1、第四章數(shù)字調(diào)制傳輸，所謂調(diào)制就是根據(jù)調(diào)制信號(基帶信號)的變化率來改變載波的某些參數(shù)的過程。調(diào)制信號控制載波參數(shù)的形式可分為：幅度調(diào)制：調(diào)制信號改變載波信號的幅度參數(shù)；調(diào)頻：調(diào)制信號改變載波信號的頻率參數(shù)；相位調(diào)制：調(diào)制信號改變載波信號的相位參數(shù)。所謂調(diào)制是根據(jù)調(diào)制信號(基帶信號)的變化率來改變載波信號的一些參數(shù)的過程。根據(jù)調(diào)制信號控制載波參數(shù)的形式，可分為：調(diào)幅：調(diào)制信號改變調(diào)幅參數(shù)調(diào)頻；改變頻率參數(shù)相位調(diào)制的調(diào)制信號；調(diào)制信號改變載波信號的相位參數(shù)，在通信系統(tǒng)中起著非常重要的作用。它可以移動頻譜，并將基帶信號傳輸?shù)剿璧念l段進(jìn)行傳輸。它廣泛應(yīng)用于無線數(shù)字通信(如衛(wèi)星通信、移動通信等)。)和

2、有線通信。模擬調(diào)制、4.1數(shù)字調(diào)制的基本原理(如四進(jìn)制調(diào)幅)和數(shù)字調(diào)制可以看作是從M進(jìn)制符號集到由M個載波組成的載波集的映射。載波集可以由m個不同幅度的正弦波、m個不同頻率的正弦波和m個不同相位的正弦波組成。0，1，2，3，如四進(jìn)制調(diào)幅，00，01，10，11，01，1，an 10110100，2ask，2fsk，2psk，4.1，數(shù)字調(diào)制的基本原理，二進(jìn)制調(diào)制信號波形，載波集可以由m個不同幅度的正弦波、m個不同頻率的正弦波和m個不同相位的正弦波組成。數(shù)字符號序列控制一個開關(guān)，該開關(guān)可以從載波(即所選載波)輸出。這種開關(guān)控制方法稱為鍵控法，所以數(shù)字信號的幅度調(diào)制通常稱為幅度鍵控ASK；數(shù)字信號

3、的頻率調(diào)制稱為頻移鍵控；數(shù)字信號的相位調(diào)制稱為頻移鍵控。使用多系統(tǒng)可以提高頻帶利用率。當(dāng)二進(jìn)制序列要被調(diào)制為M時，有必要將該序列轉(zhuǎn)換為M調(diào)制，然后對其進(jìn)行調(diào)制。也就是說，k個二進(jìn)制位代表一個m進(jìn)制符號。K=log2M。例如，載波集可以由m個振幅不同的正弦波組成。對于二進(jìn)制調(diào)制，M=2，載波集中只有兩個元素，可以形成相應(yīng)的二進(jìn)制調(diào)幅2ASK、調(diào)頻2FSK和調(diào)相2PSK波形，如圖所示。4.2數(shù)字調(diào)制方式和調(diào)制信號的頻譜特性，4.2.1數(shù)字調(diào)制信號的頻譜分析，平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜密度是其自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換，計算隨機(jī)信號的自相關(guān)函數(shù)，將調(diào)制信號或基帶信號視為平穩(wěn)隨機(jī)信號，計算隨機(jī)信號的功率譜函數(shù)，

4、一般調(diào)制信號的功率譜，傅里葉變換，一般調(diào)制信號，V(t)作為調(diào)制信號， 是一個平穩(wěn)隨機(jī)信號，在(0，2)上具有均勻分布V (t)和獨(dú)立平穩(wěn)隨機(jī)過程EV(t1)V(t2)=RV()=t2-t1，調(diào)制信號的功率譜函數(shù)，調(diào)制信號的自相關(guān)函數(shù)，=0，正交調(diào)制信號，Vi(t)它們均勻分布在(0，2)上，與Vi(t)和Vq(t)無關(guān)。 正交調(diào)制信號的自相關(guān)函數(shù)，正交調(diào)制信號的功率譜，正交調(diào)制信號，Vi(t)和Vq(t)是聯(lián)合平穩(wěn)和統(tǒng)計獨(dú)立的調(diào)制信號，并且EVi(t) Vq(t)=0。均勻分布在(0，2)上，正交調(diào)制信號的自相關(guān)函數(shù)，正交調(diào)制信號的功率譜，M元基帶數(shù)字信號，基帶數(shù)字信號的自相關(guān)函數(shù)、和是具有

5、彼此獨(dú)立的平穩(wěn)隨機(jī)符號序列g(shù)(t)的時間寬度Ts的脈沖，基帶數(shù)字信號的功率譜、連續(xù)譜、離散譜。安是數(shù)字調(diào)制的基本原理，其中相互獨(dú)立的平穩(wěn)隨機(jī)符號序列g(shù)(t)是基帶數(shù)字信號的時寬Ts、連續(xù)譜、離散譜、功率譜、和4.1的脈沖。數(shù)字調(diào)制可以看作是從多進(jìn)制符號集到由多載波組成的載波集的映射。載波集可以由m個不同幅度的正弦波、m個不同頻率的正弦波和m個不同相位的正弦波組成。前一課的重點(diǎn)，第4章數(shù)字調(diào)制傳輸，上邊帶，下邊帶，4.2數(shù)字調(diào)制方式和調(diào)制信號的頻譜特性，4.2.1數(shù)字調(diào)制信號的頻譜分析，V(t)是調(diào)制信號，它是一個平穩(wěn)的隨機(jī)信號，均勻分布在(0，2)上，相互獨(dú)立，前一課的重點(diǎn)，前一課的重點(diǎn)，VI

6、它們均勻分布在(0，2)上，與Vi(t)和Vq(t)無關(guān)。an是在平穩(wěn)隨機(jī)符號序列g(shù)(t)中具有時間寬度Ts的脈沖，它們彼此獨(dú)立，連續(xù)譜，離散譜，其中ma是數(shù)字信號的平均值，a2是數(shù)字信號的方差，前一課的重點(diǎn)，4.2數(shù)字調(diào)制方法和調(diào)制信號的譜特性，4.2.2幅度調(diào)制方法，1 2 0 3 2 0，幅度調(diào)制方法：攜帶載波幅度的所有信息。m元ASK的調(diào)制信號值屬于集合0、1、2、m-1；Ts是符號間隔；G(t)是寬度為Ts的單極矩形脈沖。調(diào)幅方法攜帶了載波振幅的所有信息。通常，多進(jìn)制ASK波形具有M個振幅值(包括零振幅狀態(tài))。振幅值集是0、1、2和M-1。M元ASK的調(diào)制信號可以表示為，其中一個值屬

7、于集合0，1，2，M-1，Ts為符號間隔，g(t)為單極性不歸零矩形脈沖，寬度為Ts?？傊?，s(t)是一個單極數(shù)字信號。ASK信號的功率譜分析，連續(xù)譜，離散譜，是一個具有獨(dú)立樣本的平穩(wěn)隨機(jī)序列，每個符號以相等的概率出現(xiàn)。m波段數(shù)字信號的均值、方差、功率譜、傳輸帶寬Bt fs m波段數(shù)據(jù)速率r=fs=1/Ts二進(jìn)制數(shù)據(jù)速率rb=r log2M波段利用率rb /BT=log2M比特/(s Hz)，帶寬定義：信號帶寬：一般指信號能量集中的帶寬，通過幅頻特性將帶寬減小到中頻的0，707倍。信道帶寬：傳輸信道(包括發(fā)送和接收濾波器)占用的寬度，帶外信號要求為0。以便避免對其他頻帶中的信道的干擾。數(shù)字信號

8、可以通過發(fā)射和接收濾波器傳輸信號的主要能量，而不影響接收端的判決。例如，脈沖信號d(t)，頻譜D(w)=1，只要發(fā)射和接收濾波器被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計成滿足奈奎斯特定理，原始信號就可以在接收端恢復(fù)。當(dāng)計算頻帶利用率時，信號帶寬通常用于信號頻譜，但是信道帶寬用于發(fā)送和接收濾波器頻帶。二進(jìn)制ASK的頻帶利用率為rb /BT=log2M比特/(秒赫茲)=1比特/(秒赫茲)，非常差，不利于高速數(shù)據(jù)輸出和傳輸。傳輸用于數(shù)十至數(shù)百位的數(shù)據(jù)速率。2ASK的實(shí)現(xiàn)、2ASK的解調(diào)、相干解調(diào)必須是載波同步的，即接收機(jī)需要提取具有相同頻率和相位的載波。當(dāng)=/2時，輸出為0?？梢钥闯?，相干解調(diào)必須實(shí)現(xiàn)載波同步，即提取具有相同頻

9、率和相位的載波。所以它很少用于2ASK。相干解調(diào)、低通濾波器輸出、低通濾波器輸出、二進(jìn)制QAM(4QAM)調(diào)制、正交調(diào)幅QAM、4QAM解調(diào)，另一種使用正交載波對兩個信號進(jìn)行ASK調(diào)制的調(diào)幅技術(shù)，是一種節(jié)省頻帶的數(shù)字調(diào)幅方法。相干解調(diào)需要載波同步，即以相同的頻率和相位載波進(jìn)行解調(diào)，否則解調(diào)結(jié)果會反相。多進(jìn)制正交調(diào)幅調(diào)制解調(diào)，正交調(diào)幅正交調(diào)幅，其調(diào)制過程表明，正交調(diào)幅信號可以看作是兩個正交調(diào)幅信號的疊加。它與ASK信號占用的帶寬是一致的，但是它的速度加倍，頻帶利用率加倍。但與單邊帶ASK信號相比，其頻譜效率相當(dāng)。在幅度調(diào)制模式下，如果兩個信號分別由正交載波進(jìn)行ASK調(diào)制，將形成另一種幅度調(diào)制技術(shù)

10、，即正交幅度調(diào)制兩個獨(dú)立的基帶信號是x(t)和y(t)，它們分別乘以載波cosc和sinc，然后相加得到QAM信號，這被稱為正交幅度調(diào)制，因?yàn)檩d波cosc和-sinc之差為90。如果xk和yk都是二進(jìn)制數(shù)，則得到二進(jìn)制QAM(4QAM)。4QAM正交幅度調(diào)制和解調(diào)的框圖如圖所示。低通濾波器輸出，如果xk和yk是M進(jìn)制數(shù)，則得到M進(jìn)制QAM。例如，四進(jìn)制、八進(jìn)制和多進(jìn)制的原理框圖如圖所示。正交調(diào)幅解調(diào)、低通濾波器輸出、相干解調(diào)必須是載波同步的，即同頻同相載波解調(diào)。否則，解調(diào)結(jié)果將被反轉(zhuǎn)。也就是說，相干解調(diào)存在相位模糊的問題。(稍后討論)、矢量圖、4qam、星座圖、A路、B路、16QAM、星座圖，

11、可以看出相鄰點(diǎn)之間的距離相等，表明相鄰電平之間的間隔相同，當(dāng)發(fā)射信號的總功率不變時，可以盡可能降低采樣判斷的錯誤率。兩點(diǎn)之間的距離越大，誤判的概率就越小。但是所需的信號功率越大(兩個向量的模)。，16QAM，矢量圖(星座圖)，采用雙極性信號調(diào)制，QAM信號可視為兩個正交抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號的疊加。抑制載波會降低信號傳輸功率。并且具有較高的功率效率。如果(xk，yk)被看作二維空間中的一個向量，那么QAM信號就可以用信號空間中的向量來表示，這就叫做矢量圖。如果用矢量的端點(diǎn)來表示，它們就叫做星座。4QAM信號的矢量圖(星座圖)。16QAM信號的矢量圖(星座圖)。如果兩條路徑的M進(jìn)制碼用交替標(biāo)記

12、反轉(zhuǎn)表示，則振幅分別為1、3。此時16QAM信號的矢量圖(星座圖)。從圖中可以看出，相鄰點(diǎn)之間的距離相等，表明相鄰電平之間的間隔相同，這可以在發(fā)射信號的總功率不變的情況下，使采樣判決的誤碼率最小。兩點(diǎn)之間的距離越大，誤判的概率就越小。但是所需的信號功率越大(兩個向量的模)。調(diào)制過程表明，正交調(diào)幅信號可以看作是兩個正交調(diào)幅信號的疊加。它與ASK信號占用的帶寬是一致的，但是它的速度加倍，頻帶利用率加倍。但與單邊帶ASK信號相比，其頻譜效率相當(dāng)。如果采用雙極性信號調(diào)制，QAM信號可以看作是兩個正交抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號的疊加。抑制載波會降低信號傳輸功率。并且具有較高的功率效率。載波的不同相位代表不

13、同的數(shù)字符號，4.2數(shù)字調(diào)制方式和調(diào)制信號的頻譜特性，4.2.3相位調(diào)制方式，矢量圖(星座圖)，MPSK信號可視為雙極性多電平信號，分別調(diào)制兩個正交載波的幅度。矢量圖(星座圖)，0、0、1、I、q、MPSK信號可視為雙極多電平信號，分別調(diào)制兩個正交載波的幅度。矢量圖(星座圖)，0、0、1、I、q、MPSK信號可視為雙極多電平信號，分別調(diào)制兩個正交載波的幅度。PSK信號(M4、M2)的功率譜分析，基帶信號的均值、方差、功率譜，PSK譜與ASK譜相同，但沒有離散的載波分量。MPSK信號可視為雙極性多電平信號，它分別對兩個正交載波進(jìn)行幅度調(diào)制。載波代表不同相位的不同數(shù)字符號。多進(jìn)制PAK信號可以表示

14、為：為了保證給定的m值實(shí)現(xiàn)最大可能的相位調(diào)制，取歸一化的A=1，并擴(kuò)展上述公式，由此可見，MPSK信號可以視為兩個正交載波的多級雙頻ASK調(diào)制。也就是說，雙極多電平信號分別對兩個正交載波進(jìn)行幅度調(diào)制。上面的公式表明，MPSK可以通過QAM來實(shí)現(xiàn)，但同相基帶信號Ik和正交基帶的電平當(dāng)M4、M2、PSK具有與ASK相同的頻帶利用率，而PSK具有與ASK相同的頻帶利用率而沒有離散載波分量解調(diào)時，Rb /BT=log2M比特/(秒赫茲)。此時，2PSK只有同相分量，相當(dāng)于雙極碼調(diào)制的2ASK，實(shí)現(xiàn)框圖如投影圖所示。如果=0，那么k=ak=0或?qū)崿F(xiàn)，2PSK，交替標(biāo)記反轉(zhuǎn)，1 0 1 1 0 1 0 0

15、，ak，載波，2PSK信號，實(shí)現(xiàn)，2PSK解調(diào)，11010100，2PSK信號，載波，輸出信號，低通輸出2PSK解調(diào)，001011，相位模糊，2PSK解調(diào)必須采用相干解調(diào)，因?yàn)樗且种戚d波的雙邊帶調(diào)制，而且它的包絡(luò)不再反映調(diào)制信息。然而，相干解調(diào)載波是從接收的調(diào)制信號中提取的，這導(dǎo)致相位模糊度為0或0。因此，解調(diào)信號0和1被反轉(zhuǎn)。例如，ak=1，k=，ik=-1；Ak=0，k=0，Ik=-1，調(diào)制，cosct相干解調(diào)，低通輸出為，cos(ct)相干解調(diào)，低通輸出為，即k=0，Ik=-1，AK=1；而k=，Ik=1，ak=0。與原始調(diào)制信號的0和1相反。1 0 1 1 0 1 0、絕對相位調(diào)制2PSK、相對相位調(diào)制2PSK、雙相調(diào)制(BPSK)、110100，為了克服相位模糊的問題，可以采用差分編碼和差分相移。也就是說，每個符號的載波相位不是指固定相位，而是指前一個符號的相位。例如，當(dāng)當(dāng)前符號為“1”時，載波的相位相對于前一符號的相位而改變；當(dāng)符號為“0”時，載波相位與前一個符號相同。絕對碼ak、相對碼dk和DK、2DPSK的實(shí)現(xiàn)，差分編碼的規(guī)則如下：為了克服相位模糊的問題，可以采用差分編碼和差分相移。也就是說，每個符號的載波相位不