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1、 GUT 通通 信信 原原 理理 桂林工学院通信教研室桂林工学院通信教研室 GUT第第1 1章章 绪绪 论论二进制数字调制原理二进制数字调制原理1通信系统的分类和通信方式通信系统的分类和通信方式2信息及其度量信息及其度量3主要性能指标主要性能指标45通信发展新趋势通信发展新趋势 GUT7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 当使用二进制数字信号来完成调制过程的当使用二进制数字信号来完成调制过程的时候，这种调制方式就被称为时候，这种调制方式就被称为二进制数字调制二进制数字调制。常见的二进制数字调制方式包括常见的二进制数字调制方式包括： 二二进制数字振幅制数字振幅键控控2ASK（Am
2、plitude Shift Keying）、）、 二二进制数字制数字频移移键控控2FSK（Frequency Shift Keying）、）、 二二进制数字相移制数字相移键控控2PSK（Phase Shift Keying）。）。 GUT一、二进制幅移键控一、二进制幅移键控2 2ASK:ASK:1定义：用数字基带信号对正弦载波的幅度进行定义：用数字基带信号对正弦载波的幅度进行控制的方式称为幅移键控。记为控制的方式称为幅移键控。记为2ASK。2.产生方产生方法：法：（1 1）模拟法：）模拟法：通过相乘器直接将载波和数字信号相通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信
3、号的乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为模拟法。振幅来调制正弦载波的方式称为模拟法。（2 2）键控法：）键控法：使载波在二进制信号使载波在二进制信号“1 1”和和“0 0”的控制下分别接通和断开，这种二进制振幅键控方的控制下分别接通和断开，这种二进制振幅键控方式称为开关键控式称为开关键控OOKOOK（On-Off KeyingOn-Off Keying）方式。方式。7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2ASKASK) GUT设：调制信号为设：调制信号为S(t),载波为载波为cosct,则则3数学表达式数学表达式：4波形波形：与输入序列
4、与输入序列010010相对应的输出波形相对应的输出波形如图所示。如图所示。010010S(t)2ASK信号信号7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理(2 2ASKASK) GUT5产生产生框图：框图：图6.2 2ASK信号的产生 （a）模拟法 （b）键控法7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2ASKASK) GUT 2 2ASKASK常见的解调方法分为非相干解调和相干常见的解调方法分为非相干解调和相干解调两种。解调两种。 （1 1）非相干解调）非相干解调 非相干解调又称为包络检波法，图非相干解调又称为包络检波法，图6-96-9a a）所所示为一种采用包络检
5、波法解调器的原理方框图。示为一种采用包络检波法解调器的原理方框图。在图中，接收信号首先通过一个带通滤波器，滤在图中，接收信号首先通过一个带通滤波器，滤除带外噪声和杂散信号，同时图中的整流器和低除带外噪声和杂散信号，同时图中的整流器和低通滤波器构成一个包络检波器，与常见的模拟通滤波器构成一个包络检波器，与常见的模拟AMAM信号的解调器相比，该图中增加了一个抽样判决信号的解调器相比，该图中增加了一个抽样判决器，它是用来对解调后的有畸变的数字信号进行器，它是用来对解调后的有畸变的数字信号进行定时判决，以提高数字信号的接收性能。定时判决，以提高数字信号的接收性能。 6 62 2ASKASK的解调方法：
6、的解调方法：7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理(2 2ASKASK) GUT（2 2）相干解调）相干解调 相干解调是一种常见的解调方法，它是在接相干解调是一种常见的解调方法，它是在接收端利用本地载波与接收信号进行相乘，得到包收端利用本地载波与接收信号进行相乘，得到包含基带信号频率分量的输出信号，然后通过低通含基带信号频率分量的输出信号，然后通过低通滤波器滤除无用频率分量让基带信号通过，并将滤波器滤除无用频率分量让基带信号通过，并将其送至抽样电路进行判决。其电路原理图如图其送至抽样电路进行判决。其电路原理图如图6-6-9 9b b）所示，因为在相干解调法中相乘电路需要有所示，因
7、为在相干解调法中相乘电路需要有相干载波，这个信号是由收信机从接收信号中提相干载波，这个信号是由收信机从接收信号中提取出来的，并且和接收信号的载波同频同相，所取出来的，并且和接收信号的载波同频同相，所以这种方法比包络检波法要复杂些。以这种方法比包络检波法要复杂些。 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2ASKASK) GUT图图7-9 a7-9 a） 非相干解调非相干解调图图7-9 b7-9 b） 相干解调相干解调 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2ASKASK) GUT由图由图7-15，可以得出，可以得出2ASK信号有以下信号有以下特点特点：
8、（1）2ASK信号的功率谱密度中包含连续信号的功率谱密度中包含连续谱和离散谱两部分；连续谱部分决定于基带谱和离散谱两部分；连续谱部分决定于基带调制信号的谱，而离散谱部分则决定于载频。调制信号的谱，而离散谱部分则决定于载频。（2）2ASK信号的带宽等于基带调制信号信号的带宽等于基带调制信号带宽的两倍。带宽的两倍。7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2ASKASK) GUT12FSK的定的定义： 二二进制数字制数字频移移键控信号控信号码元的元的“1”和和“0”分分别用用两个不同两个不同频率的正弦波形来率的正弦波形来传送，而其振幅不送，而其振幅不变，所，所以其表达式以其表达式
9、为： 根据上面公式可以得出：当 =1时 = ,而当 =0时 = 。所以2FSK信号可以看作是由两路频率分别为 和 的2ASK信号合成的。二、二、 二进制数字频移键控二进制数字频移键控(2(2FSK)FSK)7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理(2 2FSKFSK) GUT2.产生方法 （1）直接调频法 直接调频法是采用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的二进制码元，其基本电路图如图6-4所示。 （2）键控法 键控法是采用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡信号作为输出，如图6-8所示。 为数字脉冲基带信号，起到键控的作用。当 =1
10、的时候，开关电路选择载波 （或） ，当 =0的时候，开关电路选择载波 （或） 。 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2FSKFSK) GUT图图6.42FSK调制器调制器（a）模拟信号调频电路（模拟信号调频电路（b）键控法键控法7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2FSKFSK) GUT3波形波形：S(t)2FSK信号信号7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2FSKFSK) GUT4 42 2FSKFSK的解调方法的解调方法 2 2FSKFSK的解的解调方法与方法与2 2ASKASK一一样2 2FSKFSK信号的接收也分
11、信号的接收也分为相相干和非相干接收两干和非相干接收两类。 （1）相干解）相干解调 相干接收法的原理方框相干接收法的原理方框图如如图6 6-10所示。所示。图中接收信号通中接收信号通过并并联的两路的两路带通通滤波器波器滤波，与接收机波，与接收机电路路产生的本地相干生的本地相干载波相乘并波相乘并经过包包络检波后，在本地的定波后，在本地的定时脉冲的控制下脉冲的控制下进行抽行抽样判决。判决的准判决。判决的准则是比是比较两路信号包两路信号包络的大小的大小。在判决在判决过程中程中需要的本地相干需要的本地相干载波也波也必必须从接收信号中提取出来，并且要保持和信号从接收信号中提取出来，并且要保持和信号码元同元
12、同频同相，所以同相，所以按照按照这种方式种方式设计出来的接收机都比出来的接收机都比较复复杂。 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2FSKFSK) GUT图6-10 2FSK相干解调电路原理图 （2）非相干解调）非相干解调常常见见的的2FSK信信号号的的非非相相干干解解调调方方式式包包括括两两种种：包包络络检检波波法法和过零点检测法。和过零点检测法。7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2FSKFSK) GUT 包包络络检检测测法法的的电电路路原原理理图图如如图图4-10所所示示。这这个个电电路路同同相相干干解解调调的的电电路路很很相相似似，它它也
13、也是是通通过过检检测测两两个支路信号包络的大小。个支路信号包络的大小。图6-11 2FSK非相干解调电路原理图 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2FSKFSK) GUT 图图4-11是过零点检测法的原理方框图，由于在是过零点检测法的原理方框图，由于在2FSK这种调这种调制方式下，两种信号码元的频率不同，所以通过计算单位时间制方式下，两种信号码元的频率不同，所以通过计算单位时间内码元中信号波形的过零点数目的多少，就能区分这两种不同内码元中信号波形的过零点数目的多少，就能区分这两种不同频率的码元，这个过程的波形图如图频率的码元，这个过程的波形图如图4-12所示。所示。图
14、6-12 过零点检测法原理方框图 由于由于2FSK信号可以采用非相干接收方式，接受时不必利用信号可以采用非相干接收方式，接受时不必利用信号的相位信息，所以在条件恶劣的无线信道中这种信号就信号的相位信息，所以在条件恶劣的无线信道中这种信号就特别适用。特别适用。7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2FSKFSK) GUT图6-12过零点检测法波形图 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2FSKFSK) GUT三、 二进制数字相移键控(2PSK) 常常见的相移的相移键控方式包括二控方式包括二进制数字相移制数字相移键控控(2PSK)和差分相移和差分相移键
15、控控DPSK两种。两种。1 12 2PSK PSK （1 1）2PSK2PSK基本原理基本原理 在二在二进制相移制相移键控控(2(2PSK)PSK)中，以二元数字信号中，以二元数字信号“1”“1”或或“0”“0”去控制去控制载波相位改波相位改变，通常，通常载波信号用相位波信号用相位0 0和和 分分别代表代表“1”“1”和和“0”“0”，而其，而其振幅和振幅和频率保持不率保持不变。所以。所以2 2PSKPSK信号表达式信号表达式为： 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2PSKPSK) GUT在该公式中，当发送在该公式中，当发送 “0 0”时，时， =0；当发送；当发送“
16、1”时时=发送发送“0”时时发送发送“1”时时 这个信号可以通过键控的方式得到，其公式为这个信号可以通过键控的方式得到，其公式为: : 2 2PSKPSK信号是以载波的不同相位直接表示相应的数字码元，这信号是以载波的不同相位直接表示相应的数字码元，这种调制方式称为绝对相移键控。其信号的波形图如图种调制方式称为绝对相移键控。其信号的波形图如图6-146-14所示所示: : 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2PSKPSK) GUT图6-14 2PSK与2DPSK示意图 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理(2 2PSKPSK) GUT2）调制解调方式）调
17、制解调方式2PSK信号的产生方式主要有信号的产生方式主要有两种两种。 相乘法相乘法: :使用二进制基带不归零矩形脉冲信号与载波相乘，得使用二进制基带不归零矩形脉冲信号与载波相乘，得到相位互为反相的两种码元到相位互为反相的两种码元 选择法选择法: :采用二进制数字基带信号去控制一个开关电路，以选采用二进制数字基带信号去控制一个开关电路，以选择输入信号，开关电路的两个输入端分别输入相位相差的同频载择输入信号，开关电路的两个输入端分别输入相位相差的同频载波波 2 2PSKPSK信号的解调方法通常采用相干接收法，其具体电路框图信号的解调方法通常采用相干接收法，其具体电路框图如图如图6-156-15所示
18、，图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波所示，图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在对得到的信号进行抽相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在对得到的信号进行抽样判决。样判决。 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理(2 2PSKPSK) GUT“倒倒 ”现象现象：这种现象是由于在接收电路中在提取本地载波这种现象是由于在接收电路中在提取本地载波过程中会出现过程中会出现“0”相位和相位和“ ”相位模糊造成的，其结果就是解相位模糊造成的，其结果就是解调得到的数字信号可能与实际的信号的极性恰好相反。所以，在调得到的数字信号可能与实际的信号的极
19、性恰好相反。所以，在实际通信中实际通信中2PSK这种调制方式并不常用，我们一般采用这种调制方式并不常用，我们一般采用DPSK方方式式图图6-152PSK解调框图解调框图7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2PSKPSK) GUT（1）DPSK基本原理基本原理 与与2PSK调制制方方式式不不同同，DPSK的的调制制规则是是利利用用前前后后相相邻码元元的的相相对相相位位变化化来来表表示示所所传送送的的数数字字信信息息“0”和和“1”的的，这种种调制制方方式式称称为相相对相相移移方方式式。现在在用用表表示示载波的初始相位。波的初始相位。设为当前当前码元和前一元和前一码元的相位
20、之差：元的相位之差：发送送“0”时发送送“1”时 则信号信号码元可以表示元可以表示为：7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2DPSKDPSK) GUT2 2PSKPSK和和DPSKDPSK信号的比较信号的比较 通通过比比较可可以以看看出出，对于于2PSK信信号号来来讲，只只要要有有一一个个相相位位发生生错误，随随后后的的解解调信信息息将将全全部部倒倒相相；但但对于于DPSK信信号号来来讲，只只要要其其相相对相相位位关关系系正正确确，解解调就就不不会会出出错。因因此此采采用用DPSK方方式式既既可可以以保保持持2PSK方方式式下下良良好好的的误码率率性性能能，又又可可以以
21、克克服服2PSK的的“倒倒 ”现象。象。 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2DPSKDPSK) GUT（2 2）DPSKDPSK调制和解调调制和解调 DPSK信号可以通信号可以通过将将绝对码输入入码变换器得到相器得到相对码来来实现。该电路路原理框原理框图如如图6 6-18所示。所示。 DPSKDPSK信号的解信号的解调，主要有两种方法。，主要有两种方法。 第一种方法称第一种方法称为相位比相位比较法，是通法，是通过直接比直接比较相相邻码元的相位，元的相位，从而判决接收从而判决接收码元是元是“1”“1”还是是“0”“0”。为此，需要将前一此，需要将前一码元延元延迟1 1
22、码元元的的时间，然后将当前，然后将当前码元的相位与前一元的相位与前一码元的相位作比元的相位作比较。该解解调方方法的原理方框法的原理方框图如如图6-196-19所示。所示。这种方法种方法对于延于延迟单元的延元的延时精度要精度要求很高，很求很高，很难做到，所以做到，所以实际中中应用用较少。少。 第二种方法称第二种方法称为极性比极性比较法，法，该电路原理框路原理框图如如图6-206-20所示。所示。 码变换器（双稳态触发器） 绝对码 相对码 7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 (2 2DPSKDPSK) GUT图6-19 相位比较法 图6-20 极性比较法 7.1 7.1 二进制数
23、字调制原理二进制数字调制原理 (2 2DPSKDPSK) GUT7.2 7.2 二进制数字调制信号的频谱特性二进制数字调制信号的频谱特性 一、一、ASK信号的功率谱信号的功率谱: 2ASK随机信号序列的一般表示式随机信号序列的一般表示式为： 根据该公式可以得到根据该公式可以得到2ASK信号的功率谱密度表达式：信号的功率谱密度表达式：由此获得由此获得2ASK信号的功率谱密度曲线如图信号的功率谱密度曲线如图6-15所示所示 GUT 已调信号频谱图6-15 2ASK频谱特性 7.2 7.2 二进制数字调制信号的频谱特性二进制数字调制信号的频谱特性 GUT由由图图可可见见，传传输输2ASK信信号号的的
24、带带宽宽是是基基带带脉脉冲冲波波形带宽的两倍形带宽的两倍7.2 7.2 二进制数字调制信号的频谱特性二进制数字调制信号的频谱特性 GUT 使使用用键控控方方式式得得到到的的2FSK信信号号的的码元元序序列列可可以以看看作作两两个个不不同同频率率的的2ASK信信号号的的叠叠加加，因因此此其其功功率率谱密密度度可可以以比比较容容易易的的从从2ASK信号的功率信号的功率谱密度推密度推导出来。出来。 已知已知2FSK信号表示信号表示为： 2FSK信信号号应该的的功功率率谱密密度度，应该是是两两个个不不同同频率率的的2ASK信信号号的功率之和：的功率之和： 二、二、FSK信号的功率谱信号的功率谱:7.2
25、 7.2 二进制数字调制信号的频谱特性二进制数字调制信号的频谱特性 GUT根据这个公式我们可以得出根据这个公式我们可以得出2FSK信号功率谱的特点：信号功率谱的特点：（1）2FSK功率谱由连续谱和离散谱共同构成，离散谱出现在功率谱由连续谱和离散谱共同构成，离散谱出现在和和两个载频位置上。两个载频位置上。（2）当）当2FSK信号的两个载频间距不同的时候，它的连续谱的功率信号的两个载频间距不同的时候，它的连续谱的功率曲线有所变化：曲线有所变化：时，曲线为单峰；时，曲线为单峰；时，曲线为双时，曲线为双峰，峰，时，曲线双峰完全分离。时，曲线双峰完全分离。（3）2FSK信号的带宽为：信号的带宽为：2FS
26、K信号的实际频谱示意图如图信号的实际频谱示意图如图4-13所示。图总虚线表示的是所示。图总虚线表示的是完全分离的双峰功率谱曲线，实线表示的是单峰功率谱曲线。完全分离的双峰功率谱曲线，实线表示的是单峰功率谱曲线。 为为调制信号脉冲的脉冲宽度，调制信号脉冲的脉冲宽度， 和和 是两个调制载波的频率。是两个调制载波的频率。7.2 7.2 二进制数字调制信号的频谱特性二进制数字调制信号的频谱特性 GUT图图6-132FSK的频谱图的频谱图7.2 7.2 二进制数字调制信号的频谱特性二进制数字调制信号的频谱特性 GUT三、三、PSKPSK信号的功率谱信号的功率谱（1）一一般般情情况况下下2PSK的的功功率
27、率谱和和2ASK信信号号的的功功率率谱相相同同，都都是由是由连续谱和离散和离散谱共同构成。共同构成。 （2）当当数数字字信信息息中中“0”和和“1”等等概概率率出出现时，2PSK信信号号没没有有离离散散谱。 （3）DPSK的的频谱与与2PSK相似。相似。 f-f0PPSK( f )f007.2 7.2 二进制数字调制信号的频谱特性二进制数字调制信号的频谱特性 GUT下图示出了误码率下图示出了误码率Pe与输入信噪比与输入信噪比r的关系曲线。的关系曲线。由由图图可可见见，r增增大大，Pe下下降降。对对于于同同一一种种调调制制方方式式,相相干干解解调调的的误误码码率率小小于于非非相相干干解解调调系系
28、统统,但但随着随着r的增大，二者差别减小。的增大，二者差别减小。当解调方式相同调制方式不同当解调方式相同调制方式不同时，在相同误码率条件下，相时，在相同误码率条件下，相干干PSKPSK系统要求的信噪比系统要求的信噪比r r比比FSKFSK系统小系统小3 3dBdB，FSKFSK系统比系统比ASKASK系统系统要求的要求的r r也小也小3 3dBdB，并且并且FSKFSK、PSKPSK、DPSKDPSK的抗衰落性能均优于的抗衰落性能均优于ASKASK系统。系统。7.3 7.3 二进制数字载波传输系统的抗噪声性能二进制数字载波传输系统的抗噪声性能 GUT6.4 二进制数字调制系统的性能比较二进制数
29、字调制系统的性能比较二二进制数字制数字调制系制系统的性能比的性能比较 1频带宽度度 当当码元元宽度度为 时,即即码元速率元速率为 二二进制振幅制振幅键控信号控信号带宽： 二二进制制频移移键控信号控信号带宽：二二进制相移制相移键控信号控信号带宽：从上面公式中可以得出，从上面公式中可以得出，2 2FSKFSK系系统占用的系占用的系统频带最最宽，其，其频带利用率利用率最低。最低。 7.3 7.3 二进制数字载波传输系统的抗噪声性能二进制数字载波传输系统的抗噪声性能 GUT2误码性能误码性能在实际应用中，二进制数字通信系统的误码率与系统的信噪比在实际应用中，二进制数字通信系统的误码率与系统的信噪比有关
30、。信噪比越大误码率越小。有关。信噪比越大误码率越小。在相同的信噪比和解调方式下，三种调制方式的误码率之间的在相同的信噪比和解调方式下，三种调制方式的误码率之间的关系为：关系为：2PSK的误码率最低，的误码率最低，2FSK的误码率次之，的误码率次之，2ASK的误的误码率最低。码率最低。在要求相同误码率的前提下，三种调制方式的信噪比关系为：在要求相同误码率的前提下，三种调制方式的信噪比关系为：同时，对于同一数字调制方式来讲，相干解调的误码率低于非相同时，对于同一数字调制方式来讲，相干解调的误码率低于非相干解调。干解调。 3设备复杂程度设备复杂程度通常相干接收设备都要比非相干接收设备复杂。在同样的接
31、收通常相干接收设备都要比非相干接收设备复杂。在同样的接收方式下，方式下，2DPSK设备最复杂，其次是设备最复杂，其次是2FSK，2ASK最简单。最简单。 7.3 7.3 二进制数字载波传输系统的抗噪声性能二进制数字载波传输系统的抗噪声性能 GUT一、多一、多进制数字振幅制数字振幅键控控( (MASK)MASK) 以多以多进制信号去制信号去调制制载波信号的幅度，就可以波信号的幅度，就可以产生多生多进制数制数字字调幅信号（幅信号（MASK），），它的数学表示式它的数学表示式为： 是是单极性的多极性的多进制信号：制信号： 其中其中 = ， ， ，这里里 为最低最低电平，平，可可设为单位幅度。位幅度。
32、 是是载波角波角频率；率； 是初始相位。是初始相位。 7.4 7.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 GUT 下面通过单极性不归零的多进制数字基带信号的调制波形下面通过单极性不归零的多进制数字基带信号的调制波形来分析来分析MASK调制方式的特点，其波形图如图调制方式的特点，其波形图如图4-21所示：所示： 7.4 7.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 GUT 通过该图可以看出一个通过该图可以看出一个4ASK信号波形可以分解为信号波形可以分解为3个个2ASK信号的叠加。其中每个信号的叠加。其中每个2ASK信号的码元速率是相同的，都等于信号的码元速率是相同的，都等于原来原来4ASK信
33、号的码元速率。所以这信号的码元速率。所以这3个个2ASK信号具有相同的带信号具有相同的带宽，同时，因为这宽，同时，因为这3个个2ASK信号线性叠加后的频谱是其信号线性叠加后的频谱是其3个信号个信号频谱的线性叠加，所以它们占用的带宽不变，故频谱的线性叠加，所以它们占用的带宽不变，故4ASK信号的带信号的带宽与它分解出的任何一个宽与它分解出的任何一个2ASK信号的带宽是相等的。在实际应信号的带宽是相等的。在实际应用中我们经常采用格雷码的编码方式来对用中我们经常采用格雷码的编码方式来对4ASK信号进行编码，信号进行编码，在这种编码方式下，引入了相移键控的特性，通过这种方式，可在这种编码方式下，引入了
34、相移键控的特性，通过这种方式，可以减少电平的数量，同时增加了系统的抗干扰能力，采用这种方以减少电平的数量，同时增加了系统的抗干扰能力，采用这种方式设计的多进制数字振幅键控的电路原理框图如图式设计的多进制数字振幅键控的电路原理框图如图4-22所示。所示。 7.4 7.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 GUT采用格雷码的4ASK信号波形图 7.4 7.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 GUT二、二、 多多进制数字制数字频移移键控控( (MFSK)MFSK) 多多进制数字制数字频率率键控（控（MFSK），），是二是二进制数字制数字频移移键控控方式方式的推广。的推广。下面以四下面以四进
35、制制频移移键控方式（控方式（4FSK）来来说明多明多进制数字制数字频率率键控控（MFSK）的基本原理。的基本原理。在四在四进制制频移移键控方式（控方式（4FSK）中采用中采用4个不同的个不同的频率分率分别表示表示四四进制制码元，每个元，每个码元含有元含有2bit信息。同信息。同2FSK相同，相同，为了便于使用了便于使用带通通滤波器分离不同波器分离不同频率率码元的元的频谱，要求每个，要求每个载频之之间的的频率率间隔足隔足够大，或者大，或者说要求不同要求不同频率的率的码元相互正交。元相互正交。 由于由于MFSK的的码元采用元采用M个不同的个不同的载波，所以它占用波，所以它占用较大的大的带宽。其其频
36、带宽度度为 7.4 7.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 GUTMFSK调制器解制器解调器原理器原理电路路MFSK调制器的原理制器的原理电路如路如图4-24所示所示图 MFSK调制器的原理电路图 7.4 7.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 GUTMFSK的相干解调较为复杂要求有精确的相位参考，因此的相干解调较为复杂要求有精确的相位参考，因此较少使用，通常采用的是非相干解调方式。较少使用，通常采用的是非相干解调方式。MFSK解调器的原解调器的原理电路如图理电路如图4-25所示所示图 MFSK解调器的原理电路图 7.4 7.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 GUT三、三、
37、 多进制数字相移键控多进制数字相移键控( (MPSK)MPSK) 1MPSK原理原理 以多以多进制数字信号制数字信号编码序列去控制序列去控制载波的相位，可以波的相位，可以产生生M个离个离散相位的已散相位的已调波，各波，各编码的的调相波的相位均相隔相波的相位均相隔 ，就形成了多，就形成了多进制数字相移信号制数字相移信号(MPSK)。 在在MPSK调制方式中，制方式中，M常取常取 ，即，即4、8、16等等值，在本，在本节下下面的面的讨论中主要以中主要以M=4为例作例作进一步的分析。一步的分析。4PSK表示四相表示四相调制，制，它是用它是用载波的四个离散的相位来表示四种信号状波的四个离散的相位来表示
38、四种信号状态（即（即00、01、10、11），通常它也被称），通常它也被称为正交相移正交相移键控控QPSK，它的每个它的每个码元含有元含有2bit的信息，可以用两位二的信息，可以用两位二进制代制代码“a”和和“b”的的组合来表示，通常我合来表示，通常我们使使用的用的编码方式是格雷方式是格雷码。 GUT 格雷码的优点是相邻相位所代表的两个比特只有一位不同，格雷码的优点是相邻相位所代表的两个比特只有一位不同，由于在噪声和其他干扰产生相位误差时，最大的可能性是发生相由于在噪声和其他干扰产生相位误差时，最大的可能性是发生相邻相位的错误，所以这样的相邻相位错误只能造成一个比特的错邻相位的错误，所以这样的
39、相邻相位错误只能造成一个比特的错误。在采用格雷码编码方式下，信号相位和码元之间的对应关系误。在采用格雷码编码方式下，信号相位和码元之间的对应关系如下表所示如下表所示：按照这种对应关系得到的矢量图如图所示。按照这种对应关系得到的矢量图如图所示。 GUT2 2MPSKMPSK调制解调调制解调 4PSK信号的信号的产生原理框生原理框图如如图所示。所示。 图中中输入入基基带信信号号A(t)是是二二进制制不不归零零双双极极性性信信号号码元元，它它被被“串串/并并变换”电路路变成成成成对的的两两路路码元元a和和b。它它们分分别和和两两路路正正交交载波波相相乘，相乘的乘，相乘的结果送入相加器中合成串行信号果
40、送入相加器中合成串行信号输出。出。 4PSK信信号号可可用用两两个个正正交交的的载波波信信号号实现相相干干解解调。其其解解调原原理理图如如图所示。所示。 4PSK信号可以采用相干解信号可以采用相干解调方法，即用两路正交的相干方法，即用两路正交的相干载波，可波，可以很容易的分离出以很容易的分离出这两路正交的两路正交的2PSK信号，解信号，解调后的两路基后的两路基带信号信号码元元a和和b，经过并并/串串转换后，形成串行数字信号后，形成串行数字信号输出。出。 GUT图 4PSK调制电路原理图 GUT图 解调电路原理图 GUT6.6 6.6 现代数字调制技术现代数字调制技术随随着着数数字字通通信信的的
41、迅迅速速发发展展，对对传传输输频频带带的的限限制制和和对对传传输输质质量量的的要要求求越越来来越越高高。为为进进一一步步减减小小信信道道带带宽宽、减减小小带带外幅射、提高功率利用率，研究人员在不断开发新技术。外幅射、提高功率利用率，研究人员在不断开发新技术。6.6.1正交幅度调制正交幅度调制QAM正正交交幅幅度度调调制制QAM是是幅幅度度和和相相位位联联合合键键控控APK的的一一种种调调制制方方式式。它它可可以以提提高高系系统统的的可可靠靠性性，具具有有较较高高的的频频带带利利用率，是目前应用较为广泛的一种调制方式。用率，是目前应用较为广泛的一种调制方式。 GUT 通常，把信号矢量端点的分布图
42、称为星座图。以16进制为例，在图图6.28中中所所示示的的两两个个单单位位圆圆上上分分别别画画出出了了16PSK和16QAM的星座图。星座图上各端点之间的最小距离满足下式：式中M为进制数，L为星座图上信号点在轴和轴上的投影数目，L=M1/2。 图6.28 16QAM和16PSK信号的星座图 GUT习题习题1什么叫做非相干接收，什么叫做相干接收？什么叫做非相干接收，什么叫做相干接收？2请问请问2ASK信号的带宽和其基带信号的带宽之间有什么关系？信号的带宽和其基带信号的带宽之间有什么关系？3请问请问2FSK信号的带宽和其基带信号的带宽之间有什么关系？信号的带宽和其基带信号的带宽之间有什么关系？4请
43、问请问2PSK和和DPSK之间的区别是什么？之间的区别是什么？5请比较三种二进制数字调制系统的性能。请比较三种二进制数字调制系统的性能。6多进制数字调制的特点是什么？多进制数字调制的特点是什么？7设设8ASK信号的波特率是信号的波特率是1000B，它的信息传输速率是多少？它的信息传输速率是多少？8.设某二进制数字信号的带宽是设某二进制数字信号的带宽是100kHz，试计算进行试计算进行2ASK条之后信条之后信号的带宽。号的带宽。 9. 9.设二进制信号序列为设二进制信号序列为111001011，请画出对应的，请画出对应的2ASK、2FSK、2PSK和和DPSK的示意波形。的示意波形。 GUT10设设有有一一个个DPSK传传输输系系统统对对信信号号采采用用A方方式式编编码码，其其码码元元传传输输速速率率为为2400B，载载波波频频率率为为1800Hz。若若输输入入码码元元序序列列01110010，试试画画出出此此DPSK信号序列的波形图。信号序列的波形图。 GUT桂林工学院通信教研室桂林工学院通信教研室
