ch5(3)_多进制调制技术

1、5.4 多进制调制技术多进制调制技术 5.4 5.4 多进制调制技术多进制调制技术 5.4.15.4.1 多进制幅度调制技术多进制幅度调制技术 5.4.25.4.2 多进制频率调制技术多进制频率调制技术 5.4.35.4.3 多进制相位调制技术多进制相位调制技术 5.5 5.5 现代调制技术现代调制技术 5.5.1 5.5.1 抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制(DSB)(DSB) 5.5.2 5.5.2 正交幅度调制（正交幅度调制（QAMQAM） 5.5.3 5.5.3 幅度相位混合调制幅度相位混合调制(APK)(APK) 5.5.4 5.5.4 最小频移键控最小频移键控(MSK)(M

2、SK)5.4 多进制调制技术多进制调制技术 多进制调制信号是指状态数目多进制调制信号是指状态数目M M大于大于2 2的的已调信号，又称为多元调制信号。已调信号，又称为多元调制信号。 在二进制载波数字调制中，基带数字信在二进制载波数字调制中，基带数字信号只有两种状态号只有两种状态1,01,0或或+1,-1+1,-1，所以一个，所以一个码元只携带一比特信息。码元只携带一比特信息。 在多进制系统中，一位多进制（在多进制系统中，一位多进制（M M进制）进制）符号代表若干位二进制符号，所以一个符号代表若干位二进制符号，所以一个码元携带码元携带loglog2 2M M比特信息。比特信息。 多进制数字调制系

3、统具有以下特点。多进制数字调制系统具有以下特点。 （1 1）在相同的传码率条件下，多进制数字）在相同的传码率条件下，多进制数字系统的信息速率高于二进制系统；系统的信息速率高于二进制系统； （2 2）在相同的信息率条件下，多进制的信）在相同的信息率条件下，多进制的信道传码率比二进制低，可减小信道带宽，道传码率比二进制低，可减小信道带宽，并且使多进制信号码元的持续时间要比二并且使多进制信号码元的持续时间要比二进制的宽。码元宽度的增加可增加码元能进制的宽。码元宽度的增加可增加码元能量，有利于提高通信系统的可靠性。量，有利于提高通信系统的可靠性。 5.4 多进制调制技术多进制调制技术 5.4.1 多进

4、制幅度调制技术多进制幅度调制技术 5.4.2 多进制频率调制技术多进制频率调制技术 5.4.3 多进制相位调制技术多进制相位调制技术5.4.1 多进制幅移键控多进制幅移键控 多进制幅移键控：多进制幅移键控：MASK（Multiple Amplitude Shift Keying） 多进制幅移键控调制是用具有多个电平的随机基带脉冲序列对载波进行振幅调制，又称为多电平调制。1.M1.M电平调制信号电平调制信号 一、M电平调制信号 SM(t)=SM(t)= )cos()(00tAnTtgansn12101210MnPPPPMa概率为概率为概率为概率为110iMiP2. 调制与解调1。产生方法：与。产

5、生方法：与2ASK相同，相同， （1）乘法器）乘法器 （2）通断法）通断法 2。解调：非相干解调和相干解调。解调：非相干解调和相干解调信号波形：图信号波形：图5.23t132012301(a)0s(t)TbTbt(b)e(t)0te0(t)0(c)te1(t)0te2(t)00e3(t)t5.4.2、多进制频率键控调制（MFSK） 多进制频率键控调制用M个频率不同的正弦波分别表示M进制信号的各个符号，在某一个码元时间内只发送其中一个频率。 1。生成电路。生成电路2. MFSK2. MFSK信号的解调信号的解调 既可采用相干解调法，也可采用非相干既可采用相干解调法，也可采用非相干解调法。解调法。

6、 用这种方式产生的MFSK信号可看做是M个振幅相同、频率不同、时间上互不相容的2FSK信号的叠加。因此其带宽为 BW=（fH-fL）+Nbaud (5.31) 式中， fH是最高载波频率， fL是最低载波频率。 5.4.3 多进制相位调制多进制相位调制(MPSK) 多进制相位调制：多进制相位调制：提高频带利用率通提高频带利用率通常采用多进制移相调制，利用正弦载波常采用多进制移相调制，利用正弦载波的多个相位状态分别对应表示的多个相位状态分别对应表示M进制中进制中每一种码元组合，分每一种码元组合，分绝对调相绝对调相和和相对调相对调相相两种。两种。 实际传输系统常用的是实际传输系统常用的是四相调制和

7、八相调制。MPSK信号的表示信号的表示n0n0n0/00n0/nsin)()sin(cos)()cos( )cos()()(s2 )2cos()cos()(sMPSK1-M ., 0,1,n 2 M nsnsnsssnTtgtwnTtgtwtwnTtgtTwwMntwtwtMnMPSK为的整数倍，则上式可写是码元传输速率假定信号可表示为：因此个，即可能取值是信号，载波相位对MPSK信号的表示信号的表示n0n0n0/00n0/nsin)()sin(cos)()cos( )cos()()(s2 )2cos()cos()(sMPSK1-M ., 0,1,n 2 M nsnsnsssnTtgtwnTt

8、gtwtwnTtgtTwwMntwtwtMnMPSK为的整数倍，则上式可写是码元传输速率假定信号可表示为：因此个，即可能取值是信号，载波相位对Cos(A+B)=cosAcosB-sinAsinBMPSK信号的表示信号的表示n0n0n0/00n0/nsin)()sin(cos)()cos( )cos()()(s2 )2cos()cos()(sMPSK1-M ., 0,1,n 2 M nsnsnsssnTtgtwnTtgtwtwnTtgtTwwMntwtwtMnMPSK为的整数倍，则上式可写是码元传输速率假定信号可表示为：因此个，即可能取值是信号，载波相位对MPSK信号可以看成两个正交载波进行多电

9、平双边带调幅所得已调波之和 多进制移相调制中，若多进制移相调制中，若M M的值越大，则的值越大，则相邻两个码元的相位差相邻两个码元的相位差 的值越小，接收的值越小，接收解调时区分相位就越困难，失误率增高，解调时区分相位就越困难，失误率增高，可靠性降低，所以实际传输系统常用的是可靠性降低，所以实际传输系统常用的是四相调制和八相调制四相调制和八相调制。例如，电话网中的例如，电话网中的ModemModem中采用中采用8DPSK8DPSK，卫星通信中采用，卫星通信中采用4DPSK4DPSK，32DPSK32DPSK和和64DPSK64DPSK等。等。 M2 (1)表示方法 用用4种不同相位表示数字信息

10、，种不同相位表示数字信息，载波的每一相载波的每一相位代表两比特信息，位代表两比特信息，因此数字信息的每一个码因此数字信息的每一个码元称为双比特码元。元称为双比特码元。0/23/2/2相移相移/43/45/47/4/4相移相移1.4PSK （2）数学表达式 （5.47） 式中an=cosn,bn=sinn，n=1,2,3,4。 nnsnsntnTtgbtnTtgatS00sin)(cos)()( （1）正交调相法：）正交调相法：串/并变换单/双极性变换单/双极性变换11 01B A1011cos(w0t)/2相移相移sin(w0t)4PSK3/4 015/4 00/4 117/4 10矢量图矢量

11、图（2 2）4PSK4PSK信号的产生（调制）信号的产生（调制）由MPSK达式可知，4PSK信号实际上是两个正交的2PSK信号的叠加 （2）相位选择法：）相位选择法：四四相相载载波波发发生生器器开开关关电电路路/43/45/47/4串串/并变换并变换AB输入输入AB4PSK信号信号 解调：正交相干解调法（又称极性比较法），如解调：正交相干解调法（又称极性比较法），如图所示图所示乘法器乘法器输出输出并并/串转换串转换载波发生器载波发生器+/2cos(w0t) -sin(w0t)乘法器乘法器LPFLPF抽样判决器抽样判决器抽样判决器抽样判决器定时抽样定时抽样BPF4PSK信号信号X(t)y(t)X

12、A(t)yB(t)ABAB（3 3）4PSK4PSK信号的解调信号的解调47,45,43 ,4)cos()(S4PSKnn0 twt信号为信号为xA(t)= cosnyB(t)= sinn2121 4PSK信号解调时抽样判决器判决标准：信号解调时抽样判决器判决标准：码元相位码元相位ncosn极极性性sinn极极性性判决器输出判决器输出AB/4+113/4-+015/4-007/4+-104PSK信号的解调信号的解调 四相相对调制，前后码元的相位差表示四相相对调制，前后码元的相位差表示数据信息，若以前的码元相位作为参考相位数据信息，若以前的码元相位作为参考相位并令并令 为本码元初相位与前一码元的

13、初相为本码元初相位与前一码元的初相差，则双比特码元与载波相位关系：差，则双比特码元与载波相位关系：双比特码元AB载波相位变化 00010/211013 /22. 4DPSK2. 4DPSK信号信号调制调制：串/并变换码变换4PSK产生电路4DPSK信号信号C输入输入AB(1)4DPSK(1)4DPSK信号的调制信号的调制BDA解调解调 极性比较法极性比较法并/串变换码变换4PSK极性比较法解调电路4DPSK信号信号AC输出输出AB(2)4DPSK(2)4DPSK信号的解调信号的解调DB解调解调 (a)极性比较法极性比较法并/串变换码变换4PSK极性比较法解调电路4DPSK信号信号AC输出输出A

14、B(2)4DPSK信号的解调信号的解调DB4PSK信号的解调器输出得到双比特相对码码信号的解调器输出得到双比特相对码码元元CD，再经码变换电路得到双极性绝对码，再经码变换电路得到双极性绝对码AB。这里的码变换器同调制电路中的码变换器一样，这里的码变换器同调制电路中的码变换器一样，能够实现四进制相对码到四进制绝对码的所有能够实现四进制相对码到四进制绝对码的所有可能变换。可能变换。 (b)相位比较法相位比较法4DPSK信号信号乘法器乘法器并并/串转换串转换载波载波发生器发生器+/2cos(w0t+n-1) -sin(w0t +n-1)乘法器乘法器LPFLPF抽样判决器抽样判决器抽样判决器抽样判决器

15、定时抽样定时抽样x(t)y(t)xA(t)yB(t)ABABBPF延迟延迟Ts4DPSK信号的解调信号的解调11010)sin(21)()cos(21)()cos()()cos()(1nnAAnnnntytxLPFtwtStwtSnn式中：后输出为：经：个码元的载波表达式为个和第设第5.5 现代调制技术现代调制技术 5.5.1 5.5.1 抑制载波的双边带调制(DSB) 5.5.2 5.5.2 正交幅度调制（QAM） 5.5.3 5.5.3 幅度相位混合调制(APK) 5.5.4 最小频移键控(MSK)5.5.1 抑制载波的双边带调制 目的：提高频带和功率利用率目的：提高频带和功率利用率 2A

16、SK信号的频谱中包含载频分量和边带分量，而载波分量并不携带信息，但它却占有了大部分功率；可以将它完全抑制掉，将有效的功率全部用到边带传输上去从而提高了调制效率。 将基带信号采用双极性矩形脉冲序列，则基带信号中就没有直流分量，调制后ASK信号就不包含载波分量，成为抑制载波的双边带调制信号（DSB:Double-Sided Band）。 调制过程和波形图： 图图5.32 5.32 抑制载波的双边带振幅键控调制抑制载波的双边带振幅键控调制 由图由图5.32(c)5.32(c)可见，可见， （1 1）在调制信号）在调制信号m m( (t t) )改变极性的时刻，改变极性的时刻，载波相位出现了倒相点，所

17、以其包络形状载波相位出现了倒相点，所以其包络形状与图与图5.2(d)5.2(d)的包络形状不再相同。的包络形状不再相同。 （2 2）即已调信号）即已调信号S S( (t t) )的包络不再包含信的包络不再包含信息，信息包含在相位之中，因此在接收端息，信息包含在相位之中，因此在接收端恢复恢复m m( (t t) )时不能采用包络检波法（非相干）时不能采用包络检波法（非相干）解调，而必须采用相干解调法。解调，而必须采用相干解调法。 5.5.2 正交幅度调制（QAM）利用两个独立的基带信号对两个相互正交的利用两个独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制同频载波进行抑制载波的双边

18、带调制（DSB），实现两路并行传输又称为正交双），实现两路并行传输又称为正交双边带调制边带调制(Quadratic Amplitude Modulation )。正交调制：正交调制：)sin()()cos()()(0201twtmtwtmtSQAM乘法器乘法器m1(t)m2(t)码变换码变换载波发生器载波发生器/2码变换码变换cos(w0t)sin(w0t)乘法器乘法器)(tQAM110100104QAM正交幅度调制（正交幅度调制（QAM）正交解调：相干解调法乘法器乘法器m1(t)m2(t)码变换码变换载波发生器载波发生器/2码变换码变换cos(w0t)sin(w0t)乘法器乘法器)(tQAM

19、LPFLPF抽样判决器抽样判决器抽样判决器抽样判决器定时抽样定时抽样m1(t)= m1(t)/2m2(t)= m2(t)/2LPF:Low Passing Filter 4PSK信号解调时抽样判决器判决标准：信号解调时抽样判决器判决标准：码元相位码元相位ncosn极极性性sinn极极性性判决器输出判决器输出AB/4+113/4-+015/4-007/4+-104PSK信号的解调信号的解调5.5.3 幅度相位混合调制幅度相位混合调制 幅度相位混合调制（幅度相位混合调制（APKAPK，Amplitude Amplitude Phase KeyingPhase Keying）就是就是用基带信号同时控

20、制用基带信号同时控制载波的振幅和相位变化的一种数字调制方载波的振幅和相位变化的一种数字调制方式式，这种方式既可提高频带的利用率，又，这种方式既可提高频带的利用率，又可获得较高的效率。例如对于可获得较高的效率。例如对于4DPSK4DPSK信号若信号若采用两种电平幅度，则可得到采用两种电平幅度，则可得到8 8种状态，频种状态，频带利用率提高了一倍。带利用率提高了一倍。 （5.56）式中g(t)是宽度为TS的单个矩形脉冲，)cos()()(0nnsntnTtgatSNNnPPPaaaa概率为概率为概率为2121MMnPPP2121概率为概率为概率为 则则APK信号的可能状态数为信号的可能状态数为NM

21、。上式还。上式还可改写成另一种形式可改写成另一种形式 式中式中 An=ancos n，Bn=-ansin n。 tnTtgatnTtgatSnnsnnnsn00sinsin)(coscos)()(tnTtgBtnTtgAnsnnsn00sin)(cos)( 由由式（5.49）可以看出，APK信号可看成是两个正交调制信号之和。由这个意义上说，前面介绍的正交幅度调制QAM信号也是APK信号的一种。16QAM信号矢量端点图如图5.35所示，它是利用了三个不同的幅值和12个不同的相位来对应16个不同的状态。 三个幅值三个幅值12个不同的相位 3X4=125.5.4 5.5.4 最小频移键控（最小频移键

22、控（MSKMSK） 利用频率选择法产生的利用频率选择法产生的FSKFSK信号，一般情况信号，一般情况下，在频率转换点上的相位是不连续的，下，在频率转换点上的相位是不连续的，使信号功率谱产生很大的旁瓣分量，带限使信号功率谱产生很大的旁瓣分量，带限后会引起包络起伏。为了克服上述缺点，后会引起包络起伏。为了克服上述缺点，出现了出现了FSKFSK信号的相位始终保持连续变化的信号的相位始终保持连续变化的调制方式，称为相位连续的频移键控。调制方式，称为相位连续的频移键控。相位连续的相位连续的FSKFSK信号信号)(cos)cos()(00d0ttAttAtS 式中，是未调载频，是频率偏移。设传0码时的载频

23、是，传1码时的载频，则有 （5.51） (5.52) 由式（5.50）可知 2210212d0d)(tt 本本 章章 小小 结结 信号经调制后再传输的方式称为频带传输。在信号经调制后再传输的方式称为频带传输。在数据通信中采用的是数字调制，实现数字调制的数据通信中采用的是数字调制，实现数字调制的方法有幅度调制、频率调制、相位调制等。方法有幅度调制、频率调制、相位调制等。 幅度调制利用数字基带信号控制载波的幅度来传幅度调制利用数字基带信号控制载波的幅度来传送信息。常用的幅度调制方式有二进制振幅键控送信息。常用的幅度调制方式有二进制振幅键控调制（调制（2ASK2ASK）、多进制振幅键控调制（）、多进

24、制振幅键控调制（MASKMASK）、）、双边带抑制载波调制（双边带抑制载波调制（DSBSCDSBSC）及正交幅度调制）及正交幅度调制（QAMQAM）等。对于幅度调制信号的解调方法有两种，）等。对于幅度调制信号的解调方法有两种，即相干解调和非相干解调。即相干解调和非相干解调。 频率调制利用数字基带信号控制载波的频频率调制利用数字基带信号控制载波的频率来传递信息。常用的频率调制方式有二率来传递信息。常用的频率调制方式有二进制频移键控调制（进制频移键控调制（2FSK2FSK）、多进制频移）、多进制频移键控调制（键控调制（MFSKMFSK）及最小频移键控（）及最小频移键控（MSKMSK）等。对于频率调

25、制信号的解调方法分为相等。对于频率调制信号的解调方法分为相干解调和非相干解调两类。非相干解调又干解调和非相干解调两类。非相干解调又包含最佳非相干解调法、分路滤波法、鉴包含最佳非相干解调法、分路滤波法、鉴频器法、过零检测法及差分检波法等多种频器法、过零检测法及差分检波法等多种方法。方法。 相位调制利用数字基带信号控制载波的相相位调制利用数字基带信号控制载波的相位变化来传递信息。常用的相位调制方式位变化来传递信息。常用的相位调制方式有绝对移相的相移键控（有绝对移相的相移键控（PSKPSK）和相对移相）和相对移相的相移键控（的相移键控（DPSKDPSK）。对于）。对于PSKPSK信号采用相信号采用相

26、干解调方法，而干解调方法，而DPSKDPSK信号的解调方法有极信号的解调方法有极性比较法和相位比较法两种。性比较法和相位比较法两种。 为了获得较好的频带利用率和功率利用率，为了获得较好的频带利用率和功率利用率，可采用幅度相位混合调制（可采用幅度相位混合调制（APKAPK）方式，即）方式，即对载波的振幅和相位同时进行数字调制的对载波的振幅和相位同时进行数字调制的方式，适用于高效率的通信方式中方式，适用于高效率的通信方式中. . 对于信号的频率具有选择性的电路称为对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路滤波电路，它的功能是使特定的频率范，它的功能是使特定的频率范围内的信号顺利通过，而阻止其它频率

27、围内的信号顺利通过，而阻止其它频率信号通过。信号通过。 通常，按照滤波电路的工作频率为其命通常，按照滤波电路的工作频率为其命名，分为：低通滤波器（名，分为：低通滤波器（LPFLPF）、高通滤）、高通滤波器（波器（HPFHPF）、带通滤波器（）、带通滤波器（BPFBPF）、带）、带阻滤波器（阻滤波器（BEFBEF）和全通滤波器（）和全通滤波器（APFAPF）。）。补充知识补充知识_滤波器滤波器 低通和高通滤波器低通和高通滤波器：设截止频率为设截止频率为fp , ,频率频率低于低于fp的信号可以通过，高于的信号可以通过，高于fp的信号被衰减的的信号被衰减的滤波电路称为滤波电路称为低通滤波器，反之，频率高于，反之，频率高于fp的信号可以通过，而频率低于的信号可以通过，而频率低于fp的信号被衰减的信号被衰减的滤波电路称为的滤波电路称为高通滤波器。 全通滤波器全通滤波器：对于频率从零到无穷大的信号对于频率从零到无穷大的信号具有同样的比例系数，但对于不同频率的信号具有同样的比例系数，但对于不同频率的信号将产生不同的相移。将产生不同的相移。补充知识补充知识_滤波器滤波器 带通和带阻滤波器带通和带阻滤波器：设低频段的频率为设低频段的频率为f fp1p1，高频段的截止频率为高频段的截止频率为f fp2p2，频率为，频率为f fp1p1到到f fp2p2之间的之间的信号可以通过，低于信号可以