩倍。二進(jìn)制振幅鍵控方式是數(shù)字調(diào)制中出現(xiàn)較早的，也是最簡(jiǎn)單的。這種方法最早應(yīng)用在電報(bào)系統(tǒng)，但由于它對(duì)抗噪聲的能力較差，它的功率利用率和頻帶利用率都不高，故在數(shù)字通信中應(yīng)用得不多，一般都是與具他種調(diào)制方式合用。4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/202314常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2ASK信號(hào)的帶寬Bs=2fs，fs為基帶信號(hào)的帶寬書上P58例4-1：假設(shè)電話信道具有理想的帶通特性，頻率范圍為300-3400Hz，試問該信道在單向傳輸ASK信號(hào)時(shí)最大的傳輸碼率為多少？解：電話信道帶寬B=3400-300=3100（Hz）該信道在傳送ASK信號(hào)時(shí)，由于ASK信號(hào)的帶寬是基帶信號(hào)的2倍，因此該信道的等效基帶帶寬為B/2=1550Hz。根據(jù)無碼間串?dāng)_條件（奈奎斯特第一準(zhǔn)則），基帶帶寬為1550Hz信道最高碼元傳輸速率為fB=2*1550=3100（b/s）為了限制頻帶寬度，可以采用帶限信號(hào)作為基帶信號(hào)。下頁圖給出基帶信號(hào)為升余弦滾降信號(hào)時(shí)，2ASK信號(hào)的功率譜密度示意圖。4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/202315常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中書上P58例4-1：假設(shè)電話信道具有理想的帶通特性，頻升余弦滾降基帶信號(hào)的2ASK信號(hào)功率譜4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）11月3日講的內(nèi)容1/8/202316常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中升余弦滾降基帶信號(hào)的2ASK信號(hào)功率譜4.1.1二進(jìn)制我們?cè)谇懊嬷v過，為什么要進(jìn)行頻帶傳輸，再歸納一下：1、現(xiàn)有通信網(wǎng)主要為傳輸模擬信號(hào)設(shè)計(jì)的，所以不能直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)。2、不能直接傳輸?shù)脑颍海?）現(xiàn)有信道為帶通型，主要用來傳輸模擬話音頻帶0.3-3.4kHz，對(duì)于含有直流分量和低頻分量的數(shù)字基帶信號(hào)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)波形會(huì)嚴(yán)重失真。（2）數(shù)字基帶信號(hào)抗干擾能力不強(qiáng)，傳輸可靠性不高。（3）基帶信號(hào)頻帶很寬，信道利用率不高，不能和模擬通信兼容。3、需要解決的問題數(shù)字信號(hào)在模擬信道中傳輸-----調(diào)制4、調(diào)制的目的，（1）滿足信道的需要，（2）多路復(fù)用。前面內(nèi)容回顧1/8/202317常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中我們?cè)谇懊嬷v過，為什么要進(jìn)行頻帶傳輸，再歸納為什么說頻帶傳輸?shù)氖悄M信號(hào)？例如：在傳真機(jī)中，我們利用2FSK調(diào)制，在主呼端用1170±100Hz表示“1”和“0”。在信道上傳輸?shù)牟皇?、0碼，而是1170±100Hz的模擬正弦波信號(hào)。在從呼端用2125±100Hz表示“1”和“0”碼。調(diào)制（Modulation），用基帶信號(hào)去控制正弦波的參數(shù)的過程，基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)（ModulatingSignal），被調(diào)制的正弦波稱為載波（Carrier）。解調(diào)，在接收端，接收設(shè)備要將原來的基帶信號(hào)從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)，這一過程稱為解調(diào)（Demodulation）。在雙工通信中，調(diào)制和解調(diào)合在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem）。前面內(nèi)容回顧1/8/202318常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中為什么說頻帶傳輸?shù)氖悄M信號(hào)？前面內(nèi)容回顧1

4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1、信號(hào)波形圖4-7FSK信號(hào)波形

頻移鍵控（FSK）調(diào)制，是用數(shù)字信號(hào)來控制高頻載波的頻率變化，調(diào)制后的載波信號(hào)頻率代表了要傳遞的數(shù)字信號(hào)。從圖中可以看出，基帶信號(hào)為高電平，對(duì)應(yīng)的FSK信號(hào)是一個(gè)頻率為f1的載波；基帶信號(hào)為低電平，F(xiàn)SK信號(hào)則是一個(gè)頻率為f2的載波。4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1/8/202319常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1、信號(hào)波形圖2、2FSK調(diào)制與解調(diào)（1）產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率調(diào)制的一般方法有兩種：一種叫直接調(diào)頻法；另一種叫鍵控法(用單極性不歸零碼）。所謂直接調(diào)頻法．此方法是將輸入的基帶脈沖去控制一個(gè)振蕩器的某種參數(shù)而達(dá)到改變振蕩器頻率的目的。這種方法產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)是相位連續(xù)的，且容易產(chǎn)生，但頻率穩(wěn)定度較差，應(yīng)用少。圖4-8FSK波形產(chǎn)生器4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1/8/202320常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2、2FSK調(diào)制與解調(diào)圖4-8FSK波形產(chǎn)生器4.1.22FSK信號(hào)的另一種方法是鍵控法，即利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。該方法可用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換速度快、波形好，頻率穩(wěn)定度高。但由于f1和f2是兩個(gè)獨(dú)立的振蕩，因而使所輸出的信號(hào)失去了相位的連續(xù)性，相位不連續(xù)，可能對(duì)鄰道造成干擾，應(yīng)用比較多。

以上兩種產(chǎn)生方法及波形如圖4-8所示，圖中，s(t)代表信息的二進(jìn)制矩形脈沖序列，e0(t)代表2F5K信號(hào)。FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)ASK信號(hào)的組合。在FSK中f1和f2哪一頻率高由收發(fā)雙方通信協(xié)議確定。

4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）（2）解調(diào)FSK信號(hào)的解調(diào)也有兩種：相干解調(diào)（同步）和非相干解調(diào)。1/8/202321常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2FSK信號(hào)的另一種方法是鍵控法，即利用受矩形脈沖序圖4-92FSK解調(diào)器4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1/8/202322常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中圖4-92FSK解調(diào)器4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控相干解調(diào)—同步檢波（需要同步載波，所以應(yīng)用少）非相干解調(diào)：過零檢測(cè)法---常用方法包絡(luò)檢測(cè)法---分路窄帶濾波器（書上P59圖4-9）鑒頻法過零檢測(cè)法是一種常用而簡(jiǎn)便的解調(diào)方法。2FSK信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)隨載頻的變化而不同，因此，檢測(cè)出過零點(diǎn)數(shù)就可以得到載頻的差異，從而進(jìn)一步得到調(diào)制信號(hào)的信息。過零檢測(cè)法的原理框圖及各點(diǎn)波形如下頁圖所示。FSK信號(hào)經(jīng)限幅、微分、整流后形成與頻率變化相對(duì)應(yīng)的脈沖序列，由此再形成相同寬度的矩形波。此矩形波的低頻分量與數(shù)字信號(hào)相對(duì)應(yīng)，由低通濾波器濾出低頻分量，然后經(jīng)抽樣判決，即可得到原始的數(shù)字調(diào)制信號(hào)。4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1/8/202323常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中相干解調(diào)—同步檢波（需要同步載波，所以應(yīng)用少）4.1.22FSK信號(hào)過零檢測(cè)法4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1/8/202324常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2FSK信號(hào)過零檢測(cè)法4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（23、FSK信號(hào)的頻譜（1）調(diào)制指數(shù)（或頻移指數(shù)）h為

式中，Rs是數(shù)字基帶信號(hào)的速率。下圖給出了h＝0.5、h=0.7、h=1.5時(shí)2FSK信號(hào)的功率譜示意圖。

4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1/8/202325常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中3、FSK信號(hào)的頻譜（1）調(diào)制指數(shù)（或頻移指數(shù)）h為功率譜以fc為中心對(duì)稱分布。在Δf較小時(shí)功率譜為單峰。隨著Δf的增大，f1和f2之間的距離增大，功率譜出現(xiàn)了雙峰，這時(shí)的頻帶寬度可近似表示為

B2FSK≈2Rs+|f2-f1|

式中,Rs為基帶信號(hào)的碼元速率，數(shù)值上和帶寬一樣。所以我們說，F(xiàn)SK調(diào)制比ASK調(diào)制，頻帶利用率下降|f2-f1|。為了便于接收端解調(diào)，要求2FSK信號(hào)的兩個(gè)頻率f1,f2間要有足夠的間隔。對(duì)于采用帶通濾波器來分路的解調(diào)方法，通常取|f2-f1|=(3～5)Rs。于是，2FSK信號(hào)的帶寬為：4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1/8/202326常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中功率譜以fc為中心對(duì)稱分布。在Δf較小時(shí)功率相應(yīng)地，這時(shí)2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率為4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）4、FSK應(yīng)用

FSK應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用在音頻信道內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：（1）傳真機(jī)工作；（2）低速遠(yuǎn)動(dòng)CCITT的V.21標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定300b/s的Modem的技術(shù)參數(shù)：主呼頻率1270Hz（1碼）、1070Hz（0碼），被呼頻率2225Hz（1碼）、2025Hz（0碼），頻譜圖如書上P60圖4-11。（主叫和被叫各有一對(duì)頻率的信號(hào)在同一條電話線上雙向傳輸而互不干擾）1/8/202327常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中相應(yīng)地，這時(shí)2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率為4.1.例4-2如果在電話信道中接入基于V.21標(biāo)準(zhǔn)的Modem（速率為300b/s）要求電話信道的帶寬為多少？（設(shè)電話信道具有理想傳輸特性）解：根據(jù)V.21標(biāo)準(zhǔn)，四個(gè)頻率取最小和最大的兩個(gè)，則電話信道的帶寬為：

B2FSK≈2Rs+|f2-f1|=2*300+（2225-1070）=1755Hz（書上的計(jì)算方法可能有問題）例4-3設(shè)有一2FSK傳輸系統(tǒng)，其傳輸帶寬等于2400Hz。2FSK信號(hào)的頻率分別等于f0=980Hz，f2=1580Hz。碼元速率RB=300Baud。試求此2FSK信號(hào)的帶寬。解：信號(hào)帶寬：4.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1/8/202328常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中例4-2如果在電話信道中接入基于V.21標(biāo)準(zhǔn)的Modem一、二進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控（2PSK）1.絕對(duì)相移和相對(duì)相移

(1)絕對(duì)碼和相對(duì)碼。絕對(duì)碼和相對(duì)碼是相移鍵控的基礎(chǔ)。絕對(duì)碼是以基帶信號(hào)碼元的電平直接表示數(shù)字信息。如假設(shè)高電平代表“1”，低電平代表“0”，如下頁圖中{an}所示。相對(duì)碼（差分碼）是用基帶信號(hào)碼元的電平相對(duì)前一碼元的電平有無變化來表示數(shù)字信息的（我們?cè)诘诙吕镆呀?jīng)講過相對(duì)碼）。假若相對(duì)電平有跳變表示“l(fā)”，無跳變表示“0”，由于初始參考電平有兩種，因此相對(duì)碼也有兩種波形，如下頁圖{bn}1、{bn}2，所示。當(dāng)用二進(jìn)制數(shù)碼表示波形時(shí)，它們互為反碼。同樣，以后我們約定初始電平為低電平“0”。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202329常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中一、二進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控（2PSK）4.1.3絕對(duì)碼與相對(duì)碼的互相轉(zhuǎn)換

絕對(duì)碼和相對(duì)碼是可以互相轉(zhuǎn)換的。實(shí)現(xiàn)的方法就是使用模二加法器和延遲器（延遲一個(gè)碼元寬度Tb），如下圖所示。圖(a)是把絕對(duì)碼變成相對(duì)碼的方法，稱其為差分編碼器．完成的功能是bn＝anbn-1(n-1表示n的前一個(gè)碼)。圖(b)是把相對(duì)碼變?yōu)榻^對(duì)碼的方法，稱其為差分譯碼器，完成的功能是an＝bnbn-1。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202330常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中絕對(duì)碼與相對(duì)碼的互相轉(zhuǎn)換絕對(duì)碼和相對(duì)碼是二相調(diào)相波形1/8/202331常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中二相調(diào)相波形1/7/202331常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院(2)絕對(duì)相移。絕對(duì)相移是利用載波的相位偏移（指某一碼元所對(duì)應(yīng)的已調(diào)波與參考載波的初相差）直接表示數(shù)據(jù)信號(hào)的相移方式。假若規(guī)定：已調(diào)載波與未調(diào)載波同相表示數(shù)字信號(hào)“0”，與未調(diào)載波反相表示數(shù)字信號(hào)“1”，見上圖，圖中2PSK波形。此時(shí)的2PSK已調(diào)信號(hào)的表達(dá)式為其中，s(t)為雙極性數(shù)字基帶信號(hào)，表達(dá)式為式中，g(t)是高度為1，寬度為Tb的門函數(shù)。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202332常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中(2)絕對(duì)相移。絕對(duì)相移是利用載波的相位偏二相調(diào)相信號(hào)的矢量表示4.1.32PSK、2DPSK注意：相對(duì)碼是相對(duì)bn-1的相同與不同，相同輸出“0”，不同輸出“1”，不是相對(duì)與an-1。1/8/202333常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中二相調(diào)相信號(hào)的矢量表示4.1.32PSK、2DPSK(3)相對(duì)相移。相對(duì)相移是利用載波的相對(duì)相位變化表示數(shù)字信號(hào)的相移鍵控方式。所謂相對(duì)相位是指本碼元初相與前一碼元末相的相位差(即向量偏移)。有時(shí)為了討論問題方便，也可用相位偏移來描述。在這里，相位偏移指的是本碼元的初相與前一碼元(參考碼元)的初相相位差。當(dāng)載波頻率是碼元速率的整數(shù)倍時(shí)，向量偏移與相位偏移是等效的，否則是不等效的。

對(duì)于2DPSK，規(guī)定相對(duì)相位不變表示數(shù)字信號(hào)“0”，相對(duì)相位改變?chǔ)斜硎緮?shù)字信號(hào)“1”，如上頁圖所示。2DPSK相當(dāng)于把絕對(duì)碼變成相對(duì)碼，然后再對(duì)相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)相移鍵控調(diào)制。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202334常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中(3)相對(duì)相移。相對(duì)相移是利用載波的相對(duì)相2.2PSK信號(hào)的產(chǎn)生

2PSK信號(hào)和2ASK信號(hào)基本相同，區(qū)別在于2PSK信號(hào)是雙極性不歸零碼的雙邊帶調(diào)制，而2ASK信號(hào)是單極性不歸零碼的雙邊帶調(diào)制。由于雙極性不歸零碼沒有直流分量，因此2PSK信號(hào)是抑制載波的雙邊帶調(diào)制。這樣，2PSK信號(hào)的功率譜與2ASK信號(hào)的功率譜相同，只是少了一個(gè)離散的載波分量，也屬于線性調(diào)制。PSK信號(hào)產(chǎn)生方法有兩種，直接調(diào)相法和鍵控法，由于PSK需要發(fā)送載波基準(zhǔn)，所以實(shí)際采用DPSK，DPSK是用相位的相對(duì)變化來反映0、1碼。要實(shí)現(xiàn)DPSK調(diào)制，首先把絕對(duì)碼變換成相對(duì)碼，然后再進(jìn)行PSK調(diào)制。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202335常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2.2PSK信號(hào)的產(chǎn)生4.1.32PSK、2DPSK(1)直接調(diào)相法。(應(yīng)用少）直接調(diào)相法產(chǎn)生2PSK信號(hào)4.1.32PSK、2DPSK1/8/202336常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中(1)直接調(diào)相法。(應(yīng)用少）直接調(diào)相法產(chǎn)生2PSK信號(hào)(2)相位選擇法。（應(yīng)用多）相位選擇法產(chǎn)生2PSK信號(hào)4.1.32PSK、2DPSK1/8/202337常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中(2)相位選擇法。（應(yīng)用多）相位選擇法產(chǎn)生2PSK信號(hào)44.1.32PSK、2DPSK

二進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控和相對(duì)相對(duì)相移鍵控，0對(duì)應(yīng)0相位，1對(duì)應(yīng)π相位。注意上圖的問題是信碼波形應(yīng)該是雙極性碼。1/8/202338常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.32PSK、2DPSK相移鍵控的優(yōu)點(diǎn)：（1）抗噪聲性能強(qiáng)，優(yōu)于ASK和FSK。（2）頻帶利用率高。和ASK一樣是基帶信號(hào)的2倍。相移鍵控主要有：絕對(duì)相移鍵控PSK。相對(duì)相移鍵控-差分相移鍵控DPSK。實(shí)際應(yīng)用中，主要采用DPSK，主要因?yàn)镈PSK優(yōu)點(diǎn)特出。如果采用絕對(duì)相移鍵控PSK，則發(fā)送端要同時(shí)發(fā)送一個(gè)載波基準(zhǔn)信號(hào)。如果參考相位發(fā)生倒相（“φ=0”，變?yōu)椤唉?π”），則接收端恢復(fù)的數(shù)字信號(hào)會(huì)發(fā)生“0”、“1”碼反相，這種情況稱為反相工作。而DPSK沒有反相工作問題。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202339常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中相移鍵控的優(yōu)點(diǎn)：4.1.32PSK、2DPS3、PSK和DPSK調(diào)制和解調(diào)要實(shí)現(xiàn)DPSK調(diào)制，首先把絕對(duì)碼變換成相對(duì)碼，在碼型變換電路中實(shí)現(xiàn)，然后再進(jìn)行PSK調(diào)制。4.1.32PSK、2DPSK差分編碼2PSKanbn2DPSK信號(hào)PSK和DPSK解調(diào)同樣有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種，書上P62圖4-15是相干解調(diào)。2PSK相干解調(diào)器1/8/202340常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中3、PSK和DPSK調(diào)制和解調(diào)4.1.32PS4.1.32PSK、2DPSKDPSK也可以采用相干解調(diào)，只是產(chǎn)生是相對(duì)碼，還必須有一個(gè)碼變換器將相對(duì)碼變換為絕對(duì)碼。另外，DPSK還可以采用差分相干解調(diào)的方法，如書上P62圖4-16所示。

用這種方法解調(diào)時(shí)不需要恢復(fù)本地載波，可由收到的信號(hào)單獨(dú)完成。將DPSK信號(hào)延時(shí)一個(gè)碼元間隔Ts，然后與DPSK信號(hào)本身相乘（相乘器起相位比較的作用），相乘結(jié)果經(jīng)低通濾波后再抽樣判決即可恢復(fù)出原始數(shù)字信息。這是一個(gè)實(shí)用的方法。1/8/202341常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.32PSK、2DPSK4.1.32PSK、2DPSK1/8/202342常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.32PSK、2DPSK1/7/24.1.32PSK、2DPSK延遲TS要非常準(zhǔn)確，相乘以后“同相”為高電平，“反相”為低電平。與發(fā)送端產(chǎn)生2DPSK信號(hào)“1變，0不變”的規(guī)則相對(duì)應(yīng)，接收端抽樣判決器的判決準(zhǔn)則是抽樣值x>0（參考電平），判為0，X<0（參考電平），判為1。這一點(diǎn)，我們書上沒有講清楚。1/8/202343常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.32PSK、2DPSK延4.1.32PSK、2DPSK4、PSK與DPSK信號(hào)的頻譜前面我們已經(jīng)說過，PSK和DPSK信號(hào)實(shí)際上是雙極性矩形脈沖序列與高頻載波相乘的結(jié)果，所以其頻譜和ASK信號(hào)的頻譜相似，所不同的是ASK調(diào)制時(shí)基帶信號(hào)是單極性信號(hào)，含有直流分量，相乘后信號(hào)中就有載波分量，PSK與DPSK信號(hào)調(diào)制時(shí)，基帶信號(hào)是雙極性信號(hào)，如果信碼中1、0出現(xiàn)的概率相同，則基帶信號(hào)中沒有直流分量，已調(diào)波中就沒有載波分量，兩者的頻帶寬度相同，都是基帶信號(hào)的2倍。（ASK---2B、FSK----2B+|f1-f2|、PSK、DPSK----2B）1/8/202344常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.32PSK、2DPSK44.1.4多相制相移鍵控

4.1.4多相制相移鍵控（MPSK）通常，取多進(jìn)制數(shù)M為2的冪次（M＝2n）。當(dāng)攜帶信息的參數(shù)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M進(jìn)制幅度鍵控（MASK）、M進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）或M進(jìn)制相移鍵控（MPSK）。實(shí)際應(yīng)用比較多的是多相制相移鍵控（MPSK）。當(dāng)信道頻帶受限時(shí)，采用M進(jìn)制數(shù)字調(diào)制可以增大信息傳輸速率，提高頻帶利用率，這正是第1章中評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)有效性時(shí)所提到的內(nèi)容，即在不提高波特率的前提下，采用多進(jìn)制信號(hào)提高比特率。

目前用得比較多的多相制PSK（或DPSK）是四相制和八相制。1/8/202345常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.4多相制相移鍵控4.1.4多相制相移鍵控（4.1.4多相制相移鍵控多進(jìn)制調(diào)制的特點(diǎn)：（1）在碼元速率（傳碼率）相同的情況下，可以提高信息速率（傳信率）其中fB為傳碼率，fb為傳信率。（2）在信息速率相同的情況下，可以降低碼元速率，以提高傳輸可靠性。（3）在接收機(jī)輸入信噪比相同的情況下，多進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼率比相應(yīng)的二進(jìn)制系統(tǒng)要高。（4）多進(jìn)制設(shè)備復(fù)雜誤碼率：對(duì)于二進(jìn)制，Pe=Peb

對(duì)于多進(jìn)制，Pe≥Peb誤比特率：1/8/202346常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.4多相制相移鍵控多進(jìn)制調(diào)制的特點(diǎn)：誤比特率：14.1.4多相制相移鍵控1、四相制PSK與DPSK波形（4PSK又稱為QPSK）通常，取多進(jìn)制數(shù)M為2的冪次（M＝2n）。當(dāng)攜帶信息的參數(shù)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M進(jìn)制幅度鍵控（MASK）、M進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）或M進(jìn)制相移鍵控（MPSK）。實(shí)際應(yīng)用比較多的是多相制相移鍵控（MPSK）。當(dāng)信道頻帶受限時(shí)，采用M進(jìn)制數(shù)字調(diào)制可以增大信息傳輸速率，提高頻帶利用率，這正是第1章中評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)有效性時(shí)所提到的內(nèi)容，即在不提高波特率的前提下，采用多進(jìn)制信號(hào)提高比特率。

目前用得比較多的多相制PSK（或DPSK）是四相制和八相制。1/8/202347常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.4多相制相移鍵控1、四相制PSK與DPSK波相位配置矢量圖1/8/202348常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中相位配置矢量圖1/7/202348常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院四相制信號(hào)波形圖

波形正確1/8/202349常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中四相制信號(hào)波形圖

波形正確1/7/202349常州信息職業(yè)4.1.4多相制相移鍵控信碼（AB）相位（π/4系統(tǒng)）相位（π/2系統(tǒng)）00π/40013π/4π/2115π/4π107π/43π/24DPSK同樣是先把絕對(duì)碼變成相對(duì)碼，然后再進(jìn)行4PSK調(diào)制。（參考相位為00）絕對(duì)碼an0100110111101000相對(duì)碼bn0111011010110000相位π/2ππ/23π/23π/2π00書上圖4-17相對(duì)碼錯(cuò)了，4DPSK圖形錯(cuò)。1/8/202350常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.4多相制相移鍵控信碼（AB）相位（π/4系統(tǒng)）重要更正關(guān)于4DPSK（也稱QDPSK）的重要更正，請(qǐng)大家務(wù)必注意：（1）書上P63圖4-17的4DPSK圖形是對(duì)的（根據(jù)北京郵電大學(xué)資料）。（2）對(duì)于多進(jìn)制，把“絕對(duì)碼”變成“相對(duì)碼”方法比較復(fù)雜，不象我們前面介紹的二進(jìn)制那樣簡(jiǎn)單，首先把以二進(jìn)制形式表示的多進(jìn)制碼進(jìn)行串并變換，然后再控制選相網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生4DPSK（QPSK）信號(hào)。（3）4DPSK，同樣是利用前后碼的相對(duì)變化來表示信碼，在P63圖4-17中，信碼為01

00

11

01

11

10

10

004PSK信號(hào)的相位（查表4-1）為：π/2、0、π、π/2、π、3π/2、3π/2、0。1/8/202351常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中重要更正關(guān)于4DPSK（也稱QDPSK）的重要更正，重要更正（4）4DPSK信號(hào)的相位為多少呢？A、首先我們約定4DPSK的參考相位為0（00碼），B、信碼第一個(gè)為01（對(duì)應(yīng)相位為π/2）4DPSK的相位為在參考相位基礎(chǔ)上變化π/2。C、信碼第二個(gè)為00（對(duì)應(yīng)相位為0）4DPSK的相位是在前一波形（相位為π/2）的基礎(chǔ)上變化0相位后的相位為π/2。D、信碼第三個(gè)為11（對(duì)應(yīng)相位為π）4DPSK的相位是在前一波形（相位為π/2）的基礎(chǔ)上變化π相位后的相位為3π/2。

E、信碼第四個(gè)為01（對(duì)應(yīng)相位為π/2）4DPSK的相位是在前一波形（相位為3π/2）的基礎(chǔ)上變化π/2相位后的相位為4π/2（0相位）1/8/202352常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中重要更正（4）4DPSK信號(hào)的相位為多少呢？1/7/202重要更正依次類推同樣，對(duì)于2DPSK也一樣，根據(jù)信碼的情況，確定前后相位變化，信碼為1時(shí)，波形相位變化π，信碼為0，相位不變。例如信碼為10110，我們可以不通過相對(duì)碼，直接畫出2DPSK波形。（參考相位為0）1/8/202353常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中重要更正依次類推1/7/202353常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院4.1.4多相制相移鍵控2、4PSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)

相位AB輸出信號(hào)000sinwtπ/210+coswtπ11-sinwt3π/201-coswt4PSK信號(hào)的產(chǎn)生方法如書上圖4-19所示，下頁圖和圖4-19類似。AB為信碼。4PSK解調(diào)原理框圖如書上圖4-20所示。

1/8/202354常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.4多相制相移鍵控2、4PSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)相位選擇法產(chǎn)生四相制信號(hào)方框圖相位選擇法產(chǎn)生四相制信號(hào)1/8/202355常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中相位選擇法產(chǎn)生四相制信號(hào)方框圖相位選擇法產(chǎn)生四相制信號(hào)1/4.1.5多進(jìn)制正交幅度調(diào)制

4.1.5多進(jìn)制正交幅度調(diào)制（QAM）由前面的討論我們知道：采用多進(jìn)制調(diào)制，在相同碼元速率的條件下，提高信息傳輸速率。例如4PSK和2PSK碼元速率一樣，但4PSK的傳信率是2PSK的2倍。但也不是說，多進(jìn)制調(diào)制就沒有任何問題，我們說，由于4PSK相位間隔（π/2）比2PSK相位間隔（π）小，所以解調(diào)時(shí)4PSK出現(xiàn)誤判的可能性要大，同樣采用8PSK雖然傳信率更高，但誤碼率也更大。這是不以人的意志轉(zhuǎn)移的。若利用正交載波技術(shù)傳輸ASK信號(hào)，可使頻帶利用率提高一倍。如果再把多進(jìn)制與其他技術(shù)結(jié)合起來，還可進(jìn)一步提高頻帶利用率。能夠完成這種任務(wù)的技術(shù)稱為正交振幅調(diào)制（QAM）。1/8/202356常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.5多進(jìn)制正交幅度調(diào)制4.1.5多進(jìn)制正交幅4.1.5多進(jìn)制正交幅度調(diào)制除QAM以外，現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)還有許多種，例如時(shí)頻移位鍵控（TFSK）、時(shí)頻相移鍵控（TFPSK）、交錯(cuò)四相相移鍵控（OQPSK）、最小頻移鍵控（MSK）、正弦頻移鍵控（SFSK）、受控調(diào)頻（TFM）、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）等等。QAM是ASK和PSK相結(jié)合的產(chǎn)物，是對(duì)基本數(shù)字調(diào)制方式（ASK、FSK、PSK）的改進(jìn)，屬于現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)內(nèi)容，應(yīng)用廣泛。QAM也稱為幅相鍵控（APK）。

QAM調(diào)制的基本原理是利用兩個(gè)獨(dú)立的基帶信號(hào)波形，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)幅（DSB），即利用已調(diào)信號(hào)在相同帶寬內(nèi)的頻譜正交來實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)字信息的傳輸。QAM的信道利用率與單邊帶一樣，因而主要用于高速數(shù)字通信系統(tǒng)中。1/8/202357常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.5多進(jìn)制正交幅度調(diào)制除QAM以外，現(xiàn)代該調(diào)制方式通常有二進(jìn)制QAM（4QAM），四進(jìn)制QAM（16QAM），八進(jìn)制QAM（64QAM）…對(duì)應(yīng)的空間信號(hào)矢量端點(diǎn)分布圖稱為星座圖。下圖中，電平數(shù)和信號(hào)狀態(tài)之間的關(guān)系是M＝m2，其中m為電平數(shù)，M為信號(hào)狀態(tài)。對(duì)于4QAM，當(dāng)兩路信號(hào)幅度相等時(shí)，其產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與4PSK相同。4.1.5多進(jìn)制正交幅度調(diào)制1/8/202358常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中該調(diào)制方式通常有二進(jìn)制QAM（4QAM），四進(jìn)制QAQAM信號(hào)的同相和正交分量可以獨(dú)立地分別以ASK方式傳輸數(shù)字信號(hào)。如果兩通道的基帶信號(hào)分別為x（t）和y（t），則QAM信號(hào)可表示為：

為了傳輸和檢測(cè)方便，xk和yk一般為雙極性M進(jìn)制碼元，間隔相等，例如取為±1，±3，…，±（M－1）等。

通常，原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都是二進(jìn)制的。為了得到多進(jìn)制的QAM信號(hào)，首先應(yīng)將二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成M進(jìn)制信號(hào)，然后進(jìn)行正交調(diào)制，最后再相加。4.1.5多進(jìn)制正交幅度調(diào)制1/8/202359常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中QAM信號(hào)的同相和正交分量可以獨(dú)立地分別以AS下圖表示出了產(chǎn)生多進(jìn)制QAM信號(hào)的數(shù)學(xué)模型。圖中X’（t）由序列a1，a2，…，ak組成，y’（t）由序列b1，b2，…，bn組成，它們是兩組互相獨(dú)立的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，經(jīng)2／m變換器變?yōu)镸進(jìn)制信號(hào)x（t）和y（t）。經(jīng)正交調(diào)制組合后可形成QAM信號(hào)。QAM信號(hào)產(chǎn)生4.1.5多進(jìn)制正交幅度調(diào)制1/8/202360常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中下圖表示出了產(chǎn)生多進(jìn)制QAM信號(hào)的數(shù)學(xué)模型。QAM信號(hào)解調(diào)

4.1.5多進(jìn)制正交幅度調(diào)制1/8/202361常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中QAM信號(hào)解調(diào)4.1.5多進(jìn)制正交幅度調(diào)制1/7/2

利用兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源產(chǎn)生的FSK信號(hào)，一般情況下，在頻率轉(zhuǎn)換點(diǎn)上相位不連續(xù)，使得功率譜產(chǎn)生很大的旁瓣分量，帶限后會(huì)引起包絡(luò)起伏。為了克服上述缺點(diǎn)，須控制相位的連續(xù)性，這種形式的數(shù)字頻率調(diào)制稱為相位連續(xù)的頻移鍵控（CPFSK）。在一個(gè)碼元時(shí)間TS內(nèi)，CPFSK信號(hào)可表示為：

當(dāng)θ（t）為時(shí)間的連續(xù)函數(shù)時(shí)，已調(diào)波相位在所有時(shí)間上是連續(xù)的。若傳0碼時(shí)載頻為ω1，它們相對(duì)于未調(diào)載波ω0的偏移為Δω，上式又可寫為：補(bǔ)充：最小頻移鍵控（MSK）1/8/202362常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中利用兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源產(chǎn)生的FSK信號(hào)，一般情其中式中，θ（0）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(duì)于PSK信號(hào)，當(dāng)2ΔωTS=nπ（n為整數(shù)）時(shí)，就認(rèn)為它是正交的。為了提高頻帶利用率，Δω要小，當(dāng)n＝1時(shí)，Δω達(dá)最小值；有：

它等于碼元速率1／TS之半，這是最小頻差。CPFSK的這種特殊選擇稱為最小頻移鍵控（MSK）。補(bǔ)充：最小頻移鍵控（MSK）1/8/202363常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中其中式中，θ（0）為初相角，取決于過去碼元調(diào)制的結(jié)果，它的選假定θ（0）＝0

若還假定”＋”號(hào)對(duì)應(yīng)于1碼，“－”號(hào)對(duì)應(yīng)于0碼，將t=TS代入式當(dāng)t＞0時(shí)，在幾個(gè)連續(xù)碼元時(shí)間內(nèi)，θ（t）變化曲線。補(bǔ)充：最小頻移鍵控（MSK）1/8/202364常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中假定θ（0）＝0若還假定”＋”號(hào)對(duì)應(yīng)于1碼，右圖中正斜率直線表示傳1碼時(shí)的相位軌跡，負(fù)斜率直線表示傳0碼時(shí)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(shí)間內(nèi)，相對(duì)于前一碼元載波相位不是增加π／2，就是減少π／2。在TS的奇數(shù)倍時(shí)刻相位取π／2的奇數(shù)倍；在TS的偶數(shù)倍時(shí)刻相位取π／2的偶數(shù)倍。因此，MSK波形的相位θ（t）在每一碼元結(jié)束時(shí)必定為π／2的整數(shù)倍。

MSK信號(hào)相位軌跡補(bǔ)充：最小頻移鍵控（MSK）1/8/202365常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中右圖中正斜率直線表示傳1碼時(shí)的相位軌跡，負(fù)斜率直線表示傳0碼

由上式可以看出，MSK信號(hào)可采取正交調(diào)制的方法產(chǎn)生。當(dāng)兩支路碼元互相偏離TS時(shí)，恰好使和錯(cuò)開1/4周期，這保證了MSK信號(hào)相位的連續(xù)性。與產(chǎn)生過程相對(duì)應(yīng)，MSK信號(hào)可采取正交相干解調(diào)的方法恢復(fù)原信息碼，此外，還有其他解調(diào)方法，不再列舉。補(bǔ)充：最小頻移鍵控（MSK）1/8/202366常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中由上式可以看出，MSK信號(hào)可采取正交調(diào)制的方法產(chǎn)生。由MSK的討論可知，在每一碼元時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的相位是線性變化的。當(dāng)調(diào)制碼元極性發(fā)生變化時(shí)，相位變化π/2。但在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻相位仍然連續(xù)。不過，碼元極性變化時(shí)，相位軌跡曲線出現(xiàn)一尖角，這可由“MSK信號(hào)相位軌跡”曲線曲線看出。這導(dǎo)致MSK信號(hào)頻譜旁瓣滾降速度下降，帶外輻射增加。為了減小帶外輻射，提高頻帶利用率，應(yīng)使這些尖角變平滑，正弦頻移鍵控就是針對(duì)此問題提出的一種調(diào)制方式。

1/8/202367常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中由MSK的討論可知，在每一碼元時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的TFM信號(hào)相位軌跡曲線1/8/202368常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中TFM信號(hào)相位軌跡曲線1/7/202368常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)

為了減小已調(diào)波的主瓣寬度和鄰道中的帶外輻射，在TFM調(diào)制方式中，調(diào)制前對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行了“相關(guān)編碼”處理，如果調(diào)制前對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行高斯濾波處理，也能達(dá)到上述目的，這里是讓基帶信號(hào)先進(jìn)行高斯濾波，然后再進(jìn)行最小頻移鍵控調(diào)制。該方法稱為調(diào)制前高斯濾波的最小頻移鍵控，記為GMSK。GMSK信號(hào)相位軌跡圖GMSK信號(hào)的產(chǎn)生補(bǔ)充：高斯濾波的最小頻移鍵控（GMSK）1/8/202369常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中為了減小已調(diào)波的主瓣寬度和鄰道中的帶外輻射，在TFM調(diào)采用PLL的GMSK信號(hào)產(chǎn)生GMSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)

1/8/202370常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中采用PLL的GMSK信號(hào)產(chǎn)生GMSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)1/在數(shù)字移動(dòng)通信中進(jìn)行高速率數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，為了滿足鄰道帶外輻射功率低于－80dB～－60dB的指標(biāo)，要求信號(hào)要有更加緊湊的功率譜，例如GSM系統(tǒng)采用的就是這種GMSK調(diào)制方式。GMSK信號(hào)頻譜GMSK的頻譜特性1/8/202371常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中在數(shù)字移動(dòng)通信中進(jìn)行高速率數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，為了滿足鄰道帶外輻射功4.1.6調(diào)制解調(diào)器——MODEM

隨著計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)終端設(shè)備的普及，對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求與日俱增，應(yīng)用更加廣泛。電話通信網(wǎng)是遍及全世界的最大通信網(wǎng)絡(luò)。由于現(xiàn)有得通信系統(tǒng)主要是模擬通信系統(tǒng)，主要用于傳輸模擬話音，數(shù)字信號(hào)不能直接進(jìn)入這樣的信道．所以必須通過一個(gè)中間設(shè)備“MODEM”來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)和模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。MODEM稱為調(diào)制解調(diào)器。4.1.6調(diào)制解調(diào)器——MODEM1/8/202372常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1.6調(diào)制解調(diào)器——MODEM數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)示意圖4.1.6調(diào)制解調(diào)器——MODEM1/8/202373常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)示意圖4.1.6調(diào)制解調(diào)器——MODEM11、MODEM的功能

在兩個(gè)遠(yuǎn)距離的計(jì)算機(jī)之間傳遞數(shù)據(jù)，雙方必須通過中口利用RS232電纜各接一個(gè)外置式MODEM，或在計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽內(nèi)各接一個(gè)內(nèi)插式MODEM。發(fā)送端的MODEM從發(fā)送數(shù)據(jù)終端接收效據(jù)，經(jīng)過調(diào)制，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成合適于在電話信道中傳輸?shù)哪M信號(hào)，然后通過模擬電話網(wǎng)發(fā)往接收端的MODEM，再進(jìn)行解調(diào)，將模擬信號(hào)還原為數(shù)字信號(hào)送給接收端的計(jì)算機(jī)，從而利用模擬電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。4.1.6調(diào)制解調(diào)器——MODEM1/8/202374常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中1、MODEM的功能4.1.6調(diào)制解調(diào)器——MODEM1通信發(fā)送端MODEM完成的功能可以歸納為以下5點(diǎn)：1)接收計(jì)算機(jī)送來的控制命令和數(shù)據(jù)。2)將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成適合于在電話信道中傳輸?shù)哪M信號(hào)。3)完成和通信對(duì)方的協(xié)商功能。4)把模擬信號(hào)送到電話線上。5)保護(hù)電路．主要是避免電壓過高等問題出現(xiàn)。MODEM在撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用4.1.6調(diào)制解調(diào)器——MODEM1/8/202375常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中通信發(fā)送端MODEM完成的功能可以歸納為以下5點(diǎn)：通信接收端的MODEM完成如下功能：1)接收從電話線來的模擬音頻信號(hào)。2)將接收到的模擬信號(hào)解調(diào)還原為原始的數(shù)字信號(hào)。3)把解調(diào)復(fù)原出的數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)。4)保護(hù)電路。MODEM并不改變數(shù)據(jù)的內(nèi)容．它只是改變數(shù)據(jù)的表示形式以便于傳輸。MODEM是為了在模擬信道上傳輸數(shù)字信號(hào)而出現(xiàn)的，它也必將隨著以全數(shù)字化為目標(biāo)的ISDN的實(shí)現(xiàn)而無必要。4.1.6調(diào)制解調(diào)器——MODEM1/8/202376常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中通信接收端的MODEM完成如下功能：4.1.6調(diào)制4.2頻分多路復(fù)用頻分復(fù)用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing）的分割參量是頻率，是指在一個(gè)具有較寬通頻帶的物理信道中，通過調(diào)制技術(shù)將多路頻譜重疊的信號(hào)分別調(diào)制到不同的頻帶上使得它們的頻譜不再重疊(并保證都處在信道的通頻帶內(nèi))的一種多路復(fù)用方式。

頻分復(fù)用的特點(diǎn)是各路信號(hào)在時(shí)間上相互重疊，而在頻率上各占其位互不干擾。典型的頻分復(fù)用系統(tǒng)是多路載波系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是用來進(jìn)行多路話音信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸?shù)?，它把帶寬?.3-3.4kHz的話音信號(hào)，利用頻率搬移的方法，搬移到信道的不同頻率范圍內(nèi)，按一定的規(guī)則進(jìn)行排列，形成一個(gè)多路復(fù)用信號(hào)。4.2頻分多路復(fù)用1/8/202377常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.2頻分多路復(fù)用頻分復(fù)用（FDM，F(xiàn)r下圖是一個(gè)FDM的信道頻譜分布圖，圖中各路話音信號(hào)之間一般要有一定的保護(hù)帶。大部分情況下，信號(hào)頻帶寬度(3.1kHz)加上保護(hù)帶，常取4kHz。圖中畫出了32路話音信號(hào)搬移到600kHz的FDM頻譜。FDM頻譜信到分布式中Bi且為一路信號(hào)的帶寬，Bp為各路保護(hù)帶寬n為路數(shù)。4.2頻分多路復(fù)用1/8/202378常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中下圖是一個(gè)FDM的信道頻譜分布圖，圖中各路話頻分復(fù)用系統(tǒng)在復(fù)用和傳輸過程中，調(diào)制、多次頻率搬移和分路、解調(diào)等操作會(huì)不同程度地引入非線性失真，傳輸和音頻轉(zhuǎn)接也會(huì)引入噪聲。這些因素都會(huì)使數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸質(zhì)量下降，增大誤碼率。FDM一般用在模擬通信系統(tǒng)中。4.2頻分多路復(fù)用1/8/202379常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中頻分復(fù)用系統(tǒng)在復(fù)用和傳輸過程中，調(diào)制、多次頻率搬移和4.3擴(kuò)頻技術(shù)所謂擴(kuò)展頻譜技術(shù)（簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻技術(shù)）一般是指用比信號(hào)帶寬寬得多的頻帶寬度來傳輸信息的技術(shù)。為了擴(kuò)展發(fā)射信號(hào)的頻譜，可能使用不同技術(shù)對(duì)所傳的信息進(jìn)行處理，從而產(chǎn)生了不同的擴(kuò)頻調(diào)制類型。常見的擴(kuò)頻類型有：直接序列（DS）、跳頻（FH）、跳時(shí)（TH）和線性調(diào)頻脈沖（Chirp）等，另外，這些技術(shù)也常常組合起來使用，形成組合或混合類型的擴(kuò)頻技術(shù)。為了將要發(fā)射的信號(hào)擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上，擴(kuò)頻系統(tǒng)需要在頻帶和技術(shù)復(fù)雜性方面付出昂貴的代價(jià)，這樣做能得到什么好處呢?著名的香農(nóng)（Shannon）定理中可以找到我們所需的答案。4.3擴(kuò)頻技術(shù)1/8/202380常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.3擴(kuò)頻技術(shù)4.3擴(kuò)頻技術(shù)1/7/202380常州香農(nóng)定理指出：在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率（信道容量）為：其中C---——信道容量（比特/秒）

W——信號(hào)帶寬（赫茲）

N——噪聲功率

S——信號(hào)平均功率

當(dāng)S/N很小時(shí)（≤0.1）得到：上式說明：1）要增加系統(tǒng)的信息傳輸速率，即增加信道容量，可以通過增加傳輸信號(hào)的帶寬(W)或增加信噪比(S/N)來實(shí)現(xiàn)。4.3擴(kuò)頻技術(shù)1/8/202381常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中香農(nóng)定理指出：在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率2）當(dāng)信道容量C為常數(shù)時(shí)，帶寬W與信噪比之間可以互換，即可以通過增加帶寬(W)來降低系統(tǒng)對(duì)信噪比(S/N)的要求，也可以通過增加信號(hào)功率來降低信號(hào)的帶寬。3）當(dāng)帶寬(W)增加到一定程度后，信道容量C不可能無限制地增加。因此，在無差錯(cuò)傳輸?shù)男畔⑺俾蔆不變時(shí)，如信噪比很低(N/S很大)，則可以用足夠?qū)挼膸拋韨鬏斝盘?hào)。4.3擴(kuò)頻技術(shù)直接序列調(diào)制就是載波直接被偽隨機(jī)碼序列調(diào)制，其基本原理圖如圖10.1所示。在一般情況下調(diào)制方式可以是調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相和其它任何形式的振幅或角度調(diào)制。但最常使用的是差分相移鍵控（DPSK）方式，其優(yōu)點(diǎn)在前面已經(jīng)討論過。1/8/202382常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2）當(dāng)信道容量C為常數(shù)時(shí)，帶寬W與信噪比之間可以互換，即可以直接序列擴(kuò)頻原理1/8/202383常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中直接序列擴(kuò)頻原理1/7/202383常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院直接序列擴(kuò)頻原理在發(fā)射機(jī)端，要傳送的信息先轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)或符號(hào)，與偽隨機(jī)碼（PN碼）進(jìn)行模2和運(yùn)算后形成復(fù)合碼，再用該復(fù)合碼去直接調(diào)制載波。通常為提高發(fā)射機(jī)的工作效率和發(fā)射功率，擴(kuò)頻系統(tǒng)中一般采用平衡調(diào)制器。抑制載波的平衡調(diào)制對(duì)提高擴(kuò)頻信號(hào)的抗偵破能力也十分有利。在接收機(jī)端，用與發(fā)射機(jī)端完全同步的PN碼對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)后經(jīng)解調(diào)器還原輸出原始數(shù)據(jù)信息。1/8/202384常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中直接序列擴(kuò)頻原理在發(fā)射機(jī)端，要傳送的信息先轉(zhuǎn)換成二進(jìn)直接序列擴(kuò)頻原理擴(kuò)頻碼的特性在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，信號(hào)頻譜的擴(kuò)展是通過擴(kuò)頻碼實(shí)現(xiàn)的。擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能同擴(kuò)頻碼的性能有很大關(guān)系。對(duì)擴(kuò)頻碼通常提出下列要求：

1、易于產(chǎn)生；

2、具有隨機(jī)性；

3、擴(kuò)頻碼應(yīng)具有盡可能長(zhǎng)的周期，使干擾者難以通過擴(kuò)頻碼的一小段去重建整個(gè)碼序列；

4、擴(kuò)頻碼應(yīng)具有雙值自相關(guān)函數(shù)和良好的互相關(guān)特性，以有利于接收時(shí)的截獲和跟蹤，以及多用戶應(yīng)用。

1/8/202385常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中直接序列擴(kuò)頻原理擴(kuò)頻碼的特性1/7/202385常州信息職業(yè)直接序列擴(kuò)頻原理

從理論上說，用純隨機(jī)序列去擴(kuò)展信號(hào)頻譜是最理想的。但在接收機(jī)中為了解擴(kuò)應(yīng)當(dāng)有一個(gè)同發(fā)送端擴(kuò)譜碼同步的副本。因此，實(shí)際工程中，我們只能用偽隨機(jī)或偽噪聲（PN）序列作為擴(kuò)頻碼。偽隨機(jī)序列具有貌似噪聲的性質(zhì)，但它又是周期性的有規(guī)律的，既容易產(chǎn)生，又可以加工和復(fù)制的序列。

偽隨機(jī)序列具有類似于隨機(jī)序列的性質(zhì)，歸納起來有下列三點(diǎn)：

1、平衡特性：隨機(jī)序列中0和1的個(gè)數(shù)接近相等；

2、游程特性：把隨機(jī)序列中連續(xù)出現(xiàn)0或1的子序列稱為游程。連續(xù)的0或1的個(gè)數(shù)稱為游程長(zhǎng)度。隨機(jī)序列中長(zhǎng)度為1的游程約占游程總數(shù)的1／2，長(zhǎng)度為2的游程約占游程總數(shù)的1／22，長(zhǎng)度為3的游程約占游程總數(shù)的1／23，…

1/8/202386常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中直接序列擴(kuò)頻原理

從理論上說，用純隨機(jī)序列去擴(kuò)展信直接序列擴(kuò)頻原理

3、相關(guān)特性：隨機(jī)序列的自相關(guān)函數(shù)具有類似于白噪聲自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)。偽隨機(jī)序列具有類似于隨機(jī)序列的性質(zhì)，但它的結(jié)構(gòu)或形式是預(yù)先可以確定的，并且可以重復(fù)地產(chǎn)生和復(fù)制。擴(kuò)頻碼中應(yīng)用最廣的是m序列，又稱最大長(zhǎng)度序列。其它還有L序列和霍爾序列等。L序列是勒讓德（Legendre）序列或二次剩余序列的簡(jiǎn)稱。霍爾序列又叫孿生素?cái)?shù)序列。由于m序列在擴(kuò)頻碼中占據(jù)特別重要的地位。因此，本節(jié)主要對(duì)m序列的性質(zhì)及m序列的產(chǎn)生進(jìn)行討論。1/8/202387常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中直接序列擴(kuò)頻原理

3、相關(guān)特性：隨機(jī)序列的自相關(guān)函數(shù)具擴(kuò)頻技術(shù)基本原理擴(kuò)展頻譜通信(SpreadSpectrumCommunication)簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻通信。擴(kuò)頻通信的基本特征是使用比發(fā)送的信息數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機(jī)碼把載有信息數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，形成寬帶的低功率譜密度的信號(hào)來發(fā)射。香農(nóng)(Shannon)在信息論的研究中得出了信道容量的公式：C=Wlog2(1+P/N)

這個(gè)公式指示出：如果信息傳輸速率C不變，則帶寬W和信噪比P/N是可以互換的，就是說增加帶寬就可以在較低的信噪比的情況下以相同的信息率來可靠的傳輸信息，也就是可以用擴(kuò)頻方法以寬帶傳輸信息來換取信噪比上的好處。這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。1/8/202388常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中擴(kuò)頻技術(shù)基本原理擴(kuò)展頻譜通信(SpreadSpec4．1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)4．2頻分多路復(fù)用4．3擴(kuò)頻技術(shù)第4章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸本章安排4次理論課，2次實(shí)驗(yàn)和1次習(xí)題課1/8/202389常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4．1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)第4章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸本章安排4第4章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸

前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，知道數(shù)字基帶信號(hào)具有豐富的低頻成分，只適合在低通型信道中傳輸（比如雙絞線），但是在通信系統(tǒng)中實(shí)際使用的信道多為帶通型，例如各個(gè)頻段的無線信道、限定頻率范圍的同軸電纜等。為了使數(shù)字信號(hào)能在帶通信道中傳輸，必須采用數(shù)字調(diào)制方式。搬到頻譜較高的信道上進(jìn)行傳輸。這就是我們今天要學(xué)習(xí)的數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。1/8/202390常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中第4章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)字信那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號(hào)呢？主要原因是帶通型信道比低通型信道帶寬大得多，可以采用頻分復(fù)用技術(shù)傳輸多路信號(hào)；另外，若要利用無線電信道，必須把低頻信號(hào)“變”成高頻信號(hào)。第4章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸1/8/202391常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號(hào)呢？第4章數(shù)字4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)

和模擬調(diào)制相似，數(shù)字調(diào)制所用的載波一般也是連續(xù)的正弦型信號(hào)，但調(diào)制信號(hào)則為數(shù)字基帶信號(hào)。理論上講，載波形式可以是任意的（比如三角波、方波等），只要適合在帶通信道中傳輸即可。之所以在實(shí)際通信中多選用正弦型信號(hào)，是因?yàn)樗哂行问胶?jiǎn)單、便于產(chǎn)生和接收等特點(diǎn)。與模擬調(diào)制中的幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制相對(duì)應(yīng)，數(shù)字調(diào)制也分為三種基本方式：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)1/8/202392常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)1/7/2023

根據(jù)已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，數(shù)字調(diào)制也可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。在線性調(diào)制中，已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只不過是頻率位置搬移了；在非線性調(diào)制中，已調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不同，不是簡(jiǎn)單的頻譜搬移，而是有其他新的頻率成分出現(xiàn)。振幅鍵控屬于線性調(diào)制，而移頻鍵控和移相鍵控屬于非線性調(diào)制。這些特點(diǎn)與模擬調(diào)制是相同的。4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)1/8/202393常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中根據(jù)已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，數(shù)字調(diào)制也可分為線

所謂“鍵控”是指一種如同“開關(guān)”控制的調(diào)制方式。比如對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，由于調(diào)制信號(hào)只有兩個(gè)狀態(tài)，調(diào)制后的載波參量也只能具有兩個(gè)取值，其調(diào)制過程就像用調(diào)制信號(hào)去控制一個(gè)開關(guān)，從兩個(gè)具有不同參量的載波中選擇相應(yīng)的載波輸出，從而形成已調(diào)信號(hào)?！版I控”就是這種數(shù)字調(diào)制方式的形象描述。4.1數(shù)字調(diào)制與解調(diào)1/8/202394常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中所謂“鍵控”是指一種如同“開關(guān)”控制的調(diào)制4.4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1、信號(hào)波形圖4-3所示是一個(gè)ASK信號(hào)波形的例子。正弦載波受到信碼控制。當(dāng)信碼為1時(shí)，ASK的波形是若干個(gè)周期的高頻等幅波（圖中為1個(gè)周期）；當(dāng)信碼為0時(shí)，ASK信號(hào)的波形是零電平。圖4-3ASK信號(hào)波形4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/202395常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1、信號(hào)波形圖4.4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）高頻等幅波的3個(gè)周期的ASK的波形1/8/202396常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中4.4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）高頻等幅波的32、2ASK調(diào)制與解調(diào)

（1）產(chǎn)生二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法(調(diào)制方法)有兩種，如圖4-4所示。其中，圖（a）采用模擬調(diào)制方式的ASK調(diào)制方法。相乘器將數(shù)字基帶信號(hào)（單極性NRZ碼）和高頻載波相乘，得到ASK信號(hào)；圖（b）采用數(shù)字鍵控方法，由數(shù)字基帶信號(hào)去控制一個(gè)開關(guān)電路。當(dāng)出現(xiàn)1碼時(shí)開關(guān)S閉合，有高頻載波輸出；出現(xiàn)0碼時(shí)開關(guān)S斷開，無高頻載波輸出。4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）(a)(b)圖4-4ASK波形產(chǎn)生器框圖1/8/202397常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2、2ASK調(diào)制與解調(diào)（1）產(chǎn)生4.1（2）解調(diào)和模擬常規(guī)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)一樣，2ASK信號(hào)也有包絡(luò)檢波和相干解調(diào)兩種方式，兩種解調(diào)器的方框圖如下頁圖所示。由于被傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)1和0，因此，在每個(gè)碼元持續(xù)期間要用抽樣判決電路對(duì)低通濾波器的輸出作一次判決以確定信號(hào)取值。相干解調(diào)需要在接收端產(chǎn)生一個(gè)本地的相干載波，由于設(shè)備復(fù)雜，因此相干解調(diào)在2ASK系統(tǒng)中很少使用。對(duì)于含有載波分量的ASK信號(hào)，可以采用包絡(luò)檢波法解調(diào)。對(duì)于抑制載波的雙邊帶（DSB）信號(hào)和單邊帶（SSB）則只能采用相干解調(diào)，需要載波同步信號(hào)。4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/202398常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中（2）解調(diào)4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/7圖4-52ASK解調(diào)器4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/202399常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中圖4-52ASK解調(diào)器4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（3、2ASK信號(hào)的頻譜ASK信號(hào)實(shí)際上是信碼的單極性NRZ波形與高頻載波的相乘。我們知道二進(jìn)制NRZ波形的頻譜如書上P58圖4-6（a）所示，乘法器可以使信號(hào)的頻譜搬移到載波的兩邊，因此可得到ASK信號(hào)的頻譜如圖4-6(b)所示，從中可以得到一個(gè)重要的結(jié)論：ASK信號(hào)的頻帶寬度是基帶信號(hào)的2倍。由上式可知幅度鍵控信號(hào)的功率譜是基帶信號(hào)功系譜的線性搬移，所以其頻譜寬度是二進(jìn)制基帶信號(hào)的兩倍。由于基帶信號(hào)是矩形波，其頻譜寬度從理論上來說為無窮大，以載波ωc為中心頻率，在功率譜密度的第一對(duì)過零點(diǎn)之間集中了信號(hào)的主要功率，因此,通常取第一對(duì)過零點(diǎn)的帶寬作為傳輸帶寬，稱之為譜零點(diǎn)帶寬。4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/2023100常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中3、2ASK信號(hào)的頻譜由上式可知幅度鍵控信號(hào)的功率譜是基帶信2ASK信號(hào)的功率譜4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/2023101常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2ASK信號(hào)的功率譜4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK2ASK信號(hào)的帶寬Bs=2fs，fs為基帶信號(hào)的帶寬，在數(shù)量上與基帶信號(hào)的碼元速率Rs相同。這說明2ASK信號(hào)的傳輸帶寬是碼元速率的2倍。同時(shí)看出：1)二進(jìn)制ASK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，其中連續(xù)譜取決于單個(gè)基帶信號(hào)碼元f(t)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜，離散譜則由載波分量決定。2)二進(jìn)制ASK信號(hào)的帶寬是基帶脈沖波形的兩倍。二進(jìn)制振幅鍵控方式是數(shù)字調(diào)制中出現(xiàn)較早的，也是最簡(jiǎn)單的。這種方法最早應(yīng)用在電報(bào)系統(tǒng)，但由于它對(duì)抗噪聲的能力較差，它的功率利用率和頻帶利用率都不高，故在數(shù)字通信中應(yīng)用得不多，一般都是與具他種調(diào)制方式合用。4.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1/8/2023102常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系張立中2ASK信號(hào)的帶寬Bs=2fs，fs為基帶信號(hào)的帶寬書上P58例4-1：假設(shè)電話信道具有理想的帶通特性，頻率范圍為300-3400Hz，試問該信道在單向傳輸ASK信號(hào)時(shí)最大的傳輸碼率為多少？解：電話信道帶寬B=3400-300=3100（Hz）該信道在傳送ASK信號(hào)時(shí)，由