通信系统综合设计

多进制数字调制系统二进制数字调制系统是数字通信系统最基本的方式，具有较好的抗干扰能力。由于二进制数字调制系统频带利用率较低，使其在实际应用中受到一些限制。在信道频带受限时为了提高频带利用率，通常采用多进制数字调制系统。其代价是增加信号功率和实现上的复杂性。由信息传输速率Rb、码元传输速率RB和进制数M之间的关系RB=可知，在信息传输速率不变的情况下，通过增加进制数M，可以降低码元传输速率，从而减小信号带宽，节约频带资源，提高系统频带利用率。在码元传输速率不变的情况下，通过增加进制数M，可以增大信息传输速率，从而在相同的带宽中传输更多的信息量。在多进制数字调制中，每个符号时间间隔0≤t≤Ts，可能发送的符号有M种，分别为s1(t)：s2(t)，…，sM(t)。在实际应用中，通常取M=2N，N为大于1的正整数。与二进制数字调制系统相类似，若用多进制数字基带信号去调制载波的振幅、频率或相位，则可相应地产生多进制数字振幅调制、多进制数字频率调制和多进制数字相位调制。下面分别介绍三种多进制数字调制系统的原理。多进制数字振幅调制系统多进制数字振幅调制又称多电平调制，它是二进制数字振幅键控方式的推广。M进制数字振幅调制信号的载波幅度有M种取值，在每个符号时间间隔Ts内发送M个幅度中的一种幅度的载波信号。M进制数字振幅调制信号可表示为M进制数字基带信号与正弦载波相乘的形式，其时域表达式为an=0发送概率为P01,发送概率为P1M-1,发送概率为PM-1

……且

M进制数字振幅调制信号的功率谱与2ASK信号具有相似的形式式中，g(t)为基带信号波形，Ts为符号时间间隔，an为幅度值。an共有M种取值，通常可选择为an∈｛0,1,…,M-1｝，若M种取值的出现概率分别为P0，P1，…，PM-1，则4进制数字振幅调制信号的时间波形它是M进制数字基带信号对正弦载波进行双边带调幅，已调信号带宽是M进制数字基带信号带宽的两倍。M进制数字振幅调制信号每个符号可以传送log2M比特信息。在信息传输速率相同时，码元传输速率降低为2ASK信号的1/log2M倍，因此M进制数字振幅调制信号的带宽是2ASK信号的1/log2M倍。除了双边带调制外，多进制数字振幅调制还有多电平残留边带调制、多电平相关编码单边带调制及多电平正交调幅等方式。在多进制数字振幅调制中，基带信号g(t)可以采用矩形波形，为了限制信号频谱g(t)也可以采用其他波形，如升余弦滚降波形，部分响应波形等。多进制数字振幅调制信号的解调与2ASK信号解调相似，可以采用相干解调方式，也可以采用非相干解调方式。假设发送端产生的多进制数字振幅调制信号的幅度分别为±d，±3d，…，±(M-1)d，则发送波形可表示为sT(t)=±u1(t),发送±d电平时±u2(t),发送±3d电平时±uM/2(t),发送±(M-1)d电平时……式中：±u1(t)=±dcosωct,0≤t＜Ts0,其他±u2(t)=±3dcosωct,0≤t＜Ts0,其他±uM/2(t)=±(M-1)dcosωct,0≤t＜Ts0,其他式中,r=为信噪比。当M取不同值时，M进制数字振幅调制系统总的误码率Pe与信噪比r关系曲线如图7-34所示。由此图可以看出，为了得到相同的误码率Pe，所需的信噪比随M增加而增大。例如，四电平系统比二电平系统信噪比需要增加约5倍。M进制数字振幅调制系统的误码率Pe性能曲线多进骑制数其字频兼率调幻玉制系超统多进揭制数伙字频纹率调左制(M迷FS本K)简称袍多频辛调制雅，它律是2F耽SK方式栋的推肃广。MF慕SK信号冷可表歼示为eM词FS至K(选t)=si(t)co授sωit式中:si币(t)=A,当在拘时间均间隔0≤终t＜Ts发送血符号拿为i时0,当在押时间甚间隔0≤摄t＜Ts发送里符号翼不为i时ωi为载庭波角呜频率下，共械有M种取液值。排通常纲可选筝载波栋频率fi=，n为正算整数遵，此副时M种发萌送信肉号相样互正米交。下图眠是多据进制违数字盛频率元调制砖系统股的组士成方糊框图梯。岂发送卷端采负用键跌控选保频的宏方式之，既在一片个码对元期特间Ts内只醉有M个频陵率中尾的一笛个被得选通眯输出服。接租收端知采用置非相些干解慕调方姓式，传输入醒的MF慎SK信号六通过M个中凡心频止率分冶别为f1,询f2,犯…,fM的带匆通滤巨波器封，分举离出钱发送础的M个频提率。岛再通绿过包益络检满波器夸、抽的样判至决器食和逻循辑电报路，肺从而策恢复脊出二竖进制假信息矩。棚多进日制数差字频物率调荒制信境号的洽带宽险近似素为可见窗，MF欣SK信号粗具有隙较宽号的频贤带，妙因而姑它的役信道猪频带誓利用慌率不葬高。惯多进蔬制数萍字频蜜率调赔制一祖般在概调制忠速率唯不高罩的场暂合应后用。多进聪制数推字频锻率调拒制系肿统的忽组成咏方框极图图7-中3浓6F谊LE朋X系统4F稿SK信号叮频率扛关系MF谈SK信号健采用锅非相胶干解勉调时专的误纵码率括为Pe=式中,旺r为平欲均接丽收信抖号的恐信噪施比。多进矩制数茧字频示率调告制系环统误片码率智性能全曲线蒜如图7伶-乖37所示劝。图猛中，忧实线矮为采案用相澡干解障调方浓式，崭虚线鹿为采僻用非醉相干努解调狐方式盆。可积以看集出，麦在M一定震的情邀况下训，信勉噪比r越大划，搭误码粒率Pe越小絮；在r一定构的情筹况下扔，M越大小，误盘码率Pe也越掌大。保另节外，啊相干宰解调都和非拣相干峡解调臂的性次能差睛距将础随M的增悄大而灾减小创；箱同一M下，赶随着抬信噪六比r的增章加非猴相干州解调罩性能将何趋于锋相干籍解调锅性能染。多进歇制数猫字频蜂率调园制系归统误贱码率掌性能班曲线多进驳制数扩字相箱位调的制系毅统1.多进字制数槽字相设位调拳制(M醒PS侄K)信号耍的表应示形泻式多进绘制数胁字相引位调丢制又黎称多嫁相调铲制，霜它是熟利用刊载波嚷的多蛮种不留同相排位来扩表征辛数字塔信息志的调灯制方钥式。境与二励进制昏数字淋相位悔调制强相同撇，霸多进暑制数隐字相喊位调已制也元有绝糟对相喊位调通制和乞差分年相位盒调制外两种惕。为了营便于悟说明牺概念市，我气们可半以将MP朽SK信号垃用信辜号矢旋量图胶来描剧述。粗图7捡-寻38是二姻进制止数字点相位凳调制迷信号固矢量宪图，威以0°载波早相位贡作为降参考与相位览。载畅波相射位只逼有0和π或水两种煮取值惑，它乞们分懒别代筒表信1和0.二进流制数帆字相额位调伍制信启号矢摆量图四进朝制数穿字相弹位调他制信美号矢戒量图恼如图7皂-减39所示举，嫩载波棍相位滩有0、、π和(或、晌、和席）什，近它们山分别尸代表辞信息11、01、00和10。图7陶-4惭0是8P检SK信号睬矢量革图，8种载按波相辽位分壶别为、、、、、刃和分别欺表示奋信息11陈1、11斗0、01伙0、01邪1、00济1、00里0、10棉0和10嘱1。堡在M进制暮数字虎相位萝调制傍中，泰是娘以载棕波相伪位的M种不押同取洽值分茅别表隆示数旬字信筋息，拔因乌此M进制守数字制相位太调制尽信号庄可以搞表示萝为eMP教SK(t)=g(公t-暖nT虑s)co匪s(慰ωc虫t+料φn)喇(格7.士4步-疲10风)式中,但g(恳t)援——信号甘包络越波形找，套通常姓为矩敢形波思，前幅度芒为1；Ts绩——码元府时间墓宽度凭；ωc渡——载波侍角频君率；四进娇制数植字相贡位调规制信谎号矢制量图φn——第n个码肠元对袋应的僻相位击，共则有M种取才值。古对李于二概相调牺制，φn可取0和π；对于潮四相岂调制汁，φn可取0、、浙和尤；撇对于国八相询调制残，φn可取征、京、比、户、、彼、犹。M进制宏数字通相位咱调制域信号饱也可洗以表歇示为喜正交说形式:eMP跳SK(t)=g(等t-鲜nTs)c栗os喜φn］co漆sωct-g(要t-姐nTs)s久in抽φn］si炒nωct=an爷g(觉t-煮nTs)］co汽sωct-bng(饥t-益nTs)］si水nωct=I(处t)筑co艰sωct-护Q(灿t)滑si巩nω式中:I(它t)志=ang(划t-另nTs)Q(末t)附=bng(尘t-忌nTs)此时拌，栽对于征四相铸调制:an取0，±1bn取0,煎±梨1an取±1bn取±1或M进制披数字次相位霜调制竿信号宽的功馆率谱窃如图荐所示钓，每图中令给出敢了信盆息速侄率相撤同时浸，2P舍SK、4P蒜SK和8P弹SK信号抓的单剥边功汉率谱稼。可面以看盯出，M越大存，功续率谱窑主瓣申越窄摄，从而枝频带周利用任率越坚高。8P远SK信号铺矢量撕图2.怖4纲PS欠K信号碎的产加生与理解调在M进制坟数字记相位例调制币中，肃四进嘴制绝皂对移致相键产控(4抛PS舟K)和四欣进制皇差分因相位交键控(4棍DP严SK足)两种能调制竹方式暗应用慕最为马广泛胡。下纷面分追别讨欢论这亿两种贩调制撒信号亲的产跟生原塑理。四进挖制绝伤对移瓦相键渴控利披用载隶波的冶四种鸽不同乖相位区来表讯示数桐字信套息。常由凯于每鼻一种辛载波免相位段代表疾两个纵比特微信息撤，因烂此每咬个四嗽进制事码元掏可以妄用两的个二咽进制夹码元兼的组黑合来级表示符。两屡个二绘进制盈码元墨中的壤前一戴比特阳用a表示挠，后约一比逼特用b表示滋，则山双比餐特ab与载涌波相吴位的愁关系看如表所示淹。进值垂数字都相位乐调制众信号妨功率毅谱双比池特ab与载坑波相扫位的钉关系双比特码元载波下相位(φn)abA方式B方式011000110°90°80°70°225°315°45°135°在一樱个码拘元时茅间间充隔Ts，4P品SK信号斥为载暂波四颠个相故位中微的某披一个简。因谱此，覆可以座用相化位选坊择法范产生4P部SK信号仁，其筹原理主图如鸡图美所示惕。图谢中，牺四相际载波译产生壁器输宫出4P代SK信号亏所需鼓的四包种不陆同相缺位的缸载波也。输闭入二雹进制台数据束流经需串/并变榜换器效输出季双比帮特码缠元，赖逻辑娇选相祥电路伪根据危输入落的双敢比特顶码元葛，每雨个时挠间间汁隔Ts选择够其中抹一种亚相位雅的载鉴波作冬为输出，惕然后木经带欧通滤顶波器棍滤除碗高频糊分量奏。4P莲SK信号洒也可雾以采仰用正垄交调结制的炼方式熊产生挪，正优交调昂制器疾原理铁图如呈图所示膀，它拐可以帝看成辛由两列个载砌波正仙交的2P趣SK调制矿器构碍成。相位泡选择郊法产炭生4P析SK信号舱原理要图4P辟SK正交吹调制石器图中抖，印串/并变谱换器永将输当入的愧二进长制序淡列分坡为速集率减娃半的尝两个叹并行妖的双数极性伏序列a和b，然后借分别砍对co享sω稍ct和si狂nω挪ct进行幻玉调制液，相体加后慰即可伏得到4P院SK信号教。由图7－43可见屯，4P暮SK信号抵可以明看作亮两个浆载波组正交2P飞SK信号学的合棍成。贸因此而，对4P牵SK信号皮的解磨调可华以采逐用与2P帜SK信号鹊类似印的解株调方厚法进主行解额调，押解调渠原理页图如宵图7－44所示胞。同梳相支驳路和妻正交哀支路胆分别讯采用级相干弃解调研方式欠解调垫，得硬到I(映t)和Q(吃t)，经抽泊样判题决和携并/串变薯换器衰，将麦上、精下支仙路得棒到的较并行孩数据姻恢复紧成串虚行数钞据。4P笋SK信号呢相干附解调宏原理仪图在2P把SK信号弄相干妈解调访过程槐中会瞧产生18厨0°相位跳模糊舍。同表样，惊对4P效SK信号遮相干睡解调璃也会廉产生味相位岗模糊盗问题声，并附且是0°、90白°、18扯0°和27站0°四个句相位隔模糊欲。因读此，繁在实拍际中奇更实过用的滋是四虑相相戴对移携相调缓制，哥即4D绘PS旋K方式物。3.雁4稻DP鼓SK信号絮的产箭生与胞解调4D洽PS斑K信号扁是利隙用前变后码菌元之毫间的乖相对已相位蹈变化汗来表直示数饰字信艇息。柄若以哀前一口双比突特码灭元相惠位作爬为参甲考，Δφ状n为当嘉前双回比特财码元宅与前果一双撕比特低码元省初相遍差，升则信狼息编佩码与杨载波浑相位哀变化疗关系朝如表7－5所示据。4D矿PS宅K信号汽产生佩原理丈图如煮图7－45所示恼。顿图中快，串/并变酿换器灾将输骡入的敲二进迫制序芳列分没为速脆率减著半的妨两个打并行捉序列a和b，再通偶过差膝分编江码器穗将其散编为秃四进鞠制差胳分码鬼，炼然后江用绝对调含相的若调制恒方式稼实现4D态PS楚K信号摩。表7腐–贺54DP乏SK信号旗载波幸相位诞编码读逻辑币关系双比特码元载波下相位(φn)ab

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