ch5(3)_多進(jìn)制調(diào)制技術(shù).ppt

1、5.4 多進(jìn)制調(diào)制技術(shù),5.4 多進(jìn)制調(diào)制技術(shù) 5.4.1 多進(jìn)制幅度調(diào)制技術(shù) 5.4.2 多進(jìn)制頻率調(diào)制技術(shù) 5.4.3 多進(jìn)制相位調(diào)制技術(shù) 5.5 現(xiàn)代調(diào)制技術(shù) 5.5.1 抑制載波的雙邊帶調(diào)制(DSB) 5.5.2 正交幅度調(diào)制（QAM） 5.5.3 幅度相位混合調(diào)制(APK) 5.5.4 最小頻移鍵控(MSK),5.4 多進(jìn)制調(diào)制技術(shù),多進(jìn)制調(diào)制信號(hào)是指狀態(tài)數(shù)目M大于2的已調(diào)信號(hào)，又稱(chēng)為多元調(diào)制信號(hào)。 在二進(jìn)制載波數(shù)字調(diào)制中，基帶數(shù)字信號(hào)只有兩種狀態(tài)1,0或+1,-1，所以一個(gè)碼元只攜帶一比特信息。 在多進(jìn)制系統(tǒng)中，一位多進(jìn)制（M進(jìn)制）符號(hào)代表若干位二進(jìn)制符號(hào)，所以一個(gè)碼元攜帶log2

2、M比特信息。,多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。 （1）在相同的傳碼率條件下，多進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)的信息速率高于二進(jìn)制系統(tǒng)； （2）在相同的信息率條件下，多進(jìn)制的信道傳碼率比二進(jìn)制低，可減小信道帶寬，并且使多進(jìn)制信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間要比二進(jìn)制的寬。碼元寬度的增加可增加碼元能量，有利于提高通信系統(tǒng)的可靠性。,5.4 多進(jìn)制調(diào)制技術(shù),5.4.1 多進(jìn)制幅度調(diào)制技術(shù) 5.4.2 多進(jìn)制頻率調(diào)制技術(shù) 5.4.3 多進(jìn)制相位調(diào)制技術(shù),5.4.1 多進(jìn)制幅移鍵控,多進(jìn)制幅移鍵控：MASK（Multiple Amplitude Shift Keying） 多進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制是用具有多個(gè)電平的隨機(jī)基帶脈沖序列對(duì)載波進(jìn)行

3、振幅調(diào)制，又稱(chēng)為多電平調(diào)制。,1.M電平調(diào)制信號(hào),一、M電平調(diào)制信號(hào) SM(t)=,SM(t)=,2. 調(diào)制與解調(diào),1。產(chǎn)生方法：與2ASK相同， （1）乘法器 （2）通斷法 2。解調(diào)：非相干解調(diào)和相干解調(diào) 信號(hào)波形：圖5.23,5.4.2、多進(jìn)制頻率鍵控調(diào)制（MFSK）,多進(jìn)制頻率鍵控調(diào)制用M個(gè)頻率不同的正弦波分別表示M進(jìn)制信號(hào)的各個(gè)符號(hào)，在某一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)只發(fā)送其中一個(gè)頻率。,1。生成電路,2. MFSK信號(hào)的解調(diào),既可采用相干解調(diào)法，也可采用非相干解調(diào)法。,用這種方式產(chǎn)生的MFSK信號(hào)可看做是M個(gè)振幅相同、頻率不同、時(shí)間上互不相容的2FSK信號(hào)的疊加。因此其帶寬為 BW=（fH-fL）+

4、Nbaud (5.31) 式中， fH是最高載波頻率， fL是最低載波頻率。,5.4.3 多進(jìn)制相位調(diào)制(MPSK),多進(jìn)制相位調(diào)制：提高頻帶利用率通常采用多進(jìn)制移相調(diào)制，利用正弦載波的多個(gè)相位狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)表示M進(jìn)制中每一種碼元組合，分絕對(duì)調(diào)相和相對(duì)調(diào)相兩種。 實(shí)際傳輸系統(tǒng)常用的是四相調(diào)制和八相調(diào)制。,MPSK信號(hào)的表示,MPSK信號(hào)的表示,Cos(A+B)=cosAcosB-sinAsinB,MPSK信號(hào)的表示,MPSK信號(hào)可以看成兩個(gè)正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)幅所得已調(diào)波之和,多進(jìn)制移相調(diào)制中，若M的值越大，則相鄰兩個(gè)碼元的相位差 的值越小，接收解調(diào)時(shí)區(qū)分相位就越困難，失誤率增高，可靠性降

5、低，所以實(shí)際傳輸系統(tǒng)常用的是四相調(diào)制和八相調(diào)制。例如，電話網(wǎng)中的Modem中采用8DPSK，衛(wèi)星通信中采用4DPSK，32DPSK和64DPSK等。,(1)表示方法 用4種不同相位表示數(shù)字信息，載波的每一相位代表兩比特信息，因此數(shù)字信息的每一個(gè)碼元稱(chēng)為雙比特碼元。,1.4PSK,（2）數(shù)學(xué)表達(dá)式 （5.47） 式中an=cosn,bn=sinn，n=1,2,3,4。,（1）正交調(diào)相法：,串/并變換,單/雙極性變換,單/雙極性變換,11 01,B,A,10,11,cos(w0t),/2相移,sin(w0t),4PSK,矢量圖,（2）4PSK信號(hào)的產(chǎn)生（調(diào)制）,由MPSK達(dá)式可知，4PSK信號(hào)實(shí)際

6、上是兩個(gè)正交的2PSK信號(hào)的疊加,（2）相位選擇法：,解調(diào)：正交相干解調(diào)法（又稱(chēng)極性比較法），如圖所示,乘法器,輸出,并/串轉(zhuǎn)換,載波發(fā)生器,+/2,cos(w0t),-sin(w0t),乘法器,LPF,LPF,抽樣判決器,抽樣判決器,定時(shí)抽樣,BPF,4PSK 信號(hào),X(t),y(t),XA(t),yB(t),A,B,AB,（3）4PSK信號(hào)的解調(diào),xA(t)= cosn yB(t)= sinn,4PSK信號(hào)解調(diào)時(shí)抽樣判決器判決標(biāo)準(zhǔn)：,4PSK信號(hào)的解調(diào),四相相對(duì)調(diào)制，前后碼元的相位差表示數(shù)據(jù)信息，若以前的碼元相位作為參考相位并令 為本碼元初相位與前一碼元的初相差，則雙比特碼元與載波相位關(guān)系

7、：,2. 4DPSK信號(hào),調(diào)制：,(1)4DPSK信號(hào)的調(diào)制,B,D,A,解調(diào) 極性比較法,并/串變換,碼變換,4PSK極性 比較法解 調(diào)電路,4DPSK信號(hào),A,C,輸出AB,(2)4DPSK信號(hào)的解調(diào),D,B,解調(diào) (a)極性比較法,并/串變換,碼變換,4PSK極性 比較法解 調(diào)電路,4DPSK信號(hào),A,C,輸出AB,(2)4DPSK信號(hào)的解調(diào),D,B,4PSK信號(hào)的解調(diào)器輸出得到雙比特相對(duì)碼碼元CD，再經(jīng)碼變換電路得到雙極性絕對(duì)碼AB。這里的碼變換器同調(diào)制電路中的碼變換器一樣，能夠?qū)崿F(xiàn)四進(jìn)制相對(duì)碼到四進(jìn)制絕對(duì)碼的所有可能變換。,(b)相位比較法,4DPSK信號(hào)的解調(diào),5.5 現(xiàn)代調(diào)制技術(shù)

8、,5.5.1 抑制載波的雙邊帶調(diào)制(DSB) 5.5.2 正交幅度調(diào)制（QAM） 5.5.3 幅度相位混合調(diào)制(APK) 5.5.4 最小頻移鍵控(MSK),5.5.1 抑制載波的雙邊帶調(diào)制,目的：提高頻帶和功率利用率 2ASK信號(hào)的頻譜中包含載頻分量和邊帶分量，而載波分量并不攜帶信息，但它卻占有了大部分功率；可以將它完全抑制掉，將有效的功率全部用到邊帶傳輸上去從而提高了調(diào)制效率。,將基帶信號(hào)采用雙極性矩形脈沖序列，則基帶信號(hào)中就沒(méi)有直流分量，調(diào)制后ASK信號(hào)就不包含載波分量，成為抑制載波的雙邊帶調(diào)制信號(hào)（DSB:Double-Sided Band）。 調(diào)制過(guò)程和波形圖： 圖5.32 抑制載波

9、的雙邊帶振幅鍵控調(diào)制,由圖5.32(c)可見(jiàn)， （1）在調(diào)制信號(hào)m(t)改變極性的時(shí)刻，載波相位出現(xiàn)了倒相點(diǎn)，所以其包絡(luò)形狀與圖5.2(d)的包絡(luò)形狀不再相同。 （2）即已調(diào)信號(hào)S(t)的包絡(luò)不再包含信息，信息包含在相位之中，因此在接收端恢復(fù)m(t)時(shí)不能采用包絡(luò)檢波法（非相干）解調(diào)，而必須采用相干解調(diào)法。,5.5.2 正交幅度調(diào)制（QAM）,利用兩個(gè)獨(dú)立的基帶信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB），實(shí)現(xiàn)兩路并行傳輸又稱(chēng)為正交雙邊帶調(diào)制(Quadratic Amplitude Modulation )。 正交調(diào)制：,正交幅度調(diào)制（QAM）,正交解調(diào)：相干解調(diào)法,m1(t

10、)= m1(t)/2 m2(t)= m2(t)/2,LPF:Low Passing Filter,4PSK信號(hào)解調(diào)時(shí)抽樣判決器判決標(biāo)準(zhǔn)：,4PSK信號(hào)的解調(diào),5.5.3 幅度相位混合調(diào)制,幅度相位混合調(diào)制（APK，Amplitude Phase Keying）就是用基帶信號(hào)同時(shí)控制載波的振幅和相位變化的一種數(shù)字調(diào)制方式，這種方式既可提高頻帶的利用率，又可獲得較高的效率。例如對(duì)于4DPSK信號(hào)若采用兩種電平幅度，則可得到8種狀態(tài)，頻帶利用率提高了一倍。,（5.56） 式中g(shù)(t)是寬度為T(mén)S的單個(gè)矩形脈沖，,則APK信號(hào)的可能狀態(tài)數(shù)為NM。上式還可改寫(xiě)成另一種形式 式中 An=ancosn，Bn

11、=-ansinn。,由式（5.49）可以看出，APK信號(hào)可看成是兩個(gè)正交調(diào)制信號(hào)之和。由這個(gè)意義上說(shuō)，前面介紹的正交幅度調(diào)制QAM信號(hào)也是APK信號(hào)的一種。16QAM信號(hào)矢量端點(diǎn)圖如圖5.35所示，它是利用了三個(gè)不同的幅值和12個(gè)不同的相位來(lái)對(duì)應(yīng)16個(gè)不同的狀態(tài)。,三個(gè)幅值,12個(gè)不同的相位,3X4=12,5.5.4 最小頻移鍵控（MSK）,利用頻率選擇法產(chǎn)生的FSK信號(hào)，一般情況下，在頻率轉(zhuǎn)換點(diǎn)上的相位是不連續(xù)的，使信號(hào)功率譜產(chǎn)生很大的旁瓣分量，帶限后會(huì)引起包絡(luò)起伏。為了克服上述缺點(diǎn)，出現(xiàn)了FSK信號(hào)的相位始終保持連續(xù)變化的調(diào)制方式，稱(chēng)為相位連續(xù)的頻移鍵控。,相位連續(xù)的FSK信號(hào),式中，是未

12、調(diào)載頻，是頻率偏移。設(shè)傳0碼時(shí)的載頻是，傳1碼時(shí)的載頻，則有 （5.51） (5.52) 由式（5.50）可知,本 章 小 結(jié), 信號(hào)經(jīng)調(diào)制后再傳輸?shù)姆绞椒Q(chēng)為頻帶傳輸。在數(shù)據(jù)通信中采用的是數(shù)字調(diào)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制的方法有幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制等。 幅度調(diào)制利用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波的幅度來(lái)傳送信息。常用的幅度調(diào)制方式有二進(jìn)制振幅鍵控調(diào)制（2ASK）、多進(jìn)制振幅鍵控調(diào)制（MASK）、雙邊帶抑制載波調(diào)制（DSBSC）及正交幅度調(diào)制（QAM）等。對(duì)于幅度調(diào)制信號(hào)的解調(diào)方法有兩種，即相干解調(diào)和非相干解調(diào)。,頻率調(diào)制利用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波的頻率來(lái)傳遞信息。常用的頻率調(diào)制方式有二進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制（2F

13、SK）、多進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制（MFSK）及最小頻移鍵控（MSK）等。對(duì)于頻率調(diào)制信號(hào)的解調(diào)方法分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩類(lèi)。非相干解調(diào)又包含最佳非相干解調(diào)法、分路濾波法、鑒頻器法、過(guò)零檢測(cè)法及差分檢波法等多種方法。,相位調(diào)制利用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波的相位變化來(lái)傳遞信息。常用的相位調(diào)制方式有絕對(duì)移相的相移鍵控（PSK）和相對(duì)移相的相移鍵控（DPSK）。對(duì)于PSK信號(hào)采用相干解調(diào)方法，而DPSK信號(hào)的解調(diào)方法有極性比較法和相位比較法兩種。,為了獲得較好的頻帶利用率和功率利用率，可采用幅度相位混合調(diào)制（APK）方式，即對(duì)載波的振幅和相位同時(shí)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制的方式，適用于高效率的通信方式中.,對(duì)于信號(hào)的頻率

14、具有選擇性的電路稱(chēng)為濾波電路，它的功能是使特定的頻率范圍內(nèi)的信號(hào)順利通過(guò)，而阻止其它頻率信號(hào)通過(guò)。 通常，按照濾波電路的工作頻率為其命名，分為：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）和全通濾波器（APF）。,補(bǔ)充知識(shí)_濾波器,低通和高通濾波器：設(shè)截止頻率為fp ,頻率低于fp的信號(hào)可以通過(guò)，高于fp的信號(hào)被衰減的濾波電路稱(chēng)為低通濾波器，反之，頻率高于fp的信號(hào)可以通過(guò)，而頻率低于fp的信號(hào)被衰減的濾波電路稱(chēng)為高通濾波器。 全通濾波器：對(duì)于頻率從零到無(wú)窮大的信號(hào)具有同樣的比例系數(shù)，但對(duì)于不同頻率的信號(hào)將產(chǎn)生不同的相移。,補(bǔ)充知識(shí)_濾波器,帶通和帶阻

15、濾波器：設(shè)低頻段的頻率為fp1，高頻段的截止頻率為fp2，頻率為fp1到fp2之間的信號(hào)可以通過(guò)，低于fp1或高于fp2的信號(hào)被衰減的濾波電路稱(chēng)為帶通濾波器。而頻率是fp1到fp2之間的信號(hào)被衰減的濾波電路稱(chēng)為帶阻濾波器。 帶通濾波器常用于載波通信或弱信號(hào)提取等場(chǎng)合，以提高信號(hào)比。帶阻濾波器用于在已知干擾或噪聲頻率的情況下，阻止其通過(guò)。,補(bǔ)充知識(shí)_濾波器,數(shù)據(jù)和信號(hào)的分類(lèi),數(shù)據(jù)分類(lèi) 模擬數(shù)據(jù)，例如聲音曲線 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，例如整數(shù)序列，二進(jìn)制序列 信號(hào)分類(lèi) 模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào),數(shù)據(jù)發(fā)送方式分類(lèi),模擬數(shù)據(jù)用模擬信號(hào)發(fā)送 頻譜變換 例如模擬電話 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用數(shù)字信號(hào)發(fā)送 - 編碼(近距離通信才用，遠(yuǎn)距離使用其它三種方式) 模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號(hào)發(fā)送 - 采樣 例如IP電話 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用模擬信號(hào)發(fā)送 - 調(diào)制 例如電話撥號(hào),模擬數(shù)據(jù) - 模擬信號(hào),模擬數(shù)據(jù) 頻譜,模擬信號(hào) 頻譜,載波頻率,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) - 數(shù)