ch5(3)_多进制调制技术.ppt

1、5.4 多进制调制技术,5.4 多进制调制技术 5.4.1 多进制幅度调制技术 5.4.2 多进制频率调制技术 5.4.3 多进制相位调制技术 5.5 现代调制技术 5.5.1 抑制载波的双边带调制(DSB) 5.5.2 正交幅度调制（QAM） 5.5.3 幅度相位混合调制(APK) 5.5.4 最小频移键控(MSK),5.4 多进制调制技术,多进制调制信号是指状态数目M大于2的已调信号，又称为多元调制信号。 在二进制载波数字调制中，基带数字信号只有两种状态1,0或+1,-1，所以一个码元只携带一比特信息。 在多进制系统中，一位多进制（M进制）符号代表若干位二进制符号，所以一个码元携带log2

2、M比特信息。,多进制数字调制系统具有以下特点。 （1）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； （2）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，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量，有利于提高通信系统的可靠性。,5.4 多进制调制技术,5.4.1 多进制幅度调制技术 5.4.2 多进制频率调制技术 5.4.3 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：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

3、振幅调制，又称为多电平调制。,1.M电平调制信号,一、M电平调制信号 SM(t)=,SM(t)=,2. 调制与解调,1。产生方法：与2ASK相同， （1）乘法器 （2）通断法 2。解调：非相干解调和相干解调 信号波形：图5.23,5.4.2、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,2. MFSK信号的解调,既可采用相干解调法，也可采用非相干解调法。,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）+

4、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(MPSK),多进制相位调制：提高频带利用率通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M进制中每一种码元组合，分绝对调相和相对调相两种。 实际传输系统常用的是四相调制和八相调制。,MPSK信号的表示,MPSK信号的表示,Cos(A+B)=cosAcosB-sinAsinB,MPSK信号的表示,MPSK信号可以看成两个正交载波进行多电平双边带调幅所得已调波之和,多进制移相调制中，若M的值越大，则相邻两个码元的相位差 的值越小，接收解调时区分相位就越困难，失误率增高，可靠性降

5、低，所以实际传输系统常用的是四相调制和八相调制。例如，电话网中的Modem中采用8DPSK，卫星通信中采用4DPSK，32DPSK和64DPSK等。,(1)表示方法 用4种不同相位表示数字信息，载波的每一相位代表两比特信息，因此数字信息的每一个码元称为双比特码元。,1.4PSK,（2）数学表达式 （5.47） 式中an=cosn,bn=sinn，n=1,2,3,4。,（1）正交调相法：,串/并变换,单/双极性变换,单/双极性变换,11 01,B,A,10,11,cos(w0t),/2相移,sin(w0t),4PSK,矢量图,（2）4PSK信号的产生（调制）,由MPSK达式可知，4PSK信号实际

6、上是两个正交的2PSK信号的叠加,（2）相位选择法：,解调：正交相干解调法（又称极性比较法），如图所示,乘法器,输出,并/串转换,载波发生器,+/2,cos(w0t),-sin(w0t),乘法器,LPF,LPF,抽样判决器,抽样判决器,定时抽样,BPF,4PSK 信号,X(t),y(t),XA(t),yB(t),A,B,AB,（3）4PSK信号的解调,xA(t)= cosn yB(t)= sinn,4PSK信号解调时抽样判决器判决标准：,4PSK信号的解调,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并令 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

7、：,2. 4DPSK信号,调制：,(1)4DPSK信号的调制,B,D,A,解调 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,A,C,输出AB,(2)4DPSK信号的解调,D,B,解调 (a)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,A,C,输出AB,(2)4DPSK信号的解调,D,B,4PSK信号的解调器输出得到双比特相对码码元CD，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，能够实现四进制相对码到四进制绝对码的所有可能变换。,(b)相位比较法,4DPSK信号的解调,5.5 现代调制技术

8、,5.5.1 抑制载波的双边带调制(DSB) 5.5.2 正交幅度调制（QAM） 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 2ASK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5.32 抑制载波

9、的双边带振幅键控调制,由图5.32(c)可见， （1）在调制信号m(t)改变极性的时刻，载波相位出现了倒相点，所以其包络形状与图5.2(d)的包络形状不再相同。 （2）即已调信号S(t)的包络不再包含信息，信息包含在相位之中，因此在接收端恢复m(t)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。,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同频载波进行抑制载波的双边带调制（DSB），实现两路并行传输又称为正交双边带调制(Quadratic Amplitude Modulation )。 正交调制：,正交幅度调制（QAM）,正交解调：相干解调法,m1(t

10、)= m1(t)/2 m2(t)= m2(t)/2,LPF:Low Passing Filter,4PSK信号解调时抽样判决器判决标准：,4PSK信号的解调,5.5.3 幅度相位混合调制,幅度相位混合调制（APK，Amplitude Phase Keying）就是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式，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4DPSK信号若采用两种电平幅度，则可得到8种状态，频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，,则APK信号的可能状态数为NM。上式还可改写成另一种形式 式中 An=ancosn，Bn

11、=-ansinn。,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,12个不同的相位,3X4=12,5.5.4 最小频移键控（MSK）,利用频率选择法产生的FSK信号，一般情况下，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，带限后会引起包络起伏。为了克服上述缺点，出现了FSK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。,相位连续的FSK信号,式中，是未

12、调载频，是频率偏移。设传0码时的载频是，传1码时的载频，则有 （5.51） (5.52) 由式（5.50）可知,本 章 小 结, 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送信息。常用的幅度调制方式有二进制振幅键控调制（2ASK）、多进制振幅键控调制（MASK）、双边带抑制载波调制（DSBSC）及正交幅度调制（QAM）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。,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进制频移键控调制（2F

13、SK）、多进制频移键控调制（MFSK）及最小频移键控（MSK）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方法。,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有绝对移相的相移键控（PSK）和相对移相的相移键控（DPSK）。对于PSK信号采用相干解调方法，而DPSK信号的解调方法有极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，可采用幅度相位混合调制（APK）方式，即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.,对于信号的频率

14、具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能是使特定的频率范围内的信号顺利通过，而阻止其它频率信号通过。 通常，按照滤波电路的工作频率为其命名，分为：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）和全通滤波器（APF）。,补充知识_滤波器,低通和高通滤波器：设截止频率为fp ,频率低于fp的信号可以通过，高于fp的信号被衰减的滤波电路称为低通滤波器，反之，频率高于fp的信号可以通过，而频率低于fp的信号被衰减的滤波电路称为高通滤波器。 全通滤波器：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将产生不同的相移。,补充知识_滤波器,带通和带阻

15、滤波器：设低频段的频率为fp1，高频段的截止频率为fp2，频率为fp1到fp2之间的信号可以通过，低于fp1或高于fp2的信号被衰减的滤波电路称为带通滤波器。而频率是fp1到fp2之间的信号被衰减的滤波电路称为带阻滤波器。 带通滤波器常用于载波通信或弱信号提取等场合，以提高信号比。带阻滤波器用于在已知干扰或噪声频率的情况下，阻止其通过。,补充知识_滤波器,数据和信号的分类,数据分类 模拟数据，例如声音曲线 数字数据，例如整数序列，二进制序列 信号分类 模拟信号 数字信号,数据发送方式分类,模拟数据用模拟信号发送 频谱变换 例如模拟电话 数字数据用数字信号发送 - 编码(近距离通信才用，远距离使用其它三种方式) 模拟数据用数字信号发送 - 采样 例如IP电话 数字数据用模拟信号发送 - 调制 例如电话拨号,模拟数据 - 模拟信号,模拟数据 频谱,模拟信号 频谱,载波频率,数字数据 - 数