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2

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)

信息的傳輸與通信技術(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。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(jiàn)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。

本書可作為大專院校或高等院校智能控制類相關(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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(jué)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

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制一、非線性數(shù)字調(diào)制的概述

1、非線性數(shù)字調(diào)制的概念

定義：非線性數(shù)字調(diào)制

（nonlineardigitalmodulation）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)不同，不是簡(jiǎn)單的頻譜搬移，而是有新的頻譜出現(xiàn)，如頻移鍵控和相移鍵控。

連續(xù)波數(shù)字調(diào)制：用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來(lái)表征所傳送的信息。模擬圖像信號(hào)經(jīng)數(shù)字化以后就形成PAM信號(hào)，也可稱作數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字基帶信號(hào)可以直接在短距離內(nèi)進(jìn)行傳輸，如要進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，必須將PAM信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制(通常是采用連續(xù)波作為載波)，然后再將經(jīng)調(diào)制后的信號(hào)送到信道上去傳輸。

概述：數(shù)字調(diào)制是現(xiàn)代通信的重要方法，它與模擬調(diào)制相比具有更好的抗干擾性能，更強(qiáng)的抗信道損耗，以及更好的安全性。

數(shù)字傳輸系統(tǒng)中可以使用差錯(cuò)控制技術(shù)，支持信源編碼、加密技術(shù)以及均衡等。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制一、非線性數(shù)字調(diào)制的概述

2、數(shù)字調(diào)制的分類

數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)。

數(shù)字調(diào)制可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制兩大類。常見(jiàn)的數(shù)字調(diào)制方法有：

幅移鍵控調(diào)制（ASK）

用不同的幅度表示二進(jìn)制符號(hào)“0”和“1”。

頻移鍵控調(diào)制（FSK）

用不同的頻率來(lái)表示不同的符號(hào)。如2KHz表示“0”，3KHz表示“1”。

相移鍵控調(diào)制（PSK）

通過(guò)二進(jìn)制符號(hào)“0”和“1”來(lái)判斷信號(hào)前后相位。如“1”時(shí)用“π相位”，“0”時(shí)用“0相位”。

其余的數(shù)字調(diào)制均為幅移鍵控調(diào)制、頻移鍵控調(diào)制和相移鍵控調(diào)制的組合或特例。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制一、非線性數(shù)字調(diào)制的概述

2、數(shù)字調(diào)制的分類

高斯頻移鍵控調(diào)制（GFSK）在調(diào)制前通過(guò)一高斯低通濾波器來(lái)限制信號(hào)的頻譜寬度。

高斯濾波最小頻移鍵控調(diào)制（GMSK）是GSM系統(tǒng)采用的調(diào)制方式。

數(shù)字調(diào)制/解調(diào)技術(shù)是數(shù)字峰窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中接口的重要組成部分。

正交幅度調(diào)制(QAM)是一種在兩個(gè)正交載波上進(jìn)行幅度調(diào)制的調(diào)制方式。此二載波通常是相位差為90°的正弦波，故被稱作正交載波。

多電平正交幅度調(diào)制（MQAM）是具有很高的頻譜利用率，實(shí)現(xiàn)較方便的調(diào)制方式。如在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)中使用的如64QAM、128QAM等調(diào)制方式。

正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）是多載波調(diào)制（MCM）的一種。

差分相移鍵控調(diào)制（DPSK）常稱為二相相對(duì)調(diào)相，記作“2DPSK”。

多相相移鍵控調(diào)制（MPSK）又稱多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制，是二相制的推廣。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制一、非線性數(shù)字調(diào)制的概述

3、非線性調(diào)制

非線性調(diào)制是對(duì)應(yīng)于線性調(diào)制技術(shù)的一種調(diào)制方式。其特點(diǎn)是通過(guò)對(duì)信號(hào)調(diào)制，產(chǎn)生了新的頻譜。

常見(jiàn)的非線性調(diào)制主要有：調(diào)頻（FM）、窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻。

頻移鍵控（FSK）常用于自動(dòng)控制、無(wú)線數(shù)傳；MSKGMSK等。

4、數(shù)字調(diào)制中的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）功率效率

定義為在接收機(jī)輸入特定誤碼概率的條件下，每

比特信號(hào)能量與噪聲功率譜的密度之比，其功率效率表示如下：

式中，Eb

為每比特信號(hào)的能量；

N0為噪聲功能率譜密度。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制一、非線性數(shù)字調(diào)制的概述4、數(shù)字調(diào)制中的主要技術(shù)指標(biāo)

（2）帶寬效率

定義為在給定帶寬內(nèi)，每赫茲數(shù)據(jù)率吞吐量的值。

式中：

Ｒ

為每秒數(shù)(bit/s),

Ｂ

為已調(diào)信號(hào)占用的帶寬(Hz)

最大帶寬效率為：

式中，Ｃ

為信道容量

Ｂ

為已調(diào)信號(hào)占用的帶寬

S/N為信噪比。信噪比用10lg(S/N)描述，單位為dB信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制一、非線性數(shù)字調(diào)制的概述

4、數(shù)字調(diào)制中主要技術(shù)指標(biāo)

（3）誤碼率

數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸過(guò)程中，會(huì)受到外界噪聲以及信道本身的傳輸性能影響，在接收方會(huì)造成一定程度的差錯(cuò)。其傳輸質(zhì)量的指標(biāo)為誤碼率。

式中：Ne為接收方收到的錯(cuò)誤碼元個(gè)數(shù)

N為發(fā)送的總碼元個(gè)數(shù)

有時(shí)將誤碼率、誤字率和誤組率稱為差錯(cuò)率。差錯(cuò)率是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制一、非線性數(shù)字調(diào)制的概述

5、選擇數(shù)字調(diào)制方案時(shí)考慮的因素

在數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，因帶寬效率、功率效率、誤碼率等指標(biāo)之間是矛盾的，若要提高某項(xiàng)指標(biāo)，則勢(shì)必會(huì)影響或犧牲另外的技術(shù)指標(biāo)。所以在這幾個(gè)指標(biāo)之間進(jìn)行比較，以關(guān)鍵指標(biāo)為主，適當(dāng)考慮一般因素，采取折衷的辦法來(lái)決定各個(gè)指標(biāo)的高低。

（1）對(duì)信息信號(hào)增加差錯(cuò)控制，降低了帶寬效率，保證通信的可靠性。

（2）在多進(jìn)制的調(diào)制方案中，降低占用帶寬，增加了所必需的接收功率。

（3）如對(duì)于服務(wù)于大用戶群的個(gè)人通信系統(tǒng)，還有一些因素也會(huì)影響數(shù)字調(diào)制技術(shù)的選擇，用戶端接收機(jī)的費(fèi)用和復(fù)雜度必須降低到最小，因此，經(jīng)常采用檢波簡(jiǎn)單的調(diào)制方式。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制一、非線性數(shù)字調(diào)制的概述

5、選擇數(shù)字調(diào)制方案時(shí)考慮的因素

（4）在無(wú)線通信中，在各種不同信道損耗的情況下，如雷利散射

（Rayleigh）和萊斯信道

（Rician）衰落及多徑時(shí)間擴(kuò)散，對(duì)于解調(diào)器實(shí)現(xiàn)、調(diào)制方案的性能是選擇一個(gè)調(diào)制方案的關(guān)鍵因素。

（5）在主要問(wèn)題為干擾的蜂窩系統(tǒng)中，調(diào)制方案主要考慮干擾環(huán)境中的性能。

（6）時(shí)變信道造成的延時(shí)抖動(dòng)檢測(cè)靈敏度也是選擇調(diào)制方案時(shí)要考慮的重要因素。通常，調(diào)制、干擾、信道時(shí)變效果和解調(diào)器詳細(xì)的性能，必須通過(guò)仿真方法來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，從而決定相關(guān)的性能和最終的選擇。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制二、數(shù)字頻移鍵控調(diào)制（FSK）

1、頻移鍵控調(diào)制的概念

(1)定義:頻移鍵控（Frequency-ShiftKeying,FSK）調(diào)制是以數(shù)字信號(hào)控制載波頻率變化的調(diào)制方式。

頻移鍵控的輸出波形如圖3-44所示。

(2)簡(jiǎn)介:最常見(jiàn)的是用兩個(gè)頻率承載二進(jìn)制”1”和”0”的雙頻FSK系統(tǒng)。

技術(shù)上FSK有兩種分類：“非相干調(diào)制”（或解調(diào)）和“相干調(diào)制”（或解調(diào)）。

頻移鍵控的標(biāo)準(zhǔn)在全球各個(gè)國(guó)家、各地通用。均以歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）的FSK、貝爾通信研究中心（bellcore）的FSK、英國(guó)電信（BT）的FSK和有線通信協(xié)會(huì)（wirelinkISOC）的共同國(guó)家評(píng)估的FSK標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制二、數(shù)字頻移鍵控調(diào)制（FSK）

2、FSK信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式

FSK信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下式所示。

從式中可見(jiàn)，這樣可以分別具有不同的角頻率，可以表示兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)狀態(tài)。而相位和則是(–π，π)內(nèi)均勻分布的隨機(jī)變量。

3、FSK調(diào)制的波形圖：FSK信號(hào)的形成波形如圖3-44所示。圖3-44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)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制二、數(shù)字頻移鍵控調(diào)制（FSK）

4、相位不連續(xù)的頻移鍵控

相位不連續(xù)的頻移鍵控（Frequencyshiftkeyingwithdiscontinuousphase），是由單極性不歸零碼對(duì)兩個(gè)獨(dú)立的載頻振蕩器進(jìn)行鍵控，產(chǎn)生相位不連續(xù)的FSK信號(hào)，其產(chǎn)生原理圖如圖3-45所示。圖3-45相位不連續(xù)的頻移鍵控原理圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制二、數(shù)字頻移鍵控調(diào)制（FSK）

4、相位不連續(xù)的頻移鍵控

相位不連續(xù)的FSK信號(hào)的解調(diào)

采用兩種不同的方法，即相干解調(diào)（原理如圖3-46所示）和包絡(luò)檢測(cè)解調(diào)（原理如圖3-47所示）的方法。圖3-46相位不連續(xù)的FSK信號(hào)相干解調(diào)原理圖圖3-47相位不連續(xù)的FSK信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)解調(diào)原理圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制二、數(shù)字頻移鍵控調(diào)制（FSK）

5、相位連續(xù)的頻移鍵控

調(diào)制原理：相位連續(xù)的頻移鍵控（Frequencyshiftkeyingwithseriesphase）信號(hào)是利用基帶信號(hào)對(duì)一個(gè)壓控振蕩器(VCO)進(jìn)行頻率調(diào)制，在二元碼{ak}時(shí)，可以產(chǎn)生相位連續(xù)的頻移鍵控信號(hào)。這種調(diào)制方式在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)，相位變化是連續(xù)的，而且保持恒定的包絡(luò)，因此，稱為相位連續(xù)的頻移鍵控。

其信號(hào)瞬時(shí)頻率與瞬時(shí)相位變化如圖3-48所示。

圖3-48信號(hào)瞬時(shí)頻率與瞬時(shí)相位變化圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制三、多進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制（MFSK）

1、多進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制的概念

多進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制

（multi-bandfrequencyshiftkeyingmodulation，MFSK）是提高頻譜利用率的有效方法，恒包絡(luò)技術(shù)能適應(yīng)信道的非線性，并且可以保持較小的頻譜占用率。

2、多進(jìn)制移頻鍵控調(diào)制的誤碼率分析

鍵控形式的誤碼率決定于調(diào)制的信噪比r:

改寫為碼元能量和噪聲單邊功率譜密度之比：設(shè)：碼元進(jìn)制數(shù)為M,碼元能量為

E,一個(gè)碼元中包含信息為K比特，

則有：

若碼元能量E平均分配給每個(gè)比特，則每個(gè)比特的能量為：

不同的M值錯(cuò)誤率，用單個(gè)比特信息的誤碼率rb比較不同調(diào)制的性能優(yōu)劣。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制三、多進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制（MFSK）

3、多進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制的特性（1）帶寬要求較寬，（2）適用于低速數(shù)據(jù)。（3）抗噪聲性能隨著進(jìn)制數(shù)Ｍ的增大而減弱，隨著調(diào)制的信噪比ｒ的增大而加強(qiáng)。多進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制波形示意圖如圖3-49所示。圖3-49多進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制波形示意圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制四、最小頻移鍵控調(diào)制（MSK）

1、最小頻移鍵控調(diào)制的概念

最小頻移鍵控(Minimum-ShiftKeying，MSK)，是數(shù)字通信中一種連續(xù)相位的頻移鍵控調(diào)制方式。類似于偏移四相相移鍵控(OQPSK)。2、最小頻移鍵控調(diào)制原理

最小移頻鍵控是為了減少非線性失真帶來(lái)的解調(diào)問(wèn)題，為移頻鍵控(FSK)的一種改進(jìn)型。在FSK方式中，相鄰碼元的頻率不變或者跳變?yōu)橐粋€(gè)固定值。在兩個(gè)相鄰的頻率跳變的碼元之間，其相位通常是不連續(xù)的。是使FSK信號(hào)的相位始終保持連續(xù)不變的調(diào)制。又稱“快速移頻鍵控(FFSK)”。"最小"指的是能以最小的調(diào)制指數(shù)(0.5)獲得正交信號(hào)，"快速"是指對(duì)給定的頻帶，它能比PSK傳送更高的比特速率。因?yàn)榭顾ヂ湫阅芎玫膬?yōu)勢(shì)，大量用于移動(dòng)無(wú)線通信系統(tǒng)中。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制四、最小頻移鍵控調(diào)制（MSK）

3、最小頻移鍵控調(diào)制的特性（1）MSK信號(hào)為恒包絡(luò)已調(diào)波，功率譜特性好，適用于非線性信道傳輸，如短波衰落信道，無(wú)線移動(dòng)通信等多采用MSK。（2）每比特碼元間隔包含整數(shù)倍的1/4載波周期(這里載波可指頻率、相位的載波);（3）與兩載波均偏離信道載頻，為最小的偏移指數(shù);

以信道載波相位為基準(zhǔn)，在傳輸碼元1或0的轉(zhuǎn)換時(shí)刻，相位線性地增加或減少π/2，MSK的已調(diào)波相位變化為0、±π/2，與QPSK的0、±π/2及π的變化比較，性能較優(yōu)。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制四、最小頻移鍵控調(diào)制（MSK）

4、注意事宜當(dāng)信道中存在非線性的問(wèn)題和帶寬限制時(shí)，幅度變化的數(shù)字信號(hào)通過(guò)信道會(huì)使己濾除的帶外頻率分量恢復(fù)，發(fā)生頻譜擴(kuò)展現(xiàn)象，同時(shí)還要滿足頻率資源限制的要求。因此，對(duì)己調(diào)信號(hào)有兩點(diǎn)要求：

一是要求包絡(luò)恒定；

二是具有最小功率譜占用率。

因此，現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展方向是最小功率譜占有率的恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵在于相位變化的連續(xù)性，而減少頻率占用。新發(fā)展起來(lái)的技術(shù)主要分兩大類：

一是連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)（CPFSK），在碼元轉(zhuǎn)換期間無(wú)相位突變，如MSK，GMSK等；

二是相關(guān)相移鍵控技術(shù)（COR-PSK），利用部分響應(yīng)技術(shù)，對(duì)傳輸數(shù)據(jù)先進(jìn)行相位編碼，再進(jìn)行調(diào)相（或調(diào)頻）。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制四、最小頻移鍵控調(diào)制（MSK）

5、實(shí)現(xiàn)最小頻移鍵控調(diào)制的過(guò)程

只要先將原始數(shù)據(jù)ak變換成Ik與Qk，分別經(jīng)過(guò)加權(quán)處理后進(jìn)行正交調(diào)制，合成后的信號(hào)即為MSK信號(hào)。具體過(guò)程如下：

（1）

對(duì)ak進(jìn)行差分編碼得到ck。

（2）對(duì)ck進(jìn)行串并變換，并延遲Tb后得到Ik與Qk。

（3）分別用

和

進(jìn)行加權(quán)。

（4）正交調(diào)幅。

（5）合成。MSK調(diào)制器的框圖如圖3-50所示。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制四、最小頻移鍵控調(diào)制（MSK）

5、實(shí)現(xiàn)最小頻移鍵控調(diào)制的過(guò)程MSK調(diào)制器的框圖如圖3-50所示。圖3-50ＭＳＫ調(diào)制的原理框圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制四、最小頻移鍵控調(diào)制（MSK）

6、最小頻移鍵控調(diào)制的數(shù)學(xué)表達(dá)式

由

ＭＳＫ信號(hào)的一般表達(dá)式可以得到:信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制四、最小頻移鍵控調(diào)制（MSK）7、最小頻移鍵控調(diào)制的示例波形

ＭＳＫ調(diào)制各部位的波形如圖3-51所示。調(diào)制數(shù)字碼為：“1101011000”十個(gè)占空比為100％的數(shù)字碼。圖3-51ＭＳＫ調(diào)制各部位的波形圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制四、最小頻移鍵控調(diào)制（MSK）

8、最小頻移鍵控調(diào)制的功率譜及功率譜密度

ＭＳＫ信號(hào)的功率譜為:

MSK調(diào)制信號(hào)的功率譜密度曲線如圖3-52所示。圖3-52MSK調(diào)制信號(hào)的功率譜密度曲線如圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制四、最小頻移鍵控調(diào)制（MSK）

9、最小頻移鍵控調(diào)制的解調(diào)

MSK信號(hào)的解調(diào)(接收機(jī))原理如圖3-53所示。圖3-53MSK信號(hào)的解調(diào)(接收機(jī))原理圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制五、高斯頻移鍵控調(diào)制（GFSK）

1、高斯頻移鍵控調(diào)制的概念

（1）定義：高斯頻移鍵控（GaussfrequencyShiftKeying

，GFSK）

是在數(shù)字信號(hào)調(diào)制之前的比特流，先經(jīng)過(guò)高斯濾波器進(jìn)行頻率調(diào)制的頻移鍵控調(diào)制。

（2）作用：這能在頻譜效率(bit/Hz)和信噪比

（SNR）之間提供良好的折衷，以提高信息傳輸質(zhì)量和抗干擾度。

（3）關(guān)鍵步驟：通過(guò)一個(gè)高斯低通濾波器來(lái)限制信號(hào)的頻譜寬度。2、調(diào)制原理

高斯頻移鍵控調(diào)制是將輸入數(shù)據(jù)經(jīng)高斯低通濾波器預(yù)濾波后，再進(jìn)行FSK調(diào)制的數(shù)字調(diào)制方式。因此,GFSK調(diào)制/解調(diào)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在移動(dòng)通信、航空與航海通信等諸多領(lǐng)域中。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制五、高斯頻移鍵控調(diào)制（GFSK）

3、實(shí)現(xiàn)方式

（1）直接調(diào)制

是將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)高斯低通濾波后，直接對(duì)射頻載波進(jìn)行模擬調(diào)頻。

（2）正交調(diào)制

是一種間接調(diào)制的方法。該方法將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高斯低通濾波并作適當(dāng)?shù)南辔环e分運(yùn)算后,分成同相和正交兩部分，分別對(duì)載波的同相和正交分量相乘,再合成GFSK信號(hào)。GFSK正交調(diào)制解調(diào)器的基帶信號(hào)處理特別適合于用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制六、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）

1、高斯濾波最小頻移鍵控的概念

定義：高斯濾波最小移頻鍵控調(diào)制（Gaussianfilteringminimumfrequencyshiftkeyingmodulation，GMSK）是基帶信號(hào)為矩形波形，調(diào)制指數(shù)為0.5的二進(jìn)制調(diào)頻。

為了壓縮高斯最小移頻鍵控信號(hào)的功率譜，在高斯最小移頻鍵控調(diào)制前加入預(yù)調(diào)制濾波器，對(duì)矩形波形進(jìn)行濾波，得到一種新型的基帶波形，使其本身和盡可能高階的導(dǎo)數(shù)都連續(xù)，從而得到較好的頻譜特性。

概念：

高斯濾波最小頻移鍵控是由MSK演變來(lái)的一種簡(jiǎn)單的二進(jìn)制調(diào)制方法。其基本思想是，在GMSK中將調(diào)制的不歸零的原始數(shù)據(jù)(NRZ)通過(guò)預(yù)調(diào)濾波器進(jìn)行過(guò)濾，再對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行MSK調(diào)制，使MSK頻譜上的旁瓣功率進(jìn)一步下降的調(diào)制方法。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制六、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）

2、關(guān)于高斯濾波

高斯濾波(Gaussfilter)是一種線性平滑濾波，是一種信號(hào)的濾波器，其用途為對(duì)信號(hào)的平滑處理，消除高斯噪聲。

在數(shù)字圖像傳輸中，傳輸至信道后期，因?yàn)閭鬏斨械恼`差會(huì)累積，噪聲是最大的問(wèn)題，使接收端的信噪比較低。如在數(shù)字信號(hào)輸入的時(shí)候加上高斯濾波器，使每一個(gè)像素點(diǎn)的值，都由其本身和鄰域內(nèi)的其他像素值經(jīng)過(guò)加權(quán)平均后得到。

具體操作：采用一個(gè)模板(或稱卷積、掩模)掃描圖像中的每一個(gè)像素，用模板確定的鄰域內(nèi)像素的加權(quán)平均灰度值去替代模板中心像素點(diǎn)的值，得到信噪比較高的圖像。有益于抑制服從正態(tài)分布的噪聲。為了有效的抑制高斯最小移頻鍵控信號(hào)的帶外功率輻射，

預(yù)調(diào)制濾波器應(yīng)具有以下特性:帶寬窄并且具有陡峭的截止特性；脈沖響應(yīng)的過(guò)沖較??；濾波器輸出脈沖響應(yīng)曲線的面積對(duì)應(yīng)于π/2的相移。所采取的方式為，通過(guò)離散化窗口滑窗卷積、傅里葉變換。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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3、預(yù)調(diào)濾波器

預(yù)調(diào)濾波器是將全響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成部分響應(yīng)信號(hào)，使每一發(fā)送符號(hào)占據(jù)幾個(gè)比特的周期。

其預(yù)制濾波器的沖激響應(yīng)為：

式中，α是一個(gè)常數(shù)，選擇不同的α，濾波器的特性隨之變化。

傳輸函數(shù)為：

參數(shù)與H（f）的3dB帶寬有關(guān)，即信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

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非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制六、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）

3、預(yù)調(diào)濾波器GMSK濾波器可以由B和基帶符號(hào)持續(xù)時(shí)間T決定，通常用B和T的乘積來(lái)定義。GMSK信號(hào)不同的BT值的射頻功率譜見(jiàn)圖3-54所示。

從圖3-54中可見(jiàn)：

當(dāng)BT增大時(shí)，濾波器的傳輸函數(shù)隨之變窄，且拖尾衰減極快，當(dāng)BT減小則由于低通濾波器引發(fā)的碼間干擾，會(huì)增加誤碼率。圖3-54

GMSK信號(hào)不同的BT值的射頻功率譜信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

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非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制六、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）

4、高斯濾波最小頻移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)

GMSK信號(hào)的產(chǎn)生方法有多種。(1)用最小頻移鍵控(MSK)調(diào)制相同的正交調(diào)制方式產(chǎn)生，只要在調(diào)制前先對(duì)原始數(shù)據(jù)用高斯型低通濾波器進(jìn)行濾波即可，如圖3-55所示。

（2）原始數(shù)據(jù)經(jīng)高斯濾波后，直接對(duì)壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)頻生成GMSK信號(hào)。圖3-55GMSK信號(hào)

調(diào)制原理方框圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

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非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制六、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）

4、高斯濾波最小頻移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)

GMSK的解調(diào)方法：可以采用正交相干檢測(cè)器和簡(jiǎn)單的非相干檢測(cè)器

（如標(biāo)準(zhǔn)的FM檢測(cè)器）對(duì)

GMSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。圖3-56所示為二比特延遲差分檢測(cè)器的原理框圖。

除了采用以上方法外，還可以采用一比特延遲差分檢測(cè)方法進(jìn)行解調(diào)。但相比二比特延遲差分的誤碼性能要差。圖3-56二比特延遲差分GMSK信號(hào)檢測(cè)器解調(diào)原理框圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

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非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制六、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）

5、高斯濾波最小頻移鍵控的應(yīng)用

用于來(lái)電顯示的信息傳輸方式有兩種，即FSK和DTMF。

DTMF方式有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）FSK信息傳輸方式：主要優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸速率高，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)傳輸字符數(shù)多；支持ASCII字符集。實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好。

（2）DTMF信息傳輸方式：DTMF信息傳輸方式只支持?jǐn)?shù)字及少數(shù)字符。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

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非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

1、正交頻分復(fù)用調(diào)制概述

正交頻分復(fù)用技術(shù)（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM）是多載波調(diào)制（MCM）的一種。

主要原理：

將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)在接收端采用相關(guān)技術(shù)分開，這樣減少了子信道之間的相互干擾；

每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，由于載波間有部分重疊，所以它比傳統(tǒng)的FDMA提高了頻帶利用率；并使信道均衡變得相對(duì)容易；

應(yīng)用：在3G/4G的應(yīng)用過(guò)程中是關(guān)鍵的技術(shù)之一；被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻和視頻領(lǐng)域以及民用通信系統(tǒng)中，主要的應(yīng)用包括：非對(duì)稱的數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）、ETSI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視（HDTV）、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）等。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

2、正交頻分復(fù)用調(diào)制類型

正交頻分復(fù)用技術(shù)包括以下類型。向量化正交頻分復(fù)用系統(tǒng)（V-OFDM）

寬帶正交頻分復(fù)用調(diào)制（W-OFDM）

正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

多變量控制正交頻分復(fù)用調(diào)制系統(tǒng)（MIMO-OFDM）

多帶正交頻分復(fù)用調(diào)制（Multistripe,OFDM）等。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

3、OFDM系統(tǒng)構(gòu)成

如圖3-57所示，在OFDM傳播中，信息數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到若干子信道中，每個(gè)子信道中的符號(hào)減少因無(wú)線信道多徑時(shí)對(duì)系統(tǒng)造成的碼間干擾。如用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，可避免多徑帶來(lái)的信道間干擾。圖3-57OFDM系統(tǒng)構(gòu)成結(jié)構(gòu)框圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

4、OFDM的基帶傳輸系統(tǒng)OFDM的基帶傳輸系統(tǒng)如圖3-58所示.圖3-58OFDM基帶傳輸原理圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

5、OFDM信號(hào)的主要技術(shù)參數(shù)

（1）峰值平均功率

由于OFDM信號(hào)在時(shí)域上為N個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加，所以當(dāng)這N個(gè)信號(hào)恰好都以峰值出現(xiàn)并將相加時(shí)，OFDM信號(hào)也產(chǎn)生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。（2）同步技術(shù)

包括定時(shí)同步、頻率同步和相位同步，其中頻率同步對(duì)系統(tǒng)的影響最大。

（3）信道編碼和交織

為了對(duì)抗無(wú)線衰落信道中的隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤，通常采用信道編碼和交織技術(shù)。OFDM系統(tǒng)本身具有利用信道分集特性的能力，可以在子載波間進(jìn)行編碼，形成編碼的OFDM-COFDM，即把OFDM技術(shù)與信道編碼、頻率時(shí)間交織結(jié)合起來(lái)，提高系統(tǒng)的性能，其編碼可以采用如分組碼和卷積碼等。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

6、OFDM技術(shù)的應(yīng)用

（1）數(shù)字聲廣播工程

在OFDM的信號(hào)前增加了一定的保護(hù)時(shí)隙，有效地解決了基站間的同頻干擾，實(shí)現(xiàn)了單頻網(wǎng)廣播，大幅度減少了整個(gè)廣播占用的頻帶寬度。

（2）HFC(HybridFiberCable）網(wǎng)HFC是一種光纖/同軸混合網(wǎng)。在有線電視網(wǎng)中，干線上采用光纖傳輸，而用戶分配網(wǎng)絡(luò)仍然使用同軸電纜。光電混合傳輸方式提高了圖像質(zhì)量，并且可以傳到很遠(yuǎn)的地方，擴(kuò)大了有線電視的使用范圍。

（3）移動(dòng)通信

采用多載波并傳16QAM調(diào)制的移動(dòng)通信系統(tǒng)。將OFDM技術(shù)和交織技術(shù)、信道編碼技術(shù)結(jié)合，可以有效地對(duì)抗碼間干擾。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

7、OFDM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）可有效對(duì)抗信號(hào)波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸；

（2）通過(guò)各子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力；

（3）各子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可通過(guò)離散傅里葉反變換IDFT和離散傅里葉變換DFT實(shí)現(xiàn)；

（4）OFDM較易與其他多種接入方式結(jié)合，構(gòu)成MC=CDMA和OFDM-TDMA等。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

8、OFDM技術(shù)應(yīng)用中的問(wèn)題

（1）

由于傳送端及接收端的取樣速率不一樣，會(huì)造成取樣點(diǎn)的誤差，會(huì)造成幅度失真，相位飄移（phaseshift),ICI等影響。

（2）傳送接收端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)也會(huì)造成載波相位偏移（carrierphaseoffset），很難用人為因素使傳送端高頻載波和接收端載波完全同步。

（3）由于OFDM信號(hào)是由多個(gè)調(diào)制后的子載波信號(hào)的線性疊加，可能會(huì)造成比平均信號(hào)準(zhǔn)位高的瞬間尖峰信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生高峰值對(duì)均值功率比效應(yīng)。

（4）相位偏移（phaseoffset）傳送升頻及接收端降頻載波的頻率不同步，會(huì)造成載波頻偏（carrierfrequencyoffset，CFO）。傳送及接收端產(chǎn)生的多普勒頻移（dopplershift）也會(huì)產(chǎn)生CFO。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

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非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

9、OFDM系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程

20世紀(jì)五、六十年代提出OFDM的概念；

1970年OFDM的專利發(fā)表；

1972年Weinstein和Ebert提出了使用離散傅立葉變換實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)中的調(diào)制和解調(diào)功能，為實(shí)現(xiàn)OFDM的全數(shù)字化做了理論上的準(zhǔn)備。

20世紀(jì)80年代后OFDM的調(diào)制技術(shù)在有線信道的研究中，Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM調(diào)制技術(shù)，成功完成了16QAM多路并行傳送192Kbit/s的電話線的調(diào)制／解調(diào)器試驗(yàn)技術(shù)。

20世紀(jì)90年代OFDM廣泛用于各種數(shù)字傳輸和通信中，如移動(dòng)無(wú)線ＦＭ信道，高比特率數(shù)字用戶線系統(tǒng)(HDSL)，不對(duì)稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)（ADSL），甚高比特率數(shù)字用戶線系統(tǒng)(HDSI)，數(shù)字音頻廣播(DAB)系統(tǒng)，數(shù)字視頻廣播(DVB)和(HDTV)地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)。

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

9、OFDM系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程

1999年IEEE802.lla通過(guò)了無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中OFDM調(diào)制技術(shù)被采用為物理層標(biāo)準(zhǔn)，使傳輸速率達(dá)54MbPs。支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)。

2001年IEEE802.16通過(guò)了無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)使用頻段的不同，具體可分為視距和非視距兩種。

2006年2月IEEE802.16e（移動(dòng)寬帶無(wú)線城域網(wǎng)接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)）形成了最終的出版物。

2004年11月根據(jù)移動(dòng)通信的要求，3GPP通過(guò)被稱為L(zhǎng)ongTermEvolution(LTE）即“3G長(zhǎng)期演進(jìn)”的立項(xiàng)工作。

2005年12月3GPP選定了LTE的基本傳輸技術(shù)，即下行OFDM，上行SC,擁有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3G標(biāo)準(zhǔn)——TD-SCDMA在LTE演進(jìn)計(jì)劃中也提出了TD-CDM-OFDM的方案B3G/4G是ITU提出的目標(biāo)。OFDM技術(shù)起了重要作用。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第五節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之一——數(shù)字頻移鍵控調(diào)制七、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）

10、OFDM系統(tǒng)與其它調(diào)制方式的比較

調(diào)制技術(shù)對(duì)通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求如下：

（1）在信道衰落條件下，誤碼率要盡可能低；

（2）發(fā)射頻譜窄，對(duì)相鄰信道干擾小；

（3）高效率的解調(diào)，降低移動(dòng)臺(tái)功耗，縮小體積和成本；

（4）能提供較高的傳輸速率；

（5）易于集成。

正交頻分復(fù)用和其它調(diào)制的區(qū)別在于：（1）固定頻率

在一個(gè)特定非常窄的頻段范圍內(nèi)傳播信號(hào)的方式。（2）跳頻擴(kuò)頻使用發(fā)射器和接收器都知曉的偽隨機(jī)序列，在很多頻率信道內(nèi)快速跳變以發(fā)射無(wú)線電信號(hào)。（3）直接序列擴(kuò)頻

在設(shè)備特定的發(fā)射頻率內(nèi)以廣播形式發(fā)射信號(hào)。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制一、數(shù)字相移調(diào)制概述

相位調(diào)制

(phasemodulation，PSK)或稱為“相移鍵控”。與頻率調(diào)制相似，但它的實(shí)現(xiàn)是改變發(fā)送波的相位，不同的相位代表不同的數(shù)據(jù)。

PSK最簡(jiǎn)單的形式為，利用數(shù)字信號(hào)對(duì)兩個(gè)同頻、反相正弦波進(jìn)行控制、不斷切換合成調(diào)相波。

數(shù)字相位調(diào)制

即數(shù)字相移鍵控（Digitalphasemodulation，DPSK)與數(shù)字頻率調(diào)制很相似。解調(diào)時(shí)讓它與一個(gè)同頻正弦波相乘，其乘積由兩部分構(gòu)成：2倍頻接收信號(hào)的余弦波；與頻率無(wú)關(guān)，幅度與正弦波相移成正比的分量。采用低通濾波器濾掉高頻成分后，便得到與發(fā)送波相應(yīng)的原始調(diào)制數(shù)據(jù)。

定義：根據(jù)數(shù)字基帶信號(hào)的兩個(gè)電平使載波相位在兩個(gè)不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。

產(chǎn)生PSK信號(hào)的兩種方法：調(diào)相法：將基帶數(shù)字信號(hào)（雙極性）與載波信號(hào)直接相乘的方法;選擇法：用數(shù)字基帶信號(hào)去對(duì)相位相差180度的兩個(gè)載波進(jìn)行選擇。兩個(gè)載波相位相差180度，此時(shí)也稱為反向鍵控。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制二、相移鍵控調(diào)制（PSK）

1、相移鍵控調(diào)制的概念

定義：相移鍵控調(diào)制（PhaseShiftKeying,PSK）是一種用載波相位表示輸入數(shù)字信號(hào)信息的調(diào)制技術(shù)。相移鍵控分為絕對(duì)相移鍵控和相對(duì)相移鍵控兩種方式。

絕對(duì)移相：以載波的不同相位直接表達(dá)相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為絕對(duì)相移調(diào)制。絕對(duì)相移是以未調(diào)制的載波的相位作為相位的參考基準(zhǔn)。

相對(duì)移相：

利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化，傳遞二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為相對(duì)相移。相對(duì)相移是以相鄰碼元的載波相位為參考基準(zhǔn)。一般實(shí)現(xiàn)方法為二進(jìn)制差分相移鍵控，常簡(jiǎn)稱為二相相對(duì)調(diào)相，記作2DPSK。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制二、相移鍵控調(diào)制（PSK）

1、相移鍵控調(diào)制的概念

相對(duì)載波相位是指本碼元初相與前一碼元初相之差。假設(shè)相對(duì)載波相位值用相位偏移?φ表示，并規(guī)定數(shù)字信息序列與?φ之間的關(guān)系如下：

2DPSK信號(hào)的波形，如圖3-59所示。圖3-592DPSK與2PSK信號(hào)波形對(duì)比圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制二、相移鍵控調(diào)制（PSK）

2、香農(nóng)理論與“香農(nóng)定理”

是香農(nóng)在信息處理和信息理論等相關(guān)領(lǐng)域的研究中，通過(guò)計(jì)算信號(hào)在經(jīng)過(guò)一段距離如何衰減以及一個(gè)給定信號(hào)能夠加載多少數(shù)據(jù)之后，得到了以下公式，這個(gè)公式就是香農(nóng)定理。

式中，B為信道帶寬（Hz）;S為信號(hào)功率（W）;N為噪聲功率（W）;

n0為噪聲功率譜密度（W／Hz）。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制二、相移鍵控調(diào)制（PSK）

2、香農(nóng)理論與“香農(nóng)定理”——由香農(nóng)公式可以得到以下結(jié)論：

（1）信道容量受到三個(gè)要素的限制——信道帶寬（B）、信號(hào)功率（S）和噪聲功率譜密度（n0）。

（2）提高信噪比（S/N）可以增大信道容量。

（3）若噪聲功率譜密度趨近于零（n0→0），則C→∞。表明當(dāng)信道無(wú)噪聲時(shí)，信道容量為無(wú)窮大。

（4）若信號(hào)功率趨近于無(wú)窮大（S→0），則C→∞。表明當(dāng)信號(hào)功率不受限制時(shí)，信道容量為無(wú)窮大。

（5）當(dāng)信道帶寬（B）趨近于無(wú)窮大（B→∞）時(shí)，信道容量（C）趨近于1.44（S/n0）。

（6）當(dāng)信道容量（C）一定時(shí)，信道帶寬（B）與信噪比（S/N）可以互換。

（7）若信源的信息速率Rb≤C時(shí)，則理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)誤差傳輸。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制二、相移鍵控調(diào)制（PSK）

2、香農(nóng)理論與“香農(nóng)定理”

香農(nóng)理論使用在傳播狀態(tài)惡劣的短波段，在此具有活力的通信方式比快速方式更有實(shí)用意義，見(jiàn)圖3-60所示，DPSK就是這一理論的應(yīng)用。圖3-60DPSK調(diào)制／解調(diào)原理框圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制二、相移鍵控調(diào)制（PSK）3、PSK信號(hào)的產(chǎn)生方法

（１）調(diào)相法

將基帶數(shù)字信號(hào)（雙極性）與載波信號(hào)直接相乘的方法。

（２）選擇法

用數(shù)字基帶信號(hào)去對(duì)相位相差180°的兩個(gè)載波(反向鍵控“PSK”)進(jìn)行選擇。

在2PSK中通常信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式如下：

式中：e2PSK(t)為2PSK信號(hào)的時(shí)域值；A為函數(shù)的幅值；

ωc為函數(shù)的頻率；

ωn為第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位;

SDIG取值為”1”或”-1”。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制二、相移鍵控調(diào)制（PSK）

4、主要應(yīng)用

傳統(tǒng)的通訊借助于電線傳輸，因?yàn)檫@既省錢又可保證信息可靠傳送。

長(zhǎng)途通訊則需要通過(guò)無(wú)線電波傳送信息。從系統(tǒng)硬件設(shè)備方面考慮這很方便省事，但傳送信息的準(zhǔn)確性卻導(dǎo)致不確定性增加，而且需要大功率傳送設(shè)備來(lái)克服信號(hào)衰減和信噪比降低，甚至完全滿足不了通信的基本要求。

各種不同類型的調(diào)制方式即是根據(jù)系統(tǒng)造價(jià)、接收信號(hào)品質(zhì)要求提供各種不同的解決方案，由于微控制器的出現(xiàn)、民用移動(dòng)電話和衛(wèi)星通信的引入，數(shù)字調(diào)制技術(shù)日益普及。如同模擬調(diào)制一樣，數(shù)字調(diào)制也可分為頻率調(diào)制、相位調(diào)制和幅度調(diào)制，性能各有千秋。由于頻率、相位調(diào)制對(duì)噪聲抑制更好，因此成為當(dāng)今大多數(shù)通訊設(shè)備的首選方案。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制三、正交相移鍵控調(diào)制（QPSK）

1、正交相移鍵控調(diào)制的概念

定義：正交相移鍵控調(diào)制（Orthogonalphase-shift-keyedmodulation，QPSK）：也稱四相相移鍵控，是通過(guò)轉(zhuǎn)換或調(diào)制來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)的調(diào)制方法，其基準(zhǔn)信號(hào)載波的定相，即QPSK在星狀圖中使用四個(gè)點(diǎn)平均分布在一個(gè)圓周上。有時(shí)也稱為“第四期”或“四相PSK”、或“4-PSK”。QPSK分為絕對(duì)相移和相對(duì)相移兩種。相對(duì)相移已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信中。

概述：在相移鍵控中，數(shù)據(jù)是通過(guò)載波信號(hào)的相移來(lái)表示的。需要將二進(jìn)制數(shù)字序列中每?jī)蓚€(gè)比特分成一組，共有四種組合，即00,01,10,11，其中的每一組稱為“雙比特碼元”。所以，QPSK中每次調(diào)制可傳輸2個(gè)信息比特。解調(diào)器則根據(jù)星座圖及接收到載波信號(hào)的相位來(lái)判斷發(fā)送端的信息比特。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制三、正交相移鍵控調(diào)制（QPSK）2、正交相移鍵控調(diào)制的工作原理

QPSK調(diào)制原理框圖見(jiàn)圖3-61所示。圖3-61QPSK調(diào)制原理框圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制三、正交相移鍵控調(diào)制（QPSK）3、傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式

（1）QPSK調(diào)制傳輸信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

（2）

雙比特碼元的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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第三章

調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制三、正交相移鍵控調(diào)制（QPSK）3、傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式

（3）QPSK調(diào)制中載波偏移四相相移鍵控信號(hào)的波形圖如圖3-62所示。

圖3-62QPSK調(diào)制中載波偏移四相相移鍵控信號(hào)的波形圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制三、正交相移鍵控調(diào)制（QPSK）3、傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式

（4）QPSK調(diào)制舉例如圖3-63所示：兩個(gè)調(diào)制過(guò)的信號(hào)流都是BPSK信號(hào)流，其數(shù)據(jù)率為原始比特率的一半。故組合后的信號(hào)速率為輸入比特速率的一半。

圖3-63QPSK調(diào)制舉例波形圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制三、正交相移鍵控調(diào)制（QPSK）4、正交相移鍵控調(diào)制的解調(diào)

正交相移鍵控的解調(diào)

包括模－數(shù)轉(zhuǎn)換、抽取和插值、匹配濾波、時(shí)鐘和載波恢復(fù)。解調(diào)的原理框圖如圖3-64所示。

圖3-64QPSK解調(diào)原理框圖

信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波的數(shù)字調(diào)制

第六節(jié)

非線性數(shù)字調(diào)制之二——數(shù)字相移鍵控調(diào)制三、正交相移鍵控調(diào)制（QPSK）

5、偏置四相移相鍵控（OQPSK）

關(guān)于正交相移鍵控QPSK還存在另一種形式，稱為偏置正交相移鍵控（OQPSK）或稱為正交四相移鍵控（OrthogonalQPSK,OQPSK）。它與QPSK的區(qū)別是在Q流中引入一個(gè)比特時(shí)間的時(shí)延，結(jié)果得到如下信號(hào)。

OQPSK是在QPSK基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。采用這種技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了多種調(diào)制方式。OQPSK信號(hào)的頻帶利用率較高，理論值達(dá)1b/s/Hz。OQPSK比QPSK更具優(yōu)勢(shì)。信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)

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調(diào)制波