通信原理第7章 数字带通传输系统2

1、7.4.1 多进制数字振幅调制多进制数字振幅调制(MASK)7.4.2 多进制数字频率调制多进制数字频率调制(MFSK)7.4.3 多进制数字相位调制多进制数字相位调制(MPSK或或MDPSK)7.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 带通二进制键控系统中，每个码元只传输带通二进制键控系统中，每个码元只传输1bit信息，其频带利用率不高。为了提高频带信息，其频带利用率不高。为了提高频带利用率，最有效的方法是采用多进制调制系统。利用率，最有效的方法是采用多进制调制系统。多进制数字调制的多进制数字调制的特点特点：（1）在）在相同的码元速率相同的码元速率下，多进制系统的信息下，多进制系统的信息速

2、率比二进制系统的高。速率比二进制系统的高。bMM2logBRRM（2）在）在相同的信息速率相同的信息速率下，多进制数字调制系统的下，多进制数字调制系统的码元传输速率比二进制的低，占用带宽更小。则多码元传输速率比二进制的低，占用带宽更小。则多进制信号码元的持续时间比二进制的长。则能减小进制信号码元的持续时间比二进制的长。则能减小码间干扰。码间干扰。MM2logbBRRMsBTR17.4.1 多进制数字振幅调制（多进制数字振幅调制（MASK）的原理）的原理 MASK是利用是利用M进制数字基带信号去控制载进制数字基带信号去控制载波的幅度，使载波的幅度随着基带信号的变化而波的幅度，使载波的幅度随着基带

3、信号的变化而变化。变化。以四进制为例以四进制为例(4ASK或或QASK)： 传传“0”信号（或信号（或00）时，发）时，发0电平；电平； 传传“1”信号（或信号（或10）时，发幅度为）时，发幅度为1的载波；的载波； 传传“2”信号（或信号（或11）时，发幅度为）时，发幅度为2的载波；的载波； 传传“3”信号（或信号（或01）时，发幅度为）时，发幅度为3的载波。的载波。1、MASK信号的原理及时间波形信号的原理及时间波形 由于由于M进制数字基带信号有进制数字基带信号有M种不同的取值，种不同的取值，则则MASK信号有信号有M种不同的幅度。种不同的幅度。基带信号是多进制单极性不归零脉冲基带信号是多进

4、制单极性不归零脉冲 (b) MASK信号信号(a) 基带多电平单极性不归零信号基带多电平单极性不归零信号0010110101011110000t0t0101101010111100基带信号是多进制双极性不归零脉冲基带信号是多进制双极性不归零脉冲 0101101010111100000t(c) 基带多电平双极性不归零信号基带多电平双极性不归零信号00000t01011010101111(d) 抑制载波抑制载波MASK信号信号抑制载波抑制载波MASK信号是振幅键控和相位键控结合的调制方式信号是振幅键控和相位键控结合的调制方式2. MASK信号的带宽信号的带宽MASK信号的信号的带宽可表示为带宽可表

5、示为 sMASKTRBBM122其中其中RBM=1/Ts是多进制码元速率。是多进制码元速率。 7.4.2 多进制数字频移键控多进制数字频移键控(MFSK) 多进制频率键控（多进制频率键控（MFSK）是指用）是指用M进制数进制数字基带信号去控制字基带信号去控制载波的频率载波的频率，使载波的频率，使载波的频率随着数字基带信号的变化而变化。随着数字基带信号的变化而变化。在一个码元周期之内，在一个码元周期之内，MFSK信号可以写成信号可以写成siMFSKTtMitAte0, 2 , 1)cos()(0(1)MFSK信号的原理及时间波形信号的原理及时间波形 由于由于M进制数字基带信号有进制数字基带信号有

6、M种不同的取种不同的取值，则值，则MFSK信号有信号有M种不同的频率。种不同的频率。以以4FSK为例：为例： 传传“0”信号信号(或或00)时，发送频率为时，发送频率为f1的载波；的载波； 传传“1”信号信号(或或01)时，发送频率为时，发送频率为f2的载波；的载波； 传传“2”信号信号(或或10)时，发送频率为时，发送频率为f3的载波；的载波； 传传“3”信号信号(或或11)时，发送频率为时，发送频率为f4的载波。的载波。 (a) 4FSK信号波形f3f1f2f4TTTTt（2）MFSK信号的带宽信号的带宽 BMmMFSKRffB21 MFSK信号的功率谱信号的功率谱 ，可以看作可以看作由由

7、M个振幅相个振幅相同、载频不同、时间上互不相容的同、载频不同、时间上互不相容的2ASK信号叠加信号叠加的结果的结果。fm 、 f1为最高、最低选用频率。为最高、最低选用频率。RBMRBM7.4.3 多进制数字相位调制（移相键控）系统多进制数字相位调制（移相键控）系统 多进制数字相位调制又称多相调制，它是多进制数字相位调制又称多相调制，它是利用多进制数字基带信号去控制利用多进制数字基带信号去控制载波的相位载波的相位，使载波的相位随着多进制数字基带信号的变化使载波的相位随着多进制数字基带信号的变化而变化。而变化。 由于由于M进制数字基带信号有进制数字基带信号有M种不同的取种不同的取值，则值，则多进

8、制数字相位调制多进制数字相位调制信号有信号有M种不同的种不同的相位。相位。 1、 四相绝对移相键控四相绝对移相键控(QPSK)原理：原理： 在在M进制数字相位调制中，有四进制进制数字相位调制中，有四进制绝对绝对移相键控移相键控(4PSK/QPSK)、四进制、四进制差分相位键控差分相位键控(4DPSK/QDPSK)两种调制方式。两种调制方式。四进制绝对移相键控利用载波的四种不同相四进制绝对移相键控利用载波的四种不同相位来表示数字信息。位来表示数字信息。 每一种载波相位代表两个比特信息，因此每每一种载波相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表个四进制码元可以用两个二进

9、制码元的组合来表示，称为示，称为双比特码元双比特码元。一个一个MPSK信号码元可以表示为信号码元可以表示为A：常数常数 k：一组间隔均匀的受调制相位一组间隔均匀的受调制相位MktAtskk, 2 , 1)cos()(0MkkMk, 2 , 1),1(2k(21) 1,2,kkMM00011110Gray0011参 考 相 位1001参 考 相 位10110100/2-/204相A方式 01001011/43/45/47/44相B方式11010010相1101100相0000002相101101011011(8相)4相10010034相11111101001034相2相4相001001相58相0

10、1001078相01101100100158相00000038相100100(8相)8相8相11111110110138相11011078相0000010110101101111011002(1)1,2,kkMkM(21)1,2,kkMkM相位配置矢量图（星座图）相位配置矢量图（星座图） 表表7-2 双比特双比特ab与载波相位的关系与载波相位的关系 双比特信息双比特信息a b载波相位载波相位k A / B0 0900/22500 100/13501 12700/4501 01800/31502、4PSK信号的产生信号的产生对于对于B方式方式 22,221 , Q t1kkabI t ( )co

11、s() cossin1 ( )cos( )sin2ckkckccce ttatbtI ttQ tt1) 直接调相法直接调相法B方式方式(/4体系体系) 串/并变换1011单/双极性变换单/双极性变换c(t)I(t)Q(t)cosctsin ctABABA11B01相相0相A102相B10AB11100001(a)相移22直接调相法产生直接调相法产生4PSK信号方框图信号方框图码元宽度码元宽度TbTS =2 Tb1cos2ct1sin2ctABCDEF(a) 输入基带码元tACE(b) 并行支路a码元tBDF(c) 并行支路b码元t图7-38 码元串/并变换TS =2 Tb0 1A 0 90 1

12、 B315 02) 相位选择法相位选择法 相位选择法产生相位选择法产生/2体系体系4PSK信号方框图信号方框图 串/并变换输入信息选相电路带 通QPSK信号2320四相载波发生器双比特码元双比特码元载波相位载波相位(n )abA方式方式 B方式方式 00110110900270 180 225 135 45 315 相位选择法产生相位选择法产生/4体系体系4PSK信号框图信号框图输入串/并变换逻辑选相电路带通滤波器输出45 135 225 315四相载波产生器双比特码元双比特码元载波相位载波相位(n )abA方式方式 B方式方式 00110110900270 180 225 135 45 31

13、5 3、4PSK信号的解调信号的解调 4PSK信号可以看作两个正交载波的信号可以看作两个正交载波的2PSK信信号的合成。因此可以采用与号的合成。因此可以采用与2PSK信号类似的解信号类似的解调方法进行解调，调方法进行解调， 4PSK信号信号相干解调原理相干解调原理图图 ：cos()cos1 2cos(2) 1 2coscos()sin1 2sin1 2sin(2)cicciicicicitttttt载波提取相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)abcosct-sinct定时提取图7-41 QPSK信号解调原理方框图输入相位输入相位icosi的极性的极性sini的极性的极性判决器输出

14、判决器输出A B/4+ 1 13 /4-+ 0 15 /4-0 07 /4+-1 0判决原则：判决原则：11010010 当码元中包含整数个载波周期时，初始相位相当码元中包含整数个载波周期时，初始相位相同的相邻码元的波形和瞬时相位才是连续的。同的相邻码元的波形和瞬时相位才是连续的。(a) 波形和相位连续波形和相位连续TT 若每个码元中的载波周期数不是整数，则即使初若每个码元中的载波周期数不是整数，则即使初始相位相同，波形和瞬时相位也可能不连续。始相位相同，波形和瞬时相位也可能不连续。 波形连续而相位不连续。波形连续而相位不连续。(b) 波形和相位不连续波形和相位不连续TT(c) 波形连续相位不

15、连续波形连续相位不连续TT在码元边在码元边界，当相界，当相位不连续位不连续时，信号时，信号的频谱将的频谱将展宽，包展宽，包络也将出络也将出现起伏。现起伏。7.4.4 多进制差分相移键控多进制差分相移键控4DPSK 4DPSK信号是利用前后码元之间的相对相信号是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。位变化来表示数字信息。n为当前双比特码为当前双比特码元与前一双比特码元初相差。元与前一双比特码元初相差。假如信息编码与假如信息编码与载波相位的关系如书中表（载波相位的关系如书中表（7-4）所示：）所示：abkA方式方式B方式方式0090 135 010 45 11270 315 10180 225 1) 相干解调：相干解调： 与与4PSK信号相干解