第6章 数字调制PPT讲稿.ppt

第6章 数字调制第1页，共93页，编辑于2022年，星期二引言引言1ASK(振幅键控振幅键控)2FSK(频率键控频率键控)3PSK(相位键控相位键控)4三种二进制数字调制比较三种二进制数字调制比较 5第第6章章数字调制数字调制6多进制数字调制多进制数字调制 现代数字调制现代数字调制 7第2页，共93页，编辑于2022年，星期二6.1 引言引言为什么要调制？为什么要调制？(调制的作用调制的作用)1.1.信号与信道的匹配信号与信道的匹配信号与信道的匹配信号与信道的匹配 2.2.多路复用多路复用 3.3.电波的辐射电波的辐射电波的辐射电波的辐射4.4.频率分配频率分配频率分配频率分配5.5.为了提高抗干扰能力和保密能力为了提高抗干扰能力和保密能力为了提高抗干扰能力和保密能力为了提高抗干扰能力和保密能力第3页，共93页，编辑于2022年，星期二 数字调制与模拟调制的联系数字调制与模拟调制的联系它们调制的原理相似它们调制的原理相似 都是使载波的幅度、频率或相位等参都是使载波的幅度、频率或相位等参数随基带信号变化而变化数随基带信号变化而变化(可以是一个参数可以是一个参数或多个参数或多个参数)它们的作用也相似它们的作用也相似它们都实现了频谱搬移它们都实现了频谱搬移第4页，共93页，编辑于2022年，星期二数字调制与模拟调制有哪些区别？数字调制与模拟调制有哪些区别？1.1.数字调制的调制信号为数字基带信号，被调参数只数字调制的调制信号为数字基带信号，被调参数只数字调制的调制信号为数字基带信号，被调参数只数字调制的调制信号为数字基带信号，被调参数只能取有限个值能取有限个值能取有限个值能取有限个值 2.2.数字接收是识别那一种波形存在，因此取样判决器是不数字接收是识别那一种波形存在，因此取样判决器是不数字接收是识别那一种波形存在，因此取样判决器是不数字接收是识别那一种波形存在，因此取样判决器是不可少的可少的可少的可少的 3.3.数字调制的可靠性衡量指标是误码率数字调制的可靠性衡量指标是误码率 4.4.数字调制通过键控方式实现，常见的有数字调制通过键控方式实现，常见的有ASK、FSK、PSK等等 5.5.数字调制研究的内容有时间函数、波形、功率谱密度、数字调制研究的内容有时间函数、波形、功率谱密度、数字调制研究的内容有时间函数、波形、功率谱密度、数字调制研究的内容有时间函数、波形、功率谱密度、带宽、调制及解调方法、误码率等带宽、调制及解调方法、误码率等带宽、调制及解调方法、误码率等带宽、调制及解调方法、误码率等第5页，共93页，编辑于2022年，星期二三种基本数字调制三种基本数字调制第6页，共93页，编辑于2022年，星期二6.2 振幅键控振幅键控(ASK)Amplitude Shift Keying6.2.1 ASK的实现方法的实现方法 振幅键控是用数字基带信号控制载波的振幅振幅键控是用数字基带信号控制载波的振幅,这是一种最古老的调制方式。我们重点介绍二元这是一种最古老的调制方式。我们重点介绍二元制振幅键控制振幅键控2 2ASKASKASKASK。2ASK 2ASK信号通常有两种产生方法：乘法器实现信号通常有两种产生方法：乘法器实现法和键控法。法和键控法。第7页，共93页，编辑于2022年，星期二单极性单极性NRZ码码数字基带信号对载波的双边带调制数字基带信号对载波的双边带调制第8页，共93页，编辑于2022年，星期二单极性的随机矩形单极性的随机矩形脉冲序列脉冲序列 方法一方法一模拟调制的相乘法，将数字基带信号看成是模拟信号的特例模拟调制的相乘法，将数字基带信号看成是模拟信号的特例 方法二方法二数字键控法：利用代表数字信息（数字键控法：利用代表数字信息（“0”或或“1”）的基带矩形脉冲去）的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波键控一个连续的载波通断键控（通断键控（OOK）2ASK信号的产生信号的产生第9页，共93页，编辑于2022年，星期二ASKASK信号的带宽：信号的带宽：第10页，共93页，编辑于2022年，星期二x带通滤波器抽样判决器低通滤波器+6.2.3ASK信号解调抗噪性能信号解调抗噪性能1 1 1 1、同步解调（相干解调）同步解调（相干解调）同步解调（相干解调）同步解调（相干解调）同步解调原理框图同步解调原理框图同步解调原理框图同步解调原理框图零均高斯白噪声经带通滤波器后，变为零均窄带高零均高斯白噪声经带通滤波器后，变为零均窄带高零均高斯白噪声经带通滤波器后，变为零均窄带高零均高斯白噪声经带通滤波器后，变为零均窄带高斯白噪声，用斯白噪声，用斯白噪声，用斯白噪声，用 表示：表示：表示：表示：第11页，共93页，编辑于2022年，星期二第12页，共93页，编辑于2022年，星期二第13页，共93页，编辑于2022年，星期二 (3)(3)(3)(3)概率分布曲线概率分布曲线概率分布曲线概率分布曲线 第14页，共93页，编辑于2022年，星期二第15页，共93页，编辑于2022年，星期二2 2 2 2、包络解调包络解调包络解调包络解调(非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调)非相干解调方框图：非相干解调方框图：非相干解调方框图：非相干解调方框图：包络检波器输入与输出的概率分布包络检波器输入与输出的概率分布包络检波器输入与输出的概率分布包络检波器输入与输出的概率分布:发发发发“1 1 1 1”码码码码 包络检波器输入是均值为包络检波器输入是均值为包络检波器输入是均值为包络检波器输入是均值为 的高斯分布的高斯分布的高斯分布的高斯分布 包络检波器输出是正弦波包络检波器输出是正弦波包络检波器输出是正弦波包络检波器输出是正弦波+窄带高斯噪声包络为莱斯分布窄带高斯噪声包络为莱斯分布窄带高斯噪声包络为莱斯分布窄带高斯噪声包络为莱斯分布发发发发“0 0 0 0”码码码码 包络检波器输入是零均高斯分布包络检波器输入是零均高斯分布包络检波器输入是零均高斯分布包络检波器输入是零均高斯分布 包络检波器输出是窄带高斯噪声包络为瑞利分布包络检波器输出是窄带高斯噪声包络为瑞利分布包络检波器输出是窄带高斯噪声包络为瑞利分布包络检波器输出是窄带高斯噪声包络为瑞利分布带通滤波器抽样判决器包络检波器+定时脉冲第16页，共93页，编辑于2022年，星期二 取样判决器输入（即包络检波器输出）信号与取样判决器输入（即包络检波器输出）信号与取样判决器输入（即包络检波器输出）信号与取样判决器输入（即包络检波器输出）信号与噪声的联合概率分布曲线：噪声的联合概率分布曲线：噪声的联合概率分布曲线：噪声的联合概率分布曲线：第17页，共93页，编辑于2022年，星期二 误码率误码率误码率误码率 第18页，共93页，编辑于2022年，星期二 小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信噪比低噪比低噪比低噪比低2db2db2db2db。大信号时，达到相同误码率，相干解调与非相干大信号时，达到相同误码率，相干解调与非相干大信号时，达到相同误码率，相干解调与非相干大信号时，达到相同误码率，相干解调与非相干解调要求的信噪比近似相等，因此，大信号时非相解调要求的信噪比近似相等，因此，大信号时非相解调要求的信噪比近似相等，因此，大信号时非相解调要求的信噪比近似相等，因此，大信号时非相干解调广泛应用。干解调广泛应用。干解调广泛应用。干解调广泛应用。5 57.7357.735101014.1214.121.4991.499 505057.3457.34 0.595 0.595 100100108.7 108.7 0.363 0.363 6.2.4 ASK相干和非相干解调比较相干和非相干解调比较 第19页，共93页，编辑于2022年，星期二作业6-1第20页，共93页，编辑于2022年，星期二2FSK信号的产生方法信号的产生方法 键控法键控法 由二进制数字信由二进制数字信号通过电子开关控制两个号通过电子开关控制两个载波的输出，产生的载波的输出，产生的FSK信号在码元转换时刻相位信号在码元转换时刻相位不连续。不连续。调频法调频法 数字基带信号对载数字基带信号对载波进行调频，产生连续相位的波进行调频，产生连续相位的FSK信号。信号。6.3 频率键控频率键控(FSK)Frequency Shift Keying第21页，共93页，编辑于2022年，星期二FSKFSKFSKFSK可看成两个不同频率的可看成两个不同频率的可看成两个不同频率的可看成两个不同频率的ASKASKASKASK信号的迭加。信号的迭加。信号的迭加。信号的迭加。第22页，共93页，编辑于2022年，星期二时间函数：时间函数：第23页，共93页，编辑于2022年，星期二相位不连续时相位不连续时帯宽帯宽 ：第24页，共93页，编辑于2022年，星期二连续谱：由基带信号连续谱：由基带信号波形波形g(t)确定确定 离散谱离散谱：由载波分量：由载波分量确定确定 若载频之差大于若载频之差大于fs，则连续，则连续谱将出现双峰谱将出现双峰 若两个载波频差较小，比如若两个载波频差较小，比如小于小于fs，则连续谱在，则连续谱在fc处出现处出现单峰单峰频移指数频移指数频偏频偏第25页，共93页，编辑于2022年，星期二2FSK信号的第一个零点带宽为信号的第一个零点带宽为频带利用率低，但解调时容易可用频带利用率低，但解调时容易可用BPFBPF分离两个频分离两个频率信号。率信号。系统的频带利用率高，但解调复杂。系统的频带利用率高，但解调复杂。出现主瓣混叠，要用匹配滤波器检测。出现主瓣混叠，要用匹配滤波器检测。第26页，共93页，编辑于2022年，星期二6.3.3 FSK信号解调信号解调+带通带通2带通带通1低通低通比较判决比较判决xx低通低通1.FSK1.FSK1.FSK1.FSK同步解调同步解调同步解调同步解调(相干解调相干解调相干解调相干解调)FSKFSKFSKFSK同步解调方框图：同步解调方框图：同步解调方框图：同步解调方框图：第27页，共93页，编辑于2022年，星期二确定判决电平：确定判决电平：确定判决电平：确定判决电平：0 0 0 0确定判决准则：确定判决准则：确定判决准则：确定判决准则：第28页，共93页，编辑于2022年，星期二第29页，共93页，编辑于2022年，星期二第30页，共93页，编辑于2022年，星期二2.2.包络解调包络解调(非相干解调非相干解调)包络解调方框图：包络解调方框图：包络解调方框图：包络解调方框图：+带通带通2带通带通1包络解调包络解调包络解调包络解调比较判决比较判决第31页，共93页，编辑于2022年，星期二第32页，共93页，编辑于2022年，星期二第33页，共93页，编辑于2022年，星期二6.3.4 FSK相干和非相干解调比较相干和非相干解调比较 第34页，共93页，编辑于2022年，星期二比较结果参见表比较结果参见表6.36.3（如下）：（如下）：小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信噪比低噪比低噪比低噪比低1.5db1.5db1.5db1.5db大信号时，达到相同误码率，相干解调大信号时，达到相同误码率，相干解调大信号时，达到相同误码率，相干解调大信号时，达到相同误码率，相干解调与非相干解调要求的信噪比近似相等。与非相干解调要求的信噪比近似相等。并且并且并且并且FSKFSKFSKFSK是上、下两路比较大小，因此没有是上、下两路比较大小，因此没有是上、下两路比较大小，因此没有是上、下两路比较大小，因此没有最佳判最佳判决门限决门限决门限决门限问题。问题。问题。问题。5 57.0617.0611.4991.499101012.7512.75 1.0571.057 505054.3654.36 0.363 0.363 100100105.0 105.0 0.214 0.214 第35页，共93页，编辑于2022年，星期二6.4 相位键控相位键控(PSK)Phase Shift Keying1.1.绝对移相的定义及波形绝对移相的定义及波形 定义：利用载波不同的相位直接来表示基带信号。定义：利用载波不同的相位直接来表示基带信号。定义：利用载波不同的相位直接来表示基带信号。定义：利用载波不同的相位直接来表示基带信号。必须强调，绝对移相已调波的相位是相对于载波而言必须强调，绝对移相已调波的相位是相对于载波而言必须强调，绝对移相已调波的相位是相对于载波而言必须强调，绝对移相已调波的相位是相对于载波而言的的的的(如与载波同相为如与载波同相为如与载波同相为如与载波同相为“1 1 1 1”码，与载波反相为码，与载波反相为码，与载波反相为码，与载波反相为“0 0”码码码码)。6.4.1 绝对移相绝对移相(CPSK)和相对移相和相对移相(DPSK)第36页，共93页，编辑于2022年，星期二第37页，共93页，编辑于2022年，星期二CPSKCPSK波形：波形：第38页，共93页，编辑于2022年，星期二2.2.2.2.相对移相相对移相相对移相相对移相(记为记为记为记为DPSK)DPSK)DPSK)DPSK)的定义及波形的定义及波形的定义及波形的定义及波形 定义：利用前后码元之间载波相位的变化来表示定义：利用前后码元之间载波相位的变化来表示基带信号。基带信号。从作图过程看，从作图过程看，从作图过程看，从作图过程看，DPSKDPSKDPSKDPSK波形规律复杂波形规律复杂波形规律复杂波形规律复杂 CPSK CPSK波形规律简单波形规律简单第39页，共93页，编辑于2022年，星期二第40页，共93页，编辑于2022年，星期二思考思考为什么要引出相对移相？为什么要引出相对移相？为什么要引出相对移相？为什么要引出相对移相？CPSK CPSK CPSK CPSK波形规律虽然简单，但是要画出它的波形，波形规律虽然简单，但是要画出它的波形，波形规律虽然简单，但是要画出它的波形，波形规律虽然简单，但是要画出它的波形，必须要知道载波。必须要知道载波。必须要知道载波。必须要知道载波。以后我们可以证明，调相信号的已调波没有载以后我们可以证明，调相信号的已调波没有载以后我们可以证明，调相信号的已调波没有载以后我们可以证明，调相信号的已调波没有载频，因此无法直接提取载频，通常要用平方变换及频，因此无法直接提取载频，通常要用平方变换及2 2分频等方法，才能提取载波。由于分频等方法，才能提取载波。由于分频等方法，才能提取载波。由于分频等方法，才能提取载波。由于2 2 2 2分频存在相位模分频存在相位模分频存在相位模分频存在相位模糊，使糊，使CPSKCPSK信号解调带来困难信号解调带来困难(亦称反相工作亦称反相工作)。因。因此实际中常用此实际中常用此实际中常用此实际中常用DPSKDPSKDPSKDPSK。第41页，共93页，编辑于2022年，星期二2.2.从电路从电路开机时双稳态触发器状态随机开机时双稳态触发器状态随机3.3.从波形从波形 见下页图见下页图10第42页，共93页，编辑于2022年，星期二第43页，共93页，编辑于2022年，星期二为什么还要学习为什么还要学习CPSKCPSK？因为因为因为因为DPSKDPSKDPSKDPSK产生规律复杂，难以直接产生，通常它是产生规律复杂，难以直接产生，通常它是产生规律复杂，难以直接产生，通常它是产生规律复杂，难以直接产生，通常它是用码变换加用码变换加用码变换加用码变换加CPSKCPSKCPSKCPSK产生，其方框原理图如下图产生，其方框原理图如下图产生，其方框原理图如下图产生，其方框原理图如下图,因此我们因此我们因此我们因此我们仍要学习仍要学习仍要学习仍要学习CPSKCPSKCPSKCPSK。请看下页图请看下页图请看下页图请看下页图,它能清楚说明码变换加它能清楚说明码变换加它能清楚说明码变换加它能清楚说明码变换加CPSKCPSKCPSKCPSK调制能产生调制能产生调制能产生调制能产生DPSKDPSKDPSKDPSK信号信号信号信号绝对码绝对码/相对码变换相对码变换CPSK调制调制第44页，共93页，编辑于2022年，星期二第45页，共93页，编辑于2022年，星期二PSKPSK功率谱图如下图：功率谱图如下图：第46页，共93页，编辑于2022年，星期二从前面讨论的从前面讨论的2DPSK2DPSK信号的调制过程及其波形可以信号的调制过程及其波形可以知道，知道，2DPSK2DPSK可以与可以与2PSK2PSK具有相同形式的表达式。具有相同形式的表达式。所不同的是所不同的是2PSK2PSK中的基带信号中的基带信号s s(t t)对应的是绝对码序列；而2DPSK中的基带信号s s(t t)对应的是码对应的是码变换后的相对码序列。因此，变换后的相对码序列。因此，2DPSK2DPSK信号和信号和2PSK2PSK信信号的功率谱密度是完全一样的。信号带宽为号的功率谱密度是完全一样的。信号带宽为与与2ASK2ASK的相同，也是码元速率的两倍。的相同，也是码元速率的两倍。PSK信号功率谱密度信号功率谱密度第47页，共93页，编辑于2022年，星期二 6.4.4 调相信号的解调及性能分析调相信号的解调及性能分析1.1.极性比较法极性比较法(相干解调相干解调)极性比较法解调原理框图：极性比较法解调原理框图：极性比较法解调原理框图：极性比较法解调原理框图：+带通带通低通低通抽样判决抽样判决x相对相对/绝对码变换绝对码变换第48页，共93页，编辑于2022年，星期二对对对对CPSKCPSKCPSKCPSK解调：解调：解调：解调：概率分布曲线如下图：概率分布曲线如下图：概率分布曲线如下图：概率分布曲线如下图：第49页，共93页，编辑于2022年，星期二第50页，共93页，编辑于2022年，星期二2.2.2.2.相位比较法相位比较法相位比较法相位比较法(非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调):):):):x+带通带通低通低通抽样判决抽样判决相对相对/绝对码变换绝对码变换第51页，共93页，编辑于2022年，星期二5 55.6845.6840.5570.557101011.03111.0310.4260.426 505051.85651.856 0.1570.157100100102.182 102.182 0.094 0.094 比较结果参见表比较结果参见表比较结果参见表比较结果参见表6.56.56.56.5（如下）：（如下）：（如下）：（如下）：由表可见，在相同误码率的条件下，用极性比较法对由表可见，在相同误码率的条件下，用极性比较法对由表可见，在相同误码率的条件下，用极性比较法对由表可见，在相同误码率的条件下，用极性比较法对DPSKDPSKDPSKDPSK信号解调，信噪比最多仅比相位比较法低信号解调，信噪比最多仅比相位比较法低信号解调，信噪比最多仅比相位比较法低信号解调，信噪比最多仅比相位比较法低0.56dB0.56dB0.56dB0.56dB，故，故，故，故两者差别不大。两者差别不大。两者差别不大。两者差别不大。3.PSK3.PSK相干解调与非相干解调性能比较：相干解调与非相干解调性能比较：第52页，共93页，编辑于2022年，星期二 二进制数字调制系统的误码率公式一览表二进制数字调制系统的误码率公式一览表二进制数字调制系统的误码率公式一览表二进制数字调制系统的误码率公式一览表调制方式调制方式调制方式调制方式误码率误码率误码率误码率相干解调相干解调相干解调相干解调非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调2ASK2ASK 2FSK2FSK2CPSK2CPSK2DPSK2DPSK6.5 ASK，FSK和PSK性能比较 第53页，共93页，编辑于2022年，星期二6.6 多进制数字调制多进制数字调制 1.1.1.1.多进制调制的概念多进制调制的概念多进制调制的概念多进制调制的概念 为了有效利用频带，提高信息传输速率而采用多为了有效利用频带，提高信息传输速率而采用多为了有效利用频带，提高信息传输速率而采用多为了有效利用频带，提高信息传输速率而采用多进制调制。进制调制。进制调制。进制调制。常见的多进制调制有：多振幅调制、多频率调制、常见的多进制调制有：多振幅调制、多频率调制、常见的多进制调制有：多振幅调制、多频率调制、常见的多进制调制有：多振幅调制、多频率调制、多相位调制以及它们的组合等。多相位调制以及它们的组合等。多相位调制以及它们的组合等。多相位调制以及它们的组合等。第54页，共93页，编辑于2022年，星期二作图说明多进制调制的概念作图说明多进制调制的概念:第55页，共93页，编辑于2022年，星期二2.2.2.2.多进制调制信息速率提高了，同时节约多进制调制信息速率提高了，同时节约多进制调制信息速率提高了，同时节约多进制调制信息速率提高了，同时节约了频带。但是误码率会增加。了频带。但是误码率会增加。了频带。但是误码率会增加。了频带。但是误码率会增加。以多电平判决时的曲线加以说明以多电平判决时的曲线加以说明以多电平判决时的曲线加以说明以多电平判决时的曲线加以说明:第56页，共93页，编辑于2022年，星期二3.4PSK3.4PSK (1)(1)(1)(1)四相制两种相位图四相制两种相位图四相制两种相位图四相制两种相位图第57页，共93页，编辑于2022年，星期二(2)(2)(2)(2)相位选择法产生相位选择法产生相位选择法产生相位选择法产生4PSK4PSK4PSK4PSK第58页，共93页，编辑于2022年，星期二(3)(3)正交调制产生正交调制产生4PSK4PSK第59页，共93页，编辑于2022年，星期二(4)(4)(4)(4)正交调制产生正交调制产生正交调制产生正交调制产生4DPSK4DPSK4DPSK4DPSK第60页，共93页，编辑于2022年，星期二 (5)4PSK(5)4PSK矢量图矢量图型矢量图型矢量图第61页，共93页，编辑于2022年，星期二 (6)4PSK(6)4PSK(6)4PSK(6)4PSK星座图星座图星座图星座图型星座图型星座图第62页，共93页，编辑于2022年，星期二(7)8PSK(7)8PSK(7)8PSK(7)8PSK8PSK8PSK8PSK8PSK星座图星座图星座图星座图第63页，共93页，编辑于2022年，星期二 6.6.4正交振幅调制Quatrature Amplitude Modulation(QAM)Quatrature Amplitude Modulation(QAM)在移动通信中在移动通信中频谱利用率频谱利用率一直是人们关注的焦点一直是人们关注的焦点之一，随着微蜂窝（之一，随着微蜂窝（MicrocellMicrocell）和微微蜂窝）和微微蜂窝（PicocellPicocell）系统的出现，使得信道的传输特性发生）系统的出现，使得信道的传输特性发生了很大变化，接收机和发射机之间通常具有很强的了很大变化，接收机和发射机之间通常具有很强的直直达分量达分量，以往在蜂窝系统中不能应用的但频谱利用率，以往在蜂窝系统中不能应用的但频谱利用率很高的很高的M-QAMM-QAM已引起人们的重视，许多学者已对已引起人们的重视，许多学者已对16QAM16QAM及其它变型的及其它变型的QAMQAM的应用进行了广泛深入地研究。的应用进行了广泛深入地研究。第64页，共93页，编辑于2022年，星期二1)1)相移键控（相移键控（MPSKMPSK）的带宽和功率占用都具有优势，）的带宽和功率占用都具有优势，即带宽占用少和比特信噪比要求低。即带宽占用少和比特信噪比要求低。在在在在MPSKMPSKMPSKMPSK体制中，随着体制中，随着体制中，随着体制中，随着M M M M的增大，相邻相位的距离逐渐减小，的增大，相邻相位的距离逐渐减小，的增大，相邻相位的距离逐渐减小，的增大，相邻相位的距离逐渐减小，误码率难于保证。误码率难于保证。误码率难于保证。误码率难于保证。为了改善在为了改善在为了改善在为了改善在M M M M大时的噪声容限，发展出了大时的噪声容限，发展出了大时的噪声容限，发展出了大时的噪声容限，发展出了MQAMMQAMMQAMMQAM体制。体制。体制。体制。QAMQAMQAMQAM体制中，信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到体制中，信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到体制中，信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到体制中，信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到调制。调制。调制。调制。PSKPSK调制存在的问题：调制存在的问题：第65页，共93页，编辑于2022年，星期二 用用两两个个独独立立的的基基带带数数字字信信号号对对两两个个相相互互正正交交的的同同频频载载波波进进行行抑抑制制载载波波的的双双边边带带调调制制，利利用用这这种种已已调调信信号号在在同同一一带带宽宽内内频频谱谱正正交交的的性性质质来来实实现现两两路路并并行行的的数数字信息传输字信息传输。1.MQAM1.MQAM调制原理调制原理当当a an n和和b bn n是双极性信号时，表示是双极性信号时，表示4QAM4QAM。第66页，共93页，编辑于2022年，星期二QAMQAM信号调制原理图信号调制原理图抑制已调信号的带外辐射抑制已调信号的带外辐射第67页，共93页，编辑于2022年，星期二 利用利用AmAm和和BmBm组成信号矢量，该矢量的分布图称为组成信号矢量，该矢量的分布图称为星星座图座图。通常，可以用星座图来描述。通常，可以用星座图来描述QAMQAM信号的信号空间信号的信号空间分布状态。分布状态。4QAM和和16QAM的星座图的星座图AmjBm第68页，共93页，编辑于2022年，星期二 MQAM MQAM信号的星座图信号的星座图第69页，共93页，编辑于2022年，星期二 (a)方型16QAM星座；(b)星型16QAM星座第70页，共93页，编辑于2022年，星期二 若若已已调调信信号号的的最最大大幅幅度度为为1 1，则则MPSKMPSK信信号号星星座图上信号点间的最小距离为座图上信号点间的最小距离为 d dMPSKMPSK=2 sin =2 sin 而而MQAMMQAM信信号号矩矩形形星星座座图图上上信信号号点点间间的的最最小小距距离离为为dMQAM当当M=16M=16时，时，d d16QAM16QAM=0.47=0.47，而，而d d16PSK16PSK=0.39=0.39，d d16PSK16PSKd d16QAM16QAM。16QAM16QAM系系统的抗干扰能力优于统的抗干扰能力优于16PSK16PSK。性能比较性能比较第71页，共93页，编辑于2022年，星期二 MQAM MQAM信号可以采用正交相干解调方法。信号可以采用正交相干解调方法。2 2、MQAMMQAM解调原理解调原理第72页，共93页，编辑于2022年，星期二 存在噪声情况下，接收端存在噪声情况下，接收端收到的收到的QAM信号！信号！第73页，共93页，编辑于2022年，星期二M进制方型进制方型QAM的误码率曲线的误码率曲线 第74页，共93页，编辑于2022年，星期二QAMQAMQAMQAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，波的幅度和相位来传递信息比特，波的幅度和相位来传递信息比特，波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相因此在最小距离相因此在最小距离相因此在最小距离相同的条件下，同的条件下，同的条件下，同的条件下，QAMQAMQAMQAM星座图中可以容纳更多的星座点星座图中可以容纳更多的星座点星座图中可以容纳更多的星座点星座图中可以容纳更多的星座点，即，即，即，即可实现更高的频带利用率，目前可实现更高的频带利用率，目前可实现更高的频带利用率，目前可实现更高的频带利用率，目前QAMQAMQAMQAM星座点最高已可达星座点最高已可达星座点最高已可达星座点最高已可达256QAM256QAM256QAM256QAM。小结：小结：第75页，共93页，编辑于2022年，星期二6.7 现代数字调制现代数字调制现代数字调制是指现代数字调制是指频带利用率高或抗干扰能力强频带利用率高或抗干扰能力强的调制的调制 第76页，共93页，编辑于2022年，星期二6.7.1 时频调制及时频相调制时频调制及时频相调制1.1.1.1.时频调制时频调制时频调制时频调制(TFSK)(TFSK)(TFSK)(TFSK)时频调制时频调制时频调制时频调制以多个频率先后出现的顺序以多个频率先后出现的顺序以多个频率先后出现的顺序以多个频率先后出现的顺序进行编码耒代表数字信息。它抗干扰能力强进行编码耒代表数字信息。它抗干扰能力强进行编码耒代表数字信息。它抗干扰能力强进行编码耒代表数字信息。它抗干扰能力强如如如如 二时二频二时二频二时二频二时二频 四时四频四时四频四时四频四时四频 第77页，共93页，编辑于2022年，星期二第78页，共93页，编辑于2022年，星期二2.2.2.2.时频相调制时频相调制时频相调制时频相调制(TFPSK)(TFPSK)(TFPSK)(TFPSK)二频二相调制二频二相调制第79页，共93页，编辑于2022年，星期二交错四相调制交错四相调制交错四相调制交错四相调制(SQPSK)(SQPSK)(SQPSK)(SQPSK)又称偏移四相调制又称偏移四相调制又称偏移四相调制又称偏移四相调制(OQPSK)(OQPSK)(OQPSK)(OQPSK)串串串串/并变换并变换并变换并变换:AB+交错分配交错分配移相移相单单/双变换双变换 单单/双变换双变换 xx6.7.2 交错四相调制交错四相调制(SQPSK)(SQPSK)第80页，共93页，编辑于2022年，星期二交错分配交错分配:交错分配时，信息码每输入一位码，交错分配时，信息码每输入一位码，交错分配时，信息码每输入一位码，交错分配时，信息码每输入一位码，A A A A、B B B B两路仅两路仅两路仅两路仅有一路信息可能发生变化，因此合成后输出的调相有一路信息可能发生变化，因此合成后输出的调相有一路信息可能发生变化，因此合成后输出的调相有一路信息可能发生变化，因此合成后输出的调相信号不会发生信号不会发生信号不会发生信号不会发生180180180180度相位跳变。度相位跳变。度相位跳变。度相位跳变。第81页，共93页，编辑于2022年，星期二交错分配四相调制的交错分配四相调制的交错分配四相调制的交错分配四相调制的特点特点 ：1.1.1.1.它属它属它属它属四相调制四相调制四相调制四相调制，有四种输出相位；，有四种输出相位；，有四种输出相位；，有四种输出相位；2.2.2.2.已调波码元速率与输入二元制码元速率已调波码元速率与输入二元制码元速率已调波码元速率与输入二元制码元速率已调波码元速率与输入二元制码元速率 相等，比相等，比相等，比相等，比普通四进制码元速率高一倍；普通四进制码元速率高一倍；普通四进制码元速率高一倍；普通四进制码元速率高一倍；3.3.3.3.已调波主瓣带宽为已调波主瓣带宽为 与普通四进制带宽相等与普通四进制带宽相等(这这也是因为正交两路码元速率比输入二元制码速率也是因为正交两路码元速率比输入二元制码速率减半减半,频带相等并重迭频带相等并重迭),),并且旁瓣辐射小并且旁瓣辐射小(无无180180度度相位跳变相位跳变)；4.4.4.4.交错四相调制每个码元信息量不是交错四相调制每个码元信息量不是交错四相调制每个码元信息量不是交错四相调制每个码元信息量不是2 2 2 2比特比特比特比特,而为而为而为而为1 1 1 1比特比特比特比特,这是因为交错四相调制码元这是因为交错四相调制码元这是因为交错四相调制码元这是因为交错四相调制码元相位不独立相位不独立相位不独立相位不独立(无无无无180180180180度相位度相位度相位度相位跳变跳变跳变跳变)。第82页，共93页，编辑于2022年，星期二6.7.3几种窄带数字调制几种窄带数字调制 1.1.1.1.最小频移键控最小频移键控最小频移键控最小频移键控(MSK)(MSK)(MSK)(MSK)MSKMSK是指偏移率为是指偏移率为0.50.5相位连续的二进制相位连续的二进制FSKFSK(见教材见教材211211页表页表6.2)6.2)，带宽仅为，带宽仅为第83页，共93页，编辑于2022年，星期二例例第84页，共93页，编辑于2022年，星期二第85页，共93页，编辑于2022年，星期二波形及相位格子图波形及相位格子图波形及相位格子图波形及相位格子图:MSK MSK MSK MSK相位有突变，因此带外辐射仍较大。相位有突变，因此带外辐射仍较大。相位有突变，因此带外辐射仍较大。相位有突变，因此带外辐射仍较大。第86页，共93页，编辑于2022年，星期二2.2.正弦频移键控正弦频移键控正弦频移键控正弦频移键控(SFSK)(SFSK)图形见教材图形见教材图形见教材图形见教材239239页页页页3.3.受控调制频受控调制频受控调制频受控调制频(TFM)(TFM)图形见教材图形见教材图形见教材图形见教材239239页页页页第87页，共93页，编辑于2022年，星期二4.4.高斯预调滤波最小频移键控高斯预调滤波最小频移键控(GMSK)(GMSK)GMSK GMSK是将输入数据经传输特性为高斯的滤波器后是将输入数据经传输特性为高斯的滤波器后再进行调频，它的特性接近再进行调频，它的特性接近再进行调频，它的特性接近再进行调频，它的特性接近TFMTFMTFMTFM。第88页，共93页，编辑于2022年，星期二 MSKMSK调调制制方方式式的的突突出出优优点点是是已已调调信信号号具具有有恒恒定定包包络络，且且功功率率谱谱在在主主瓣瓣以以外外衰衰减减较较快快。但但是是，在在移移动动通通信信中中，对对信信号号带带外外辐辐射射功功率率的的限限制制十十分分严严格格，一一般般要要求求必必须须衰衰减减70dB70dB以上，以上，MSKMSK信号仍不能满足这样的要求。信号仍不能满足这样的要求。GMSKGMSKGMSKGMSK调制方式调制方式调制方式调制方式能满足移动通信环境下对邻信道干扰的能满足移动通信环境下对邻信道干扰的能满足移动通信环境下对邻信道干扰的能满足移动通信环境下对邻信道干扰的严格要求，它以其良好的性能而被严格要求，它以其良好的性能而被严格要求，它以其良好的性能而被严格要求，它以其良好的性能而被数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统(GSM)(GSM)(GSM)(GSM)所采用所采用所采用所采用。第89页，共93页，编辑于2022年，星期二 为为了了压压缩缩MSKMSK信信号号的的功功率率谱谱，可可在在MSKMSK调调制制前前加加入入预预调调制制滤滤波波器器，对对矩矩形形波波形形进进行行滤滤波波，得得到到一一种种新新型型的的基基带带波波形形，使使其其本本身身和和尽尽可可能能高高阶阶的的导导数数都都连连续续，从从而而得得到到较好的频谱特性。较好的频谱特性。GMSKGMSK的基本原理的基本原理第90页，共93页，编辑于2022年，星期二 为为了了有有效效地地抑抑制制MSKMSK信信号号的的带带外外功功率率辐辐射射，预调制滤波器应具有以下特性：预调制滤波器应具有以下特性：(1)(1)带宽窄并且具有陡峭的截止特性；带宽窄并且具有陡峭的截止特性；(2)(2)脉冲响应的过冲较小；脉冲响应的过冲较小；(3)(3)滤滤波波器器输输出出脉脉冲冲响响应应曲曲线线下下的的面面积积对对应应于于/2/2的相移。的相移。条条件件(1)(1)是是为为了了抑抑制制高高频频分分量量；条条件件(2)(2)是是为为了了防防止止过过大大的的瞬瞬时时频频偏偏；条条件件(3)(3)是是为为了了使使调调制制指指数为数为0.50.5。第91页，共93页，编辑于2022年，星期二GMSKGMSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度滤波