chapt調(diào)制技術(shù)實用

會計學(xué)1chapt調(diào)制技術(shù)實用2023/1/172概述調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號或數(shù)字信號變換成適合信道傳輸?shù)男盘枺ǜ哳l帶通信號），該信號稱為已調(diào)信號。調(diào)制可以通過使高頻載波隨信號幅度的變化而改變載波的幅度、相位或者頻率來實現(xiàn)。調(diào)制過程用于通信系統(tǒng)的發(fā)送端。在接收端需將已調(diào)信號還原成要傳輸?shù)脑夹盘枺撨^程稱為解調(diào)。第1頁/共72頁2023/1/173數(shù)字調(diào)制和模擬調(diào)制按調(diào)制器輸入信號（即調(diào)制信號）的形式分：數(shù)字調(diào)制和模擬調(diào)制無本質(zhì)區(qū)別，同屬正弦載波調(diào)制調(diào)制信號：數(shù)字型正弦調(diào)制、連續(xù)性正弦調(diào)制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：模擬信號-信噪比（SNR）數(shù)字信號-誤碼率（BER）第2頁/共72頁2023/1/174移動通信對調(diào)制技術(shù)的要求移動通信信道的特點(diǎn)帶寬有限，取決于可使用頻率資源和信道的傳播特性干擾和噪聲影響大，移動通信的電磁工作環(huán)境決定存在著多徑衰落已調(diào)信號的要求高的頻譜利用率抗干擾抗衰落第3頁/共72頁2023/1/175數(shù)字調(diào)制技術(shù)常用技術(shù)頻移鍵控FSK相移鍵控PSK數(shù)字移動通信系統(tǒng)中，調(diào)制信號可表示為符號或脈沖的時間序列，每個符號可以有m種有限狀態(tài)，代表n比特的信息，第4頁/共72頁2023/1/176數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)調(diào)制方式的選擇要求：可靠性，即抗干擾性。選擇具有低誤比特率的調(diào)制方式，其功率譜密度集中于主瓣內(nèi)；有效性。選取頻譜有效的調(diào)制方式上，特別是多進(jìn)制調(diào)制；工程上易于實現(xiàn)。主要體現(xiàn)在恒包絡(luò)與峰平比的性能上。數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)通常通過功率有效性ηp（powerefficiency）和帶寬有效性ηB

（spectralefficiency）來反映。第5頁/共72頁2023/1/177功率有效性和帶寬有效性功率有效性ηp是反映調(diào)制技術(shù)在低功率電平情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力，可表述成每比特的信號能量與噪聲功率譜密度之比：帶寬有效性ηB是反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶內(nèi)數(shù)字有效性的能力，可表述成在給定帶寬條件下每赫茲的數(shù)據(jù)通過率：第6頁/共72頁2023/1/178數(shù)字調(diào)制技術(shù)的特性要求為了在衰落條件下獲得所要求的誤碼率（BER），需要好的載噪比（C/N）和載干比（C/I）性能所用的調(diào)制技術(shù)必須在規(guī)定頻帶約束內(nèi)提供高的傳輸速率，以(bit/s)/Hz為單位應(yīng)使用高效率的功率放大器，而帶外輻射又必須降低到所需要求（-60~-70dB）恒定包絡(luò)低的載波與同道干擾（CCI）的功率比必須滿足快速的比特再同步要求成本低，易于實現(xiàn)第7頁/共72頁2023/1/179數(shù)字調(diào)制的分類數(shù)字式調(diào)制是將數(shù)字基帶信號通過正弦型載波相乘調(diào)制成為帶通信號。其基本原理是用數(shù)字基帶信號0與1去控制正弦載波中的一個參量振幅鍵控ASK，頻率鍵控FSK，相位鍵控PSK，幅度相位調(diào)制（正交幅度調(diào)制QAM）0與1組成二進(jìn)制調(diào)制，更有多進(jìn)制調(diào)制移相鍵控，為了克服移動接收端產(chǎn)生的相位模糊度，絕對移相（PSK）往往改進(jìn)為相對移相（DPSK）……數(shù)字蜂窩系統(tǒng)常用線性調(diào)制：各種進(jìn)制的PSK，QAM等。特點(diǎn)帶寬效率高恒包絡(luò)調(diào)制：MSK、TFM（平滑調(diào)頻），GMSK等。特點(diǎn)包絡(luò)幅度不變，發(fā)射功率放大器可在非線性狀態(tài)而不引起嚴(yán)重的頻譜擴(kuò)散第8頁/共72頁二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制1、調(diào)制原理

用開關(guān)的通或斷來進(jìn)行調(diào)制，即用二進(jìn)制矩形脈沖信號的“1”和“0”控制開關(guān)的通和斷，從而是載波通過或不通過。

振幅鍵控ASK第9頁/共72頁2、調(diào)制原理框圖帶通濾波器乘法器Acosωctm(t)s(t)2ASK調(diào)制原理框圖第10頁/共72頁3、ASK信號波形第11頁/共72頁（2）頻譜圖第12頁/共72頁4、結(jié)論：（1）ASK信號是由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，連續(xù)譜取決于雙邊帶譜，離散譜取決于載波分量，只在本身的載波分量上出現(xiàn)；（2）信號帶寬為原基帶信號帶寬的兩倍，即。（3）信號的第一旁瓣值比主峰值衰減14dB。頻帶利用率是原基帶信號的一半，即第13頁/共72頁5、解調(diào)主要方法：相干檢測法、非相干檢測法非相干解調(diào)法原理框圖帶通濾波器包絡(luò)檢波器低通濾波器抽樣判決輸入輸出定時抽樣特點(diǎn)：電路簡單；準(zhǔn)確性不太理想，信號影響較大；在相同誤碼率情況下，S/N比相關(guān)解調(diào)的信噪比高1dB；抗噪聲性能稍差于相干解調(diào)；第14頁/共72頁相干解調(diào)法原理框圖帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器輸入本地載波A′cos(ωL+φL)輸出定時脈沖解調(diào)部分由乘法器和低通濾波器組成，由本機(jī)產(chǎn)生同步信號為A’cosωLt，則解調(diào)器接收到的信號為：SASK(t)=s(t)Acosωct

通過相乘器的信號變?yōu)椋簓(t)＝A*A’s(t)cosωct*cosωLt

因為幅度與討論結(jié)果無關(guān)，故省去，同時，積化和差：

y(t)=s(t)cos(ωc-ωL)t+s(t)cos(ωc+ωL)t

經(jīng)過低通濾波器輸出為:y’(t)=0.5*S(t)cos(ωc-ωL)t第15頁/共72頁特點(diǎn)采用同步解調(diào)法，需有一個和載波保持同頻同相的相干振蕩信號，否則會造成解調(diào)后的波形失真，一般采用鎖相環(huán)路或窄帶濾波來提取同步信號；實現(xiàn)困難，技術(shù)要求高，設(shè)備復(fù)雜；第16頁/共72頁一、調(diào)制原理

用基帶數(shù)據(jù)信號控制載波頻率。當(dāng)傳送“1”碼時送出一個頻率f1，傳送“0”碼時送出另一個頻率f0。應(yīng)用在低速或中低速的數(shù)據(jù)傳輸中。1、分類相位連續(xù)的頻移鍵控相位不連續(xù)的頻移鍵控頻移鍵控FSK第17頁/共72頁2、信號組成定義：(1)標(biāo)稱載頻(2)頻移寬度第18頁/共72頁3、信號波形4、ITU建議

對于600/1200bps的數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，使用二進(jìn)制FSK調(diào)制，安排如下：碼元速率 ?1 ?2 △?60013001700400120013002100800第19頁/共72頁5、頻譜表示及頻譜圖第20頁/共72頁解調(diào)方法有多種：鑒頻法、零交點(diǎn)法（過零檢測法）、分路濾波、包絡(luò)檢波、差分檢波等；分路檢波法原理框圖四、解調(diào)第21頁/共72頁基本原理是根據(jù)頻移鍵控的過零率的大小來檢測已調(diào)信號中的頻率變化。輸入待調(diào)信號，經(jīng)整形、微分、整流后形成與頻率變化相立的脈沖序列，用此形成一定寬度的矩形波，經(jīng)積分電路濾除高次諧波，抽樣判決立即可得到原始的數(shù)字信號序列。工作原理框圖過零檢測法第22頁/共72頁第23頁/共72頁

利用載波的相位變化來反映數(shù)字信號，載波的振幅和頻率均不變化。應(yīng)用很廣泛，抗噪聲性能比ASK和FSK都更優(yōu)，頻帶利用率較高。應(yīng)用在中、高速的數(shù)據(jù)傳輸中。分類絕對調(diào)相——PSK，利用載波的絕對相位表示0和1；相對調(diào)相——DPSK，利用載波的相對相位表示0和1；移相鍵控PSK和DPSK第24頁/共72頁設(shè)正弦信號（載波）為Acosωct，則：一、2PSKS(t)看成雙極性不歸零信號，則：其中，g(t)為矩形脈沖，碼寬為Tc。第25頁/共72頁1、PSK信號波形第26頁/共72頁P(yáng)SK信號產(chǎn)生直接調(diào)相法：根據(jù)絕對移相信號等于雙極性基帶信號與載波相乘的原理產(chǎn)生PSK信號，用平衡調(diào)制器來實現(xiàn)；相位選擇法：選擇輸出2種不同相位的載波表示原始信號。第27頁/共72頁第28頁/共72頁5、解調(diào)相干解調(diào)：關(guān)鍵在于提取相干載波，通常采用倍頻－分頻法獲取載波。第29頁/共72頁第30頁/共72頁f

DPSK調(diào)制原理差分相移鍵控（DPSK）是利用相鄰二個碼元的載波信號初始相位的相對變化來表示所傳輸?shù)拇a元。例如，在二進(jìn)制中傳輸“1”碼時，則與此碼元所對應(yīng)的載波信號初始相位相對于前一碼所對應(yīng)的載波信號初始相位有或π弧度的變化;，傳輸“0”碼時，與此碼元所對應(yīng)的載波信號的初始相位相對于前一碼元所對應(yīng)的載波信號初始相位無變化（“1變0不變”）；當(dāng)然反過來也是可以的。

二進(jìn)制差分相移鍵控（DPSK）第31頁/共72頁f

二進(jìn)制差分相移鍵控（DPSK）初相為0相初相為π相相位差與初相無關(guān)表：數(shù)字信息序列與已調(diào)載波相位關(guān)系表4—1數(shù)字碼元1011001012PSK{φ}0π00ππ0π0{φ1}0ππ0πππ00π{φ2}π00π000ππ0已調(diào)載波每個碼元的相位2DPSK{Δφ}π0ππ00π0π（1）1001000110相對碼（2）0110111001

舉例若定義Δφ為2DPSK方式下本碼元初相與前一碼元初相之差，并設(shè)Δφ＝π相→“1”、Δφ＝0相→“0”，為了比較，設(shè)2PSK方式下φ＝π相→“0”、φ＝0相→“1”，則數(shù)字信息序列與2PSK、2DPSK信號的碼元相位關(guān)系如表所示。

初相為0相初相為π相第32頁/共72頁f二進(jìn)制差分相移鍵控（DPSK）（續(xù)）第33頁/共72頁f二進(jìn)制差分相移鍵控（DPSK）（續(xù)）

DPSK調(diào)制原理

2DPSK同樣存在A、B方式矢量圖，圖中虛線表示的參考矢量代表前一個碼元已調(diào)載波的相位。B方式下，每個碼元的載波相位相對于參考相位可取，所以其相鄰碼元之間必然發(fā)生載波相位的跳變，接收端可以據(jù)此確定每個碼元的起止時刻（即提供碼元定時信息），而A方式卻可能存在前后碼元載波相位連續(xù)。0π0參考矢量0參考矢量

圖二相移相信號矢量圖（a）方式A(b)方式B第34頁/共72頁f二進(jìn)制差分相移鍵控（DPSK）（續(xù)）

2DPSK信號的產(chǎn)生

在2PSK方式中，由于解調(diào)過程中會出現(xiàn)“倒π”現(xiàn)象，即相位模糊現(xiàn)象（相干接收PSK信號需要提供穩(wěn)定的本地載波，它的初始相位是0相或是π相，完全是隨機(jī)的，因此很可能使相干載波與接收到的信號載波反相，于是恢復(fù)出與發(fā)送碼元相反的碼序列)。因此，在實際中經(jīng)常采用2DPSK方式。

用源碼序列對載波進(jìn)行相對（差分）相移鍵控，等效于將源碼序列轉(zhuǎn)換為差分碼形式，之后對載波進(jìn)行絕對相移鍵控。絕對碼和相對碼之間的關(guān)系為

2DPSK信號的功率譜密度和帶寬相同于2PSK信號的功率譜密度和帶寬2PSK(bk)2DPSK(ak)2PSK調(diào)制第35頁/共72頁f

二進(jìn)制差分相移鍵控（DPSK）（續(xù)）

2DPSK信號的解調(diào)

相干解調(diào)（同步檢測法或極性比較法）

bk110010ak001011b(t)c(t)d(t)cp(t)e(t)f(t)a-aa(t)信息代碼（發(fā)ak）011100設(shè)bk-1=1；2PSK方式下：φ＝π相→“0”φ＝0相→“1”cp(t)abcedfakbk-1

2PSK解調(diào)碼反變換bkBPF載波同步LPF抽樣判決位同步TS已調(diào)2DPSK信號第36頁/共72頁

二進(jìn)制差分相移鍵控（DPSK）（續(xù)）

差分相干解調(diào)（相位比較法）

acdebcp(t)BPFTsLPF抽樣判決位同步已調(diào)2DPSK信號001100011a(t)b(t)c(t)d(t)cp(t)e(t)信息代碼（發(fā)ak）設(shè)bk-1=1；則：bk11011φ＝π相→“0”φ＝0相→“1”2PSK方式下:第37頁/共72頁

舉例：DPSK調(diào)制、解調(diào)過程

設(shè)源碼序列為=11010001011101

，假設(shè)無傳輸差錯恢復(fù)11010001011101100111100101100100111100101111010001011101第38頁/共72頁多進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)為提高傳輸信息的有效性（提高傳信率或系統(tǒng)利用率）和可靠性（抗噪聲性能），對基本的數(shù)字調(diào)制進(jìn)行改進(jìn)；常用的多進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)有多進(jìn)制鍵控系統(tǒng)，MASK、MFSK、MPSK等；高斯最小頻移鍵控GMSK最小頻移鍵控MSK正交部分響應(yīng)鍵控QPRK時域調(diào)制方式幅相鍵控APK等第39頁/共72頁一、MASK1、鍵控信號：多進(jìn)制幅度鍵控MASK和

多進(jìn)制頻率鍵控MFSK第40頁/共72頁2、結(jié)論由于SMASK(t)可以看成是時間上互不相關(guān)的L個不同振幅的二電平通斷鍵控信號的疊加，因此其功率譜密度便是L個信號的功率譜密度之和；多電平調(diào)制信號的帶寬必定和二電平調(diào)制信號帶寬相同，但其信息傳輸速率是二電平的logL倍；若保持與2ASK系統(tǒng)相同的誤碼率，則多進(jìn)制的信噪比和二進(jìn)制相比大6dB，功率消耗大，實際工程中很少采用；第41頁/共72頁第42頁/共72頁二、MFSK是二進(jìn)制FSK的簡單推廣，又稱多頻制；第43頁/共72頁第44頁/共72頁主要特點(diǎn)多頻制同樣具有多進(jìn)制調(diào)制的一切特點(diǎn)，占用較寬頻帶，抗噪聲性能低于2FSK信號；多頻制的信道利用率不高多頻制一般在調(diào)制速率不高的傳輸系統(tǒng)使用MFSK信號的產(chǎn)生方式是頻率選擇法，獲得相位不連續(xù)的MFSK信號；解調(diào)一般采用非相干解調(diào)；第45頁/共72頁三、MPSK是多相調(diào)制，用多種相位或相位差表示數(shù)據(jù)信息，可提高通信有效性和可靠性；常用的有4相制和8相制；第46頁/共72頁2相、4相、8相數(shù)字調(diào)制方式的向量圖:第47頁/共72頁QPSK四相絕對相位鍵控有兩種方式：A、B方式(ITU定義）信號表示：第48頁/共72頁

四相相移鍵控（QPSK）

多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制的原理

多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制，它是利用載波的多種不同相位（或相位差）來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。用M種相位來表k比特碼元的種狀態(tài)。假設(shè)相位數(shù)，比特碼元的持續(xù)時間為。則M相調(diào)制波可以表示為式中，為受調(diào)相位，可有種不同取值；下面主要討論四相絕對相移調(diào)制，記為4PSK或QPSK和四相相對相移調(diào)制，記為4DPSK或QDPSK。第49頁/共72頁四相相移鍵控（QPSK）

四相絕對相移鍵控QPSK

四進(jìn)制碼元又稱為雙比特碼元。它的前一信息用a代表，后一信息比特稱用b代表，雙比特碼元中兩個信息比特ab提出按照格雷碼（即反射碼）排列的。它與載波相位的關(guān)系如下表示。矢量圖如下。雙比特碼元載波相位（kj）abA方式B方式000o45o0190o135o11180o225o10270o315o0011參考相位0110參考相位00011110第50頁/共72頁四相相移鍵控（QPSK）

QPSK信號的產(chǎn)生

調(diào)相法（B方式）

注：串/并輸入信號碼速率等于,輸出信號碼速率等于，a支路和b支路信號的碼元寬度為，為二進(jìn)制信號碼元寬度。串/并變換平衡調(diào)制器平衡調(diào)制器載波振蕩相加移相2p-輸入同向支路a正交支路btcwcostcwsin輸出(a)(b)b(0)b(1)a(0)a(1)(1,0)(1,1))(0,1)(0,0)110100

10abcosωct-cosωct-cosωctcosωctI(t)-sinωct-sinωctsinωctsinωctQ(t)4PSK移相45°135°225°315°表

QPSK信號相位編碼邏輯關(guān)系a1001b1100a平衡調(diào)制器輸出0o180o180o0ob平衡調(diào)制器輸出270o270o90o90o合成相位315o225o135o45o第51頁/共72頁

四相相移鍵控（QPSK）

QPSK信號的產(chǎn)生

相位選擇法

QPSK信號的特點(diǎn)：在信號空間（星座圖）有4個均勻分布在同圓上（恒包絡(luò)）上的信號點(diǎn)（星點(diǎn)），4個不同相位載波互為正交。即說明：已調(diào)信號的幅度相等，依靠不同相位來區(qū)分各信號串/并變換輸入邏輯選相電路四相載波發(fā)生器帶通濾波器輸出第52頁/共72頁四相相移鍵控（QPSK）

QPSK信號的功率譜特性

串／并變換器將輸入的二進(jìn)制序列依次分為兩個并行的雙極性序列。a序列和b序列的碼元周期為輸入的二進(jìn)制序列碼元周期的2倍，碼元傳輸速率為輸入的二進(jìn)制序列碼元傳輸速率的1/2。

設(shè)輸入的二進(jìn)制序列的碼元傳輸速率為，則QPSK的第一個零點(diǎn)以內(nèi)的頻帶寬度為。此時的頻帶利用率為1B/Hz。第53頁/共72頁四相相移鍵控（QPSK）

QPSK信號的解調(diào)

相干解調(diào)

QPSK可以看作兩個正交的2PSK的合成，因此QPSK解調(diào)器由兩個2PSK信號相干解調(diào)器構(gòu)成平衡調(diào)制器平衡調(diào)制器相干載波移相2p-tcwcostcwsin輸出低通濾波器低通濾波器抽樣判決抽樣判決定時定時并/串變換ab已調(diào)QPSK信號第54頁/共72頁2023/1/1756多進(jìn)制調(diào)制技術(shù)與線性和恒包絡(luò)組合的調(diào)制技術(shù)現(xiàn)代調(diào)制技術(shù)可同時改變發(fā)射載波的包絡(luò)和相位（或頻率）傳輸數(shù)字基帶數(shù)據(jù)2個自由度，將基帶數(shù)據(jù)映射到四種（更多）的射頻載波信號——多進(jìn)制調(diào)制信道頻帶受限時增加信息的傳輸率（即比特率），提高頻帶的利用率碼元星座圖位置距離變小引起定時誤差增加，導(dǎo)致誤碼率升高以犧牲功率獲得較高的帶寬效率。第55頁/共72頁2023/1/1757第三章調(diào)制技術(shù)概述線性數(shù)字調(diào)制技術(shù)恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)多進(jìn)制調(diào)制技術(shù)與線性和恒包絡(luò)組合的調(diào)制技術(shù)擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)概念偽隨機(jī)序列直接序列擴(kuò)頻DS-SS跳頻與跳時擴(kuò)頻技術(shù)第56頁/共72頁2023/1/1758擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)是把信息的頻譜展寬并進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。目前的許多調(diào)制方案主要設(shè)計思想之一就是最小化傳輸帶寬，因為帶寬是有限的資源擴(kuò)頻技術(shù)對于單用戶帶寬效率很低，但多用戶可以在同一頻帶同時使用，且干擾不明顯，故頻譜效率反而會高。第57頁/共72頁2023/1/1759擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)偽隨機(jī)和類似噪聲特性擴(kuò)頻波形由偽噪聲（PN）序列控制PN序列是二進(jìn)制序列，表現(xiàn)出隨機(jī)性，卻可在接收機(jī)方以確定方式重新產(chǎn)生正確的PN序列經(jīng)過相關(guān)運(yùn)算可以解擴(kuò)，恢復(fù)原始窄帶信號。第58頁/共72頁擴(kuò)頻通信的直觀解釋2023/1/1760第59頁/共72頁若：d(t)、c(t)的頻域坡形為方波，d(t)傳輸?shù)男畔㈩l帶較窄，而PN序列頻帶較寬。根據(jù)信號與系統(tǒng)基本理論:時域相乘，頻域相卷積。不同寬度的門函數(shù)卷積將產(chǎn)生一梯形波，可見經(jīng)過處理后，信息的頻譜被擴(kuò)展了，能量被均勻分布于更寬的頻帶內(nèi)。2023/1/1761第60頁/共72頁2023/1/1762第61頁/共72頁2023/1/1763擴(kuò)頻系統(tǒng)框圖信源信源編碼信道編碼載波調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)制符號調(diào)制信道譯碼信源譯碼信息輸出信道去掉信息冗余度，壓縮信源數(shù)碼率，提高信道傳輸效率增加信道冗余度，具有檢錯糾錯能力提高信道傳輸質(zhì)量與常規(guī)窄道通信方式區(qū)別：信息的頻譜擴(kuò)展后形成寬帶傳輸相關(guān)處