基本的数字调制系统

1、16.1引言引言6.2二进制幅二进制幅移移键控（键控（2ASK）6.3二进制二进制频移键控频移键控（2FSK）6.4二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK）6.5二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK）6.6 二进制数二进制数字键控传输系统性能比较字键控传输系统性能比较6.7多多进制数字键控进制数字键控6.8 其他其他数字调制系统数字调制系统2n数字数字基带信号基带信号由数据终端设备送出，往往含有很低的频率由数据终端设备送出，往往含有很低的频率成分甚至有直流分量的原始数据信号。成分甚至有直流分量的原始数据信号。n数字数字基带信号的局限基带信号的局限数字数字基带信号的功率谱集中于低

2、频段基带信号的功率谱集中于低频段,所以所以只适合在低通信道中传输只适合在低通信道中传输, 而不适合在频率而不适合在频率较高的带通信道中较高的带通信道中传输传输。n数字基带信号的目的数字基带信号的目的为为使数字信号能在带通信道中传输，必须将使数字信号能在带通信道中传输，必须将其其功率谱从功率谱从低频段低频段搬移到较高的频率搬移到较高的频率。3n数字调制数字调制用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制 。n数字解调数字解调把频带数字信号还原为基带数字信号的过程称为数字解调。4n数字调制技术可分为两种类型：数字调制技术可分为两种类型：u利用利用模拟方法去实现数字

3、式调制，即把数字模拟方法去实现数字式调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；u利用数字信号的离散取值特点键控载波利用数字信号的离散取值特点键控载波(正正弦波弦波)，从而实现数字调制。，从而实现数字调制。l第二第二种技术通常称为键控法，比如对载种技术通常称为键控法，比如对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控（获得振幅键控（ASK）、频移键控）、频移键控（FSK）及相移键控（）及相移键控（PSK）调制方式。）调制方式。l键控法调制源键控法调制源: 码元码元, 不是比特不是比特!5n三种基本数字调制方式的

4、典型波形三种基本数字调制方式的典型波形1010ttt振幅键控ASK频移键控FSK相移键控PSK67n二进制振幅键控（2ASK）n实现方式、解调方法n时域、频域表达式n典型波形、传输带宽n抗噪声性能即：系统如何工作，抗噪声性能如何（误码率）2010 Copyright SCUT DT&P Labs782010 Copyright SCUT DT&P Labs8 n 基带信号：正线载波的有无受到信码控制，当信码为1时，ASK的波形是若干个周期的高频等幅度（这里为两个周期），当信码为0是，ASK信号波形是0电平。 2ASK信号：( )()nss ta g tnT0,1,(1-)nPaP概率为概率为

5、0coscets tt0( )()cosnscne ta g tnTtu设信息源发出消息代码设信息源发出消息代码an是由二进制符是由二进制符号号1、0组成的序列，假定符号组成的序列，假定符号1出现的概出现的概率为率为P，符号，符号0出现概率为出现概率为1-P，它们彼此，它们彼此独立。独立。Ts是二进制基带信号时间间隔，是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为是持续时间为Ts的矩形脉冲的矩形脉冲:1, 0( )0,sTg t其他2( )cos()cosASKcnScnes tta g tnTtu二进制二进制幅幅移移键控键控(2ASK)信号可表示信号可表示为为9n一种最简单常用的一种最简单常

6、用的二进制幅二进制幅移移键控键控(2ASK) (通常通常称为通断键控称为通断键控OOK) (On Off Keying)其中其中g(t)是高度为是高度为1宽度为宽度为Ts的矩形脉冲，的矩形脉冲，其其波形如图波形如图cos,10,10( )cOOKAtPPet以概率发送“ ”时以概率发送“ ”时1,10,10nPPa以概率发送“ ”时以概率发送“ ”时10 2ASK/OOK 2ASK/OOK信号的时间信号的时间波形波形1111100000tS(t)t载波信号tOOK信号Ts11n 二进制二进制幅幅移移键控（键控（2ASK） 的基本的基本原理原理l2ASK信号的码元信号的码元“1”和和“0”分别用

7、两个分别用两个不同的振幅不同的振幅 A 和和 0 表示。表示。l2ASK信号的频率和初始相位保持不变。信号的频率和初始相位保持不变。l2ASK信号的时域表达式信号的时域表达式l通常称为通断键控通常称为通断键控OOK (On Off Keying)。cos,10,10( )cOOKAtPPet以概率为发送“ ”时以概率为发送“ ”时12n 2ASK信号的信号的产生产生2ASK信号 sASK(t)基带信号s(t) 载波信号cos(0t)基带信号s(t)载波信号cos(0t)2ASK信号 sASK(t)u模拟信号模拟信号调制调制法法(相乘法相乘法)：u数字键控法：数字键控法：13n 2ASK信号的信

8、号的解调解调带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKabcd带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKtccosu非非相干解调相干解调包络检波包络检波u相干相干解调解调同步检测波同步检测波142ASK2ASK非相干解调时间波形非相干解调时间波形图图由于由于ASKASK调制技术主要依赖振幅来识别比特，并调制技术主要依赖振幅来识别比特，并且受噪声影响最大，目前已较少应用且受噪声影响最大，目前已较少应用。15162010 Copyright SCUT DT&P Labs16n 2ASK信号的功率谱：实际是信码波形与高频载波相乘 设基带信号 的功率谱为

9、 2ASK信号 的功率谱为 则： s t SPf EPf 0coscets tt1( )()()4EScScPfPffPff17：2010 Copyright SCUT DT&P Labs17n 2FSK信号的时域表达式信号的时域表达式数字信号数字信号 1 和和 0 分别分别对应于载波频率对应于载波频率 f1和和f0。112FSK00cos(),1( )cos(),0AtetAt 发发送送“ ”时时发发送送“ ”时时n 2FSK定义定义用用基带数字信号控制载波频率，称为频移键基带数字信号控制载波频率，称为频移键控。当传送控。当传送“1”码时送出一个频率码时送出一个频率 ，传送，传送“0”码时送

10、出另一个频率码时送出另一个频率 ，称为二元，称为二元频移键频移键控控(2FSK)。18192010 Copyright SCUT DT&P Labs19n 若记 则有( )()nss ta g tnT( )()nss ta g tnT nnttsttste210coscos2FSK2FSK信号的时间波形信号的时间波形图图一个一个2FSK2FSK信号可看成是两个不同载频的信号可看成是两个不同载频的2ASK2ASK信信号的叠加号的叠加。202FSK2FSK信号可表达式为：信号可表达式为： 2FSK12( )() cos()() cos()nsnnnsnneta g tnTta g tnTt 其中其

11、中g(t)是单个矩形脉冲，脉宽为是单个矩形脉冲，脉宽为Ts， 是是 的反码，的反码，当当 时，时， 当当 时，时， 。 和和 分别分别为第为第n个个信号码元信号码元1和和0的初相位，常令为的初相位，常令为0。na1na 0,na 1na 1na n 2FSK2FSK信号的表达式简化为：信号的表达式简化为： 2FSK1122( )( )cos( )cosets tts tt 其中，其中，12( )(),( )()nsnsnns ta g tnTsta g tnT nan 21222010 Copyright SCUT DT&P Labs22n 2FSK实现方案： (a)采用变容二极管 模拟调频实

12、现 (b)采用开关电路实现 通过键控法实现n 2FSK信号的产生信号的产生u模拟模拟调频电路：调频电路：调频器A(t)s2FSK(t)振荡器1f1反相器振荡器2f2选通开关选通开关相加器基带信号)(2teFSKu键键控法控法：在二进制基带矩形脉冲序列的控制下在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，通，使得使得T Ts s在在每一个每一个码元期间输出码元期间输出 f1 1或或 f2 2 两两个个载波之一载波之一。23n 2FSK信号的解调方法信号的解调方法u 2FSK信号的信号的非相干非相干解调解调带通滤波器带通滤波器抽

13、样判决器输出包络检波器包络检波器12)(2teFSK定时脉冲u2FSK信号的信号的相干解调相干解调带通滤波器带通滤波器抽样判决器输出低通滤波器低通滤波器12)(2teFSK定时脉冲相乘器相乘器t1cost2cos24u过过零检测零检测法法通过通过检测过零点数目的多少，从而区分两个检测过零点数目的多少，从而区分两个不同频率的信号不同频率的信号码元码元。限 幅微 分整 流脉 冲展 宽输 出低 通)(2teFSKabcdef2FSK2FSK信号的过零检测法信号的过零检测法原理图原理图252FSK信号的过零检测法各点时间波形信号的过零检测法各点时间波形单位时间内信号经过零点的次数多少，单位时间内信号经

14、过零点的次数多少，可以用来衡量频率的可以用来衡量频率的高低。高低。26272010 Copyright SCUT DT&P Labs27 若满足条件 ，正交的条件 简化为 此时，满足s1和s2正交的最小频率间隔为 ，若记 2FSK信号的带宽为： 其中 B 是基带脉冲信号 的带宽。0bTff2121012cossin2sincos2121bbTffTffbbTkffTff202sin212121fffBfBFSK22 tg28通 信 原 理28 fbO fb f Pg( f )(a) f2 f1Ofbf1 f2 f1f2fb f(b) PFSK( f )基带信号功基带信号功率谱密度率谱密度29通

15、 信 原 理29)( fpEsf8 .0sf20fsff 0sff 0sff20sff202210fff30通 信 原 理30v2PSK波形波形原始信息原始信息tt2PSKt载波载波100110 二进制二进制相移键控也称相移键控也称2 2相绝对相绝对PSKPSK（2PSK2PSK）通）通常用初始相位常用初始相位0 0和和分别表示二进制的分别表示二进制的“0 0”和和“1 1”，2PSK2PSK信号的时域表达式信号的时域表达式为为2PSK( )cos()cnetAt其中其中 为为第第n n个符号的绝对个符号的绝对相位相位, ,即即n0,0,1n发送“ ”时发送“”时c2PSKcAcost,P(

16、)Acost,Pet以概率为 发送1以概率为1- 发送0因此又有因此又有2PSK2PSK信号信号时间波形：时间波形：1101t0sTn 2 2PSKPSK信号的时域表达式信号的时域表达式31n 2PSK信号的调制信号的调制u模拟模拟调制法调制法(相乘器法相乘器法)u数字数字键控法键控法乘 法 器)(2tePSK双 极 性不 归 零tccos)(ts码 型 变 换tccos)(t s)(2tePSK开 关 电 路移 相0180032n 2PSK信号的解调信号的解调u相干相干解调解调法法带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2tePSKtccosabcde 由于由于在在2PSK2PS

17、K信号的载波恢复过程中存在着信号的载波恢复过程中存在着180180o o的相位的相位模糊（模糊（phase ambiguityphase ambiguity）, ,即恢复得到的本地载波与所即恢复得到的本地载波与所需的相干载波有可能同相，也有可能反相，这种相位关需的相干载波有可能同相，也有可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反数字基带信号正好相反，即，即判决器输出的数字信号全部判决器输出的数字信号全部相反。这种相反的现象称为相反。这种相反的现象称为2PSK2PSK方式的方式的“倒倒现象现象”或或“反

18、相工作反相工作”。332PSK2PSK信号相干解调法各点时间波形如信号相干解调法各点时间波形如图图34 为了为了克服了克服了2 2PSKPSK容易容易导致解调过程中出现的导致解调过程中出现的“倒倒现现象象”，提出了，提出了二进制差分相移键控二进制差分相移键控(2DPSK)方法。它是方法。它是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，故又称为相对相移键控。故又称为相对相移键控。0,0,1传送数字信息“ ”时传送数字信息“”时n 2DPSK的时域表示的时域表示 假设假设 为为当前码元与前一码元的载波相位差，当前码元与前一码元的载波相位差，可定义

19、一种数字信息与可定义一种数字信息与 之间的关系为之间的关系为 2DPSK信号可以表示为信号可以表示为 c=2 fc为为载波的载波的角频率角频率; 为前一码元的为前一码元的相位。相位。2DPSK( )cos(+)cett352DPSK2DPSK信号的时间波形信号的时间波形图图基带信号101101001110000 2DPSK信号 0000002DPSK信号 00000036n 2DPSK信号的调制信号的调制tccos) (t s) (2teD P S K开 关 电 路移 相018 00码 变 换n 传号传号差分码的编码差分码的编码规则规则1nnnbab1nnnbba反之反之，可任意设定可任意设定

20、, ,而而 为为为模为模2 2加加, ,最初的最初的的的前前n 1bn 1bnb37一码元一码元，n 2DPSK信号的解调带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(DPSK2tetccos码反变换器abcdefu相干解调abcdtte110t10101t000111f10(相 对 码 ）(绝 对 码 ）38u差分差分相干解调（相位比较法）相干解调（相位比较法）带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(DPSK2te延迟Tsabcde 用用相位比较法解调时，不需要专门的相干相位比较法解调时，不需要专门的相干载波，只需用收到的载波，只需用收到的2DPSK2DPSK信号延时一个码

21、元信号延时一个码元间隔间隔T Ts s，然后与然后与2DPSK2DPSK信号本身相乘即可。信号本身相乘即可。392DPSK2DPSK信号差分相干解调过程中各点时间波形图信号差分相干解调过程中各点时间波形图40n 对对信道特性变化的信道特性变化的敏感性敏感性2FSK：不需要人为地设置判决门限，判决器会根据上不需要人为地设置判决门限，判决器会根据上 下两个支路解调输出样值的大小来判决下两个支路解调输出样值的大小来判决“0”或或“1”，2FSK系统对信道的变化不敏感。系统对信道的变化不敏感。2PSK：当发送不同符号的概率相等时，判决器的最佳当发送不同符号的概率相等时，判决器的最佳判决门限为零，与接收

22、机输入信号的幅度无关，因此，判决门限为零，与接收机输入信号的幅度无关，因此，判决门限不随信道特性的变化而变化，接收机总能保持判决门限不随信道特性的变化而变化，接收机总能保持工作在最佳判决门限状态。工作在最佳判决门限状态。2ASK：判决器的最佳判决门限与接收机输入信号的幅判决器的最佳判决门限与接收机输入信号的幅度有关系。例如，接收机输入信号的幅度将随着信道特度有关系。例如，接收机输入信号的幅度将随着信道特性的变化而发生变化，导致最佳判决门限也将随之而变，性的变化而发生变化，导致最佳判决门限也将随之而变，这样接收机就不容易保持在最佳判决门限状态，这样接收机就不容易保持在最佳判决门限状态，2ASK对

23、信道特性变化敏感，性能最差。对信道特性变化敏感，性能最差。41n频带宽度频带宽度的的比较比较当当信号的码元宽度为信号的码元宽度为TsTs时，时，2ASK、2PSK 以以及及2DPSK系统的频带宽度均近似为系统的频带宽度均近似为 , ,即即 s2/T2ASK2PSK2sBBT而而2FSK系统的频带宽度近似为系统的频带宽度近似为：2FSK212sBffT2FSK2FSK系统的频带要求宽，而频带利用率最低，系统的频带要求宽，而频带利用率最低，多用于低速传输。而多用于低速传输。而2PSK2PSK的频带利用率高，的频带利用率高，多用于较高速传输。多用于较高速传输。42n 误码率误码率的比较的比较43 对

24、于对于同一调制方式，采用相干解调方式的同一调制方式，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。误码率低于采用非相干解调方式的误码率。 若若信噪比信噪比r r一定，一定，2PSK2PSK系统的误码率比系统的误码率比2FSK2FSK的小，的小，2FSK2FSK系统的误码率比系统的误码率比2ASK2ASK的小。的小。 在在抗加性高斯白噪声方面，抗加性高斯白噪声方面，2ASK2ASK性能最差，性能最差，2FSK2FSK稍好，相干稍好，相干2PSK2PSK的性能最好。的性能最好。44630369121518110 110 210 310 410 510 610 7信噪比 r (dB)Pe相

25、干2DPSK非相干2DPSK相干2PSK相干FSK非相干FSK相干ASK非相干ASK 在在相同的信噪比相同的信噪比r r下，相干解调的下，相干解调的2PSK2PSK系系统的误码率最小！统的误码率最小！误码率曲线误码率曲线45n引言引言u二进制中，每码元传输二进制中，每码元传输1比特信息；比特信息；uM 进制中进制中,每码元传输传输每码元传输传输 k 比特的信息比特的信息，uk = log2 M或或M = 2 ku二进制键控信号的信噪比为二进制键控信号的信噪比为uM 进制进制(即即 k 比特比特)键控信号的信噪比为键控信号的信噪比为222nArkrrb46n多进制幅移键控多进制幅移键控( (MA

26、SKMASK) )又称为多电平调制，是又称为多电平调制，是一种基带多进制信号。它是二进制幅移键控调一种基带多进制信号。它是二进制幅移键控调制方式的推广，使用单极性多电平信号去键控制方式的推广，使用单极性多电平信号去键控载波，就得到载波，就得到MASKMASK信号。信号。多进制单极多进制单极性不归零脉性不归零脉冲基带信号：冲基带信号：多进制单极多进制单极性不归零脉性不归零脉冲冲MASKMASK信号：信号：47多进制双极性多进制双极性不归零脉冲基不归零脉冲基带信号带信号多进制双极性多进制双极性不归零脉冲抑不归零脉冲抑制载波制载波MASK信号信号48n频带频带利用率利用率 对于对于基带信号，信道频带

27、利用率最高可达基带信号，信道频带利用率最高可达2b/s2b/sHzHz，即，即每赫带宽每秒可以传输每赫带宽每秒可以传输2b2b的信息。的信息。由于由于2ASK2ASK信号的带宽是基带信号的信号的带宽是基带信号的2 2倍，故其倍，故其频带利用率最高是频带利用率最高是1b/s1b/sHzHz，而，而MASKMASK信号的带信号的带宽和宽和2ASK2ASK信号的带宽相同，因此信号的带宽相同，因此MASKMASK信号的频信号的频带利用率可以超过带利用率可以超过1b/s1b/sHzHz。n载波功率载波功率 二进制二进制抑制载波双边带信号与不抑制载波抑制载波双边带信号与不抑制载波的信号相比，可以节省载波功

28、率。多进制的抑的信号相比，可以节省载波功率。多进制的抑制载波制载波MASK信号同样可以节省载波功率。信号同样可以节省载波功率。496.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)n 基本原理基本原理MPSKMPSK信号码元表示式为信号码元表示式为0( )cos(),1,2,kks tAtkML其中其中A为信号的振幅为信号的振幅, ,为常数；通常为常数；通常M取取： ，k为正整数；为正整数； 为受调制的相位为受调制的相位, , 其其值决定于基带码元的取值值决定于基带码元的取值, ,可表示为可表示为2(1) ,1,2,kkkMMLkM2k50。由于相位为由于相位为 的矢量相位偏离不超过以的矢量

29、相位偏离不超过以 为中为中心的的心的的 范围范围，才能做出正确的判决，因，才能做出正确的判决，因此图中阴影表示当发送信号的相位为此图中阴影表示当发送信号的相位为 时，时，能够正确接收的相位范围在能够正确接收的相位范围在 内内。 k/Mk10/86.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)51当当A=1A=1时时, ,将将MPSK信号码元表示式展开写信号码元表示式展开写成成其中其中 000( )cos()cossinkkkks ttatbtcos ,sinkkkkab 称为初始相位，常简称为相位，把称为初始相位，常简称为相位，把 称为信号的瞬时相位称为信号的瞬时相位。k0()kt 当当每

30、个码元中包含整数个载波周期时，初始相每个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位相同的相邻码元的波形和瞬时相位才是连续的连续的。 由由上式看出，上式看出，MPSKMPSK信号码元可看作是两个正交信号码元可看作是两个正交的的MASKMASK信号码元之和。因此其带宽和后者的带宽信号码元之和。因此其带宽和后者的带宽相同。相同。6.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)52n MPSK的编码方法的编码方法 4PSK常称为正交相移键控（常称为正交相移键控（ QPSK）。）。 4PSK的每个码元含有的每个码元含有2b的信息，发送的码元的信息，发送的码元序列在编码时

31、需要先将每两个比特分成一个双比序列在编码时需要先将每两个比特分成一个双比特组特组ab，以编码成，以编码成4种排列，即种排列，即00、01、10和和11，然后用然后用4种相位去表示种相位去表示4种排列。种排列。 通常通常用格雷码来安排各种排列的相位之间的用格雷码来安排各种排列的相位之间的关系关系。 QPSK信号的一种编码方案abkabk0100 009001018001127006.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)53采用格雷码来安排采用格雷码来安排QPSK信号相位之间关系的信号相位之间关系的好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位不同，所

32、以这样的格雷码编码可使总误比特率不同，所以这样的格雷码编码可使总误比特率降低。降低。n QPSK信号矢量图格雷码的编码方法？6.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)54格雷格雷码码编码规则编码规则序号格雷码二进制码0000000001000100012001100103001000114011001005011101016010101107010001118110010009110110011011111010111110101112101011001310111101141001111015100011116.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)55 若要若要产生产生

33、3位格雷码，只需要将序号为位格雷码，只需要将序号为0-3的的2位格雷码按位格雷码按3-0的次序写出序号的次序写出序号4-7的码组，并在的码组，并在序号为序号为0-3的格雷码组前加一个的格雷码组前加一个“0”，在序号，在序号为为4-7的码组前加一个的码组前加一个“1”，即可得出，即可得出3位的格位的格雷码。雷码。 同理同理，若要产生，若要产生4位的格雷码，则可以在位的格雷码，则可以在3位位格雷码的基础上，将序号为格雷码的基础上，将序号为0-7的格雷码按的格雷码按7-0的的次序写出序号为次序写出序号为8-15的码组，并在序号为的码组，并在序号为0-7的的格雷码组前加一个格雷码组前加一个“0”，在序

34、号为，在序号为8-15的码组的码组前加一个前加一个“1”，即可得出，即可得出4位的格雷码。位的格雷码。n 格雷码的产生格雷码的产生方法方法6.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)56n QPSK的调制的调制原理原理u 相乘相乘电路电路法法6.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)57输入的基带信号输入的基带信号A(t)是二进制不归零双极性码元，是二进制不归零双极性码元，它被它被“串串/并变换并变换”电路分为两路码元电路分为两路码元a和和b，且，且其中的每个码元持续时间是输入码元的其中的每个码元持续时间是输入码元的2倍。倍。6.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK

35、)58l矢量矢量a(1)和和a(0)分别代表了分别代表了a路信号码元二进制的路信号码元二进制的“1”和和“0”；b(1)和和b(0)分别代分别代表了表了b路信号码元二进制的路信号码元二进制的“1”和和“0”。图中实线矢。图中实线矢量代表了这两路信号在相加量代表了这两路信号在相加电路中相加后得到的输出矢电路中相加后得到的输出矢量量s(t)，每个矢量代表，每个矢量代表2b。l二进制信号码元二进制信号码元“0”和和“1”在相乘电路中与在相乘电路中与不归零双极性矩形脉冲振幅的关系如下：不归零双极性矩形脉冲振幅的关系如下： 二进制二进制码元码元“1”双极性脉冲双极性脉冲“+1”； 二进制二进制码元码元“

36、0”双极性脉冲双极性脉冲“-1”。6.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)59u选择法选择法6.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)60n QPSK的解调的解调原理原理u用用两路正交的相干载波去解调，可以很容易两路正交的相干载波去解调，可以很容易地分离这两路正交的地分离这两路正交的2PSK信号，相干解调后信号，相干解调后的两路并行码元的两路并行码元a和和b，经过并，经过并/串变换后，最串变换后，最终成为串行数据终成为串行数据输出。输出。6.7.2 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)61n 基本原理基本原理QDPSKQDPSK编码编码规则规则ababABAB0090

37、01350101800225001004501127003150kkl 与与QPSKQPSK相比，相比，MDPSKMDPSK所要做的改变仅仅是把其所要做的改变仅仅是把其中的参考相位当作是前一码元的相位，把相中的参考相位当作是前一码元的相位，把相移当作是相对于前一码元相位的相移。移当作是相对于前一码元相位的相移。l 相位相位变化变化 的的A方式和方式和B方式区别仅在于两方式区别仅在于两者相差者相差450 0；而且两者和格雷码双比特组间；而且两者和格雷码双比特组间的对应关系也不是唯一的对应关系也不是唯一的。的。k6.7.3 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSK）62n QDPSKQD

38、PSK的编码调制的编码调制法则法则 u 相乘相乘电路电路法法a a和和b为输入基带信号为输入基带信号A(t)经过串经过串/并变换后的一对码并变换后的一对码元，但是它必需经过码变元，但是它必需经过码变换器变换成相对码换器变换成相对码c和和d后后才能与载波相乘。而才能与载波相乘。而c和和d对载波的相乘实际上是完对载波的相乘实际上是完成绝对相移键控。成绝对相移键控。6.7.3 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSK）63前一时刻输入的一对码元当前时刻输入的一对码元当前时刻应当给出的逆变换后的一对码元ck-1dk-1ck dkakbk0000110110001101100100110110

39、10010011110011011011001001100011011001101100QDPSK码变换码变换关系关系 6.7.3 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSK）64u选择法选择法6.7.3 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSK）65n QDPSK的解调方法的解调方法u 极性极性比较法比较法 与与QPSK信号的极性比较法解调原理相似，只信号的极性比较法解调原理相似，只是在最后的是在最后的“并并/串变换串变换”之前多了一步之前多了一步“逆码逆码变换变换”，将相对码变成绝对码。，将相对码变成绝对码。6.7.3 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSK）

40、66逆码变化器逆码变化器原理图原理图6.7.3 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSK）67QDPSK逆码变换逆码变换关系关系 110kkcd11kkkkkkaccbdd111kkcd11kkkkkkaddbcc 当当 时时： 当 时：6.7.3 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSK）68上下支路抽样判决上下支路抽样判决规则规则信号码元相位上支路输出下支路输出判决器输出cd00+00900+-011800-112700-+10k在在抽样判决时，把正电压判为二进制码元抽样判决时，把正电压判为二进制码元“0”，负电压判为，负电压判为“1”，即，即“+”二进制二进制码元码元

41、“0”；“-”二进制码元二进制码元“1”。6.7.3 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSK）69u相位比较法相位比较法QDPSK和和2DPSK信号相位比较法的解调原理信号相位比较法的解调原理相似，只是相似，只是QDPSK的接收信号中包含两路正交的接收信号中包含两路正交的已调载波，故需要用两个支路分别进行差分的已调载波，故需要用两个支路分别进行差分相干解调。相干解调。6.7.3 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSK）706.7.4 多进制频移键控（多进制频移键控（MFSK)n 基本原理基本原理 多进制频移键控（多进制频移键控（MFSKMFSK）方法是）方法是2FSK2

42、FSK方法的方法的简单推广。在简单推广。在4进制频移键控（进制频移键控（4FSK）中采用）中采用4个不同的频率分别表示个不同的频率分别表示4进制的码元，每个码进制的码元，每个码元含有元含有2b的信息。的信息。71MFSK所占所占带宽带宽uMFSK和和2FSK均要求每个载频之间的距离足均要求每个载频之间的距离足够大，使不同频率的码元频谱能够用滤波器分够大，使不同频率的码元频谱能够用滤波器分离开，或者说使不同频率的码元互相正交。离开，或者说使不同频率的码元互相正交。u由于由于MFSK的码元采用的码元采用M个不同频率的载波，个不同频率的载波，所以它占用较宽的频带。所以它占用较宽的频带。1MBfffM

43、fu 为为其最高载频，其最高载频， 为其最低载频，则为其最低载频，则MFSK信号的带宽近似等于信号的带宽近似等于: :1f 为单个码元的带宽，它决定于信号传输速为单个码元的带宽，它决定于信号传输速率率。f6.7.4 多进制频移键控（多进制频移键控（MFSK)72MFSK非相干解调非相干解调原理原理6.7.4 多进制频移键控（多进制频移键控（MFSK)736.8.1 单边带调制单边带调制6.8.2 残留边带残留边带调制调制6.8.3 正交正交振幅调制振幅调制6.8.4 幅度相位混合调制幅度相位混合调制746.8.1 单边带调制单边带调制n基本原理基本原理 由于由于双边带调制中上、下两个边带是对称

44、的，双边带调制中上、下两个边带是对称的，其带宽是基带信号带宽的两倍，且两个边带中均其带宽是基带信号带宽的两倍，且两个边带中均包含有完整的被传输的消息，为了减小信号的带包含有完整的被传输的消息，为了减小信号的带宽，提高信道频带利用率和节省载波功率，有必宽，提高信道频带利用率和节省载波功率，有必要抑制掉一个边带，只传一个边带，如此就产生要抑制掉一个边带，只传一个边带，如此就产生了单边带调制了单边带调制( (Single-sideband modulation, ,SSB) )75SSB信号产生信号产生原理图原理图SSB信号解调信号解调原理图原理图6.8.1 单边带调制单边带调制76n SSB调制的

45、调制的优点优点u功率利用率和频带利用率都较高。功率利用率和频带利用率都较高。u传输带宽不会大于消息带宽，为调幅的传输带宽不会大于消息带宽，为调幅的一一半。半。u载频被抑制（在调幅中，调制指数载频被抑制（在调幅中，调制指数m=1时，时，发射功率的三分之二集中在不带消息的载发射功率的三分之二集中在不带消息的载频上）。这不仅节省了功率，而且大大减频上）。这不仅节省了功率，而且大大减小了电台相互间的干扰。小了电台相互间的干扰。u单边带传输受传播中频率选择性衰落的影单边带传输受传播中频率选择性衰落的影响也较调幅为小，而且没有门限效应等。响也较调幅为小，而且没有门限效应等。6.8.1 单边带调制单边带调制

46、776.8.2 残留边带调制残留边带调制n 基本原理基本原理u 残留边带残留边带调制调制是介于单边带调制是介于单边带调制与双边带与双边带调制之间的一种调制方式调制之间的一种调制方式。u 它它既克服了既克服了DSB信号占用频带宽的问题，信号占用频带宽的问题，又解决了单边带滤波器不易实现的难题。又解决了单边带滤波器不易实现的难题。u 在在残留边带调制中，通过设计适当的输出残留边带调制中，通过设计适当的输出滤波器使信号的一个边带频谱成分大部分滤波器使信号的一个边带频谱成分大部分保留，另一个边带频谱成分小部分保留。保留，另一个边带频谱成分小部分保留。78 其特点是允许基带信号频谱中包含直流成其特点是允

47、许基带信号频谱中包含直流成分，分，对于具有低频及直流分量的调制信号，不对于具有低频及直流分量的调制信号，不再需要再需要如如滤波法实现单边带调制滤波法实现单边带调制时所使用的时所使用的过过渡带无限陡的理想滤波器，渡带无限陡的理想滤波器，从而也从而也就避免了实就避免了实现上的困难。现上的困难。n 基本特点基本特点6.8.2 残留边带调制残留边带调制79残留边带信号的残留边带信号的频谱频谱1( )( )()()2VSBVSBccSHMM 时域时域表达式表达式( )( )*( )VSBDSBVSBStStHt滤波法实现残留边带调制的原理图滤波法实现残留边带调制的原理图6.8.2 残留边带调制残留边带调制80残留上边带时滤波器的残留上边带时滤波器的传递函数传递函数残留下边带时滤波器的残留下边带时滤波器的传递函数传递函数 残留边带滤波器的传残留边带滤波器的传递递函数在载频附近必函数在载频附近必须具有互补对称性，它可以看作是对截止频须具有互补对称性，它可以看作是对截止频率为率为 的理想滤波器的进行的理想滤波器的进行“平滑平滑”的结果。的结果。c6.8.2 残留边带调制残留边带调制81VSBVSB与与SSB相比的相比的优势优势u由于由于允许基带信号频谱中含直流分量，允许基带信号频谱中含直流分量，因此输出带通