基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)第1頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月2第6章基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6.1概述6.2二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)6.3二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)6.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)6.5二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)6.6二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較6.7多進(jìn)制數(shù)字鍵控第2頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月36.1概述為什么要研究調(diào)制傳輸問題？

1.數(shù)字基帶信號只適合低通信道數(shù)字基帶信號的功率集中在中低頻段，因此只適合在低通型信道中傳輸。適合低通型信號傳輸?shù)男诺篮苌?，如同軸電纜和雙絞線等。第3頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月42.低通型信道有較大的缺點(diǎn)

1）損耗大，并且頻率越高損耗越大。

2）難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

3）傳輸頻帶窄，不能很好利用頻率資源。

4）成本高。第4頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月5第5頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月63.常見的實(shí)際信道大都是帶通型的例如各個(gè)頻段的無線信道、限定頻率范圍的同軸電纜、光纖信道等，都是帶通型信道，不能傳輸數(shù)字基帶信號。

4.帶通傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)

1）充分利用寶貴的頻率資源

2）絕對帶寬非常寬,可實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸。

5.數(shù)字基帶信號不能直接進(jìn)行無線傳輸基帶信號是低頻信號，直接進(jìn)行無線傳輸所要求的天線尺寸非常大，難于實(shí)現(xiàn)。

6.數(shù)字基帶信號不能直接進(jìn)行光纖通信第6頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月7數(shù)字調(diào)制就是將數(shù)字符號變成適合于信道的波形。載波一般也是連續(xù)的高頻正(余)弦波形。調(diào)制信號為數(shù)字基帶信號。調(diào)制的過程就是利用基帶信號控制載波的參數(shù)，使載波的參數(shù)攜帶基帶信息。由于數(shù)字信息是離散的，因此，調(diào)制后的載波參數(shù)只有有限個(gè)數(shù)值。數(shù)字調(diào)制的過程類似于用數(shù)字信息控制開關(guān)，從幾個(gè)具有不同參量的獨(dú)立震蕩源中選擇參量，因此，又稱鍵控。第7頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月8信號的頻域特性信道的頻域特性調(diào)制的原理調(diào)制的目的調(diào)制的過程用基帶信號控制載波的參量離散數(shù)字調(diào)制和模擬調(diào)制的區(qū)別第8頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月9數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)方框圖抽樣判決器基帶脈沖生成器載波調(diào)制器信道載波解調(diào)器數(shù)字基帶信號數(shù)字頻帶信號比特流已調(diào)信號第9頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月10數(shù)字調(diào)制的基本分類

幅度鍵控(ASK)

頻移鍵控(FSK)

相移鍵控(PSK)絕對相移鍵控(BPSK)差分相移鍵控(DPSK)載波信號：調(diào)制的分類：按照基帶信號控制載波信號參數(shù)的不同第10頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月116.2二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）幅度鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying)：利用數(shù)字基帶信號控制載波的幅度。6.2.1基本原理已調(diào)信號的時(shí)域表達(dá)式第11頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月12

這種二進(jìn)制振幅鍵控的輸出波形是斷續(xù)的正弦波，所以也可稱為通-斷鍵控OOK(On-OffKeying)。2ASK信號的波形第12頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月13

在一般情況下，調(diào)制信號是具有一定波形形狀的二進(jìn)制脈沖序列其中，T為調(diào)制信號間隔，g(t)為單極性脈沖信號的時(shí)間波形，an為二進(jìn)制數(shù)字信息。二進(jìn)制幅度鍵控信號的一般時(shí)域表達(dá)式為由此，2ASK信號是雙邊帶調(diào)幅信號。第13頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月14調(diào)制器相乘法：A(t)可以是非矩形脈沖開關(guān)法：A(t)必須是矩形脈沖第14頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月15解調(diào)器ASK信號的解調(diào)：非相干解調(diào)和相干解調(diào)1、非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）包絡(luò)檢波器往往是半波或全波整流器，整流后通過低通濾波器濾波(平滑)即可獲得原基帶信號A(t).包絡(luò)檢波第15頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月16s(t)全波整流低通濾波第16頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月172、相干解調(diào)要實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，在收端要有一個(gè)與發(fā)端相同的載頻信號，叫相干載波。通過相乘器(即解調(diào)器)解調(diào)出原基帶信號，然后通過低通濾波器即可濾出基帶信號。第17頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月18經(jīng)低通濾波器濾波后，濾出1/2A(t)信號，就是原發(fā)端的基帶信號。兩種解調(diào)方法中，包絡(luò)檢波的輸出噪聲干擾稍大一些，換句話說這種方式的信噪比稍低一些，但包絡(luò)檢波設(shè)備比較簡單，不象相干解調(diào)那樣，需要有穩(wěn)定的本地相干載波。設(shè)接收的已調(diào)波為通過收端相乘器后，有第18頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月19s(t)和本地載波相乘低通濾波第19頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月206.2.2功率譜密度

一個(gè)信號可在時(shí)域內(nèi)表示，它可以表示信號電壓、電流、功率等參量隨時(shí)間變化的情況。但僅僅分析信號的時(shí)域特性是不夠的，為了分析一個(gè)復(fù)雜的信號，還要將信號在頻域內(nèi)表示，也就是頻譜分析。從頻譜圖上可方便又清楚地表示出該信號所包含的各頻率分量和各分量幅值的大小。由頻譜圖可看出信號能量在頻率軸上的分布，確定信號所占的頻帶，估計(jì)對鄰近波道的干擾等等，這些在電路設(shè)計(jì)時(shí)是十分有用的。第20頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月21

頻譜圖中的曲線頻譜圖中F(f)的幅度及相位隨頻率變化的曲線是各個(gè)頻率分量幅度頂點(diǎn)的包絡(luò)線。

負(fù)頻率及頻譜應(yīng)該指出，負(fù)頻率是不存在的。之所以畫出負(fù)頻率及其頻譜，因?yàn)樗窃谶M(jìn)行數(shù)學(xué)分析時(shí)得到的結(jié)果，用以表示一種數(shù)學(xué)形式。所以信號的頻譜圖只需畫單邊頻譜函數(shù)曲線就可以了，也就是畫出f＞0的部分(正頻率部分)就可以了。第21頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月22

若A(t)的功率譜密度為PA(f)，2ASK信號的功率譜密度為PASK(f)，則PA(f)可由上章內(nèi)容推出，例如單極性NRZ的功率譜2ASK信號第22頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月232ASK信號的功率譜B=2fc=2/T譜零點(diǎn)帶寬：第一對過零點(diǎn)的帶寬第23頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月24升余弦滾降基帶信號的2ASK信號功率譜

為了限制頻帶可以采用限帶信號作為基帶信號。第24頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月25“0”、“1”等概率時(shí)，由上一章5.5節(jié)二進(jìn)制單極性不歸零基帶信號的功率譜密度PA(f)，得出2ASK信號功率譜(6.2-8)第25頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月26頻譜特性2ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，其中連續(xù)譜取決于g(t)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜G(f)，離散譜則取決于載頻f0。2ASK信號的頻譜只是將基帶信號的頻譜沿頻率軸平移了f0，而基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)并不改變，因此ASK是線性調(diào)制。2ASK信號的帶寬等于基帶信號帶寬的2倍。頻帶利用率僅為直接傳輸基帶信號的1/2。第26頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月27直流分量

當(dāng)基帶信號中有直流分量時(shí)，經(jīng)ASK調(diào)制后變成了載波成分(頻率為f0)，功率譜中含有載頻成分，可見ASK方式能比較容易地傳輸基帶信號的直流分量。第27頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月28

ASK信號具有兩個(gè)邊帶，都含有相同的信息，頻帶利用率較低。為了提高信道頻帶利用率，經(jīng)常要進(jìn)行一些處理。一種采用單邊帶傳輸，即只傳送一個(gè)邊帶。通常對基帶信號進(jìn)行某種處理，使其低頻分量盡可能小，從而使已調(diào)ASK信號的上下邊帶之間有一個(gè)明顯的分界。這樣就能用普通濾波器切除一個(gè)邊帶分量，從而實(shí)現(xiàn)單邊帶傳輸，其頻譜利用率是雙邊帶傳輸?shù)膬杀丁ｎl帶利用率和邊帶第28頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月29還有一種就是采用殘余邊帶調(diào)制，它是介于雙邊帶和單邊帶之間的一種調(diào)制方法，它讓已調(diào)雙邊帶信號通過一只殘余邊帶濾波器，只使它的一個(gè)邊帶的絕大部分和另一邊帶的小部分通過，形成所謂的殘余邊帶調(diào)制信號。其頻帶利用率略小于單邊帶調(diào)制的。第29頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月306.2.3誤碼率

我們討論在加性高斯白噪聲信道中2ASK信號的誤碼率。

2ASK信號的解調(diào)方法有兩種，包絡(luò)檢波法和相干解調(diào)法。這兩種方法中接收信號都要先通過一個(gè)帶通濾波器，此濾波器的帶寬剛好使信號的有用頻譜通過并阻止帶外噪聲通過。下面分別討論上述兩種解調(diào)方法的誤碼率。第30頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月312ASK信號的相干解調(diào)窄帶高斯噪聲Bs：基帶信號帶寬第31頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月32p0(x)：發(fā)送“0”，解調(diào)器輸出信號x(t)的概率密度函數(shù)。p1(x)：發(fā)送“1”，解調(diào)器輸出信號x(t)的概率密度函數(shù)。第32頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月33相干接收時(shí)ASK系統(tǒng)的誤比特率

載波不為0時(shí)的ASK信號稱為峰值信號，解調(diào)器輸入的峰值信噪比，簡稱接收信噪比r>>1時(shí)，近似為(6.2-26)第33頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月342ASK信號的非相干解調(diào)窄帶高斯噪聲Bs：基帶信號帶寬第34頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月35p0(V)：發(fā)送“0”，包絡(luò)V的概率密度函數(shù)。p1(V)：發(fā)送“1”，包絡(luò)V的概率密度函數(shù)。

窄帶高斯噪聲經(jīng)過包絡(luò)檢波的非線性處理后，抽樣值不再是高斯分布了。第35頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月36非相干ASK的誤比特率信噪比很高的條件下(r>>1)，誤碼率為(6.2-46)(6.2-45)第36頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月37

兩種解調(diào)方法，包絡(luò)檢波的輸出噪聲干擾稍大一些，抗噪聲性能要稍差一些。但包絡(luò)檢波設(shè)備比較簡單，不象相干解調(diào)那樣，需要有穩(wěn)定的本地相干載波。所以在實(shí)際的ASK系統(tǒng)中，很少使用相干解調(diào)。第37頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月38第38頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月39頻移鍵控FSK(FrequencyShiftKeying)

利用數(shù)字基帶信號控制載波的頻率。6.3.1基本原理6.3二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）第39頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月40

頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。二進(jìn)制頻移鍵控信號,碼元的“1”和“0”分別用不同頻率的正弦波來傳送。若1對應(yīng)于載波頻率f1,0對應(yīng)于載波頻率f0。2FSK信號的時(shí)域表達(dá)式如下第40頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月41

二進(jìn)制移頻鍵控信號也可以看成兩個(gè)不同載頻的ASK信號之和第41頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月42第42頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月432FSK信號的產(chǎn)生主要有兩種方法直接調(diào)頻法就是用二進(jìn)制基帶脈沖信號去調(diào)制一個(gè)調(diào)頻器，使其能夠輸出兩個(gè)不同頻率的碼元。這種方法實(shí)現(xiàn)簡單，但頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度較差?；鶐}沖序列調(diào)頻器調(diào)頻法開關(guān)法調(diào)制器第43頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月44

開關(guān)法(數(shù)字鍵控法、頻率選擇法)

用基帶信號控制開關(guān)電路，去選擇兩個(gè)獨(dú)立頻率源的振蕩作為輸出。該方法轉(zhuǎn)換速度快，波形好，頻率穩(wěn)定度較高。A(t)開關(guān)電路頻率源1頻率源0s(t)f1f0第44頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月45兩種調(diào)制方法的區(qū)別調(diào)頻法：相鄰碼元之間相位連續(xù)。開關(guān)法：載波頻率發(fā)生變化時(shí)，載波的相位一般不連續(xù)。

這兩種方法產(chǎn)生的2FSK信號的波形基本相同，只有一點(diǎn)差異。第45頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月462FSK信號的解調(diào)方法很多非相干解調(diào)法相干解調(diào)法鑒頻法過零檢測法差分檢波法等包絡(luò)檢波法解調(diào)器第46頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月47

相干解調(diào)法

相干載波(cos1t和cos0t)必須從接收信號中提取，并且和信號碼元同頻同相。這就增加了接收設(shè)備的復(fù)雜程度。這里的抽樣判決器是比較哪一個(gè)輸入樣值大，此時(shí)可不專門設(shè)置門限電平。第47頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月48

非相干解調(diào)法在初始相位無法預(yù)知時(shí)，無法得到相干載波，只能采用非相干解調(diào)。包絡(luò)檢波法這里的抽樣判決器也是比較哪一個(gè)輸入樣值大，此時(shí)可不專門設(shè)置門限電平。第48頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月492FSK信號f0帶通濾波f1帶通濾波第49頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月500支路包絡(luò)檢波1支路包絡(luò)檢波兩支路比較判決第50頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月51b.過零點(diǎn)檢測法

第51頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月52FSK波形限幅器波形第52頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月53微分器整流器第53頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月54寬脈沖發(fā)生器低通濾波器第54頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月55鑒頻法由于鑒頻器的諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，鑒頻器輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍等因素，鑒頻器的允許相對頻差就不能太大。一般要使Q≤f0/f。解決方法是將2FSK信號經(jīng)過一次頻率變換，使數(shù)字調(diào)頻信號的頻譜搬移到較高頻段，以減小相對頻差,使允許的Q值提高。第55頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月56c.差分檢波法

輸入信號被分為兩路：一路直接送到乘法器(平衡調(diào)制器)，另一路經(jīng)時(shí)延T送到乘法器，相乘后再經(jīng)低通濾波器提取信號。

應(yīng)當(dāng)指出，鑒頻法、過零檢測法和差分檢波法都需要對輸出波形進(jìn)行抽樣判決。第56頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月572FSK信號在數(shù)字通信中應(yīng)用較為廣泛。 ITU推薦在話音頻帶內(nèi)傳輸速率低于1200bit/s時(shí)采用2FSK體制。

此外，2FSK可以用非相干方式接收，接收時(shí)不必利用信號的相位信息。故在條件惡劣的衰落信道中，如短波無線信道中，接收信號的相位有隨機(jī)抖動(dòng)，振幅也有隨機(jī)起伏，這種信號就特別適用。第57頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月586.3.2功率譜密度

二進(jìn)制移頻鍵控信號可以看成兩個(gè)不同載頻的ASK信號之和

前面已經(jīng)知道，一個(gè)2ASK信號的功率譜密度可以表示為第58頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月59因此2FSK信號的功率譜密度應(yīng)該是兩個(gè)不同頻率的2ASK信號的功率譜密度之和(6.3-3)第59頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月602FSK信號的功率譜Bs2fc+|f1-f0|第60頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月61第61頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月62頻譜特性2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。其中，連續(xù)譜由兩個(gè)雙邊譜疊加而成，而離散譜則出現(xiàn)在載頻上。與基帶信號相比，頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，是非線性調(diào)制。若兩個(gè)載頻之差較小時(shí)，連續(xù)譜出現(xiàn)單峰；若載頻之差逐步增大，即f1與f2的距離增加，則連續(xù)譜將出現(xiàn)雙峰。第62頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月632FSK信號的中心頻率fs稱為視在載頻，為設(shè)f1>f0，定義調(diào)制指數(shù)(或頻移指數(shù))h為基帶信號帶寬BA=fc，2FSK信號帶寬為第63頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月64為了便于接收端解調(diào)，常要求f0、f1之間要有足夠的間隔，一般，頻移指數(shù)h取3~52FSK調(diào)制信號帶寬約為基帶信號帶寬的5~7倍，頻帶利用率約為基帶信號頻帶利用率的1/7~1/5，效率比較低。第64頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月65第65頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月66例設(shè)有一2FSK傳輸系統(tǒng)，其信號的頻率分別等于f0=980Hz，f1=1580Hz。碼元速率RB=300Baud。試求此2FSK信號的帶寬。解

第66頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月676.3.3最小頻率間隔若f0和f1的間隔大于2fc，則可以通過濾波器來分離它們，但相應(yīng)的此時(shí)帶寬較大，頻帶利用率較低。若頻率間隔小于2fc，又無法通過濾波器分離。在原理上，若兩個(gè)信號互相正交，則可以通過相關(guān)器把它們完全分離。正交條件第67頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月68在初始相位已知，1-0=0的條件下，滿足兩路信號正交時(shí)的最小頻率間隔

|f1-f0|min=1/(2T)=fc/2。此時(shí)，調(diào)制指數(shù)這種調(diào)制指數(shù)為0.5的特殊2FSK稱為最小移頻鍵控(MSK)，帶寬B=2.5fc，是可實(shí)現(xiàn)的頻移鍵控FSK的最小帶寬。第68頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月69相干FSK的誤比特率接收信噪比非相干FSK的誤比特率(包絡(luò)檢波)比較可得，相干方式略優(yōu)于非相干方式。6.3.4誤碼率第69頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月70相干檢測法和包絡(luò)檢波法的誤碼率比較：相同信噪比條件下，相干檢測的誤碼率低于包絡(luò)檢波法，即相干檢測性能優(yōu)于包絡(luò)檢波。在大信噪比條件下兩者相差不很大。實(shí)際應(yīng)用中，多采用包絡(luò)檢波法。第70頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月712FSK與2ASK信號的誤碼率比較：包絡(luò)檢波2ASK：差3dB 2FSK：相干檢測2ASK： 差3dB2FSK：第71頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月72相移鍵控PSK(PhaseShiftKeying)

利用數(shù)字基帶信號控制載波的相位。6.4.1基本原理6.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)第72頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月73

二進(jìn)制相移鍵控信號，碼元的“1”和“0”分別用兩個(gè)不同的初始相位來表示，這兩個(gè)相位通常相隔rad，如用初始相位為0表示碼元“0”，用初始相位為表示碼元“1”。這種以載波初始相位的不同，直接表示相應(yīng)數(shù)字信息的相位鍵控信號，通常稱為絕對相移鍵控(BPSK)信號，時(shí)域表達(dá)式如下第73頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月74

上面兩個(gè)碼元的相位相差，故波形形狀相同,極性相反。因此,2PSK信號可表示為

從上式可以看出，2PSK就是一個(gè)基帶信號為雙極性的特殊2ASK信號。第74頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月75第75頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月76其中an為雙極性數(shù)字信號一般的基帶信號是具有一定波形形狀的二進(jìn)制脈沖序列，此時(shí)，時(shí)域表示式可寫為若g(t)是幅度為1寬度為T的矩形脈沖第76頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月77

將2PSK信號和2ASK信號比較可得，它們的表達(dá)式在形式上是相同的。區(qū)別在于，2ASK信號是單極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制，2PSK信號是雙極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制。由于雙極性脈沖序列沒有直流分量，所以2PSK信號是抑制載波的雙邊帶調(diào)制。這樣，2PSK信號的功率譜與2ASK信號的功率譜相同，只是少了一個(gè)離散的載波分量。6.4.2功率譜第77頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月782PSK信號的功率譜密度Bs=2fc第78頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月79頻譜特性當(dāng)基帶信號“0”和“1”等概率出現(xiàn)時(shí)，無離散譜，2PSK信號的功率譜只有連續(xù)譜，可以看作抑制載波的雙邊帶調(diào)制。2PSK信號的帶寬等于基帶信號帶寬的2倍。頻帶利用率僅為直接傳輸基帶信號的1/2。第79頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月802PSK和2ASK信號波形關(guān)系A(chǔ)2AA(a)2ASK(c)載波(b)2PSK第80頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月812PSK信號主要有兩種產(chǎn)生方法相乘法相乘法相位選擇法調(diào)制和解調(diào)調(diào)制器第81頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月82相位選擇法用基帶信號控制一個(gè)開關(guān)電路，以選擇輸入信號，開關(guān)電路的輸入信號是相位相差的同頻載波。

兩種方法的復(fù)雜程度差不多，并且都可以用數(shù)字信號處理器實(shí)現(xiàn)。第82頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月83解調(diào)器2PSK信號不能采用包絡(luò)檢波法，通常采用相干解調(diào)方式。相干解調(diào)法第83頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月842PSK相干接收的誤比特率接收信噪比當(dāng)信噪比很大時(shí)，即r>>1時(shí)6.4.3誤碼率第84頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月852PSK、2FSK與2ASK相干檢測誤碼率比較2ASK：2FSK：2PSK：在相干檢測條件下，為了得到相同的誤碼率，2FSK的功率需要比2PSK的功率大3dB；而2ASK則需比2PSK大6dB。第85頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月86解調(diào)器2PSK信號的功率譜中無載波分量，所以不能采用包絡(luò)檢波法，通常采用相干解調(diào)方式。相干解調(diào)法第86頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月872PSK存在的問題

要實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，如何獲得相干載波是個(gè)關(guān)鍵問題。根據(jù)前面對2PSK信號功率譜的分析可知：PSK信號的功率譜中沒有離散的載頻分量，不能直接提取相干載波。因此，只有對PSK信號進(jìn)行非線性變換，才能產(chǎn)生載波分量。常用的載波恢復(fù)電路有兩種，見7.2.2節(jié)：平方環(huán)電路科斯塔斯(Costas)環(huán)電路第87頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月88平方變換法提取載波平方后若用一窄帶濾波器將20頻率分量濾出，再進(jìn)行二分頻，就可獲得所需的相干載波。1.平方環(huán)

此方法廣泛用于建立抑制載波的雙邊帶信號的載波同步。雙邊帶信號第88頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月89若m(t)=±1，則s(t)信號就成為2PSK，這時(shí)

從中可用窄帶濾波器濾出2f0成分。在實(shí)際中，伴隨信號一起進(jìn)入接收機(jī)的還有加性高斯白噪聲，為了改善平方變換法的性能，使恢復(fù)的相干載波更為純凈，窄帶濾波器常用鎖相環(huán)代替，稱為平方環(huán)法提取載波。第89頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月90平方環(huán)法提取載波

由于鎖相環(huán)具有良好的跟蹤、窄帶濾波和記憶功能，平方環(huán)法比一般的平方變換法具有更好的性能。因此，平方環(huán)法提取載波得到了較廣泛的應(yīng)用。第90頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月91VCO輸出乘法器輸出經(jīng)低通濾波后ud僅與相位差有關(guān)，它通過環(huán)路濾波器去控制壓控振蕩器的相位和頻率。環(huán)路濾波器是一個(gè)低通濾波器，只允許接近直流的電壓通過。由鎖相環(huán)理論可知，一個(gè)周期內(nèi)，鎖相環(huán)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)有兩個(gè)，取值可能為0或。然后再將VCO的輸出經(jīng)過二分頻后，就是所需的相干載波。第91頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月92這意味著恢復(fù)出的載波可能與理想載波同相，也可能反相。這種相位關(guān)系的不確定性，稱為0，的相位模糊。當(dāng)=0時(shí)，二分頻的輸出為當(dāng)=時(shí)，二分頻的輸出為第92頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月932.科斯塔斯(Costas)環(huán)法

科斯塔斯(Costas)環(huán)又叫同相正交環(huán)法。在此環(huán)路中，壓控振蕩器(VCO)提供兩路互為正交的載波，與輸入接收信號分別在同相和正交兩個(gè)鑒相器中進(jìn)行鑒相，經(jīng)低通濾波之后的輸出均含調(diào)制信號，兩者相乘后可以消除調(diào)制信號的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與相位差有關(guān)的控制壓控，從而準(zhǔn)確地對壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整。第93頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月94VCO輸出相乘和濾波后v5和v6相乘后第94頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月95

當(dāng)m(t)為矩形脈沖的雙極性數(shù)字基帶信號時(shí)，m

2(t)=1。即使m(t)不為矩形脈沖序列，式中的m

2(t)可以分解為直流和交流分量。由于鎖相環(huán)作為載波提取環(huán)時(shí)，其環(huán)路濾波器的帶寬設(shè)計(jì)的很窄，只有m(t)中的直流分量可以通過，因此u可寫成

比較可知，平方環(huán)和科斯塔斯環(huán)具有相同的u-特性曲線。第95頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月96

由上圖可知，=n（n為任意整數(shù)）為PLL的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。PLL工作時(shí)可能鎖定在任何一個(gè)穩(wěn)定平衡點(diǎn)上，考慮到在載波周期2內(nèi)取值可能為0或，這意味著恢復(fù)出的載波可能與理想載波同相，也可能反相。這種相位關(guān)系的不確定性，稱為0，的相位模糊。第96頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月97

這種0，的相位模糊，是用PLL從抑制載波的雙邊帶信號（2PSK或DSB）中提取載波時(shí)不可避免的共同問題。它不但在上述兩種環(huán)路中存在，在其他類型的載波恢復(fù)環(huán)路，如逆調(diào)制環(huán)、判決反饋環(huán)、松尾環(huán)等性能更好的環(huán)路中，也同樣存在；不但在2PSK時(shí)存在，在多相移相信號（MPSK）也同樣存在相位模糊度問題。下面來分析一下這種0，的相位模糊現(xiàn)象給解調(diào)帶來的影響。第97頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月98相干解調(diào)器輸入的絕對相移鍵控信號為第98頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月99信碼an10110100111已調(diào)信號相位00000本地載波相位100000000000[1]極性++++判決結(jié)果an110110100111本地載波相位2[2]極性+++++++判決結(jié)果an201001011000第99頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月100

碼元相位表示碼元所對應(yīng)的PSK信號的相位，[·1]和[·2]表示相位為的PSK信號分別與相位為1和2的本地載波相乘。這樣我們看到本地載波相位的不確定性造成了解調(diào)后的數(shù)字信號可能極性完全相反，形成1和0的倒置。當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180o倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象通常稱為“倒”現(xiàn)象。第100頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月101相干解調(diào)主要存在兩個(gè)難點(diǎn)：第一、難以確定本地載波的相位。這又有兩方面的原因。

1)載波恢復(fù)中存在相位模糊的問題。由此，系統(tǒng)中存在“倒”現(xiàn)象，最終導(dǎo)致通信出錯(cuò)。這對于數(shù)字信號的傳輸來說當(dāng)然不能允許。

2)信道存在不穩(wěn)定性，使接收信號的相位產(chǎn)生隨機(jī)起伏，若接收端產(chǎn)生的本地載波參考相位不能及時(shí)跟蹤其變化，也會(huì)造成同樣的相位顛倒。第101頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月102

第二、在隨機(jī)信號碼元序列中有可能出現(xiàn)信號波形長時(shí)間地為連續(xù)的正(余)弦波形，致使在接收端的無法辨認(rèn)碼元的起止時(shí)刻。這樣抽樣判決時(shí)刻也就隨之不能正確決定。因此，2PSK信號雖然是最基本的PSK調(diào)制方式，但它卻難以實(shí)用。為了克服相位模糊度對于解調(diào)的影響,通常要采用差分相移鍵控的調(diào)制方法。第102頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1032PSK和2ASK、2FSK相比，有很好的誤碼率性能，但是，在2PSK傳輸系統(tǒng)中存在相位不確定性，并將造成接收碼元“0”和“1”的顛倒，造成誤碼。這個(gè)問題將直接影響到2PSK信號用于長距離傳輸。為了克服此缺點(diǎn)，并保存2PSK信號的優(yōu)點(diǎn)，將2PSK信號改進(jìn)為二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)體制。差分相移鍵控又稱相對相移鍵控。本節(jié)將詳細(xì)討論2DPSK的原理和性能。6.5二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)第103頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1046.5.1基本原理前面討論的2PSK信號中，相位變化是以未調(diào)載波的相位作為參考基準(zhǔn)的。它是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，因而又稱為絕對調(diào)相。

2DPSK是利用前后碼元載波相位的相對變化來傳遞信息。即本碼元初相與前一碼元初相的差來表示信息，因而又稱相對調(diào)相。設(shè)為當(dāng)前碼元與前一碼元的相位之差：第104頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月105信號可以表示為 式中，0

＝2f0為載波的角頻率；

為前一碼元的相位。例基帶信號111001101111001101

00

0

00

0

初始相位02DPSK碼元相位(+)000000000第105頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月106DPSK信號波形第106頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1072DPSK信號的產(chǎn)生過程2）進(jìn)行絕對調(diào)相?；谶@種形成過程的二相相對調(diào)相信號，稱為二進(jìn)制差分相移鍵控信號，記作2DPSK。1）對數(shù)字基帶信號進(jìn)行差分編碼,即由絕對碼變?yōu)橄鄬Υa(差分碼)。差分可取傳號差分碼或空號差分碼。傳號差分碼的編碼規(guī)則為第107頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月108絕對碼an10010110差分碼bn011100100絕對調(diào)相規(guī)則差分編碼規(guī)則2DPSK相位00000第108頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月109第109頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月110初值bn-1=0初值bn-1=1絕對碼an10010111001011差分碼bn01110010100011002DPSK相位00000000

由此可見，對于相同的基帶輸入碼元序列，由于初始相位的不同，碼元的相位可以不同，也就是說，碼元的相位并不直接代表基帶信號，相鄰碼元的相位差才代表基帶信號。第110頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月111調(diào)制器第111頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月112解調(diào)器相干解調(diào)法（極性比較法）

1）相干解調(diào)2）差分譯碼第112頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月113第113頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月114逆碼變換器第114頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月115絕對碼an10110100111差分碼bn011011000101碼元相位000000本地載波相位1000000000000[1]極性++++++判決結(jié)果bn1100100111010譯碼結(jié)果an10110100111若本地載波和發(fā)送端載波相位相同第115頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月116絕對碼an10110100111差分碼bn011011000101碼元相位000000本地載波相位2[2]極性++++++判決結(jié)果bn2011011000101譯碼結(jié)果an10110100111若本地載波和發(fā)送端載波相位相差第116頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月117相位比較法（延遲解調(diào)、差分相干解調(diào))

用這種方法解調(diào)時(shí)不需要恢復(fù)本地載波，只需由收到的信號單獨(dú)完成。DPSK信號延時(shí)一個(gè)碼元間隔T，然后與DPSK信號本身相乘。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。差分相干解調(diào)又稱延遲解調(diào)，只有DPSK信號才能采用這種方法解調(diào)。第117頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月118第118頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月119絕對碼an10110100111差分碼bn011011000101碼元相位000000延遲碼元相位D000000[D]極性++++結(jié)果an10110100111

延遲解調(diào)不需要相干載波，但此方法對延遲單元的延時(shí)精度要求很高，較難做到，且誤碼率也較差，所以應(yīng)用較少。第119頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月120

對于2DPSK信號，我們可以用矢量圖來表示信號碼元。圖中以橫座標(biāo)為參考相位，即前一碼元的相位，當(dāng)前碼元的相位可能為0或。ITU-T規(guī)定，該方式稱為A方式。A方式和B方式00參考相位前一碼元相位第120頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月121

按照這種定義，在某個(gè)長碼元序列中，信號波形的相位可能仍沒有突跳點(diǎn)。這樣，2DPSK信號雖然解決了載波相位不確定性的問題，但是碼元的定時(shí)問題仍沒有解決。0-/2參考相位(前一碼元相位)/2

為了解決這個(gè)問題，可以采用右圖所示的相移方式。第121頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月122

此時(shí)，當(dāng)前碼元相對于前一碼元的相位改變/2。因此，在相鄰碼元之間必定有相位突跳。在接收端檢測此相位突跳就能確定碼元的起止時(shí)刻。

ITU-T規(guī)定，該方式稱為B方式。由于它的優(yōu)點(diǎn)，B方式目前被廣泛采用。第122頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1236.5.2功率譜密度2DPSK信號的功率譜密度和2PSK信號的功率譜密度完全一樣。第123頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月124絕對碼an10110100111發(fā)送碼元相位000000接收碼元相位’0000000結(jié)果an11010100111發(fā)生單個(gè)錯(cuò)誤6.5.3誤碼率由于采用差分碼，傳輸中一位單獨(dú)錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致最后結(jié)果錯(cuò)兩位第124頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1252DPSK相位比較法檢測的誤比特率當(dāng)相干檢測的誤碼率很小時(shí)相干檢測（極性比較法）的誤比特率

2DPSK相干檢測前半部分與2PSK相同，只需再考慮逆碼變換器引入的誤碼率第125頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1266.6二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較

前面已經(jīng)分別研究了二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的幾種主要性能，比如系統(tǒng)的頻帶寬度、調(diào)制與解調(diào)方法及誤碼率。下面就針對這幾個(gè)方面的性能作一簡要比較。第126頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1271.誤碼率鍵控體制誤碼率公式相干2ASK非相干2ASK相干2FSK非相干2FSK相干2PSK延遲2DPSK第127頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月128由上表可以得出如下幾點(diǎn)一般結(jié)論：

1、在同一類型的鍵控系統(tǒng)中，抗噪聲性能相干方式略優(yōu)于非相干方式。它們基本上是和的關(guān)系，隨著r→，它們將趨于同一個(gè)極限值。

2、不同類型的鍵控方式相比較，在相同誤比特率的條件下，在峰值信噪比的要求上2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。由此，在抗加性高斯白噪聲方面，相干2PSK的抗噪聲性能最好，2FSK次之，2ASK最差。

第128頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月129-6-30369121518信噪比r(dB)110-110-210-310-410-510-610-7Pe非相干ASK相干ASK非相干FSK相干FSK相干DPSK非相干DPSKPSK第129頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月130

當(dāng)發(fā)射機(jī)有嚴(yán)格功率限制時(shí)，可考慮采用相干接收。因?yàn)樵诮o定碼元速率和誤碼率的條件下，相干接收要求的信噪比較非相干接收小。例如從宇宙飛船上發(fā)回遙測數(shù)據(jù)時(shí)，飛船發(fā)射功率是有限的移動(dòng)通信中，手機(jī)依靠電池供電，能量有限，要想在有限的功率下獲得較好的通信質(zhì)量，就可考慮用相干解調(diào)第130頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1312.頻帶寬度(頻帶利用率)基帶信號采用NRZ碼，基帶信號譜零點(diǎn)帶寬為fc=1/T，和碼元速率RB在數(shù)量上相同。2ASK系統(tǒng)2FSK系統(tǒng)2PSK系統(tǒng)

因此，從頻帶利用率上看，2FSK系統(tǒng)最不可取。第131頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1323.性能穩(wěn)定性及可靠性

（對信道特性變化的敏感性）

在實(shí)際通信中，很多信道屬于隨參信道，信道參數(shù)會(huì)隨時(shí)間變化，表現(xiàn)在信道的衰減隨時(shí)間變化，即信道中存在衰落現(xiàn)象。因此，在選擇數(shù)字調(diào)制方式時(shí)，還應(yīng)考慮它的各種特性（如最佳判決門限等）對信道特性的變化是否敏感。第132頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月133

對于2ASK系統(tǒng)。判決器的最佳判決門限為a/2(當(dāng)發(fā)送碼元0、1等概率時(shí))，它與接收機(jī)輸入信號的幅度有關(guān)。當(dāng)信道特性發(fā)生變化時(shí)，接收機(jī)輸入信號的幅度a將隨著發(fā)生變化；相應(yīng)的判決器的最佳判決門限也將隨之而變。這時(shí)，接收機(jī)不容易保持在最佳判決門限狀態(tài)，從而導(dǎo)致誤碼率增大。因此，就對信道特性變化的敏感性而言，2ASK的性能最差。由此，在衰落信道中，2ASK的性能最差。第133頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月134

在2FSK系統(tǒng)中，相干檢波和包絡(luò)檢波時(shí)都不需要人為地設(shè)置判決門限，它是直接比較兩路解調(diào)輸出的大小來作出判決。因此受信道特性變化的影響較小。在2PSK系統(tǒng)中，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，它不隨信道特性的變化而變化。這時(shí)，接收機(jī)容易保持在最佳判決門限狀態(tài)。由此，對于衰落信道，信號幅度會(huì)發(fā)生變化，因此不適合ASK方式。第134頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月135

此外，信道特性的變化也會(huì)導(dǎo)致傳輸函數(shù)的相位變化，因此也對PSK信號有影響。所以，F(xiàn)SK信號在這種信道中的魯棒性(robustness)最好。當(dāng)信道存在嚴(yán)重的衰落時(shí)，通常采用非相干接收，因?yàn)檫@里的接收端不容易得到相干解調(diào)所需的相干載波。綜上所述，衰落信道中比較適合非相干FSK方式。第135頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1364.設(shè)備的復(fù)雜程度

對于二進(jìn)制振幅鍵控、頻移鍵控及相移鍵控這三種方式來說，發(fā)送端設(shè)備的復(fù)雜程度相差不多，而接收端的復(fù)雜程度則與所選用的調(diào)制和解調(diào)方式有關(guān)。對于同一種調(diào)制方式，相干解調(diào)的設(shè)備要比非相干解調(diào)時(shí)復(fù)雜；而同為非相干解調(diào)時(shí)，2DPSK的設(shè)備最復(fù)雜，2FSK次之，2ASK最簡單。不言而喻，設(shè)備越復(fù)雜，其造價(jià)就越昂貴。如相干解調(diào)，通常在高質(zhì)量的數(shù)字通信系統(tǒng)中才采用。第136頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月137

上面從幾個(gè)方面對各種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了比較?？梢钥闯?，在選擇調(diào)制和解調(diào)方式時(shí)，要考慮的因素是比較多的。通常，只有對系統(tǒng)的要求作全面的考慮，并且抓住其中最主要的要求，才能作出比較恰當(dāng)?shù)木駬?。如果抗噪聲性能是主要的，則應(yīng)考慮相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取。如果帶寬是主要的要求，則應(yīng)考慮相干2PSK、2DPSK及2ASK，而2FSK最不可取。如果設(shè)備的復(fù)雜性是一個(gè)必須考慮的重要因素，則非相干方式比相干方式更為適宜。第137頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月138相干PSK、2DPSK：主要用于中速和中高速數(shù)據(jù)傳輸(一般指1200bit/s～4800bit/s的速率范圍)；非相干2FSK：主要用于中、低速數(shù)據(jù)傳輸(低于1200bit/s的話音頻帶內(nèi))，特別是在衰落信道中傳送數(shù)據(jù)時(shí)，它有著廣泛的應(yīng)用。（因?yàn)檫@時(shí)在接收端不易得到相干解調(diào)所需要的相干載波）移動(dòng)通信中則主要以多進(jìn)制PSK為主目前用得最多的數(shù)字調(diào)制方式主要是：第138頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1396.7多進(jìn)制數(shù)字鍵控

前面我們詳細(xì)討論了基本的二進(jìn)制鍵控體制。這是學(xué)習(xí)和研究數(shù)字鍵控的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上現(xiàn)在來簡要討論多進(jìn)制鍵控體制。1)

由此可知，在信息速率不變的情況下，通過增加進(jìn)制數(shù)M，可以降低碼元傳輸速率，從而減小信號帶寬，節(jié)約頻帶資源，提高系統(tǒng)頻帶利用率。第139頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月140

由此可知，在碼元傳輸速率不變的情況下，通過增加進(jìn)制數(shù)M，可以增大信息傳輸速率，從而在相同的帶寬中傳輸更多的信息量。2)3)在相同的噪聲下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能低于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)?；蛘哒f為了得到相同誤碼率，需要更高的信噪比，即需要更大的信號功率，這就是為了傳輸更多信息量所需要付出的代價(jià)。第140頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月141

多進(jìn)制鍵控實(shí)質(zhì)上是二進(jìn)制鍵控體制的推廣。用多進(jìn)制的數(shù)字基帶信號調(diào)制載波，就可以得到多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號。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)。此外還有許多性能更為優(yōu)越的調(diào)制方式，代表的有正交振幅調(diào)制(QAM)，交錯(cuò)正交相移鍵控(OQPSK)，最小頻移鍵控(MSK)，正弦頻移鍵控(SFSK)，平滑調(diào)頻(TFM)，高斯最小頻移鍵控(GMSK)。第141頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月142

前面說多進(jìn)制調(diào)制就是用多進(jìn)制的數(shù)字基帶信號調(diào)制載波。但是，進(jìn)入調(diào)制器的信號仍然是二進(jìn)制信息，所以，首先要對基帶信號進(jìn)行一次進(jìn)制轉(zhuǎn)換。常用的有兩種轉(zhuǎn)換方式：電平變換和串并變換。1、電平變換。就是二電平信號到多電平信號的轉(zhuǎn)換。例如，四進(jìn)制調(diào)制，將輸入信號兩個(gè)一組進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。1302102電平變換01110010010010011100進(jìn)制轉(zhuǎn)換011100130第142頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1432、串并轉(zhuǎn)換例如，四進(jìn)制調(diào)制，輸入基帶信號是01110010010010，首先進(jìn)行串并變換，把輸入的信號變成兩路信號a和b。a=0101001b=1100100串并變換01110010010010011110011110

此時(shí)，對應(yīng)a、b的不同取值，輸出符號就有四種狀態(tài)，00、01、10和11，用a和b去控制載波，載波參數(shù)就會(huì)有四種變化狀態(tài)，這也就是四進(jìn)制調(diào)制了。第143頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1441．基本原理在M進(jìn)制的幅度鍵控信號中,載波幅度有M種取值。當(dāng)基帶信號的碼元間隔為Ts時(shí)，M進(jìn)制幅度鍵控信號的時(shí)域表達(dá)式為式中，g(t)為基帶信號的波形,ωc為載波的角頻率，an為幅度值，an有M種取值。6.7.1多進(jìn)制幅度鍵控（MASK）第144頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1454ASK信號的波形第145頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月146

由上述公式和波形圖可知，MASK信號相當(dāng)于M電平的基帶信號對載波進(jìn)行雙邊帶調(diào)幅。因此，多進(jìn)制振幅鍵控又稱為多電平調(diào)制，它是2ASK體制的推廣。MASK信號可以看成是由時(shí)間上互不相容的M-1個(gè)不同振幅值的2ASK信號的疊加。所以MASK信號的功率譜，便是這M-1個(gè)信號的功率譜之和。盡管疊加后功率譜的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，但就信號的帶寬而言，當(dāng)碼元速率Rs相同時(shí)，MASK信號的帶寬與2ASK信號的帶寬相同，都是基帶信號帶寬的2倍。第146頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月147

和2ASK相比，這種體制的優(yōu)點(diǎn)在于信息傳輸速率高。M進(jìn)制的基帶信號的每個(gè)碼元攜帶有l(wèi)og2M比特信息，這樣在帶寬相同的情況下，MASK信號的信息速率是2ASK信號的log2M倍?；蛘哒f在信息速率相同的情況下MASK信號的帶寬僅為2ASK信號的1/log2M。

MASK的調(diào)制方法與2ASK相同，但是首先要把基帶信號由二電平變?yōu)镸電平。然后再用M電平基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，便可得到MASK信號。第147頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月148MASK的解調(diào)可以采用包絡(luò)檢波或者相干解調(diào)，原理和2ASK信號解調(diào)原理完全相同。

MASK信號由于是用信號振幅傳遞信息的，受信道衰落影響大，故在遠(yuǎn)距離傳輸中應(yīng)用較少。它的抗噪聲性能隨著進(jìn)制數(shù)M的增加而逐漸變差。第148頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1496.7.2多進(jìn)制頻移鍵控(MFSK)

在M進(jìn)制的頻移鍵控信號中，載波頻率有M種取值。當(dāng)基帶信號的碼元間隔為Ts時(shí)，MFSK信號的時(shí)域表達(dá)式為式中，Es為單位符號的信號能量，i為載波角頻率，有M種取值。第149頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月150

這時(shí)仍和2FSK時(shí)的條件相同，即要求每個(gè)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離開，或者說使用不同頻率的碼元相互正交。由于MFSK的碼元采用M個(gè)不同頻率的載波，所以它占用較寬的頻帶。設(shè)f1為其最低載頻，fM為其最高載頻，則MFSK信號帶寬近似為fM-f1+2/T。第150頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月151MFSK調(diào)制可用頻率選擇法實(shí)現(xiàn)。二進(jìn)制信息經(jīng)串并變換后形成M種形式，通過邏輯電路分別控制M個(gè)振蕩源。MFSK調(diào)制器第151頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月152MFSK非相干解調(diào)器MFSK信號通常用非相干解調(diào)。如圖，用M路帶通濾波器分離M個(gè)不同頻率的碼元。第152頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1536.7.3多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)1．MPSK信號的表達(dá)

在M進(jìn)制的相移鍵控信號中，載波相位有M種取值。當(dāng)基帶信號的碼元間隔為Ts時(shí)，MPSK信號的時(shí)域表達(dá)式為式中，Es為信號在一個(gè)碼元間隔內(nèi)的能量,c為載波角頻率,n為有M種取值的相位第153頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月154MPSK信號是僅用相位攜帶基帶信號的數(shù)字信息，為了表達(dá)出基帶信號與載波相位的聯(lián)系，可設(shè)碼元持續(xù)時(shí)間為Ts的基帶信號波形為g(t)，這樣MPSK信號的表達(dá)式又可寫為式中，n為載波在t=nTs時(shí)刻的相位，有M種取值，通常是等間隔的第154頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月155其中,為初相位，設(shè)=0，將前式展開得令則MPSK的表達(dá)式可化為第155頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月156

上式中的每一項(xiàng)都是一個(gè)M電平雙邊帶調(diào)幅信號，即MASK信號，但載波是正交的。因此，MPSK信號可以看成是兩個(gè)正交載波的MASK信號的疊加，所以MPSK和MASK信號的帶寬相同。上式可簡寫成式中同相分量正交分量第156頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月157

由上述分析可知，MPSK信號可以用正交調(diào)制的方法產(chǎn)生。

MPSK體制中，M通常取2n，即2,4,8,16等值。下面我們主要以M=4為例作進(jìn)一步分析。4相相移鍵控(4PSK)常稱為正交相移鍵控QPSK(Quadriphase-shiftKeying)。它的每個(gè)碼元含有兩比特信息，現(xiàn)用ab代表這兩個(gè)比特。故ab有四種組合，即00、01、10、11。它們的相位n之間的關(guān)系通常按格雷碼變化，其編碼規(guī)則和矢量圖如下所示。表中給出了A和B兩種編碼方式。第157頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月158abnA方式B方式110/401/23/4005/4103/27/4第158頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月159MPSK信號的矢量圖表示第159頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月160

從上圖可以看到，在MPSK信號的調(diào)制中，隨著M值的增加，相位之間的相位差減小，使系統(tǒng)的可靠性降低。因此MPSK調(diào)制中最常用的是4PSK和8PSK。不同的初始相位得到不同形式的MPSK信號，但這些信號在原理上沒有差別，后面可以看到，它們只是實(shí)現(xiàn)的方法稍有不同。第160頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1612．MPSK信號調(diào)制

QPSK信號的產(chǎn)生方法a.正交調(diào)制法正交調(diào)制法相位選擇法第161頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月162串并變換和電平產(chǎn)生波形第162頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月163

上述QPSK正交調(diào)制器框圖中，輸入的串行二進(jìn)制碼經(jīng)串并變換，分為兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號I(t)和Q(t)，然后分別對同相載波cosct和正交載波sinct進(jìn)行調(diào)制，相加后即得到了QPSK信號。

按這種方式產(chǎn)生的QPSK信號符合前面B方式編碼規(guī)則。第163頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月164由于已調(diào)信號功率譜的副瓣很大，經(jīng)常在兩個(gè)支路加入升余弦特性低通濾波器（LPF），以減小已調(diào)信號的副瓣。但此時(shí)的包絡(luò)就是非恒定的。第164頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月165b.相位選擇法

QPSK的相位選擇法，就是用數(shù)字信號去選擇所需相位的載波，從而實(shí)現(xiàn)相移鍵控。這種方式可以產(chǎn)生按A方式編碼的QPSK信號。它是一種全數(shù)字化的方法，適合于載波頻率較高的場合。第165頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1668PSK是另一種常用的多相鍵控。它是用載波的8種相位代表八進(jìn)制碼元。八進(jìn)制的每個(gè)碼元包含3個(gè)二進(jìn)制碼，稱為3比特碼元，用b1b2b3表示。

下面我們考慮如何利用正交調(diào)制法產(chǎn)生8PSK信號，即如何用同相分量和正交分量合成需要的調(diào)制信號。此時(shí)，輸入的二進(jìn)制信息序列經(jīng)串并變換，每次產(chǎn)生一個(gè)3位碼組b1b2b3，在b1b2b3的控制下，同相路和正交路分別產(chǎn)生一個(gè)四電平信號I(t)和Q(t)。第166頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月167同相分量極性正：b1=1負(fù)：b1=0同相分量幅度大：b3=1?。篵3=0正交分量極性正：b2=1負(fù)：b2=0正交分量幅度大：b3=0?。篵3=1第167頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1688PSK正交調(diào)制器第168頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月169第169頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月170

為保證已調(diào)信號的幅度相同，同相路與正交路的基帶信號幅度互相關(guān)聯(lián)，不能獨(dú)立選取。設(shè)8PSK信號幅度為1，則b3=1時(shí)同相路基帶信號應(yīng)為0.924，而正交路幅度為0.383。b3=0時(shí)同相路幅度為0.383，而正交路幅度為0.924。這樣I(t)的極性和幅度由b1b3決定，Q(t)的極性和幅度由b2b3決定。I(t)和Q(t)分別對同相載波和正交載波進(jìn)行幅度調(diào)制，得到2個(gè)4ASK信號，其疊加結(jié)果為8PSK信號。第170頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1713、MPSK信號的解調(diào)由上式，MPSK信號等效于兩個(gè)2PSK信號的疊加。所以MPSK信號可以用相干解調(diào)法，即用兩路正交的相干載波，分離出這兩路2PSK信號。解調(diào)后的兩路基帶信號碼元a和b，經(jīng)過并/串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。第171頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月172第172頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1738PSK也可采用上圖所示的相干解調(diào)方式。但電平判決為四電平判決。

MPSK也稱為多進(jìn)制絕對相移鍵控，在它的相干解調(diào)中恢復(fù)載波時(shí)，同樣存在相位模糊度問題。與2PSK一樣，對于M進(jìn)制調(diào)相也可以采用相對調(diào)相的方法，稱為多進(jìn)制差分相移鍵控MDPSK。第173頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月1746.7.4多進(jìn)制差分相移鍵控(MDPSK)

仍然以四進(jìn)制DPSK信號為例作進(jìn)一步討論。四進(jìn)制DPSK通常記為QDPSK。參照前面A方式對QPSK信號編碼的規(guī)則，可以寫出QDPSK信號的編碼規(guī)則。abnA方式00010/211013/2其中，n是相對于前一碼元的相位變化。第174頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月175差分編碼絕對調(diào)相第175頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月176anbnn000

下面我們考慮碼變換的規(guī)則。碼變換的功能是使由cd產(chǎn)生的絕對相移符合由ab產(chǎn)生的相對相移的規(guī)則。此時(shí)cd的變換結(jié)果必須要根據(jù)前一時(shí)刻已調(diào)載波的情況來取值，下面是碼變換關(guān)系。n-1cn-1dn-1000/210113/201n0/23/2cndn00101101第176頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月177anbnn10/211n-1cn-1dn-1000/210113/201000/210113/201n/23/203/20/2cndn1011010011010010第177頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月178anbnn103/2n-1cn-1dn-1000/210113/201n3/20/2cndn01001011

要注意的是，電路中用于相乘的信號應(yīng)該是雙極性NRZ矩形脈沖，所以cd要變成雙極性碼字。變換規(guī)則：二進(jìn)制碼元“0”

“+1”二進(jìn)制碼元“1”“1”第178頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月179QDPSK信號解調(diào)方法極性比較法相位比較法極性比較法第179頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月180相位比較法第180頁，課件共200頁，創(chuàng)作于2023年2月181

例已知電話信道的可用傳輸頻帶為600～3000Hz。為了傳輸3000bit/s的數(shù)據(jù)信號，設(shè)計(jì)物理可實(shí)現(xiàn)的幅度鍵控和相移鍵控的傳輸方案。解：已知Rb,采用二進(jìn)制調(diào)制，信號帶寬要大于奈奎斯特帶寬

當(dāng)前可用頻帶為Bc=2400Hz，所以必須采用多進(jìn)制調(diào)制。設(shè)傳輸方案所需的帶寬為B