第7章数字信号的频带传输3

第7章数字信号的频带传输7.1二进制幅度键控(2ASK)7.2二进制频移键控(2FSK)7.3二进制相移键控(2PSK)7.4二进制差分相移键控(2DPSK)7.5多进制数字调制17.5多进制数字调制7.5.1多进制幅度键控（MASK）7.5.2多进制相移键控（MPSK）7.5.3多进制频移键控（MFSK）27.5多进制数字调制用多进制的数字基带信号调制载波，就可以得到多进制数字调制信号。通常，取M＝2n。数字调制信号的分类M进制幅度键控（MASK）多电平调制M进制频移键控（MFSK）多频制M进制相移键控（MPSK）多相制3采用M进制数字调制可以增大信息传输速率，提高频带利用率。Rb=RB×lbM47.5.1多进制幅度键控(MASK)1．MASK信号的表达2．MASK信号调制3．MASK信号解调51．MASK信号的时域表达在MASK信号中，载波幅度有M种取值。若基带信号的码元间隔为Ts，则MASK信号的时域表达式为式中，g(t)为基带信号的波形,ωc为载波的角频率，an为幅度值，an有M种取值。62．MASK信号的频谱MASK信号相当于M电平的基带信号对载波进行双边带调幅。MASK信号可以看成是由时间上互不相容的M-1个不同振幅值的2ASK信号的叠加。MASK信号的功率谱，是M-1个2ASK信号的功率谱之和。7MASK信号的带宽当信息速率Rb相同的情况下，MASK信号的码元宽带增加lbM倍，因而带宽减少lbM倍。BMASK=B2ASK/lbM。在带宽相同的情况下，MASK信号的信息速率是2ASK信号的lbM倍。RbMASK=Rb2ASK×lbM8MASK的调制步骤把基带信号由二电平变为M电平。M电平基带信号对载波进行调制，得MASK信号。9【例题7-1】对数字基带序列为01111000010010110001进行4ASK调制1011MASK调制中基带信号波形的选择最简单的基带信号波形：矩形脉冲限制信号频谱的基带波形：升余弦滚降信号、部分响应信号等等。其它波形。123．MASK信号解调MASK信号的解调可以采用包络检波或相干解调的方法，其原理与2ASK信号的解调完全相同。13多进制幅度调制是一种高效的调制方式，但抗干扰能力较差，因而一般只适宜在恒参信道中使用，如有线信道。147.5.2多进制相移键控(MPSK)1．MPSK信号的表达2．MPSK信号调制151．MPSK信号的表达在MPSK中，载波相位有M种取值。φi：有M种取值的相位。16若一个码元采用矩形脉冲则：其中φ(n)取上式φi中的一种。1718MPSK信号可以看成是两个正交载波的MASK信号的叠加MPSK信号的带宽应与MASK信号的带宽相同。BMPSK=BMASK=2RBRB是M进制的码元速率19A方式B方式MPSK信号的矢量图表示202．MPSK信号调制正交调制法相位选择法插入脉冲法21QPSK正交调制器22相位选择法产生QPSK信号238PSK正交调制器248PSK正交调制器1101001100100010010111111010000101001011­1­1001(b)1b1b3b2b3253．MPSK信号解调MPSK信号等效于两个正交载波的幅度调制，所以MPSK信号可以用两个正交的本地载波信号实现相干解调。26QPSK相干解调器27MDPSKM进制差分相移键控产生：绝对码→相对码→MPSK解调：MDPSK→相对码→绝对码28多相制是一种频带利用率较高的高效率传输方式。再加之有较好的抗噪声性能，因而得到广泛的应用，而MDPSK比MPSK用得更广泛一些。297.5.3多进制频移键控(MFSK)在MFSK中，载波频率有M种取值。MFSK信号的表达式为Es：单位符号的信号能量；ωi：载波角频率。30MFSK调制器31MFSK非相干解调器32MFSK信号的频谱与带宽键控法产生的MFSK信号，可以看作由M个幅度相同、载频不同、时间上互不重叠的2ASK信号叠加的结果。设MFSK信号码元的宽度为Ts，即传输速率RB＝1/Ts（Baud），则M频制信号的带宽为BMFSK＝fM－f1＋2RB多频制的主要缺点是信号频带宽，频带利用率低。因此，MFSK多用于调制速率较低及多径延时比较严重的信道，如无线短波信道。33【例题7-2】已知电话信道的可用传输频带为600～3000Hz。为了传输3000bit/s的数据信号，设计物理可实现的幅度键控和相移键控的传输方案。34【例题7-2】解解由数据信号的速率Rb和信道带宽Bc，已调信号的频带利用率ηb应为所以必须采用多进制调制。设传输方案所需的带宽为Bx，当Bx≤Bc时方案才是可行的。35（1）设基带信号是滚降系数为α(α≠0)的升余弦滚降信号，二进制码元速率为RB，已调信号为4ASK和4PSK信号，α的取值应满足即已调信号的带宽能满足信道条件，且α≠0，方案可行。36（2）设基带信号是矩形波。已调信号为8ASK和8PSK信号，已调信号的带宽Bx取谱零点带宽，即由于2000Hz＜2400Hz，因此方案也是可行的。37【例题7-3】带通型信道的带宽为3000Hz，基带信号是二元NRZ码。求2PSK和QPSK信号的频带利用率和最高信息速率。38【例题7-3】当2PSK信号的带宽取谱零点带宽时，频带利用率为取信号的带宽为信道带宽，得最高信息速率为Rb=η2PSKB2PSK=0.5×3000=1500(bit/s)39MPSK信号的频带利用率是2PSK信号的lbM倍，所以QPSK信号的频带利用率为ηQPSK=η2PSKlb4=0.5×2=1(bit/(s.Hz))同样，取QPSK信号的带宽为信道带宽，得最高信息速率为Rb=ηQPSKBQPSK=1×3000=3000(bit/s)可见，在带宽不变的前提下，多进制调制信号提高了信息传输速率。40多进制调制技术的应用电话线上网常用的1200b/s调制解调器Modem，其内部对数字信号采用的就是4进制调相技术，遵循的标准是Ball212A和CCITTV.22；2400b/s的“猫”采用正交幅度调制技术(QAM，QuadratureAmplitudeModulation），其标准为V.22bis；执行V.29标准的9600b/s调制解调器执行V.32标准采用格码调制技术的更高速的调制解调器41现代数字调制技术寻找频带利用率高，同时抗干扰能力强的调制方式。正交振幅调制（QAM）交错正交相移键控（OQPSK）最小频移键控（MSK）正弦频移键控（SFSK）平滑调频（TFM）高斯最小频移键控（GMSK）42正交振幅调制（QAM）在2ASK系统中，其频带利用率是（1/2）b/s/Hz。若利用正交载波技术传输ASK信号，可使频带利用率提高一倍。如果再把多进制与正交载波技术结合起来，还可进一步提高频带利用率。能够完成这种任务的技术称为正交振幅调制（QAM）。43正交振幅调制（QAM）QAM是用两路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双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。44常用的QAM二进制QAM（4QAM）四进制QAM（16QAM）八进制QAM（64QAM）…45QAM星座图（a）4QAM、16QAM、64QAM星座图（b）16QAM信号电平与信号状态关系46OQPSK调制的提出QPSK信号的频带利用率较高，理论值达1b/s/Hz。但当码组0011或0110时，产生180°的载波相位跳变。这种相位跳变引起包络起伏，当通过非线性部件后，使已经滤除的带外分量又被恢复出来，导致频谱扩展，增加对相邻波道的干扰。为了消除180°的相位跳变，在QPSK基础上提出了OQPSK调制方式。47交错正交相移键控（OQPSK）OQPSK也称偏移四相相移键控（offset-QPSK），是QPSK的改进型。它是一种恒包络数字调制技术，其已调波具有两个主要特点：包络恒定或起伏很小频谱具有高频快速滚降特性，频谱旁瓣很小。48OQPSK的调制原理OQPSK也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制，但它将同相和正交两支路的码流在时间上错开半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移，每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生两支路码元极性同时翻转的现象。因此，OQPSK信号相位只能跳变0°、±90°，不会出现180°的相位跳变。49OQPSK克