第七章數(shù)字頻帶傳輸二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制振幅鍵控（2ASK）二進制頻移鍵控(2FSK)二進制相移鍵控（2PSK）1238目錄CONTENTS二進制差分相位鍵控(2DPSK)4567二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率多進制數(shù)字調(diào)制方式實驗6FSK（ASK）調(diào)制解調(diào)實驗9習題二進制數(shù)字調(diào)制原理1對于載波的振幅、頻率或相位進行鍵控時，分別得到振幅鍵控（ASK,AmplitudeShiftKeying）、頻移鍵控（FSK,FrequencyShiftKeying）、相對相移鍵控（DPSK,DifferentialPhaseShiftKeying）和絕對相移鍵控（PSK,PhaseShiftKeying），圖7-1展示了這幾種調(diào)制信號的波形。1二進制數(shù)字調(diào)制原理圖7-1ASK、FSK與DPSK、PSK的信號波形二進制振幅鍵控（2ASK）22二進制振幅鍵控（2ASK）1.基本原理因此2ASK調(diào)制有時也稱為通斷鍵控（OOK,On-OffKeying）。

圖7-32ASK調(diào)制2ASK信號的生成方法如圖7-4(a)所示：（a）圖表示通過模擬相乘實現(xiàn)調(diào)制，意味著載波的幅度隨著信號的強度變化；（b）圖展示了采用數(shù)字開關(guān)控制的方式實現(xiàn)調(diào)制，意味著開關(guān)接通導電時，代表信號“1”，斷開代表信號“0”。（c）圖表示碼元和波形的對應關(guān)系，其中s(t)的一個碼元周期是e(t)載波周期的兩倍，意味著一個碼元內(nèi)有兩個周期的正弦波。圖7-4（a）2ASK調(diào)制原理示意圖2二進制振幅鍵控（2ASK）圖7-5為示波器顯示的2ASK波形圖中，上面波形為輸入基帶波形,其碼元速率為2KBaud，下面為已調(diào)2ASK波形，其載波頻率為32KHz。圖7-52ASK波形在示波器上的展示由于2ASK信號在結(jié)構(gòu)上與模擬幅度調(diào)制（AM）信號具有一定相似性，因此可以借鑒AM的解調(diào)方式來恢復基帶信號。常用的2ASK解調(diào)方法包括非相干解調(diào)（即包絡檢波）和相干解調(diào)（同步檢測）。圖7-6展示了2ASK兩種方法解調(diào)的基本原理框圖，圖7-7給出了2ASK信號在非相干解調(diào)過程中的波形圖。圖7-62ASK解調(diào)。2二進制振幅鍵控（2ASK）圖7-72ASK非相干解調(diào)波形在非相干解調(diào)中，首先使用帶通濾波器（BPF）選取信號的有效頻帶，以隔離載波頻率內(nèi)的信號分量，抑制其他頻率干擾。隨后，通過包絡檢波器提取信號的包絡，即恢復調(diào)制信號的振幅變化信息。最后，該包絡信號經(jīng)過低通濾波器（LPF）處理，去除高頻分量，生成平滑的輸出信號，從而重構(gòu)出原始的基帶信號。在相干解調(diào)方式中，為了精確解調(diào)2ASK信號，系統(tǒng)需要引入與發(fā)送端載波相同頻率且同步的參考信號。在這一參考信號的幫助下，相干解調(diào)能夠識別出相應的幅度變化，從而更精確地提取出基帶信號內(nèi)容。這種解調(diào)方式比非相干解調(diào)更復雜，但能夠在干擾較大的情況下提升信號恢復的準確度。。2二進制振幅鍵控（2ASK）2.2ASK信號的功率譜與帶寬圖7-8展示了2ASK信號的功率譜：圖7-8（a）為基帶信號的功率譜，圖7-8（b）為調(diào)制信號的功率譜。從圖7-8中可以觀察到以下特性：(1)功率譜密度的平移：2ASK信號的功率譜密度P2ASK(f)是基帶信號功率譜Ps(f)的鏡像平移，移動到±fc

位置，因而2ASK信號的功率譜密度由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。連續(xù)譜部分與數(shù)字基帶信號的脈沖頻譜G(f)相關(guān)，而離散譜則表示載波分量的存在。這說明2ASK信號包含可以提取的載波信息。圖7－82ASK信號的功率譜密度示意圖。2二進制振幅鍵控（2ASK）

圖7－82ASK信號的功率譜密度示意圖(2)帶寬特性與頻帶利用率：2ASK調(diào)制方式類似于模擬調(diào)制中的幅度調(diào)制(AM)，其帶寬約為基帶信號的兩倍。二進制頻移鍵控(2FSK)33二進制頻移鍵控(2FSK)

圖7-92FSK工作機理圖7-102FSK信號波形的形成過程圖7-11為示波器顯示的2FSK波形圖中，上面波形為輸入基帶波形,其碼元速率為2KBaud，下面為已調(diào)2FSK波形，其載波頻率為32KHz和16KHz的組合分別表示“1”和“0”。圖7-112FSK波形在示波器上的展示3二進制頻移鍵控(2FSK)2FSK信號的生成方法主要有兩種：一種是模擬調(diào)頻法，另一種是頻率選擇法。圖7-12模擬調(diào)頻法產(chǎn)生2FSK由于同一振蕩器相位是連續(xù)的，它產(chǎn)生的信號的功率能更集中在主瓣帶寬內(nèi)，有效降低了旁瓣的能量分布，從而使得信號在頻譜上的分布更加集中，有利于提高頻帶的利用效率。頻率選擇法（也稱為頻率鍵控法）則利用兩個獨立的振蕩器，分別對應“1”和“0”兩種二進制狀態(tài)，如圖7-13所示。圖7-13頻率選擇法產(chǎn)生2FSK3二進制頻移鍵控(2FSK)2FSK（雙頻移鍵控）信號的解調(diào)可以分為非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方式。這是因為2FSK信號可以看作是由兩個頻率源交替?zhèn)鬏數(shù)男盘枠?gòu)成。在解調(diào)時，通常將2FSK信號轉(zhuǎn)換為兩個并聯(lián)的2ASK（雙幅度移鍵控）解調(diào)器來進行處理。非相干解調(diào)原理如圖7-14所示圖7-142FSK非相干解調(diào)3二進制頻移鍵控(2FSK)與此不同，相干解調(diào)則要求接收端知道或能夠估計載波的相位，如圖7-15所示。圖7-152FSK相干解調(diào)2FSK（雙頻移鍵控）信號的解調(diào)方法還有過零檢測法，因其簡單且高效，常被廣泛使用。圖7-16過零檢測法原理與波形圖3二進制頻移鍵控(2FSK)其中f0=（f1+f2）/2是兩個載頻的中心頻率。這時，典型的功率譜圖如圖7-17所示，展現(xiàn)出2FSK信號頻譜的特點。以下是幾點重要的分析結(jié)果：(1)頻譜組成：2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。離散譜出現(xiàn)在兩個載波頻率f1和f2處，而連續(xù)譜則展現(xiàn)出頻率依賴的形狀。(2)連續(xù)譜的形狀變化：當兩個載頻的頻率差|f2-f1|小于基帶信號帶寬fs時，連續(xù)譜表現(xiàn)為單峰；而當頻率差大于fs時，連續(xù)譜則呈現(xiàn)雙峰形態(tài)。

2.2FSK信號的功率譜與帶寬圖7-172FSK功率譜4二進制相移鍵控（2PSK）4二進制相移鍵控（2PSK）1.基本原理圖7-182PSK編碼與波形圖7-19為示波器顯示的2PSK波形圖中，載波頻率為37KHz，當數(shù)據(jù)為“1”變?yōu)椤?”?時，導致載波信號的相位發(fā)生180度的翻轉(zhuǎn)。圖7-192PSK波形在示波器上的展示而數(shù)字鍵控調(diào)制方式則是通過控制開關(guān)電路來切換載波的相位，如圖7-20（b），雖然實現(xiàn)來相對簡單，但在同步和相位誤差方面可能面臨一定的挑戰(zhàn)，增加系統(tǒng)復雜度和成本。下面做一個簡要介紹。圖7-202PSK調(diào)制原理4二進制相移鍵控（2PSK）載波同步。開關(guān)切換方式的相位調(diào)制可能面臨更大的載波同步挑戰(zhàn)，例如多普勒效應或噪聲導致的失步現(xiàn)象，解調(diào)的準確性依賴更高的同步精度。信號完整性問題。開關(guān)切換可能引入瞬態(tài)變化，導致載波波形出現(xiàn)毛刺或不連續(xù)性，從而影響解調(diào)性能。相位偏移誤差。相比模擬相乘方式，開關(guān)切換更容易因器件不匹配或非理想特性產(chǎn)生額外的相位偏差，影響調(diào)制的準確性。

圖7-202PSK調(diào)制原理4圖7-212PSK解調(diào)原理相干解調(diào)要求接收端恢復的載波必須與接收信號保持嚴格的同頻同相，才能正確解調(diào)出原始信號。然而，在實際應用中，2PSK信號面臨一個顯著的問題——相位模糊。相位模糊是指在2PSK信號的載波恢復過程中，恢復的本地載波與所需的相干載波之間可能存在180°的相位偏差。這種偏差會導致判決器輸出的數(shù)字信號與發(fā)送的二進制基帶信號完全反相，即所謂的“倒π”現(xiàn)象或“反相工作”。這是2PSK方式的一個主要缺點，也是其實際應用較少的主要原因。二進制相移鍵控（2PSK）4二進制相移鍵控（2PSK）

圖7－222PSK信號的功率譜密度2.2PSK信號的功率譜與帶寬二進制差分相位鍵控(2DPSK)55二進制差分相位鍵控(2DPSK)1.基本原理例如，假設數(shù)字信息序列為“101101”，相應的2DPSK信號相位變化可以為以下兩種情況之一：0（參考相位）ππ0ππ0或π（參考相位）00π00π其對應波形如圖7-23所示。圖7-232DPSK波形在2DPSK，參考相位并不是固定的，而是基于前一個碼元的相位，即采用相對相位參考。若相位差Δφ可在0°和180°之間變化(方案A），或在90°和270°之間變化(方案B），則可以表示數(shù)字信息“0”和“1”。圖7-24DPSK原理示意圖采樣“⊕”，表示模2加法，所謂模2加法（即“⊕”操作）是一種二進制運算，和我們常見的異或運算類似。其運算規(guī)則簡單來說就是：0⊕0=00⊕1=11⊕0=11⊕1=05二進制差分相位鍵控(2DPSK)an表示絕對碼，bn是相對碼，而bn?1

是相對碼的上一位。差分編碼的計算方式如下：bn=an⊕bn?1，相應地，差分譯碼是這一過程的逆運算，用于將相對碼還原成絕對碼，公式如下：an=bn⊕bn?1。2DPSK信號的解調(diào)方法主要包括兩種：相干解調(diào)和差分相干解調(diào)。相干解調(diào)的原理如圖7-25所示，包含了相干解調(diào)的基本框圖7-25（a）和各個過程的波形圖7-25（b）。在相干解調(diào)過程中，首先對信號進行相干解調(diào)，從而恢復出相對碼。接著，通過差分譯碼器將相對碼轉(zhuǎn)換回絕對碼，最終還原出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。如果解調(diào)時出現(xiàn)相干載波的相位偏差（例如180°），會使相對碼產(chǎn)生倒置現(xiàn)象。但通過差分譯碼的步驟，可以確保還原出的絕對碼不受這種倒置的影響，圖7-25相干解調(diào)原理和過程中的波形進而有效避免了相位偏差對信號解調(diào)的干擾，使得最終的信號恢復更為準確和可靠。5二進制差分相位鍵控(2DPSK)圖7-26展示了2DPSK信號的差分相干解調(diào)方法（也稱為相位比較法）。差分相干解調(diào)方法，也叫延遲解調(diào)，僅適用于DPSK信號，因為該方法依賴于信號的延遲和相位比較，這在其他類型的調(diào)制方式中可能無法實現(xiàn)。圖7－２62DPSK差分相干解調(diào)器原理和各點波形2.2DPSK信號的功率譜及帶寬B2DPSK=B2PSK=2fs其中，fs

示碼元速率。這一帶寬特性與2ASK信號類似，2DPSK信號的帶寬也是碼元速率大小的兩倍。

6二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率6二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率（1）在數(shù)字調(diào)制信號的解調(diào)過程中，相干解調(diào)技術(shù)相較于非相干解調(diào)技術(shù)，通常能夠提供更低的誤碼率。這一優(yōu)勢主要源于相干解調(diào)能夠更有效地利用信號的相位信息，從而提高了解調(diào)的準確性和可靠性。（2）在相同的信噪比（SNR）條件下，不同數(shù)字調(diào)制方式的誤碼率性能存在差異。具體而言，2PSK（二進制相移鍵控）通常表現(xiàn)出最低的誤碼率，其次是2DPSK（差分相移鍵控），而2FSK（頻移鍵控）和2ASK（振幅鍵控）的誤碼率性能則相對較差。這種差異主要是由于不同調(diào)制方式在信號傳輸和接收過程中的抗噪聲能力不同所致。6二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率（3）在誤碼率相同的情況下，不同數(shù)字調(diào)制方式所需的信噪比存在差異。對于相干解調(diào)而言，達到相同誤碼率的2ASK所需的信噪比比2FSK高出約3dB，而2FSK又比2PSK高出約3dB。類似地，在非相干解調(diào)的情況下，2ASK所需的信噪比比2FSK高出約3dB，而2FSK與2DPSK之間的信噪比差異也呈現(xiàn)出類似的趨勢（盡管具體數(shù)值可能因解調(diào)方式和實現(xiàn)細節(jié)而有所不同）。（4）在高信噪比條件下，相干解調(diào)與非相干解調(diào)之間的誤碼性能差異變得相對較小。這是因為隨著信噪比的增加，噪聲對信號傳輸?shù)挠绊懼饾u減弱，從而使得解調(diào)過程中的相位信息和幅度信息都能夠得到更有效地利用。因此，在高信噪比環(huán)境下，相干解調(diào)和非相干解調(diào)在誤碼率方面的差異不再顯著。7多進制數(shù)字調(diào)制方式7多進制數(shù)字調(diào)制方式1.多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)為了更有效地利用頻帶資源，一個關(guān)鍵的方法是使單個碼元能夠傳輸多個比特的信息。這可以通過采用多進制傳輸來實現(xiàn)。根據(jù)信息傳輸速率公式：Rb=RBlog2M(b/s)（其中Rb是信息傳輸速率，RB是碼元速率，M是進制數(shù)）我們可以看出，在保持碼元速率不變的情況下，通過增加進制數(shù)M，可以顯著提高信息傳輸速率，從而在相同的帶寬內(nèi)傳輸更多的信息。2.多進制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK）一種四進制數(shù)字振幅調(diào)制信號波形如圖7-27所示。圖7-27MASK信號波形

7多進制數(shù)字調(diào)制方式3.多進制數(shù)字頻率調(diào)制（MFSK）MFSK系統(tǒng)帶寬MFSK系統(tǒng)可以看作是M個振幅相同、載波頻率不相容的2ASK信號的疊加。因此，MFSK系統(tǒng)的帶寬可以表示為：

BMFSK?=fM?f1+2fs?其中，fM和f1分別是MFSK信號中的最高和最低頻率分量，fs是碼元速率。由于MFSK信號具有較寬的頻帶，因此它的信道頻帶利用率不高。多進制數(shù)字頻率調(diào)制一般在調(diào)制速率不高的場合應用。4.多進制數(shù)字相位調(diào)制（MPSK）MPSK，即多進制數(shù)字相位調(diào)制，是一種利用載波相位的多種不同狀態(tài)來表征數(shù)字信息的調(diào)制技術(shù)。MPSK信號可以表示為以下形式：eMPSK(t)=Σg(t-nTs)cos(ωct+φn)其中：g（t）為信號包絡波形，通常為矩形波，且幅度為1。7多進制數(shù)字調(diào)制方式Ts為碼元時間寬度。ωc為載波角頻率。φn為第n個碼元對應的相位，共有M種取值。這些相位在星座圖中以0相位載波作為參考相位進行表示，且多個相位通常是等間隔取值。相位配置有兩種常用方式：A方式和B方式，它們在原理上沒有差別，只是實現(xiàn)方法稍有不同，如圖7-29所示。圖7-29MPSK星座圖由于MPSK信號可以看作是M個幅度及頻率相同、初相不同的2ASK信號之和，因此其帶寬與2ASK帶寬相同。具體地，MPSK信號的帶寬可以表示為：BMPSK=2fs當信息速率相同時，M越大（即進制數(shù)越高），功率譜主瓣越窄，從而頻帶利用率就越高。這是因為MPSK信號通過增加相位狀態(tài)數(shù)來表征更多的信息，從而在相同的帶寬內(nèi)傳輸更多的數(shù)據(jù)。在多相移鍵控（MPSK）系統(tǒng)中，最簡單的形式是四相移鍵控（4PSK），因此以4PSK為例來說明MPSK的工作原理。4PSK也稱為正交相移鍵控（QPSK）。QPSK信號的生成方式主要包括正交調(diào)制法、相位選擇法和插入脈沖法等。7多進制數(shù)字調(diào)制方式QPSK通過載波的四種不同相位來表示數(shù)字信息，每個四進制碼元可以用兩個二進制碼元的組合來表示。在此組合中，前一個二進制比特通常用a表示，一個比特用b表示。雙比特組合ab與載波的相位關(guān)系如表7-2所示：表7－2QPSK編碼規(guī)則7多進制數(shù)字調(diào)制方式QPSK（正交相移鍵控）的正交調(diào)制流程如圖7-30（a）所示。該流程開始于輸入二進制數(shù)字基帶信號，其碼元寬度為Ts。通過串并轉(zhuǎn)換，信號被分解為兩路碼元寬度為2T的序列，分別為a和b路信號。波形變換如圖7-30（b），s（t）為輸入信號1001001101，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換，這兩路信號再經(jīng)過單極性到雙極性的轉(zhuǎn)換，形成雙極性二電平的I（t）和Q（t）信號。這里的I（t）表示同相分量，Q（t）表示正交分量。然后，這兩路信號分別與兩個相互正交的載波進行調(diào)制（通常是正交的正弦和余弦載波）。最終，將調(diào)制后的信號相加，即可得到QPSK信號，在此過程中，I（t）和Q（t）的典型波形表現(xiàn)為不同相位的雙極性脈沖序列，其值對應相位關(guān)系。通過這種方法，每個QPSK碼元都能夠攜帶兩個比特的信息，從而實現(xiàn)更高的頻譜效率和抗干擾性能。圖7-30正交調(diào)制法產(chǎn)生QPSK信號7多進制數(shù)字調(diào)制方式QPSK也可采用相位選擇法實現(xiàn)，其原理框圖如圖7-31所示，載波產(chǎn)生器產(chǎn)生4種相位的載波，輸入的二進制基帶信息經(jīng)串并變換成兩路信號，經(jīng)邏輯選相電路，每次選擇其中一種相位作為輸出，QPSK信號可以看作是兩個正交載波組成的2PSK信號的組合。圖7-31相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號QPSK信號的解調(diào)過程與2PSK信號的解調(diào)方法相似，主要通過對同相支路和正交支路分別進行解調(diào)，恢復出原始信息。具體的解調(diào)過程如圖7-32所示：QPSK信號首先經(jīng)過同相（I）支路和正交（Q）支路，這兩個支路分別采用相干解調(diào)方式進行解調(diào)。每個支路提取出相應的信號成分，即同相分量I(t)和正交分量Q(t)。接下來，通過抽樣判決方法對信號進行判決，確定每個符號的比特值。圖7-32QPSK信號相干解調(diào)原理圖7多進制數(shù)字調(diào)制方式在抽樣判決后，得到的并行數(shù)據(jù)會通過并串轉(zhuǎn)換將其恢復成串行數(shù)據(jù)。這一過程完成了QPSK信號的解調(diào)，成功恢復了原始的二進制信息。5.正交振幅調(diào)制(QAM)在數(shù)字通信中，正交振幅調(diào)制（QAM）是一種常用的調(diào)制方式，它結(jié)合了振幅和相位調(diào)制，以充分利用信號平面的空間。通過星座圖，我們可以直觀地觀察到QAM信號矢量端點的分布情況。單獨使用振幅調(diào)制（如MASK）時，信號的矢量端點僅分布在一條軸線上，這導致信號平面的利用率較低。同樣地，單獨使用相位調(diào)制（如MPSK）時，信號的矢量端點則分布在一個圓周上，雖然利用了相位信息，但仍然未能充分利用整個信號平面。隨著進制數(shù)M的增大，MASK和MPSK信號的矢量端點之間的最小距離會減小，這會導致信號判決區(qū)域減小，從而使信號更容易受到噪聲和干擾的影響，接收信號的誤碼率也會隨之增大。為了克服這一局限性，QAM調(diào)制方式被提出。QAM充分利用整個信號平面，將矢量端點重新合理地分布在整個平面上。這樣不僅可以增大矢量端點之間的最小距離，還可以提高信號的抗干擾能力。7多進制數(shù)字調(diào)制方式為了說明QAM調(diào)制方式的思路，我們可以參考圖7-33，該圖展示了16PSK和16QAM的星座圖。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，16PSK的矢量端點分布在一個圓周上，而16QAM的矢量端點則分布在整個平面上，形成了一個密集的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。這種分布方式使得16QAM具有更高的空間利用率和更好的抗干擾性能。在數(shù)字通信中，將振幅和相位信息同時用于調(diào)制的鍵控方式稱為幅相鍵控（APK）。我們可以將其理解為一種更廣義的調(diào)制方式，它包括了QAM以及其他可能同時利用振幅和相位的調(diào)制方法。在實際應用中，QAM是最常見的幅相鍵控調(diào)制方式之一。圖7－3316PSK和16QAM的星座圖正交振幅調(diào)制（QAM）是一種特殊的APK調(diào)制方式，它利用兩個獨立的基帶信號（或?qū)⒁宦犯咚傩盘柗殖啥罚蓚€相互正交的同頻率載波進行對稱雙邊帶調(diào)制，然后將它們合成得到QAM信號。7多進制數(shù)字調(diào)制方式為了直觀地描述QAM信號的信號空間分布狀態(tài)，我們可以使用星座圖。星座圖是信號矢量端點的分布圖，它展示了不同符號對應的信號點在復平面上的位置。對于16QAM（即M=16的QAM）來說，有多種分布形式的信號星座圖。其中，兩種具有代表性的信號星座圖如圖7-34所示。在圖7-34（a）中，信號點的分布呈方形，因此被稱為方形16QAM星座圖。這種分布方式使得信號點之間的最小距離最大化，從而提高了信號的抗干擾能力和傳輸效率。在圖7-34（b）中信號點的分布成星型，故稱為星型16QAM星座。

圖7－3416QAM

的星座圖QPSK信號作為QAM信號的特例，在信號表示中，若相位值θk?僅可以取π/4?和?π/4?，振幅值Ak?僅可以取+A和?A，則此QAM信號就成為QPSK（QuadraturePhaseShiftKeying，正交相移鍵控）信號。因此，QPSK信號可以被視為一種最簡單的QAM信號，其中振幅保持不變，僅通過改變相位來傳輸信息。7多進制數(shù)字調(diào)制方式對于MQAM（M-aryQuadratureAmplitudeModulation，M進制正交振幅調(diào)制）信號，當M取不同值時，其星座圖會呈現(xiàn)出不同的形狀。圖7-35展示了M取不同值時MQAM信號的星座圖。當M=4時，星座圖是一個簡單的正方形，每個頂點代表一個符號，共有4個符號，每個符號攜帶2個比特信息。當M=16時，星座圖仍然是一個矩形，但此時矩形內(nèi)包含了更多的點，共有16個符號，每個符號攜帶4個比特信息。當M=64時，雖然圖中未直接展示，但根據(jù)規(guī)律，我們可以推斷其星座圖仍然是一個矩形，且包含64個符號，每個符號攜帶6個比特信息。當M=256時，星座圖同樣是一個矩形，包含256個符號，每個符號攜帶8個比特信息。圖7-35MQAM星座圖7多進制數(shù)字調(diào)制方式值得注意的是，當M為2的偶次方時（如4、16、64、256），星座圖呈現(xiàn)為矩形。這是因為每個符號攜帶的比特信息數(shù)為偶數(shù)，可以方便地通過振幅和相位的組合來表示。然而，當M為2的奇次方時（如32、128等），星座圖則呈現(xiàn)為十字形。這是因為每個符號攜帶的比特信息數(shù)為奇數(shù)，此時需要通過更復雜的振幅和相位組合來表示。盡管十字形星座圖在視覺上可能不如矩形直觀，但它仍然能夠有效地傳輸信息。綜上所述，MQAM信號的星座圖不僅與M的取值有關(guān)，還與每個符號攜帶的比特信息數(shù)（即M的二進制對數(shù)）有關(guān)。通過合理設計星座圖，可以優(yōu)化MQAM信號的傳輸性能和抗干擾能力。6.正交頻分復用(OFDM)正交頻分復用（OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）是一種高效的調(diào)制技術(shù)，它采用并行方式傳輸數(shù)據(jù)。在OFDM系統(tǒng)中，高速率的數(shù)據(jù)流首先經(jīng)過串并變換，被分割成若干路速率相對較低的并行數(shù)據(jù)流。然后，每路低速率的數(shù)據(jù)流采用一個獨立的載波進行調(diào)制，這些載波在頻域上是相互正交的，基本原理如圖7-36所示。7多進制數(shù)字調(diào)制方式由于每個載波在一個符號時間內(nèi)有整數(shù)個載波周期，且每個載波的頻譜零點和相鄰載波的零點重疊，因此可以減小載波間的干擾。這種子載波間的1/2重疊但保持正交高頻譜效率，使得OFDM比傳統(tǒng)的FDMA提高了頻帶利用率，OFDM的調(diào)制和解調(diào)分別基于IFFT和FFT來實現(xiàn)，也降低了實現(xiàn)復雜度。圖7-36OFDM原理框圖OFDM信號的頻譜結(jié)構(gòu)如圖7-37所示。在OFDM中，由于子載波間的正交性，它們可以在頻譜上緊密地排列而不會相互干擾。這種特性使得OFDM能夠在有限的頻譜資源內(nèi)傳輸更多的數(shù)據(jù)。圖

7-37OFDM信號頻譜結(jié)構(gòu)7多進制數(shù)字調(diào)制方式OFDM技術(shù)的發(fā)展可以追溯到20世紀70年代，當時韋斯坦和艾伯特等人應用離散傅里葉變換（DFT）和快速傅里葉方法（FFT）研制了一個完整的多載波傳輸系統(tǒng)，即正交頻分復用（OFDM）系統(tǒng)。然而，由于當時數(shù)字處理功能強大的元器件缺乏，OFDM技術(shù)并沒有得到迅速發(fā)展。進入20世紀80年代后，隨著大規(guī)模集成電路和FFT技術(shù)的快速發(fā)展，OFDM技術(shù)再次成為研究熱點。人們開始研究如何將OFDM技術(shù)應用于各種通信系統(tǒng)，如有線信道、陸地移動通信、高速數(shù)字用戶環(huán)路（HDSL）、非對稱數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）以及高清晰度數(shù)字電視（HDTV）等。到了90年代，OFDM技術(shù)的應用范圍進一步擴大，包括無線局域網(wǎng)標準IEEE802.11a和寬帶射頻接入網(wǎng)的局域網(wǎng)標準HiperiLAN2等都將OFDM定為調(diào)制標準技術(shù)。目前，OFDM技術(shù)已經(jīng)成為4GLTE技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，并在5G通信中繼續(xù)發(fā)揮著重要作用。它以其高頻譜效率、抗多徑干擾和實現(xiàn)復雜度低等優(yōu)點，在無線通信領域得到了廣泛應用。8

實驗6FSK（ASK）調(diào)制解調(diào)實驗8實驗6FSK（ASK）調(diào)制解調(diào)實驗1.分析ASK（或FSK）輸出數(shù)字基帶信號序列與發(fā)送數(shù)字基帶信號序列相比有否產(chǎn)生延遲？輸入輸出信號沒有幀同步位，怎樣識別輸入和其對應的輸出序列。2.這種解調(diào)方式在什么情況下會出現(xiàn)解調(diào)輸出的數(shù)字基帶信號序列反向的問題?3.在FSK（或ASK）調(diào)制中，如果碼元周期不是載波周期的整數(shù)倍，對已調(diào)信號的波形會有怎樣的影響。七、實訓的答疑解惑9習

題9習題1.

2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波______變化傳遞數(shù)字信息。A.相對相位B.相對頻移C.絕對相位D.絕對頻移2.

二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中,每個碼元傳輸______信息。A.1比特B.2比特C.3比特D.4比特3.

在誤碼率相同的條件下,三種數(shù)字調(diào)制方式之間抗干擾性能好壞的關(guān)系為A.2ASK＞2FSK＞2PSKB.2PSK＞2FSK＞2ASKC.2FSK＞2PSK＞2ASKD.2PSK＞2ASK＞2FSK4.

實現(xiàn)相干解調(diào)的關(guān)鍵是要求接收端提供一個與調(diào)制載波嚴格同步的______。A.基帶信號B.同步檢波C.已調(diào)信號D.相干載波一、選擇題9習題5.

過零檢測法可以適用于______信號的解調(diào)。A.2ASKB.2FSKC.2PSKD.2DPSK6.

2ASK信號的帶寬是基帶信號帶寬的______倍。A.1B.1.5C.0.5D.27.

已知某2ASK系統(tǒng)的碼元傳輸速率為1200Baud，載頻為2400Hz，在傳輸時,一個碼元周期內(nèi)有______個載波周期?A.1B.2C.0.5D.48.

2FSK是用靠近載波的兩個不同______表示兩個二進制數(shù)。A.幅度B.頻率C.相位D.時間9習題9.

某矩形包絡相位不連續(xù)的2FSK系統(tǒng),已知碼元速率為1000Baud,載波頻率分別為2000Hz及4000Hz,則傳輸此2FSK信號所需的最小信道帶寬為______A.2000HzB.4000HzC.2400HzD.3000Hz10.

在二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中,抗噪聲性能最好的是______。A.2DPSKB.2FSKC.2ASKD.2PSK11.

數(shù)字調(diào)制是指把數(shù)字______信號變換為數(shù)字______信號的過程。A.頻帶、基帶B.基帶、頻帶C.頻帶、帶通D.以上答案均不對12.

數(shù)字信號一般有兩種傳輸方式:______A.基帶傳輸、頻帶傳輸B.上行傳輸、下行傳輸C.單向傳輸、雙向傳輸D.以上答案均不對9習題13.

矩形包絡2FSK信號,載波頻率分別為800Hz和1800Hz,若傳碼率為400波特,則該FSK系統(tǒng)的頻帶利用率為______。A.2Baud/HzB.1Baud/HzC.2/9Baud/HzD.4/9Baud/Hz14.

使用數(shù)字鍵控法產(chǎn)生2ASK信號時,其開關(guān)電路受______控制。A.載波信號振幅B.載波信號頻率C.二進制基帶信號振幅D.二進制基帶信號頻率15.

假設采用矩形成形的相位不連續(xù)的2FSK信號信息速率Rb=300b/s,載波頻率分別為980Hz和2180Hz,則該2FSk信號的譜零點帶寬為______。A.1800HzB.900HzC.1500HzD.1150Hz9習題16.若2FSK系統(tǒng)的碼元傳輸速率為2000Baud,數(shù)字信息“1”時頻率f1為10kHz,數(shù)字信息為“0”時頻率f2為10.4kHz,則其信號的頻帶寬度為()。A.4KHzB.20.8KHzC.4.4KHzD.20KHz17.

下列幾種調(diào)制方式中,屬于相位調(diào)制的是______。A.調(diào)頻(FM)B.調(diào)相(PM)C.脈沖位置調(diào)制(PPM)D.相位鍵控(PSK)18.

2ASK、2PSK、2FSK和2DPSK等四種調(diào)制方式中,可以采用非相干解調(diào)的是______。A.2ASKB.2PSKC.2FSKD.2DPSK19.

下列關(guān)于數(shù)字信號傳輸方式的描述,正確的是______。A.數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸兩種主要方式。B.實際應用中很多信道具有帶通特性,此時不適宜采用基帶傳輸。C.數(shù)字調(diào)制過程是利用載波參數(shù)控制數(shù)字基帶信號。D.數(shù)字調(diào)制中的調(diào)制信號為數(shù)字基帶信號。9習題1.

2PSK信號在接收端可能產(chǎn)生載波相位翻轉(zhuǎn),發(fā)生對信號的錯誤解調(diào),這種現(xiàn)象稱為_____,從而采用_____方法進行調(diào)制,避免該現(xiàn)象的影響。2.

2ASK是利用代表數(shù)字信息的“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的波,使載波_______輸出。3.

2ASK的解調(diào)方法有________和________。4.

2ASK信號的產(chǎn)生方法是________和________。5.

2ASK信號的頻帶利用率是________。6.

2FSK信號解調(diào)常用的三種方法是__