信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù) 課件 第三章 調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制1

現(xiàn)代智能控制實(shí)用技術(shù)叢書

ModernintelligentcontrolpracticaltechnogySeries信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)簡(jiǎn)介

《現(xiàn)代智能控制實(shí)用技術(shù)叢書》共分為四本，其內(nèi)容按照信號(hào)傳輸?shù)逆湕l編寫：

傳感器

調(diào)制與解調(diào)

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

智能控制技術(shù)的應(yīng)用

本書系統(tǒng)地對(duì)信息傳輸與現(xiàn)代通信技術(shù)的密切關(guān)系、通信技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史，現(xiàn)代通信技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了介紹；

簡(jiǎn)述了世界通用的有線通信的載波技術(shù)、無(wú)線通信的微波接力通信的基本概念、基本原理，以及各類通信系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)、不足及適用領(lǐng)域。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)簡(jiǎn)介

本書還對(duì)現(xiàn)代通信技術(shù)的“高速公路”，即光導(dǎo)纖維通信、５Ｇ通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)，以及近距離小容量的通信手段———無(wú)線保真（ＷｉＦｉ）、藍(lán)牙和可見光通信技術(shù)進(jìn)行原理、功能及應(yīng)用的闡述。

對(duì)未來(lái)的通信技術(shù)，即量子通信技術(shù)的概況進(jìn)行介紹，并預(yù)測(cè)量子通信技術(shù)將在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信傳輸技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等方面應(yīng)用的可期待前景。

本書可作為大專院?；蚋叩仍盒Ｖ悄芸刂祁愊嚓P(guān)專業(yè)的參考書籍，也可供從事智能控制信息的傳輸方面的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人員作為參考資料。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)叢書序

自動(dòng)控制、智能控制、智慧控制是相對(duì)ＡＩ控制技術(shù)的普遍話題。在當(dāng)今的生產(chǎn)、生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中具有重要的作用。

在控制技術(shù)中離不開將甲地的信息傳送到乙地，以便遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)（遙測(cè)）、視頻顯示和數(shù)據(jù)記錄（遙信）、狀況或數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)（遙調(diào)）和智能控制（遙控），統(tǒng)稱為智能控制的四遙工程。

信息是物理現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)所固有的。信息本身不是物質(zhì)，不具有能量，但信息的傳輸卻依靠物質(zhì)和能量。

而信號(hào)則是信息的某種表現(xiàn)形式，是傳輸信息的載體。信號(hào)是物理性的，并且隨時(shí)間而變化，這是信號(hào)的本質(zhì)所在。

在無(wú)線電通信中，電磁波信號(hào)承載著各種各樣的信息。所以信號(hào)是有能量的物質(zhì)，它描述了物理量的變化過程，在數(shù)學(xué)上，信號(hào)可以表示為關(guān)于一個(gè)或幾個(gè)獨(dú)立變量的函數(shù)，也可以表示隨時(shí)間或空間變化的圖形。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)叢書序

實(shí)際的信號(hào)中往往包含著多種信息成分，其中有些是我們關(guān)心的有用信息，有些是我們不關(guān)心的噪聲或冗余信息。傳感器的作用就是把未知的被測(cè)信息轉(zhuǎn)化為可觀察的信號(hào)，提取所研究對(duì)象的有關(guān)信息，將原始信息轉(zhuǎn)換成信號(hào)。將有效信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘?hào)，或?qū)⑿盘?hào)放大，或?qū)⑤^低頻率的原始信息“調(diào)制”到較高頻率的信號(hào)；滿足遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊?，或?qū)⒃寄M信息處理為數(shù)字信號(hào)等。這就是智能控制發(fā)送部分的“職責(zé)”———信息的收集與調(diào)制。然后，將調(diào)制后的信號(hào)置于所選取的傳輸通道上進(jìn)行傳輸，使調(diào)制后的信號(hào)傳輸至信宿端———乙地在乙地接收到經(jīng)傳輸線路傳送來(lái)的信號(hào)后，然后進(jìn)行調(diào)制器的反向操作“解調(diào)”。即將高頻信號(hào)或數(shù)字信號(hào)還原成原始信息。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)叢書序

原始信息通過揚(yáng)聲器器（還原的音Ⅳ頻信號(hào)）、顯示器（還原的圖像或視頻信號(hào)）、打（還原的計(jì)算結(jié)果）或進(jìn)行力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等轉(zhuǎn)換，對(duì)原始信息控制目的物進(jìn)行作用，從而達(dá)到智能控制的目的。本套叢書就是對(duì)智能控制系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的一些關(guān)鍵技術(shù)的原理、特性、基本計(jì)算公式和方法、基本結(jié)構(gòu)的組成、各個(gè)部分參數(shù)的選取，以及主要應(yīng)用場(chǎng)合及其優(yōu)勢(shì)和不足等問題進(jìn)行討論和分析。本套叢書則沿著“有效信息的取得”、“有效信息的調(diào)制”、“調(diào)制信號(hào)的傳輸“、“調(diào)制信號(hào)的解調(diào)”以及“智能控制系統(tǒng)的舉例應(yīng)用”這一線索展開，對(duì)比較典型的智能控制系統(tǒng)，應(yīng)用于實(shí)踐的設(shè)計(jì)計(jì)算及控制的邏輯關(guān)系進(jìn)行舉例論述。本套叢書雖然經(jīng)歷了十多年的知識(shí)積累，但仍然覺得時(shí)間倉(cāng)促，加之水平有限，錯(cuò)誤與疏漏之處在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。編撰者

蘇遵惠

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

叢書序

前言第一章調(diào)制與解調(diào)概述第二章調(diào)制波的模擬調(diào)制

第一節(jié)連續(xù)波的幅度調(diào)制

第二節(jié)

標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制

第三節(jié)雙邊帶調(diào)制與抑制載波調(diào)制第四節(jié)

單邊帶幅度調(diào)制第五節(jié)

殘留邊帶調(diào)制第六節(jié)

幅度調(diào)制的性能比較第七節(jié)

角度調(diào)制——頻率調(diào)制第八節(jié)

角度調(diào)制——相位調(diào)制第九節(jié)

模擬調(diào)制的性能比較第三章調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)基本概念第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法第三節(jié)調(diào)制器的傳輸?shù)谒墓?jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制第五節(jié)非線性數(shù)字調(diào)制——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制——數(shù)字相位鍵控調(diào)制

第四章載波的脈沖調(diào)制第一節(jié)基本概念第二節(jié)脈沖幅度調(diào)制第三節(jié)

脈沖密度調(diào)制第四節(jié)

脈沖寬度調(diào)制第五節(jié)

脈沖位置調(diào)制第六節(jié)

脈沖編碼調(diào)制第七節(jié)

調(diào)相調(diào)制設(shè)計(jì)計(jì)算歸納附錄附錄A本篇名詞術(shù)語(yǔ)及解釋

附錄B相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

附錄C插表索引附錄D插圖索引

附錄E參考文獻(xiàn)

作者簡(jiǎn)介重點(diǎn)目錄

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法第三節(jié)調(diào)制器的傳輸?shù)谒墓?jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念一、基本概念1、問題的提出

為了使數(shù)字信號(hào)在有限帶寬的高頻信道中傳輸，必須對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制。如傳輸模擬信號(hào)一樣，傳輸數(shù)字信號(hào)也有三種基本的調(diào)制方式：幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。還有其他各種調(diào)制方法，都是以上方法的改進(jìn)或組合。其分別對(duì)應(yīng)于用正弦載波的幅度、頻率和相位來(lái)傳遞數(shù)字基帶信號(hào)，可以看成是模擬線性調(diào)制和角度調(diào)制的特殊情況。數(shù)字傳輸?shù)某Ｓ谜{(diào)制方式主要有：正交振幅調(diào)制（QAM），鍵控移相調(diào)制（QPSK），編碼正交頻分調(diào)制（COFDM）等。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念一、基本概念

2、定義

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制（DigitalModulation）是將數(shù)字符號(hào)變成適合于信道傳輸?shù)牟ㄐ?。所采用的載波一般為余弦信號(hào)，調(diào)制信號(hào)為數(shù)字基帶信號(hào)。利用基帶信號(hào)去控制載波信號(hào)的某個(gè)參數(shù)，即完成數(shù)字信號(hào)的調(diào)制。3、基本原理

其基本原理是將數(shù)據(jù)信號(hào)寄生在載波的幅度、頻率或相位三個(gè)參數(shù)中的一個(gè)上。即用數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)進(jìn)行幅度調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念二、數(shù)字信號(hào)調(diào)制方法和分類

1、根據(jù)數(shù)字信號(hào)調(diào)制所提出的時(shí)間分類

（1）“傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制方法”（見圖3-1所示）

（2）“現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方法”（見圖3-2所示）圖3-1傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制方式示意圖圖3-2現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方式示意圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念二、數(shù)字信號(hào)調(diào)制方法和分類

1、根據(jù)數(shù)字信號(hào)調(diào)制所提出的時(shí)間分類

（1）“傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制方法”（見圖3-1所示）

（2）“現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方法”（見圖3-2所示）圖3-1傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制方式示意圖圖3-2現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方式示意圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念二、數(shù)字信號(hào)調(diào)制方法和分類

2、由于技術(shù)的進(jìn)步，從“二進(jìn)制”發(fā)展到“多進(jìn)制”（MXSK）

其中“X”表示:

幅移——A、頻移——F

、相移——P

調(diào)制的波形圖見圖3-3所示。圖3-2調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制波形示意圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念二、數(shù)字信號(hào)調(diào)制方法和分類

3、按照傳輸特性，調(diào)制方式可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制線性調(diào)制的特性：已調(diào)數(shù)字信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)和基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只搬移了一個(gè)頻率位置，沒有新的頻率成分出現(xiàn)，如振幅鍵控。線性調(diào)制又分為“廣義線性調(diào)制”和“狹義線性調(diào)制”。

廣義的線性調(diào)制：已調(diào)波中被調(diào)參數(shù)隨調(diào)制信號(hào)成線性變化的調(diào)制過程。

狹義的線性調(diào)制：將調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到載波頻率兩側(cè)而成為上、下邊帶的調(diào)制過程。線性調(diào)制符合數(shù)學(xué)表達(dá)式的規(guī)律：非線性調(diào)制：無(wú)上述線性關(guān)系的調(diào)制。改變了信號(hào)的原始頻譜結(jié)構(gòu)。常見的非線性調(diào)制主要有“頻移鍵控”（FSK）和“相移鍵控”（PSK）。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念三、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的主要性能指標(biāo)1、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的基本指標(biāo)

①比特率和波特率

比特率：

是數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)乃俾剩?/p>

定義：“每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的有效位數(shù)”，

單位：

bit/s（比特每秒），常用單位還有Kbit/s

（千比特每秒）和Mbit/s（兆比特每秒）等。

波特率：是數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的調(diào)制速率，

定義：“單位時(shí)間內(nèi)的碼元個(gè)數(shù)”，

單位：

baud（波特）。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念三、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的主要性能指標(biāo)1、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的基本指標(biāo)

②頻譜效率

頻譜效率：為每赫茲（Hz）帶寬的傳輸頻道上可以傳輸?shù)臄?shù)字信息的比特率，單位為(bit/s/Hz)（比特每秒每赫茲），用于衡量各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)的效率。

③誤碼率

誤碼率:用戶接收到的數(shù)字碼流與信源發(fā)送的原始碼流相比，發(fā)生錯(cuò)誤的碼字?jǐn)?shù)占信源發(fā)送的原始碼字?jǐn)?shù)的比例。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念三、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的主要性能指標(biāo)2、多進(jìn)制與數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)淖饔?/p>

（１）二進(jìn)制與多進(jìn)制用電壓波形表示多進(jìn)制數(shù)：一個(gè)碼位就必須具有多個(gè)不同的狀態(tài)，以下以四進(jìn)制數(shù)的表示為例予以說(shuō)明。在四進(jìn)制中每個(gè)碼位分為四個(gè)離散的電平狀態(tài)：即電平“０”、“１”、“２”和“３”，分別代表四進(jìn)制數(shù)的“０”、“１”、“２”和“３”。如圖3-4所示。圖3-4四進(jìn)制的多元波的四個(gè)狀態(tài)圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念三、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的主要性能指標(biāo)2、多進(jìn)制與數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)淖饔?/p>

（２）多進(jìn)制數(shù)傳輸信號(hào)的作用多元波來(lái)表達(dá)多進(jìn)制，是為了提高數(shù)字信號(hào)傳輸、調(diào)制與解調(diào)的速率。如圖3-5所示.圖3-5二進(jìn)制與多進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸示意圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念三、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的主要性能指標(biāo)

3、單極性波和雙極性波

除了采用多元波來(lái)表達(dá)多進(jìn)制數(shù)外，還采用雙極性波替代單極性波。如圖3-6所示。圖3-6單極性波與雙極性波數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸示意圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念三、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的主要性能指標(biāo)

4、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的特點(diǎn)

數(shù)字信號(hào)只有幾個(gè)離散值，調(diào)制后的載波參數(shù)也只限個(gè)值，類似于用數(shù)字信息作為控制開關(guān)，從幾個(gè)獨(dú)立振蕩源中選擇參量。故將數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式稱為“鍵控”。分別為“幅移鍵控”（ASK）、“頻移鍵控”（FSK）和“相移鍵控”（PSK）三種數(shù)字調(diào)制方式。相位鍵控系統(tǒng)的性能要比頻移鍵控系統(tǒng)好，但在解調(diào)時(shí)必須使用“同步檢波”。

其載波信號(hào)基本公式為：

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念

4、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的特點(diǎn)

調(diào)制／傳輸／解調(diào)系統(tǒng)方框圖可簡(jiǎn)約描述如圖3-9所示。圖3-9數(shù)字通信系統(tǒng)方框圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第一節(jié)調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制基本概念

5、數(shù)字信號(hào)調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)

調(diào)制數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制相比有許多優(yōu)點(diǎn)，描述如下。

①數(shù)字調(diào)制具有更好的抗干擾性能；

②數(shù)字調(diào)制與傳輸具有更強(qiáng)的抗信道損耗；

③數(shù)字調(diào)制與傳輸具有更好的安全性；

④數(shù)字傳輸系統(tǒng)中可以使用差錯(cuò)控制技術(shù)，支持復(fù)雜信號(hào)條件和處理技術(shù)，如信源編碼、加密技術(shù)以及均衡技術(shù)等。

⑤在數(shù)字調(diào)制中，調(diào)制信號(hào)可以表示為符號(hào)或脈沖的時(shí)間序列，其中每個(gè)符號(hào)可以有ｍ種有限狀態(tài)，而每個(gè)符號(hào)又可采用ｎ比特來(lái)表示。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法1、IQ調(diào)制的定義

定義：將數(shù)據(jù)分為兩路，分別進(jìn)行載波調(diào)制，兩路載波相互正交。I是同相（In-phase）,Q是正交（Quadrature）。2、IQ調(diào)制的原理

調(diào)制過程：將原始數(shù)據(jù)比特流按照一定的規(guī)則映射至IQ坐標(biāo)系的過程。映射完成后，將得到數(shù)字I和Q信號(hào)分別由數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC轉(zhuǎn)換為模擬I和Q信號(hào)，最后經(jīng)IQ調(diào)制器上變頻至射頻頻段。

原理：圖3-10所示的矢量坐標(biāo)系，橫軸為實(shí)部，縱軸為虛部。數(shù)字IQ調(diào)制完成了符號(hào)到矢量坐標(biāo)系的映射，映射點(diǎn)一般稱為星點(diǎn)。從矢量角度講，實(shí)部與虛部是正交的關(guān)系，通常稱實(shí)部為

In-phase分量，則虛部為Quadrature分量。這就是IQ的由來(lái)，該矢量坐標(biāo)系也可以稱為IQ坐標(biāo)系。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法

2、IQ調(diào)制的原理

在IQ坐標(biāo)系中，任何一點(diǎn)都確定了一個(gè)矢量，可以寫為(

I+jQ

)的形式，數(shù)字調(diào)制完成后便可以得到相應(yīng)的I和Q波形，因此數(shù)字調(diào)制又稱為矢量調(diào)制。無(wú)論是模擬調(diào)制，還是數(shù)字調(diào)制，都是采用調(diào)制信號(hào)去控制載波信號(hào)的三要素：幅度、頻率和相位，分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。

模擬調(diào)制稱為AM、FM和PM，

數(shù)字調(diào)制稱為ASK、FSK和PSK。數(shù)字調(diào)制中還有一種調(diào)制方式同時(shí)包含幅度和相位調(diào)制，稱為QAM調(diào)制(正交幅度調(diào)制)。圖3-10ＩＱ矢量坐標(biāo)系

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（1）幅移鍵控調(diào)制(AmplitudeShiftKeying,ASK)

通常指二進(jìn)制幅移鍵控2ASK，即只對(duì)載波作幅度調(diào)制，因此符號(hào)映射至IQ坐標(biāo)系后只有I分量，且只有兩個(gè)狀態(tài)——幅度A1和A2，如圖2-11所示。一個(gè)bit就可以表征兩個(gè)狀態(tài)，“0”對(duì)應(yīng)A1，“1”對(duì)應(yīng)A2。即一個(gè)狀態(tài)只包含1bit信息，故符號(hào)速率與比特率相同。

當(dāng)2ASK的調(diào)制深度為100%時(shí)，只有比特“1”有信號(hào)，比特“0”沒有信號(hào)。所以稱為On-OffKeying，簡(jiǎn)稱為OOK調(diào)制。OOK是一種特殊的ASK調(diào)制。

圖3-11２ＡＳＫ調(diào)制

映射星座圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（1）幅移鍵控調(diào)制(AmplitudeShiftKeying,ASK)

OOK調(diào)制后的波形為射頻脈沖信號(hào)：式中：Moddepth.表示調(diào)制深度的絕對(duì)值，其結(jié)果times為倍數(shù)。

圖2-12給出了當(dāng)調(diào)制源為范例"100111000"時(shí)，OOK調(diào)制之后產(chǎn)生的波形。圖3-12ＯＯＫ調(diào)制生成射頻脈沖信號(hào)

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（1）幅移鍵控調(diào)制(AmplitudeShiftKeying,ASK)

OOK調(diào)制后的波形為射頻脈沖信號(hào)：式中：Moddepth.表示調(diào)制深度的絕對(duì)值，其結(jié)果times為倍數(shù)。

圖2-12給出了當(dāng)調(diào)制源為范例"100111000"時(shí)，OOK調(diào)制之后產(chǎn)生的波形。圖3-12ＯＯＫ調(diào)制生成射頻脈沖信號(hào)

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（2）頻移鍵控調(diào)制(FrequencyShiftKeying，F(xiàn)SK)

常見的頻移鍵控包括2FSK、4FSK、8FSK、16FSK等。FSK一般將符號(hào)映射至頻率軸，圖3-13以2FSK和4FSK為例，給出了經(jīng)典的符號(hào)映射關(guān)系。

以4FSK為例，說(shuō)明FSK實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制過程。其縱軸具有(-1,-1/3,1/3,1)

歸一化頻率狀態(tài)，假設(shè)FSK的峰值偏差為3MHz，則四個(gè)基帶頻率分別為:

(-3MHz,-1MHz,1MHz,3MHz)。選擇調(diào)制源為模型“０００１１０１１”，并設(shè)置符號(hào)速率為1MSym/s，則在四個(gè)頻點(diǎn)上都將分別持續(xù)1μs，即每個(gè)符號(hào)周期內(nèi)對(duì)應(yīng)的都是一個(gè)連續(xù)波信號(hào)。圖3-13２FSK和４FSK

符號(hào)映射方式

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（2）頻移鍵控調(diào)制(FrequencyShiftKeying，F(xiàn)SK)

假設(shè)基帶信號(hào)頻率為

ω1

，則用虛指數(shù)形式可以表示為

ejω1t

，故在IQ坐標(biāo)系上，隨著時(shí)間變化的矢量軌跡為一個(gè)圓。根據(jù)歐拉公式可得：

圖3-14給出了上述例子中4FSK調(diào)制的I和Q波形，因?yàn)榉?hào)周期為1μs，所以對(duì)于

f1

和

f4

，一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)包含三個(gè)周期波形。圖3-14頻率非0時(shí)的基

帶信號(hào)矢量軌跡圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（3）相移鍵控調(diào)制(PhaseShiftKeying,PSK)

相移鍵控調(diào)制是一種非常主流的數(shù)字調(diào)制方式。常用的PSK包括

BPSK（BinaryPhaseShiftKeying，二進(jìn)制相移鍵控）

QPSK（QuadPhaseShiftKeying,四進(jìn)制相移鍵控）

OQPSK（OffsetQPSK，分支四進(jìn)制相移鍵控）

HPSK（Hexadecimalphaseshiftkeying,十六進(jìn)制相移鍵控）等。PSK調(diào)制是將符號(hào)直接映射到IQ坐標(biāo)系上的，圖3-15給出了幾組常用的映射方式。圖3-15常見的BPSK/QPSK/8PSK

映射方式

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（3）相移鍵控調(diào)制(PhaseShiftKeying,PSK)

以QPSK為例，說(shuō)明符號(hào)映射過程，其它PSK調(diào)制過程與此類似。設(shè)比特流為“00011110010011100011”共10個(gè)符號(hào)，按照?qǐng)D3-15的映射方式，可以得到圖3-16所示的IQ基帶波形及其矢量軌跡圖。

圖3-16QPSK調(diào)制后得到的基帶IQ波形及矢量軌跡圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（3）相移鍵控調(diào)制(PhaseShiftKeying,PSK)

為了規(guī)避過零點(diǎn)“行為”，將Q路信號(hào)延遲半個(gè)符號(hào)周期，此時(shí)I和Q不會(huì)同時(shí)為0，符號(hào)跳變時(shí)也就繞開了原點(diǎn)，如圖3-17所示。這種QPSK調(diào)制一般稱為“分支四進(jìn)制相移鍵控”（OffsetQPSK），簡(jiǎn)稱為OQPSK；圖3-17OQPSK調(diào)制后得到的基帶IQ波形以及矢量軌跡圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（3）相移鍵控調(diào)制(PhaseShiftKeying,PSK)

如果符號(hào)速率較高，則符號(hào)周期較短，F(xiàn)SK調(diào)制過程中很有可能出現(xiàn)一個(gè)符號(hào)周期只包含部分波形的情況，如圖3-18所示，除+/-3MHz兩個(gè)頻點(diǎn)是一個(gè)完整的周期，+/-1MHz兩個(gè)頻點(diǎn)只有部分波形。圖3-184FSK調(diào)制的IQ波形(1MSym./s，3MHzdeviation)

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（4）正交幅度調(diào)制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)

正交幅度調(diào)制屬于高階數(shù)字調(diào)制，一個(gè)符號(hào)攜帶多個(gè)bit信息，如16/32/64/128/256/512/1024QAM等，在移動(dòng)通信中較為常用。

QAM調(diào)制相當(dāng)于調(diào)幅和調(diào)相結(jié)合的調(diào)制方式，不僅改變載波振幅，還會(huì)改變其相位。

圖3-20以16QAM調(diào)制為例，給出了常用的映射星座圖，具有16個(gè)星座點(diǎn)，因此一個(gè)符號(hào)攜帶4bits信息。16QAM調(diào)制的I和Q路信號(hào)為4電平信號(hào).

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（4）正交幅度調(diào)制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)

正交幅度調(diào)制屬于高階數(shù)字調(diào)制，一個(gè)符號(hào)攜帶多個(gè)bit信息，如16/32/64/128/256/512/1024QAM等，在移動(dòng)通信中較為常用。

QAM調(diào)制相當(dāng)于調(diào)幅和調(diào)相結(jié)合的調(diào)制方式，不僅改變載波振幅，還會(huì)改變其相位。

圖3-20以16QAM調(diào)制為例，給出了常用的映射星座圖，具有16個(gè)星座點(diǎn)，因此一個(gè)符號(hào)攜帶4bits信息。16QAM調(diào)制的I和Q路信號(hào)為4電平信號(hào).

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（4）正交幅度調(diào)制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)

例：圖2-21給出了pattern為“01000101001111000000001010011100”對(duì)應(yīng)的16QAM調(diào)制的基帶IQ信號(hào)波形。圖3-20常用的16QAM映射星座圖圖3-2116QAM調(diào)制的IQ基帶波形圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第二節(jié)關(guān)于IQ調(diào)制方法3、幾種主要數(shù)字調(diào)制的IQ方法簡(jiǎn)析

（4）正交幅度調(diào)制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)

射頻信號(hào)是振幅為1的連續(xù)波信號(hào)，因此,定義了載波信號(hào)的振幅。根據(jù)16QAM的星座圖可知，QAM調(diào)制會(huì)導(dǎo)致載波的振幅發(fā)生變化，相位也發(fā)生變化。對(duì)于PSK和QAM調(diào)制，為了限制信號(hào)帶寬，一般都采用脈沖整形濾波器（PulseShapingFilter）對(duì)數(shù)字IQ信號(hào)濾波。IQ調(diào)制器架構(gòu)圖見圖3-22所示。圖3-22IQ調(diào)制器架構(gòu)示意圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第三節(jié)調(diào)制器的傳輸一、調(diào)制器的傳輸模式

調(diào)制／解調(diào)器最初只是用于數(shù)據(jù)傳輸。隨著用戶需求的不斷增長(zhǎng)，目前越來(lái)越多的出現(xiàn)了“二合一”、“三合一”的調(diào)制／解調(diào)器，其除可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以外，還具有傳真和語(yǔ)音傳輸功能。

1、傳真模式（FaxModem）

通過Modem進(jìn)行傳真的好處：

A.省下一臺(tái)專用傳真機(jī)；

B.直接將計(jì)算機(jī)內(nèi)的文件傳真到對(duì)方的計(jì)算機(jī)或傳真機(jī)；

C.可對(duì)接收到的傳真進(jìn)行保存或編輯；

D.克服普通傳真機(jī)因使用熱敏紙?jiān)斐勺舟E逐漸消退的問題；

E.由于Modem使用了糾錯(cuò)技術(shù)，傳真質(zhì)量好，尤其是圖形的傳真。

F.目前的FaxModem大多遵循V.29和V.17傳真協(xié)議。其中V.29支持9600bps傳真速率，V.17可支持14400bps的傳真速率。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第三節(jié)調(diào)制器的傳輸一、調(diào)制器的傳輸模式

2、語(yǔ)音模式（VoiceModem）

研究領(lǐng)域：原始的語(yǔ)音模式主要提供電話錄音留言和全雙工免提通話功能，使電話與電腦融為一體。目前一種新的語(yǔ)音傳輸模式——數(shù)字同步語(yǔ)音和數(shù)據(jù)（DigitalSimultaneousVoiceandData，DSVD）。

來(lái)源：由賀氏公司（Hayes）、羅克韋爾公司（Rockwell）、機(jī)器人技術(shù)（U.s.Robotics）、英特爾公司（Intel）等公司在1995年提出的一項(xiàng)語(yǔ)音傳輸標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)有的V.42糾錯(cuò)協(xié)議的擴(kuò)充。

主要用途：DSVDModem在遠(yuǎn)程教學(xué)、協(xié)同工作、網(wǎng)絡(luò)游戲等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

阻礙：由于DSVDModem的價(jià)格比普通的VoiceModem昂貴，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)/語(yǔ)音同傳功能時(shí)，需雙方均使用DSVDModem，在一定程度上阻礙了DSVDModem的普及。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第三節(jié)調(diào)制器的傳輸一、調(diào)制器的傳輸模式

2、語(yǔ)音模式（VoiceModem）

原理：DSVD通過采用數(shù)字式語(yǔ)音（DigiTalk）與數(shù)據(jù)同傳技術(shù)，使Modem可以在普通電話線上一邊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸一邊進(jìn)行通話。

DSVDModem保留了8K的帶寬（也有的Modem保留8.5K的帶寬）用于語(yǔ)音傳送，其余的帶寬則用于數(shù)據(jù)傳輸。

語(yǔ)音在傳輸前會(huì)先進(jìn)行壓縮，然后與需要傳送的數(shù)據(jù)綜合在一起，通過電話載波傳送到對(duì)方用戶。

在接收端，Modem先將語(yǔ)音與數(shù)據(jù)分離開，再將語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行解壓和數(shù)/模轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)/語(yǔ)音的同傳。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第三節(jié)調(diào)制器的傳輸二、調(diào)制器的傳輸速率

定義：Modem的傳輸速率，指的是Modem每秒鐘傳送的數(shù)據(jù)量大小。即我們平常說(shuō)的14.4K、28.8K、33.6K、56K等，就是指Modem的傳輸速率。傳輸速率的單位為bps（比特/秒）。

傳輸速率：一臺(tái)33.6K的Modem每秒鐘可以傳輸33600bit的數(shù)據(jù)。因Modem在傳輸時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，33.6K的Modem的數(shù)據(jù)吞吐量理論上可以達(dá)到115200bps至230400bps。

調(diào)制協(xié)議：Modem的傳輸速率由其所支持的調(diào)制協(xié)議所決定。其說(shuō)明書上的V.32、V.32bis、V.34、V.34+、V.fc等，就是指Modem的所采用的調(diào)制協(xié)議。

V.32非同步/同步4800/9600bps全雙工標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；

V.32bis

V.32的增強(qiáng)版，支持14400bps的傳輸速率；

V.34同步28800bps全雙工標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；

V.34+同步全雙工33600bps標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第三節(jié)調(diào)制器的傳輸二、調(diào)制器的傳輸速率

速率決定因素：在實(shí)際使用過程中，Modem的速率往往難以達(dá)到標(biāo)稱值。實(shí)際的傳輸速率主要取決于以下幾個(gè)因素：

①電話線路的質(zhì)量

調(diào)制后的信號(hào)是經(jīng)由電話線進(jìn)行傳送，如果電話線路質(zhì)量不佳，Modem將會(huì)降低速率以保證準(zhǔn)確率。連線長(zhǎng)度、分機(jī)多少，連線經(jīng)過地的干擾源均會(huì)影響電話線路的傳輸質(zhì)量。

②是否有足夠的帶寬

ISP是否能供足夠的帶寬非常關(guān)鍵；避免在繁忙時(shí)段上網(wǎng)也是一個(gè)解決方法。在下載文件時(shí)，在繁忙時(shí)段與非繁忙時(shí)段所費(fèi)的時(shí)間會(huì)相差幾倍之多。

③對(duì)方的Modem速率

實(shí)際的連接速率取決于速率較低的一方。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第三節(jié)調(diào)制器的傳輸三、調(diào)制/解調(diào)器的傳輸協(xié)議

1、差錯(cuò)控制協(xié)議差錯(cuò)控制協(xié)議要解決的問題是：在高速傳輸中保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率。目前的差錯(cuò)控制協(xié)議的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有：

微通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（MicrocomNetworkProtocols，MNP）是Microcom公司制定的傳輸協(xié)議，包括了MNP1—MNP10。目前只公布了MNP1—MNP5，MNP4是目前被廣泛使用的差錯(cuò)控制協(xié)議之一。

V4.2協(xié)議

是國(guó)際電信聯(lián)盟制定的MNP4改良版，其包含MNP4和LAP-M兩種控制算法。故一個(gè)使用V4.2協(xié)議的Modem可以和一個(gè)只支持MNP4協(xié)議的Modem建立無(wú)差錯(cuò)控制連接，而反之則不能。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第三節(jié)調(diào)制器的傳輸三、調(diào)制/解調(diào)器的傳輸協(xié)議

2、數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議為提高數(shù)據(jù)的傳輸量，縮短傳輸時(shí)間，現(xiàn)時(shí)大多數(shù)Modem在傳輸時(shí)都會(huì)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議也有兩個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

MNP5協(xié)議采用Rnu-Length編碼和Huffman編碼兩種壓縮算法，最大壓縮比為2:1。

V4.2bis協(xié)議采用了Lempel-Ziv壓縮技術(shù)，最大壓縮比可達(dá)4:1。這就是采用V4.2bis壓縮算法比MNP5壓縮算法要快的原因。而數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議是建立在差錯(cuò)控制協(xié)議的基礎(chǔ)之上的，MNP5需要MNP4的支持，V4.2bis也需要V4.2的支持。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第三節(jié)調(diào)制器的傳輸三、調(diào)制/解調(diào)器的傳輸協(xié)議3、文件傳輸協(xié)議為使文件正確識(shí)別和傳送，需在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間建立統(tǒng)一的傳輸協(xié)議。協(xié)議包括：文件的識(shí)別、傳送的起止時(shí)間、錯(cuò)誤的判斷與糾正等內(nèi)容。常見的傳輸協(xié)議有以下幾種：①ASCII：這是最快的傳輸協(xié)議，但只能傳送文本文件。②Xmodem：古老的傳輸協(xié)議，速度較慢，由于使用了CRC錯(cuò)誤偵測(cè)方法，傳輸?shù)臏?zhǔn)確率高達(dá)99.6%。③Ymodem：這是Xmodem的改良版，使用了1024位區(qū)段傳送，速度比Xmodem快。④Zmodem：采用了串流式傳輸方式，傳輸速度較快，還具有自動(dòng)改變區(qū)段大小和斷點(diǎn)續(xù)傳、快速錯(cuò)誤偵測(cè)等功能。是目前最流行的文件傳輸協(xié)議。

除此，還有Imodem、Jmodem、Bimodem、Kermit、Lynx等協(xié)議，用途較少。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制一、線性數(shù)字調(diào)制概述

1、線性數(shù)字調(diào)制的概念

線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制是已調(diào)數(shù)字信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)和基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同"只是搬移了一個(gè)頻率位置"，沒有新的頻率成分出現(xiàn)的調(diào)制"。如振幅鍵控調(diào)制。數(shù)字調(diào)制的種類很多，包括：

（1）幅移鍵控及其派生的：幅移鍵控調(diào)制（ASK）、開關(guān)鍵控調(diào)制（OOK）、正交幅度調(diào)制（QAM）、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制（MASK）;（2）頻移鍵控及其派生的：頻移鍵控調(diào)制（FSK）、最小頻移鍵控調(diào)制（MFSK）、多進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制（MFSK）、高斯最小頻移鍵控調(diào)制（GMSK）、正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）;

（3）相移鍵控及其派生的：相移鍵控調(diào)制（PSK）、二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制（BPSK）、正交相移鍵控調(diào)制（QPSK）、相對(duì)正交相移鍵控調(diào)制（DQPSK）等等。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制一、線性數(shù)字調(diào)制概述

2、線性數(shù)字調(diào)制的定義

廣義定義：指已調(diào)波中被調(diào)參數(shù)隨調(diào)制信號(hào)成線性變化的調(diào)制過程。

狹義定義：指把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到載波頻率兩側(cè)而成為上、下邊帶的調(diào)制過程。只改變頻譜中各分量的頻率，不改變各分量振幅的相對(duì)比例。3、脈沖調(diào)制的主要方式主要的調(diào)制形式分為兩種:其一利用連續(xù)的調(diào)制信號(hào)改變脈沖載波的參數(shù)，通常應(yīng)用于有線傳輸系統(tǒng)；其二利用連續(xù)的調(diào)制信號(hào)的數(shù)字化形式轉(zhuǎn)換脈沖編碼調(diào)制的脈沖組，應(yīng)用于信源編碼。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制一、線性數(shù)字調(diào)制概述

3、脈沖調(diào)制的主要方式

數(shù)字調(diào)制又被分為兩大類，即數(shù)字線性調(diào)制和數(shù)字非線性調(diào)制?！胺奇I控”調(diào)制和其派生調(diào)制屬于數(shù)字線性調(diào)制范疇；“頻移鍵控調(diào)制”和“相移鍵控調(diào)制”及其相應(yīng)的派生調(diào)制屬于數(shù)字非線性調(diào)制范疇。各種調(diào)制方式所對(duì)應(yīng)的調(diào)制參數(shù)見圖3-23所示。圖3-23各種調(diào)制方式所對(duì)應(yīng)的調(diào)制參數(shù)

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制一、線性數(shù)字調(diào)制概述

4、數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成

典型的數(shù)字通信系統(tǒng)由信息源、編碼解碼器、調(diào)制解調(diào)器、信道及信宿等環(huán)節(jié)構(gòu)成，其框圖如圖3-24所示。數(shù)字調(diào)制是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的輸入端是經(jīng)編碼器編碼后適合在信道中傳輸?shù)幕鶐盘?hào)。圖3-24數(shù)字通信系統(tǒng)模型

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制二、幅移鍵控調(diào)制（ASK）

1、幅移鍵控調(diào)制的概念

“幅移鍵控調(diào)制”（Amplitude-shiftedkeymodulation，ASK）又稱為“振幅鍵控調(diào)制”。是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的調(diào)制方式。相對(duì)于模擬信號(hào)調(diào)制中的調(diào)幅，只是與載頻信號(hào)相乘的是二進(jìn)制數(shù)碼。

幅移就是將頻率、相位作為常量，而將振幅作為變量，信息比特是通過載波的幅度來(lái)傳遞的。其常用的調(diào)制方式包括“正交幅度調(diào)制（QAM）”和“多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制（MASK）”其中，正交幅度調(diào)制也稱為“正交幅移鍵控調(diào)制”。

定義：以基帶數(shù)字信號(hào)控制載波的幅度變化的調(diào)制方式稱為幅移鍵控(ASK)，又稱數(shù)字調(diào)幅。數(shù)字調(diào)制信號(hào)的每一特征狀態(tài)都用正弦振蕩幅度的一個(gè)特定值來(lái)表示的調(diào)制。其通過改變載波信號(hào)的振幅大小來(lái)表示數(shù)字信號(hào)“1”和“0”，以載波幅度A1表示數(shù)字信號(hào)“1”，用載波幅度A2表示數(shù)字信號(hào)‘0’，而載波信號(hào)的ω和φ恒定。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制二、幅移鍵控調(diào)制（ASK）

2、幅移鍵控調(diào)制的原理

幅度鍵控可以通過乘法器和開關(guān)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。載波在數(shù)字信號(hào)1或0的控制下通或斷。

幅度鍵控各個(gè)參數(shù)表示圖見圖2-83所示。其中S（t）為基帶矩形脈沖；一般載波信號(hào)采用余弦信號(hào)；調(diào)制信號(hào)是將數(shù)字信號(hào)序列轉(zhuǎn)換成單極性的基帶矩形脈沖序列，而通斷鍵控的作用就是將這個(gè)輸出與載波相乘，即將頻譜搬移到載波頻率附近，實(shí)現(xiàn)2ASK波形。其原理圖見圖2-25所示。幅度鍵控波形圖見圖2-26所示。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制二、幅移鍵控調(diào)制（ASK）

2、幅移鍵控調(diào)制的原理原理圖見圖2-25所示。幅度鍵控波形圖見圖2-26所示。圖3-25ASK調(diào)制原理圖圖3-26ASK調(diào)制波形圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制二、幅移鍵控調(diào)制（ASK）

3、幅移鍵控調(diào)制的解調(diào)方法

（1）包絡(luò)檢波法

屬于非相干解調(diào)，其解調(diào)原理框圖如圖3-27所示。

（2）相干解調(diào)法相干解調(diào)法解調(diào)的原理框圖如圖3-28所示。

圖3-28幅移鍵控相干解調(diào)法解調(diào)的原理框圖圖3-27幅移鍵控包絡(luò)檢波法解調(diào)的原理框圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制二、幅移鍵控調(diào)制（ASK）

4、幅移鍵控調(diào)制的功率譜密度

調(diào)制輸出函數(shù)為：

調(diào)制輸出函數(shù)幅度為：

幅移鍵控的功率譜密度為：

幅移鍵控的功率譜密度分布圖見圖3-29所示。

圖3-29幅移鍵控的功率譜密度分布圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制二、幅移鍵控調(diào)制（ASK）

5、幅移鍵控調(diào)制的誤碼率

①對(duì)于“相干法解調(diào)”

誤碼率的概率曲線見圖3-31所示?？傉`碼率為：

②對(duì)于“包絡(luò)檢波器法解調(diào)”誤碼率的概率曲線見圖3-32所示?？傉`碼率為：

由以上兩式比較可得出以下結(jié)論：（1）在大信噪比時(shí)，相干解調(diào)法的誤碼率總是低于包絡(luò)檢波法的誤碼率；（2）相干解調(diào)需要“相干載波”，故設(shè)備相對(duì)復(fù)雜。

注：詳細(xì)推導(dǎo)和計(jì)算過程，見本書P78至P82。圖3-31在最佳門限值的條件下誤碼率的概率曲線

圖3-32包絡(luò)檢波器解調(diào)法誤碼率的概率曲線

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制三、正交幅度調(diào)制（QAM）

1、正交幅度調(diào)制的定義

正交幅度調(diào)制（QuadratureAmplitudemodulation，QAM）也稱作正交幅移鍵控調(diào)制（QuadratureAmplitudeshiftkeyingmodulation）。是一種在兩個(gè)正交載波上、將兩種調(diào)制信號(hào)（振幅調(diào)制2ASK和相位調(diào)制2PSK）的聯(lián)合調(diào)制,并在調(diào)制后匯合到一個(gè)信道的幅度調(diào)制方法。兩個(gè)載波通常是相位差為(π/2)的正弦波，故被稱作正交載波。常見形式有16-QAM、64-QAM、256-QAM

可見，正交幅度調(diào)制是一種已調(diào)信號(hào)的振幅和相位均隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化的調(diào)制。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制三、正交幅度調(diào)制（QAM）

2、正交幅度調(diào)制的工作原理

正交幅度調(diào)制的調(diào)制/解調(diào)系統(tǒng)原理圖見圖3-33所示。圖3-33正交幅度調(diào)制／解調(diào)器系統(tǒng)原理框圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制三、正交幅度調(diào)制（QAM）

2、正交幅度調(diào)制的工作原理

如NTSC和PAL制式的電視系統(tǒng)就是利用正交的載波傳輸不同顏色的分量，其不同進(jìn)制的正交幅度調(diào)制的星座圖如圖3-34所示。圖3-34不同進(jìn)制的ＱＡＭ的星座圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制三、正交幅度調(diào)制（QAM）

3、優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用

正交幅度調(diào)制因頻譜利用率很高，特別是采用多進(jìn)制的正交振幅調(diào)制,當(dāng)M越大（M＞2），頻帶利用率越高。隨著移動(dòng)通信“微蜂窩”的出現(xiàn)，更引起了人們的重視，QAM數(shù)字調(diào)制器作為數(shù)字視頻廣播（digitalvideobroadcast，DVB）系統(tǒng)的前端設(shè)備，接收來(lái)自編碼器、復(fù)用器、視頻服務(wù)器等的TS流，進(jìn)行RS編碼、卷積編碼和QAM數(shù)字調(diào)制，輸出的射頻信號(hào)可以直接在有線電視網(wǎng)上傳送；也可選擇中頻輸出。以其優(yōu)越的的性能指標(biāo)，廣泛地應(yīng)用于數(shù)字有線電視的傳輸領(lǐng)域和數(shù)字多信道多點(diǎn)分配系統(tǒng)（multichannelmultipointdistributionsystem，MMDS）。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制三、正交幅度調(diào)制（QAM）

4、正交幅度調(diào)制的數(shù)學(xué)表達(dá)式

（1）正交幅度調(diào)制的數(shù)學(xué)表達(dá)式

如圖3-33所示，其一路的載波信號(hào)為

cosωC(t)

,另一路的載波信號(hào)為

sinωC(t),載波幅度（振幅）為“1”，兩個(gè)載波相差90°，完全正交。則二者調(diào)制后的合成信號(hào)經(jīng)傅里葉變換得到：

（2）正交調(diào)幅解調(diào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式

按接收信號(hào)經(jīng)傅里葉反變換，再經(jīng)過低通濾波器，濾除2ω0的頻率分量，則只剩下Si(ω)。經(jīng)傅里葉反變換自然就可得到實(shí)數(shù)部分Sr(t)和虛數(shù)部分Si(t)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制三、正交幅度調(diào)制（QAM）

5、正交幅度調(diào)制中的數(shù)據(jù)交換方式

定義：通信的子網(wǎng)絡(luò)由傳輸線路和中間節(jié)點(diǎn)組成。當(dāng)信源和信宿之間不是線路直接相連時(shí)，信源發(fā)出的數(shù)據(jù)就先到達(dá)中間節(jié)點(diǎn)，再?gòu)脑撝虚g節(jié)點(diǎn)傳到下一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，直至信宿，這個(gè)過程稱作交換。

在數(shù)據(jù)通信中，數(shù)據(jù)交換方式主要包括“電路交換”和“存儲(chǔ)交換”兩類。數(shù)字通信交換中經(jīng)常用錯(cuò)誤率(包括誤符號(hào)率和誤比特率)與信噪比的關(guān)系衡量調(diào)制和解調(diào)方式的性能——“加性高斯白噪聲”。

所謂加性高斯白噪聲（AdditivewhiteGaussiannoise，AWGN）在通信領(lǐng)域中指的是一種功率譜函數(shù)（即白噪聲），且幅度服從高斯分布的噪聲信號(hào)。所以常取相近似的噪音頻譜采用加性高斯白噪聲進(jìn)行分析計(jì)算。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制三、正交幅度調(diào)制（QAM）

6、正交幅度調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）頻帶利用率高，傳輸效率高；

（2）發(fā)射信號(hào)集可以用星座圖表示；

（3）抗噪聲能力強(qiáng).

（4）QAM技術(shù)用于ADSL的主要問題是如何適應(yīng)不同通信信道之間較大的性能差異;

（5）要取得較為理想的工作特性，QAM接收器需要一個(gè)和發(fā)送端具有相同的頻譜和相應(yīng)特性的輸入信號(hào)用于解碼，QAM接收器利用自適應(yīng)均衡器來(lái)補(bǔ)償傳輸過程中信號(hào)產(chǎn)生的失真，因此采用QAM的非對(duì)稱數(shù)字用戶線路的ADSL系統(tǒng)的復(fù)雜性來(lái)自它的自適應(yīng)均衡器。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制四、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制（MASK）

1、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制的概念

（1）定義：多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制（multi-systemamplitudeshiftkeyingmodulation）又稱多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制法。在幅移鍵控調(diào)制中，當(dāng)進(jìn)制數(shù)等于或大于4時(shí)（如16進(jìn)制的16QAM），即稱為多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制。簡(jiǎn)稱為“MASK”。

（2）特點(diǎn)：在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中每個(gè)符號(hào)只能表示０和１（＋１或－１）。但在許多實(shí)際的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中卻往往采用多進(jìn)制的數(shù)字調(diào)制方式。與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)相比，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：

第一，在相同的信道碼源調(diào)制中，每個(gè)符號(hào)可以攜帶log2M比特信息，可以使信息傳輸率增加，提高了頻帶利用率。

第二，在相同的信息速率下，多進(jìn)制信號(hào)碼源的持續(xù)時(shí)間要比二進(jìn)制的長(zhǎng)。會(huì)增加信號(hào)碼元的能量，減小碼間干擾使抗干擾能力更強(qiáng)。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制四、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制（MASK）

2、二進(jìn)制（2ASK）與四進(jìn)制（MASK）調(diào)制性能比較

二進(jìn)制2ASK調(diào)制信號(hào)的已調(diào)制波如圖3-35a所示，四進(jìn)制MASK調(diào)制信號(hào)的已調(diào)制波如圖3-35b所示。圖3-35多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制波形示意圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制四、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制（MASK）

3、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制的功率譜

多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制波形分解／疊加示意圖如圖3-36所示。圖3-36多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制

波形分解／疊加示意圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制四、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制（MASK）

3、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制的功率譜多進(jìn)制的幅移鍵控調(diào)制的功率譜表達(dá)式為：頻帶利用率為：

圖3-37多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制功率譜圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制四、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制（MASK）

4、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制的帶寬和頻率利用率從多進(jìn)制的幅移鍵控調(diào)制的功率譜圖示中可見其頻帶寬度為：其頻帶利用率為：

5、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制的調(diào)制方法：采用相乘器實(shí)現(xiàn)調(diào)制器

多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制的解調(diào)方法：采用相干法，非相干法進(jìn)

行解調(diào)。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制四、多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制（MASK）

6、多進(jìn)制正交幅度調(diào)制（MQAM）

多進(jìn)制正交幅度調(diào)制（N-narysystemQuadratureAmplitudeModulation）是在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)中大量使用的一種載波控制方式。這種方式具有很高的頻譜利用率，在調(diào)制進(jìn)制數(shù)較高時(shí)，信號(hào)矢量集的分布也較合理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)起來(lái)也較方便。具有4QAM、8QAM、16QAM和32QAM等調(diào)制方式，其中，

有線電視系統(tǒng)廣泛應(yīng)用：16QAM和32QAM調(diào)制器。

SDH數(shù)字微波、LMDS等大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)廣泛使用：64QAM、128QAM等調(diào)制方式。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)正文第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制第四節(jié)線性數(shù)字信號(hào)調(diào)制五、開關(guān)鍵控調(diào)制與反向開關(guān)鍵控調(diào)制（OOK＆ROOK）

1、OOK調(diào)制概念及原理

二進(jìn)制開關(guān)鍵控（on-offkeying，OOK）

也稱為二進(jìn)制振幅鍵控，為ASK調(diào)制的一個(gè)特例。它是以單極性不歸零碼序列來(lái)控制正弦載波的開啟與關(guān)閉，是較早發(fā)明的調(diào)