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1、第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v61 概述概述 v数数字字基基带带信信号号不不能能直直接接通通过过带带通通信信道道传传输输，需需将将数数字字基基带带信信号号变变换换成成数数字字频频带带信信号号。用用数数字字基基带带信信号号去去控控制制高高频频载载波波的的幅幅度度、频频率率或或相相位位，称称为为数数字调制字调制。从已调高频载波上将数字基带信号恢复出来，称为。从已调高频载波上将数字基带信号恢复出来，称为数字解调数字解调。 v数数字字调调制制方方式式：幅幅度度调调制制，称称为为幅幅度度键键控控，记记为为ASK；频频率率调调制制，称称为为频频移键控，记为移键控，记为FSK；相位调制，称为相移
2、键控，记为相位调制，称为相移键控，记为PSK。v多多进进制制的的基基带带数数字字信信号号有有多多种种状状态态，一一位位多多进进制制符符号号将将代代表表若若干干位位二二进进制制符符号号。在在相相同同传传码码率率条条件件下下，多多进进制制数数字字系系统统的的信信息息速速率率高高于于二二进进制制系系统统。二二进进制制系系统统，随随着着传传码码率率的的提提高高，信信道道带带宽宽增增加加。采采用用多多进进制制可可降降低低码码元元速速率率，减减小小传传输输带带宽宽。同同时时，加加大大码码元元宽宽度度，可可增增加加码码元元能能量量，有有利利于于提提高系统的可靠性。高系统的可靠性。v多多进进制制数数字字调调制
3、制方方式式：多多进进制制幅幅移移键键控控（MASK）、多多进进制制频频移移键键控控（MFSK）和多进制相移键控（和多进制相移键控（MPSK）。）。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v62 二进制幅移键控二进制幅移键控 v二进制幅移键控是最早出现的一种数字调制方式，记为二进制幅移键控是最早出现的一种数字调制方式，记为2ASK。 v1. 2ASK信号的调制信号的调制 v用用二二进进制制数数字字基基带带信信号号控控制制载载波波的的幅幅度度，二二进进制制数数字字序序列列只只有有“1”、“0”两两种种状状态态。调调制制后后的的载载波波也也只只有有两两种种状状态态：有有载载波波输输出出传传送送“1”
4、，无无载载波波输输出出传传送送“0”。假假定定调调制制信信号号是是单单级级性性非非归归零零的的二二进进制制序序列列， “1”码时码时 ，输出载波，输出载波Acos0 0t； “0”码时，无输出。码时，无输出。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v 为第为第n个码元的电平值，单极性码，个码元的电平值，单极性码， 或或1；双极性码；双极性码 ，v或或+1。 是时间宽度为是时间宽度为 的基本脉冲。的基本脉冲。2ASK信号信号v乘乘法法器器完完成成调调制制；BPF取取出出已已调调信信号号，抑抑制制带带外外频频谱谱分分量量，通通过过调调节节还还可以实现单边带或残留边带调制。可以实现单边带或残留边带调
5、制。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v2. 2ASK信号的带宽信号的带宽 v功率谱功率谱其带宽是调制信号带宽的两倍。若只计及基带脉冲波形频谱的主瓣，带宽其带宽是调制信号带宽的两倍。若只计及基带脉冲波形频谱的主瓣，带宽v 是基带脉冲的速率，是基带脉冲的速率， 是基带脉冲周期。是基带脉冲周期。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v3. 2ASK信号的解调信号的解调v解调方式：解调方式：相干解调和非相干解调。相干解调和非相干解调。v（1）相干解调相干解调v乘乘法法器器实实现现ASK频频谱谱的的再再次次搬搬移移，使使数数字字调调制制信信号号的的频频谱谱搬搬回回到到零零频频附附近近；LPFL
6、PF去去除除乘乘法法器器产产生生的的高高频频分分量量，滤滤出出数数字字调调制制信信号号。BPFBPF滤滤除除接接收收信号频带以外的噪声干扰，并保证信号完整地通过。乘法器输出信号频带以外的噪声干扰，并保证信号完整地通过。乘法器输出 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统vLPF输出输出v由由于于噪噪声声及及信信道道特特性性的的影影响响， LPF输输出出的的数数字字信信号号是是不不标标准准的的，通通过过对对信信号号再再采采样样，利利用用判判决决器器对对采采样样值值进进行行判判决决，便便可可以以恢恢复复原原“1 1”、“0 0”数字序列。数字序列。v判决准则：判决准则：判为判为“1”，判为，判为“
7、0”。v应该注意本地载波要与发送在波同频同相，以保证数据的正确解调。应该注意本地载波要与发送在波同频同相，以保证数据的正确解调。v（2） 非相干解调非相干解调v利利用用包包络络检检波波器器来来实实现现， LPF滤滤除除包包络络信信号号中中的的高高频频成成分分，平平滑滑包包络络信信号。非相干解调实现容易。号。非相干解调实现容易。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v63 二进制频移键控二进制频移键控 v二二进进制制频频移移键键控控( (2FSK)：二二进进制制数数字字序序列列控控制制载载波波的的频频率率。发发送送端端用用不不同同频频率率的的高高频频载载
8、波波对对应应数数字字基基带带信信号号的的不不同同状状态态，接接收收端端将将不不同同频频率率的的高高频频载载波波还还原原成成基基带带数数字字信信号号的的对对应应状状态态，完完成成解解调调。载载波波频频率率变变化化时时，相相邻邻码码元元载载波波的的相相位位可可能能是是连连续续的的( (相相位位连连续续的的FSK) )，也也可可能能是是不不连连续续的的( (相相位位不连续的不连续的FSK)。 v1. 2FSK信号的调制信号的调制v例如例如“1 1”码用用频率率 来来传输，“0 0”码用用频率率 来来传输。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v相相位位不不连连续续的的FSK信信号号可可看看作作是是
9、两两个个交交错错的的ASK信信号号之之和和，一一个个载载频频为为 ，另一个载频为，另一个载频为 。v 是宽度为是宽度为 的基本矩形脉冲，的基本矩形脉冲， 表示表示 的非。的非。 v频差频差：两个载频之间的间隔。两个载频之间的间隔。v中心频率：中心频率：两个载频的平均值两个载频的平均值v2. 2FSK信号的带宽信号的带宽v当基带信号不含直流时，功率谱当基带信号不含直流时，功率谱第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v带宽带宽v3. 2FSK信号的解调信号的解调 v类型：类型：相干解调和非相干解调。相干解调和非相干解调。v（1） 相干解调相干解调 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v设设1
10、代代表表“1”码码，2代代表表“0”码码。BPF1和和BPF2可可将将两两者者分分开开 ，把把代代表表“1”码码的的y1( t )和和代代表表“0”码码的的y2( t )分分成成两两路路ASK信信号号，采采用用相相干干解解调方式解调。采样判决可恢复原数据序列。调方式解调。采样判决可恢复原数据序列。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v乘法器输出乘法器输出 vLPF输出输出v判决准则：判决准则： 判为判为“1”， 判为判为“0” 。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v(2)非相干解调非相干解调v包包络络检检波波器器取取出出两两路路的的包包络络x1(t)和和x2(t)。对对包包络络采采样
11、样并并判判决决，可可恢恢复复原原数字序列。数字序列。判决准则：判决准则： 判为判为“1”， 判为判为“0”。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v64 二进制相移键控二进制相移键控 v二二进进制制相相移移键键控控（2PSK）：用用二二进进制制数数字字基基带带信信号号控控制制高高频频载载波波的的相相位位，使高频载波的相位随着数字基带信号变化。使高频载波的相位随着数字基带信号变化。v1. 1. 二进制相移键控信号的调制二进制相移键控信号的调制 v方式方式: :绝对调相和相相和相对（差分）（差分）调相。相。v绝对调相相（PSKPSK）: :利利用用载波波初初相相位位的的绝对值（即即固固定定的的某
12、某一一相相位位）来来表表示示数数字字信信号号。例例如如，“1 1”码用用载波波的的0 0相相位位表表示示，“0 0”码用用载波波的的相相位位表表示示，反反之亦可之亦可。v相相对对调调相相（差差分分调调相相，DPSKDPSK）：利利用用相相邻邻码码元元载载波波相相位位的的相相对对变变化化来来表表示示数数字字信信号号。相相对对相相位位指指本本码码元元载载波波初初相相与与前前一一码码元元载载波波终终相相的的相相位位差差。例例如如，“1 1”码码载载波波相相位位变变化化, ,即即与与前前一一码码元元载载波波终终相相差差，“0 0”码码载载波波相位不变化，即与前一码元载波终相相同。相位不变化，即与前一码
13、元载波终相相同。vPSK信号信号第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v 是双极性不归零是双极性不归零v二进制数字序列，二进制数字序列， 或或-1-1。 v图（图（a) ，若若 为单极性序列，为单极性序列，v极性变换变换为双极性序列极性变换变换为双极性序列 。v若若 为双极性序列，可省略极为双极性序列，可省略极v性变换过程。性变换过程。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v图图（c)，2PSK信信号号载载波波初初始始相相位位0表表示示“1”，表表示示“0”。对对2DPSK信信号号用用载载波波相相位位变变化化， 即即与与前前一一码码元元载载波波终终相相差差表表示示“1”；载载波波相相位位不
14、不变变，即与前一码元载波终相相同表示即与前一码元载波终相相同表示“0”。v把把DPSK波波形形看看作作PSK波波形形，所所对对应应的的序序列列是是 。 是是相相对对（差差分分）码码，而而 是是绝绝对对码码，这这里里是是“1”差差分分码码。2DPSK信信号号对对绝绝对对码码来来说说是是相相对对相相移移键键控控，对对差差分分码码来来说说是是绝绝对对相相移移键键控控。将将绝绝对对码码变变换换为为相相对对码码，再再进进行行PSK调制，就可得到调制，就可得到DPSK信号。信号。v2PSK和和2DPSK信信号号应应具具有有相相同同形形式式的的表表达达式式，不不同同的的是是2PSK的的调调制制信信号号是是绝
15、绝对对码码数数字字基基带带信信号号，2DPSK的的调调制制信信号号是是原原数数字字基基带带信信号号的的差差分分码。码。 v2. 二进制相移键控信号的带宽二进制相移键控信号的带宽 v调调制制信信号号为为双双极极性性NRZ数数字字序序列列时时，二二进进制制相相移移键键控控信信号号实实际际上上是是一一种种DSB-SC信号，带宽与信号，带宽与ASK相同。相同。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v3.二进制相移键控信号的解调二进制相移键控信号的解调v(1) 2PSK信号信号v2PSK信信号号相相当当于于DSB-SC信信号号，只只能能采采用用相相干干解解调调方方式式解解调调，在在DSB-SC解调器之
16、后加一采样判决器，即可恢复原数字信号。解调器之后加一采样判决器，即可恢复原数字信号。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v 到来时，乘法器输出到来时，乘法器输出vLPF输出输出 。v 到来时，乘法器输出到来时，乘法器输出 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统vLPF输出为输出为 。v判决准则判决准则：采样值大于：采样值大于0，判为，判为“1”；小于；小于0，判为，判为“0”。v2PSK信信号号相相干干解解调调，如如果果本本地地载载波波与与发发送送载载波波不不同同相相，会会造造成成错错误误判判决决，这这种种现现象象称称为为相相位位模模糊糊或或者者“倒倒 ”现现象象。例例如如本本地地载载波
17、波与与发发送送载载波波相相位位相相反反，采采样样判判决决器器输输出出将将与与发发送送的的数数字字序序列列相相反反，造造成成错错误误。一一般般本本地地载载波波从从接接收收信信号号中中提提取取，发发送送信信号号在在传传输输过过程程中中会会受受到到噪噪声声的的影影响响，使使其其相相位位随随机机变变化化而而产产生生相相位位误误差差，这这种种相相位位误误差差难难以以消消除除。因因而而2PSK信信号号容易产生误码，实际中容易产生误码，实际中2PSK信号不常被采用。信号不常被采用。v（2） 2DPSK信号信号v解调方法：解调方法：相干解调和差分相干解调。相干解调和差分相干解调。v1）相干解调）相干解调v2D
18、PSK信信号号相相干干解解调调出出来来的的是是差差分分调调制制信信号号，2PSK相相干干解解调调器器之之后后再再接一差分译码器，将差分码变换为绝对码，就可得原调制信号序列。接一差分译码器，将差分码变换为绝对码，就可得原调制信号序列。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v2DPSK信号解调不存在信号解调不存在“倒倒 ”现象，即使相干载波出现倒相，使现象，即使相干载波出现倒相，使 变为变为 ，差分译码器能使，差分译码器能使 。v2）差分相干解调）差分相干解调 v通通过过比比较较前前后后码码元元载载波波的的初初相相位位来来完完成成解解调调，用用前前一一码码元元的的载载波波相相位位作作为为解解调调
19、后后一一码码元元的的参参考考相相位位，解解调调器器输输出出就就是是所所需需要要的的绝绝对对码码。要要求求载载波波频频率率为为码码元元速速率率的的整整数数倍倍，这这时时载载波波的的初初始始相相位位和和末末相相相相位位相相同同。BPF输输出出分分成成两两路路，一一路路加加到到乘乘法法器器，另另一一路路延延迟迟一一个个码码元元周周期期，作作为为解调后一码元的参考载波。解调后一码元的参考载波。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v判决准则：判决准则：x 0判为判为“0”。 v差差分分相相干干解解调调法法不不需需要要差差分分译译码码器器和和专专门门的的本本地地
20、相相干干载载波波发发生生器器，只只需需要要将将2DPSK信信号号延延迟迟一一个个码码元元时时间间，然然后后与与接接收收信信号号相相乘乘，再再通通过过低低通通滤波和采样判决就可以解调出原数字调制序列。滤波和采样判决就可以解调出原数字调制序列。v优点：优点：设备简单。设备简单。v缺点：缺点：对延迟电路精度要求比较高。对延迟电路精度要求比较高。v2DPSK信信号号产产生生时时是是用用差差分分码码对对载载波波进进行行调调制制，在在解解调调时时只只要要前前后后码码元元的的相相对对相相位位关关系系不不被被破破坏坏，即即使使出出现现了了“倒倒 ”现现象象，只只要要能能鉴鉴别别码码元元之之间间的的相相对对关关
21、系系，就就能能恢恢复复原原二二进进制制绝绝对对码码序序列列。避避免免了了相相位位模模糊糊问问题题，应应用广泛。用广泛。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v65多进制幅移键控多进制幅移键控v采采用用多多进进制制数数字字调调制制技技术术可可提提高高系系统统的的频频带带利利用用率率。用用多多进进制制数数字字基基带带信信号号对对高高频频载载波波进进行行幅幅度度调调制制，称称为为多多进进制制幅幅移移键键控控（MASK）。已已调调波有波有M个幅度个幅度vg( ( t ) )是高度为是高度为1 1，宽度为，宽度为 的矩形脉冲，且有的矩形脉冲，且有 。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统第第 6
22、章章 数字调制系统数字调制系统v首首先先将将二二进进制制数数字字序序列列转转换换为为M进进制制序序列列。每每k位位一一组组，有有2k种种组组合合，可可表表示示 个个状状态态，形形成成M进进制制序序列列。对对高高频频载载波波进进行行ASK调调制制，就就可可得得MASK信号。信号。v解调方式：解调方式：相干解调和非相干解调。相干解调和非相干解调。 vM进进制制基基带带数数字字序序列列的的带带宽宽只只与与脉脉冲冲周周期期 有有关关，而而与与M无无关关，其其带带宽宽是基带信号带宽的两倍是基带信号带宽的两倍v ， 是是M进制基带脉冲的速率，进制基带脉冲的速率， 是是M进制基带脉冲周期。进制基带脉冲周期。
23、 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v66多进制频移键控多进制频移键控v用用M个个频率率不不同同的的正正弦弦波波分分别代代表表M进进制制数数字字信信号号的的M个个状状态态，在在某某一一码元元时间内只内只发送其中一个送其中一个频率率v串串/并并变变换换电电路路将将串串行行输输入入的的k位位二二进进制制码码转转换换成成为为并并行行输输出出的的k位位二二进进制制码码，然然后后由由逻逻辑辑电电路路转转换换成成具具有有M个个状状态态的的逻逻辑辑电电平平，这这里里k位位二二进进制制码码有有种种 组组合合。k位位二二进进制制码码来来到到时时，逻逻辑辑电电路路输输出出相相应应的的逻逻辑辑电电平平，该该逻
24、逻辑辑电电平平一一方方面面打打开开相相应应的的开开关关，使使对对应应的的载载波波发发送送出出去去，同同时时关关闭闭其其他他的的开开关关，不不让让其其他他载载波波发发送送出出去去。一一组组组组二二进进制制码码输输入入时时，加加法法器器的的输输出便是出便是MFSK信号。信号。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v接接收收带带通通滤滤波波器器滤滤除除MFSK信信号号的的带带外外噪噪声声，各各带带通通滤滤波波器器进进行行分分频频。有有信信号号通通过过的的那那一一路路的的包包络络检检波波器器有有包包络络信信号号输输出出，其其他他包包络络检检波波器器没没有有信
25、信号号输输出出。采采样样判判决决器器在在某某一一时时刻刻比比较较所所有有包包络络检检波波器器的的输输出出电电压压，将将最最大大者者输输出出，就就得得到到一一个个M进进制制码码元元。逻逻辑辑电电路路将将此此码码元元译译码码，形形成成并并行行的的k位位二二进进制制码码，并并/ /串串变变换换电电路路转转换换成成串串行行二二进进制制码码，完完成成解解调调任任务。务。v还还可可采采用用分分路路滤滤波波相相干干解解调调方方式式，包包络络检检波波器器由由乘乘法法器器和和LPFLPF代代替替。MFSK系系统统占占用用频频带带较较宽宽，频频带带利利用用率率低低，用用于于调调制制速速率率不不高高的的传传输输系系
26、统。统。v这这种种方方式式产产生生的的MFSK信信号号，其其相相位位不不连连续续，可可看看作作是是M个个振振幅幅相相同同、载载波不同、时间上互不重叠的二进制波不同、时间上互不重叠的二进制ASK信号的叠加。带宽信号的叠加。带宽v 为最高载频；为最高载频； 为最低载频；为最低载频； 为为M进制码元速率。进制码元速率。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v67多进制相移键控多进制相移键控 vMPSK用用具具有有多多个个相相位位状状态态的的正正弦弦波波来来表表示示多多进进制制数数字字基基带带信信号号的的不不同同状状态态。M进进制制信信号号与与二二进进制制信信号号之之间间的的关关系系： 。载载波波
27、的的一一个个相相位位对对应应k位二进制码元。如果载波有位二进制码元。如果载波有 个相位，可代表个相位，可代表k位二进制码元的位二进制码元的M种组合。种组合。 v分分为为：多多进进制制绝绝对对相相移移键键控控（MPSK）和和多多进进制制相相对对（差差分分）相相移移键键控控（MDPSK）。）。MPSK 信号信号v ，n = 0= 0，1 1，M 1 1。v假定载波频率假定载波频率0 0是基带信号速率的整数倍是基带信号速率的整数倍第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v 是高度为是高度为1，宽度为，宽度为 的脉冲；的脉冲； 为为k比特码元的持续时间。比特码元的持续时间。v表表明明，MPSK信信号号
28、可可等等效效为为两两个个正正交交载载波波进进行行多多电电平平双双边边带带调调幅幅所所得得已已调调波之和。带宽与波之和。带宽与MASK信号一样，是调制信号带宽的两倍。信号一样，是调制信号带宽的两倍。v1. 相位配置相位配置 v相相位位配配置置：MPSK信信号号的的M个个相相位位与与其其代代表表的的k位位二二进进制制码码元元之之间间的的对对应应关关系系。各各相相位位值值都都是是相相对对于于参参考考相相位位而而言言的的，通通常常取取0 0相相位位作作为为参参考考相相位位。对对绝绝对对调调相相，参参考考相相位位为为未未调调载载波波的的初初相相；对对相相对对调调相相，参参考考相相位位为为前前一一码码元元
29、载载波波的的末末相相，正正为为超超前前，负负为为落落后后。采采用用等等间间隔隔的的相相位位差差，相相位位间间隔隔是是 。 vM增增大大，相相位位间间隔隔减减小小，系系统统可可靠靠性性下下降降，所所以以M不不能能太太大大。最最常常使使用用的的是是四相四相PSK（4PSK）和八相和八相PSK（8PSK）。）。v(a)(a)/2/2相移系统，相移系统，( (b)b)/4/4相移系统，虚线为参考相位。相移系统，虚线为参考相位。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v2. 4PSK信号信号 v四四相相调调相相信信号号是是一一种种四四状状态态符符号号（00，01，10，11）。输输入入的的二二进进制制序
30、序列列，每每两两位位一一组组，用用载载波波的的四四种种相相位位表表征征它它们们。由由两两个个码码元元构构成成一一种种状状态的符号码元称为态的符号码元称为双比特码元双比特码元。 v分分为为：四四相相绝绝对对相相移移键键控控(4PSK)和和四四相相相相对对（差差分分）相相移移键键控控(4DPSK) 。v（1） 4PSK信号的产生信号的产生第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v串串行行输输入入的的单单极极性性二二进进制制序序列列，每每两两位位一一组组，前前一一位位用用A表表示示，后后一一位位用用B表表示示，经经串串/并并变变换换成成宽宽度度加加倍倍的的并并
31、行行码码，A、B在在时时间间上上对对齐齐。单单极极性性码码变变成成双双极极性性码码（01，1+1），然然后后与与载载波波相相乘乘。此此系系统统产产生生的的是是/4PSK信信号号。产产生生/2PSK信信号号，只只需需把把载载波波移移相相/4后后再再加加到到乘乘法法器器上上即即可。可。v（2）4PSK信号的解调信号的解调 v正交相干解调法（极性比较法）。正交相干解调法（极性比较法）。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v不考虑噪声，接收信号在一符号码元持续时间内可表示为不考虑噪声，接收信号在一符号码元持续时间内可表示为 v/4/4移相系统移相系统v两路乘法器的输出两路乘法器的输出vLPF输出输
32、出 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v判决准则判决准则：正采样值判为正采样值判为“1”，负采样值判为，负采样值判为“0” 。v解解调调/2移移相相系系统统的的4PSK信信号号，除除改改变变移移相相网网络络和和判判决决准准则则外外，其其他他与与/4移相系统相同。移相系统相同。v正交相干解调法解调正交相干解调法解调4PSK信号存在相位模糊问题。信号存在相位模糊问题。符号相位符号相位极性极性极性极性判决器输出判决器输出AB+11+0100+10第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v3. 4DPSK信号信号 v（1） 4DPSK信号的产生信号的产生 v串串/并并变变换换将将串串行行的的二二
33、进进制制序序列列变变换换为为并并行行的的A、B两两路路序序列列。差差分分编编码码器器将两路并行绝对码编码为两路差分码。极性变换装置变换为双极性码。将两路并行绝对码编码为两路差分码。极性变换装置变换为双极性码。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v（2） 4DPSK信号的解调信号的解调v/2移相系统移相系统。vv设某一符号码元及其前一符号码元载波分别为设某一符号码元及其前一符号码元载波分别为第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v通通过过比比较较前前后后两两个个符符号号码码元元载载波波初初相相与与终终相相的的相相位位差差实实现现差差分分相相干干解解调调。当当载载波波频频率率是是符符号号码
34、码元元速速率率的的整整数数倍倍时时，本本符符号号码码元元载载波波初初相相与与前前一一符符号号码码元元载载波波初初相相的的相相位位差差实实际际上上与与前前一一符符号号码码元元终终相相的的相相位位差差是是等等效效的的。n为本符号码元载波初相角；为本符号码元载波初相角；n1为前一符号码元载波初相角。为前一符号码元载波初相角。v 经经 /4移相后移相后v乘法器输出乘法器输出 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统vLPF输出输出v判决准则：判决准则：采样值小于采样值小于0判为判为“1”，采样值大于，采样值大于0判为判为“0”。相位差相位差n-n-1cos(n-n-1+/4)的极性的极性cos(n-n
35、-1-/4)的极性的极性判决器输出判决器输出AB0+00/2+10113/2+01第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v68 正交振幅调制正交振幅调制 v2ASK频频带带利利用用率率是是1b/s/Hz。利利用用正正交交调调制制技技术术, , 频频带带利利用用率率可可提提高高一一倍倍。对对于于多多进进制制，还还可可提提高高频频带带利利用用率率。正正交交振振幅幅调调制制(QAM) ：用用两两路路基基带带信号对两个正交同频载波进行抑制载波双边带调幅。用于高速传输场合。信号对两个正交同频载波进行抑制载波双边带调幅。用于高速传输场合。 v方方 式式 ： 二二 进进 制制 QAM(4QAM)， 四四
36、进进 制制 QAM(16QAM)， 八八 进进 制制QAM(64QAM)，分分别别有有4、16、64 个个矢矢量量端端点点，信信号号矢矢量量端端点点分分布布图图称称为为星星座座图图。信信号号状状态态和和信信号号电电平平之之间间的的关关系系：M=m2，m为为电电平平数数，M为信号状态。为信号状态。v （a）4QAM星座图，（星座图，（b）16QAM星座图，（星座图，（c）64QAM星座图。星座图。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v1. QAM信号的调制信号的调制 v输输入入二二进进制制数数字字序序列列通通过过串串/并并变变换换，交交替替选选取取比比特特，转转换换为为两两个个独独立立的的二
37、二进制数据流进制数据流 和和 ，速率减半。经，速率减半。经2/m变换器变为变换器变为m进制信号进制信号 和和 。vQAM信号信号第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v 为为m进制码元间隔。式中进制码元间隔。式中xk和和yk为双极性为双极性m进制码元。进制码元。v2. QAM信号的解调信号的解调v正交相干解调。正交相干解调。LPF输出采样判决恢复出输出采样判决恢复出m电平信号电平信号x( t )和和y( t )。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v几几种种调调制制方方式式的的频频带带利利用用率率比比较较。在在频频带带受受限限系系统统，QAM是是一一种种很很有有发发展展前途的调制方式，现
38、已有前途的调制方式，现已有64QAM、256QAM等集成芯片等集成芯片。调制方式调制方式编码编码(b)带宽带宽(Hz)符号速率符号速率带宽效率带宽效率b/s/HzBPSK1 s s1QPSK2 s/2 s/224QAM2 s/2 s/2216PSK4 s/4 s/4416QAM4 s/4 s/4464QAM6 s/6 s/66256QAM8 s/8 s/88第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v6 .9 无载波幅度相位调制无载波幅度相位调制 v同同：无无载载波波幅幅度度相相位位（CAP）调调制制与与QAM有有相相同同的的频频谱谱特特性性、理理论论基基础础和信号星座映射关系。和信号星座映射关
39、系。v异异：CAP以以数数字字方方式式实实现现，QAM以以模模拟拟方方式式实实现现。CAP调调制制不不用用载载波波表表示示相相位位和和幅幅度度的的变变化化，也也不不传传送送载载波波，用用幅幅度度特特性性相相同同而而相相位位特特性性不不同同的的两两个个数数字字滤滤波波器器完完成成调调制制，成成本本低低。QAM星星座座图图映映射射是是不不变变的的；CAP可可进行相位转换，能适应信号的抖动。接收端需要监测星座映射的相应位置。进行相位转换，能适应信号的抖动。接收端需要监测星座映射的相应位置。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v6 .10交错正交相移键控交错正交相移键控v现现代代通通信信出出现现的
40、的新新问问题题：信信道道的的带带限限和和非非线线性性对对传传输输信信号号的的影影响响。多多进进制制调调制制是是提提高高频频带带利利用用率率的的一一种种有有效效方方法法，恒恒包包络络技技术术能能适适应应信信道道的的非非线线性性，频带利用率高。频带利用率高。v恒恒包包络络技技术术的的已已调调波波包包络络恒恒定定，通通过过非非线线性性部部件件时时，只只产产生生很很小小的的频频谱谱扩扩展。展。v特特点点：包包络络恒恒定定或或起起伏伏很很小小；已已调调波波频频谱谱具具有有高高频频快快速速滚滚降降特特性性，旁旁瓣瓣小小，或或者者几几乎乎没没有有旁旁瓣瓣。由由于于d(t)/dt，为为控控制制已已调调波波的的
41、频频谱谱特特性性，必必须须控控制它的相位特性。制它的相位特性。v1. 1. 交错正交相移键控信号的调制交错正交相移键控信号的调制 v4PSK常常称称为为正正交交相相移移键键控控QPSK（Quadriphase-shift Keying），频频带带利利用用率率较较高高，理理论论值值达达2b/s/Hz。但但当当码码组组0011或或0110时时，产产生生180 的的载载波波相相位位跳跳变变，引引起起包包络络起起伏伏。通通过过非非线线性性部部件件，使使已已经经滤滤除除的的带带外外分分量量又又被被恢恢复复出出来来，导导致致频频谱谱扩扩展展，增增加加对对邻邻信信道道的的干干扰扰。为为了了消消除除180 的
42、的相相位位跳跳变，提出了交错正交相移键控（变，提出了交错正交相移键控（OQPSK）方式。方式。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统vOQPSK是对是对QPSK的改进。的改进。v同同：也也是是把把输输入入码码流流分分成成两两路路，然然后后进进行行正正交交调调制制，与与QPSK有有同同样样的的相相位关系。位关系。v异异：同同相相和和正正交交支支路路码码流流错错开开半半个个双双比比特特码码元元周周期期，每每次次只只有有一一路路可可能能发发生生极极性性翻翻转转，不不会会发发生生同同时时翻翻转转现现象象。信信号号相相位位只只能能出出现现0 ， 90 跳跳变变，不会出现不会出现180 的相位跳变。的相
43、位跳变。vTS/2延延迟迟保保证证两两支支路路偏偏移移半半个个双双比比特特码码元元周周期期。BPF的的作作用用是是形形成成OQPSK信号的频谱形状，使包络恒定。信号的频谱形状，使包络恒定。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v2. 交错正交相移键控信号的解调交错正交相移键控信号的解调v采采用用正正交交相相干干解解调调方方式式解解调调。Q支支路路信信号号采采样样判判决决时时延延迟迟TS/2，保保证证对对两两支支路交错采样。路交错采样。vOQPSK克克服服了了QPSK的的180 的的相相位位跳跳变变，信信号号通通过过BPF后后包包络络起起伏伏小小，性性能能得得到到了了改改善善，受受到到了了广广
44、泛泛重重视视。但但码码元元转转换换时时，相相位位变变化化不不连连续续，存存在在90 的相位跳变，高频滚降慢，频带仍然较宽。的相位跳变，高频滚降慢，频带仍然较宽。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v611 最小频移键控最小频移键控v相相位位不不连连续续的的FSK信信号号，功功率率谱谱产产生生很很大大的的旁旁瓣瓣分分量量，带带限限后后会会引引起起包包络络起起伏伏。相相位位连连续续的的频频移移键键控控（CPFSK）：控控制制相相位位的的连连续续性性的的数数字字频频率率调调制。制。v在一个码元时间内在一个码元时间内v若传若传“0”码载频为码载频为1，传传“1”码载频为码载频为2，偏移为偏移为 ，
45、上式可写为，上式可写为vv比较两式，在一个码元时间内，相角比较两式，在一个码元时间内，相角v初相角初相角(0) 取决于过去码元调制的结果，它的选择要防止相位的不连续。取决于过去码元调制的结果，它的选择要防止相位的不连续。 v对对于于FSK信信号号，当当 （n为为整整数数)时时，就就认认为为它它是是正正交交的的。为为了了提提高频带利用率，高频带利用率， 要小，当要小，当n =1时，时， 达最小，有达最小，有 v或者或者 v 称为调制指数。称为调制指数。v频偏频偏v频差频差 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v它它等等于于码码元元速速率率1/TS之之半半，这这是是最最小小频频差差。CPFSK
46、的的这这种种特特殊殊选选择择称称为为最最小频移键控小频移键控(MSK)。 v由由v代入代入v若若(0)=0v假定假定“”号对应于号对应于“1”码，码，“”号对应于号对应于“0”码。将码。将t =Ts代入前式代入前式第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v当当t0时，由式时，由式 可得可得(t)变化曲线。变化曲线。v正正斜斜率率直直线线表表示示传传“1”码码的的相相位位轨轨迹迹，负负斜斜率率直直线线表表示示传传“0”码码的的相相位位轨轨迹迹。这这种种由由可可能能的的相相位位轨轨迹迹构构成成的的图图形形称称为为相相位位网网格格图图。在在一一码码元元时时间间
47、内内，相相对对于于前前一一码码元元载载波波相相位位不不是是增增加加/2，就就是是减减少少/2。(t)在在每每一一码码元元结结束束时时为为/2的整数倍。的整数倍。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v将式将式 扩展到多个码元时间，可写为扩展到多个码元时间，可写为 vPk为为二二进进制制双双极极性性码码元元，取取为为1。由由上上式式和和图图看看出出，k为为截截矩矩，其其值值为为的的整整数数倍倍，即即k=k。表表明明，MSK信信号号的的相相位位是是分分段段线线性性变变化化的的，在在码码元元转转换时刻换时刻相位仍然连续，即相位仍然连续，即v将式将式 代入式代入式 ，MSK表达式表达式 v上式利用
48、三角等式展开，并注意到上式利用三角等式展开，并注意到sink=0第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v式中式中 ；v正交调制方法产生。正交调制方法产生。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v输输入入数数据据序序列列进进行行差差分分编编码码，送送入入串串/并并变变换换器器，形形成成两两路路并并行行数数据据，下下路路通通过过一一个个码码元元时时间间 的的延延迟迟，使使两两路路交交错错。Ik =cosk =1，Qk =Pkcosk=1。振荡器产生加权函数振荡器产生加权函数 和和 ，分别对两路对数据加权，产生，分别对两路对数据加权，产生v和和 。对对正正交交载载波波进进行行调调制制，相相加加
49、形形成成MSK信信号号。虽虽然然每每个个码码元元的的持持续续时时间间为为Ts，由由于于有有相相位位连连续续性性的的要要求求，故故Ik只只能能在在 的的过过0点点改改变变。同同理理，Qk也也只只能能在在 的的过过0点点改改变变。并并且且，Ik 仅仅当当k等等于于偶偶数数时时才才可可能能改改变变符符号号，Qk仅仅当当k等等于于奇奇数数时时才才可可能能改改变变符符号号，二二者者不不同同时时改改变变符符号号。加加权权函函数数都都是是一一个个个个正正负负符符号号不不同同的的半半正正弦弦波波，两两支支路路码码元元互互相相偏偏离离时时，恰恰好好使使和错开和错开1/4周期，保证了周期，保证了MSK信号相位的连
50、续性。信号相位的连续性。vMSK信信号号可可采采取取正正交交相相干干解解调调的的方方法法恢恢复复原原码码序序列列。此此外外，还还有有其其它它解解调调方法。方法。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v612 正弦频移键控正弦频移键控v码码元元极极性性变变化化时时，MSK相相位位变变化化/2，码码元元转转换换时时刻刻相相位位仍仍然然连连续续。码码元元极极性性变变化化，相相位位曲曲线线出出现现尖尖角角, ,导导致致频频谱谱旁旁瓣瓣滚滚降降速速度度下下降降，带带外外辐辐射射增增加加。为为减减小小带带外外辐辐射射，提提高高频频带带利利用用率率，应应平平滑滑尖尖角角，产产生生了了正正弦弦频频移移键键
51、控（控（SFSKSFSK）。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v在在MSK相相位位上上叠叠加加一一正正弦弦波波，输输入入码码元元极极性性变变化化时时，正正弦弦波波相相位位也也跟跟随随变变化化。例例如如， “0”（1) 码码时时，正正弦弦波波相相位位为为0； “1”(+1)码码时时，正正弦弦波波相相位位为为，这这样样可可平平滑滑相相位位尖尖角角。同同时时，还还能能保保留留MSK一一个个码码元元时时间间内内相相位位最最大大变变化化/2的的优优点点。输输入入 “1”码码，相相位位增增加加/2； “0”码码，相相位位减减少少/2。每每码码元元间间隔隔载载波波相相位位变变化化/2。码码元元转转换换
52、时时刻刻，相相位位变变化化率率为为0。加加快快了了SFSK信号频谱的滚降速度。信号频谱的滚降速度。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v613 平滑调频平滑调频vSFSK每每一一码码元元的的中中点点附附近近相相位位轨轨迹迹变变化化率率超超过过了了MSK，这这导导致致SFSK频频谱谱的的主主瓣瓣宽宽度度超超过过了了MSK。为为了了保保留留SFSK的的优优点点，克克服服其其缺缺点点，产产生生了了平平滑调频滑调频(TFM)。 v调调频频波波可可表表示示为为cos0 t+(t)，不不同同的的调调制制方方式式有有不不同同的的(t) 。MSK的的相相位位曲曲线线在在一一个个码码元元内内是是线线性性的
53、的，SFSK用用正正弦弦函函数数在在一一个个码码元元内内平平滑滑了了MSK的的线线性性相相位位。采采取取相相关关编编码码技技术术，可可把把相相位位的的平平滑滑扩扩展展到到几几个个码码元元时时间间内内，选择选择(t)适当的函数形式，能改善频谱形状。适当的函数形式，能改善频谱形状。TFM采用了相关编码技术。采用了相关编码技术。v输入为双极性冲激序列输入为双极性冲激序列van=+1或或1。编码规则。编码规则第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v当当a0 a1=1时，时，(TS）= 0； a0 a1=-1时，时， (TS）=/4。v上上式式表表明明，第第m个个码码元元内内的的相相位位变变化化不不仅
54、仅与与am有有关关，而而且且还还与与相相邻邻码码元元am-1和和am+1有有关关。在在一一个个码码元元内内， 的的值值可可能能为为0，/4，/2，取取何何值值，取决于三个码元之间的组合。取决于三个码元之间的组合。v根根据据上上述述编编码码原原则则，TFM在在一一个个码码元元内内相相位位平平均均变变化化率率小小于于SFSK。当当输输入入码码元元极极性性交交替替时时，相相位位维维持持恒恒定定，变变化化率率等等于于零零。在在一一个个码码元元内内只只变变化化/4，而，而SFSK变化变化/2，TFM的相位变化率小于的相位变化率小于SFSK。v对对SFSK的的改改进进：保保留留SFSK相相位位在在码码元元
55、转转换换点点变变化化率率为为零零，同同时时，减减小小了了相相位位在在一一个个码码元元内内各各时时刻刻的的斜斜率率，使使频频谱谱滚滚降降加加快快，带带外外辐辐射射减减小小，频频谱谱主主瓣瓣变变窄窄。分分析析表表明明，其其主主瓣瓣宽宽度度小小于于SFSK，几几乎乎没没有有旁旁瓣瓣。是是一一种种较较好的调制方式，在实际中得到了应用。好的调制方式，在实际中得到了应用。码组+1,+1,+1-1,-1,-1+1,-1,+1-1,+1,-1+1,+1,-1+1,-1,-1-1,+1,+1-1,-1,+1(TS ）+ /2- /200+ /4- /4+ /4- /4概率概率1/81/81/41/41/41/4
56、1/41/4第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v614 高斯最小频移键控高斯最小频移键控v为为了了减减小小已已调调波波带带宽宽和和对对邻邻道道的的干干扰扰，调调制制前前对对基基带带信信号号进进行行高高斯斯滤滤波波，再进行最小频移键控调制，称为再进行最小频移键控调制，称为高斯最小频移键控（高斯最小频移键控（GMSK）。）。v1基本原理基本原理v基基带带信信号号先先经经过过高高斯斯滤滤波波器器(低低通通滤滤波波器器)，形形成成高高斯斯脉脉冲冲，再再进进行行MSK调调制制。高高斯斯脉脉冲冲无无陡陡峭峭的的边边沿沿，亦亦无无拐拐点点，已已调调波波相相位位在
57、在MSK的的基基础础上上进进一一步平滑。其频谱特性优于步平滑。其频谱特性优于MSK。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v2. GMSK信号的调制信号的调制 v要求高斯滤波器具有：要求高斯滤波器具有： v(1)窄带锐截止特性，抑制高频分量。窄带锐截止特性，抑制高频分量。v(2)冲激响应过冲量要小，防止产生过大的瞬时频偏。冲激响应过冲量要小，防止产生过大的瞬时频偏。v(3) 滤波器冲激响应曲线下的面积对应于滤波器冲激响应曲线下的面积对应于/2的相移，使调制指数为的相移，使调制指数为1/2。v高斯滤波器传输函数高斯滤波器传输函数v是与滤波器是与滤波器3dB带宽带宽Bb有关的一个常数。由有关的一
58、个常数。由3dB带宽定义有带宽定义有v即即第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v v所以所以 v改变改变，Bb将随之改变。将随之改变。v滤波器冲激响应滤波器冲激响应vh( t )不是时限的，随不是时限的，随t 2按指数规律迅速下降，可近似认为它的宽度有限。按指数规律迅速下降，可近似认为它的宽度有限。vGMSK信信号号的的相相位位路路径径由由脉脉冲冲形形状状决决定定，在在一一个个码码元元内内相相位位变变化化取取决决于于其其脉脉冲冲的的面面积积。由由于于h(t)的的非非时时限限性性，相相邻邻脉脉冲冲会会产产生生重重叠叠，一一个个码码元元内内脉脉冲冲面积受相邻码元的影响。面积受相邻码元的影响。v
59、近近似似认认为为脉脉冲冲宽宽度度为为3Ts(Ts为为码码元元宽宽度度)，脉脉冲冲波波形形的的重重叠叠只只考考虑虑一一个个码码元元的影响。确认相位路径的原则：的影响。确认相位路径的原则：v(1)一个码元内相位增加还是减小，取决于该码元内脉冲波形叠加后的极性，一个码元内相位增加还是减小，取决于该码元内脉冲波形叠加后的极性，v面积为正相位增加，反之减小。面积为正相位增加，反之减小。v(2)一个码元内相位变化取决于该码元内叠加后脉冲面积的大小。一个码元内相位变化取决于该码元内叠加后脉冲面积的大小。v相相邻邻三三个个码码元元为为1、1、1，滤滤波波器器和和VCO保保证证一一个个码码元元内内相相位位增增加
60、加/2；相相邻邻三三个个码码元元为为1、1、1，滤滤波波器器和和VCO保保证证一一个个码码元元内内相相位位减减少少/2，其其他他码码流流下下，叠叠加加后后脉脉冲冲面面积积比比上上两两种种情情况况要要小小，相相位位变变化化小小于于/2。v一一种种产产生生方方法法：在在/2BPSK调调制制器器后后接接一一个个PLL。/2BPSK保保证证每每个个码码元元的的相相位位均均变变化化/2，平平滑滑BPSK的的相相位位突突变变，在在码码元元转转换换点点相相位位连连续续，没没有尖角。有尖角。v解调：解调：正交相干解调方式或模拟相加方法解调。正交相干解调方式或模拟相加方法解调。v应用：应用：GSM系统。系统。
61、第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v6.15调制解调器调制解调器 v调调制制解解调调器器（Modem）由由基基带带处处理理、调调制制解解调调、信信号号放放大大、滤滤波波和和均均衡衡等等组组成成。调调制制是是将将数数字字信信号号加加到到音音频频载载波波上上去去，产产生生适适合合于于电电话话信信道道传传输的音频模拟信号，解调是从音频载波中恢复数字信号。输的音频模拟信号，解调是从音频载波中恢复数字信号。 vModem是是一一个个将将数数字字信信号号转转换换为为模模拟拟信信号号并并且且再再转转换换回回数数字字信信号号的的转转发发器器，物物理理上上位位于于计
62、计算算机机和和模模拟拟信信道道之之间间。在在发发端端， Modem从从一一个个串串行行数数字字接接口口（如如RS-232）接接收收数数字字脉脉冲冲，将将它它们们转转换换为为模模拟拟已已调调信信号号，然然后后通通过过模模拟拟信信道道传传输输。在在接接端端，从从信信道道接接收收模模拟拟已已调调信信号号，将将它它们们再再转转换为数字脉冲，传送到数字接口。换为数字脉冲，传送到数字接口。 v采采用用的的调调制制技技术术：ASK、FSK、PSK、QAM等等。单单独独的的ASK使使用用较较少少，它它对对噪噪声声干干扰扰敏敏感感，易易导导致致数数据据出出错错。低低速速Modem采采用用FSK ，高高速速Mod
63、em采用采用PSK ，超高速超高速Modem采用相位和幅度组合调制采用相位和幅度组合调制。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v1.调制解调器的类型调制解调器的类型 v同同步步和和异异步步Modem，有有线线和和无无线线Modem，外外置置和和内内置置Modem，硬硬件件和和软软件件Modem，低低速速、中中速速和和高高速速Modem以以及及单单工工、半半双双工工和和全全双双工工Modem等。等。v（1）同步调制解调器和异步调制解调器）同步调制解调器和异步调制解调器v同同步步Modem用用于于高高速速数数据据传传输输，速速率率达达56kb/s，同同步步信信息息在在接接收收机机中中恢恢复。
64、异步复。异步Modem用于低速数据传输，速率为用于低速数据传输，速率为2.4kb/s，不必恢复同步信息。不必恢复同步信息。v1） 同步调制解调器同步调制解调器 v采采用用PSK或或QAM调调制制，用用于于中中、高高速速数数据据传传输输。时时钟钟与与数数据据一一起起调调制制一一个个连连续续载载波波。接接收收Modem从从已已调调波波中中提提取取相相干干载载波波用用来来解解调调数数据据。同同步步信信息息从从数数据据中中恢恢复复。有有同同步步时时钟钟和和载载波波恢恢复复电电路路，故故结结构构复复杂杂，较较异异步步Modem价格贵。价格贵。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统vPSK用用于于中中
65、速速（2.44.8kb/s）同同步步Modem。QPSK用用于于2.4kb/sModem，8PSK用于用于4.8kb/sModem 。16QAM用于用于9.6kb/s高速高速Modem。 v2）异步调制解调器异步调制解调器 v使用使用ASK或或FSK调制技术，用于低速数据传输，速率为调制技术，用于低速数据传输，速率为2.4kb/s。vBell 103及等效标准的异步及等效标准的异步Modem，用两线拨号电路进行全双工操作。用两线拨号电路进行全双工操作。v （2）有线调制解调器和无线调制解调器有线调制解调器和无线调制解调器 v有线有线Modem用于有线信道数据传输，无线用于有线信道数据传输，无线
66、Modem用于无线信道数据传输。用于无线信道数据传输。v （3）外置调制解调器和内置调制解调器外置调制解调器和内置调制解调器 v外外置置Modem：位位于于计计算算机机外外部部，占占用用计计算算机机的的一一个个串串行行端端口口，需需要要连连接接单独的电源供电。连接麻烦，价格也较贵，但具有相对较好的性能。单独的电源供电。连接麻烦，价格也较贵，但具有相对较好的性能。v内内置置Modem：插插入入计计算算机机内内的的一一个个扩扩展展槽槽。和和计计算算机机内内部部电电路路存存在在着着一一定的电磁干扰，且占用一部分定的电磁干扰，且占用一部分CPU资源，价格便宜。资源，价格便宜。第第 6 章章 数字调制系
67、统数字调制系统v（4）硬件调制解调器和软件调制解调器硬件调制解调器和软件调制解调器 v硬件硬件Modem：所有功能由自身完成，有自己的所有功能由自身完成，有自己的DSP芯片，用于信号处理。芯片，用于信号处理。v软软件件Modem：一一些些工工作作由由CPU来来完完成成， Modem只只保保留留调调制制解解调调芯芯片片。优点：优点：体积小、耗电低，适合于便携电脑使用。体积小、耗电低，适合于便携电脑使用。v缺点：缺点：适应范围窄、传输数据速率低，减慢了应用程序的运行速度。适应范围窄、传输数据速率低，减慢了应用程序的运行速度。v目目前前，一一些些硬硬件件Modem也也在在引引入入软软件件数数据据处处
68、理理技技术术。用用微微处处理理器器和和存存储储器器组组成成的的控控制制器器部部件件加加入入Modem，使使得得Modem具具有有了了软软件件支支持持的的一一些些附附加加功功能能，如如自自动动呼呼叫叫和和应应答答、多多种种速速率率选选择择、数数据据压压缩缩、自自动动监监测测等等，称为智能称为智能Modem。v（5）低速、中速和高速调制解调器低速、中速和高速调制解调器v速速率率在在2.4kb/s以以下下的的为为低低速速Modem，4.89.6kb/s的的为为中中速速Modem，9.6kb/s以上的为高速以上的为高速Modem。v（6）单工、半双工和全双工调制解调器单工、半双工和全双工调制解调器第第
69、 6 章章 数字调制系统数字调制系统v根根据据Modem的的两两线线工工作作方方式式，分分为为单单工工、半半双双工工和和全全双双工工Modem，目目前前Modem都实现了两线双工。都实现了两线双工。v2.调制解调器的速率调制解调器的速率v分为分为DTE速率和速率和DCE速率。速率。vDTE速速率率：Modem与与计计算算机机连连接接的的接接口口速速率率，典典型型值值为为115.2kb/s、57.6kb/s等。等。vDCE速速率率：Modem与与电电话话线线连连接接的的接接口口速速率率，典典型型值值为为56kb/s、33.6kb/s、14.4kb/s、9.6kb/s.等。等。vDCE速率又分上行
70、速率和下行速率。速率又分上行速率和下行速率。v上上行行速速率率：DTE通通过过Modem向向服服务务器器传传输输数数据据的的速速率率，典典型型值值为为48kb/s、33.6kb/s等。等。v下下行行速速率率：DTE通通过过Modem从从服服务务器器下下载载数数据据的的速速率率，典典型型值值为为56kb/s、33.6kb/s等。通常说的等。通常说的56K的的Modem即是指其下行速率为即是指其下行速率为56kb/s。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v1998年年2月月，ITU制制定定了了V.90规规范范，定定义义了了不不对对称称传传输输技技术术，使使Modem以以33.6kb/s速率发送
71、数据，以速率发送数据，以56kb/s的速率接收数据。的速率接收数据。vV.90 Modem开发出来之前，开发出来之前，Modem通过模拟本地环路连接至电话局。通过模拟本地环路连接至电话局。v数数据据在在传传输输时时要要进进行行两两次次变变换换。从从A到到B时时，A Modem进进行行数数/模模转转换换，远端远端B Modem则进行模则进行模/数转换，反之依然。数转换，反之依然。v（1）调制解调器的速率限制调制解调器的速率限制v33.6kb/s的的速速率率被被认认为为是是话话音音信信道道Modem所所能能达达到到的的最最高高速速率率。电电话话网网中中使用的编译码器，理论噪声门限是使用的编译码器，
72、理论噪声门限是39.5dB，多数实际网络的噪声门限多数实际网络的噪声门限第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v仅仅有有3536dB。假假定定信信道道带带宽宽为为3kHz，量量化化噪噪声声门门限限为为35dB，由由香香农农公公式式v从从技技术术角角度度，有有3个个因因素素限限制制了了模模拟拟Modem33.6kb/s的的最最高高数数据据传传输输速速率率：语音信道的有限带宽、信道的信噪比以及模语音信道的有限带宽、信道的信噪比以及模/数转换引入的量化噪声。数转换引入的量化噪声。v1) 带宽带宽 v语语音音信信道道的的最最大大带带宽宽不不超超过过4kHz，不不论论Modem接接收收灵灵敏敏度度如如
73、何何提提高高，其其信号速率总是受这个带宽的限制。信号速率总是受这个带宽的限制。v2) 2) 信噪比信噪比 v信信号号通通过过模模/数数转转换换，最最大大信信噪噪比比在在3839dB之之间间。这这使使Modem的的速速率率限限制为制为33.6 kb/s。 v3) 量化噪声量化噪声 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v模模拟拟信信号号在在电电话话局局被被数数字字化化，在在远远端端电电话话局局被被还还原原为为模模拟拟信信号号，量量化化噪噪声声使使语语音音信信道道在在理理论论数数据据传传输输能能力力被被限限制制在在大大约约35kb/s。考考虑虑3839dB最最大信噪比大信噪比，数据传输速率被限制
74、为数据传输速率被限制为33.6 kb/s。v（2）解决办法解决办法v服服务务提提供供者者将将设设备备直直接接与与数数字字网网络络相相连连时时，可可以以省省去去一一次次模模/数数转转换换。V.90Modem能能以以56kb/s的的速速率率接接收收数数据据，发发送送数数据据仍仍然然必必须须经经过过两两次次模模/数转换，因而数据速率限制为数转换，因而数据速率限制为33.6 kb/s。vV.90Modem通通常常在在上上市市时时标标明明能能够够提提供供56kb/s的的速速率率操操作作，实实际际操操作作的的平均速率只有平均速率只有40k/s44 kb/s。v下下载载时时Modem不不受受香香农农公公式式
75、的的限限制制，为为什什么么仅仅是是56kb/s 而而不不是是更更高高呢呢？原原因因：电电话话网网采采用用PCM方方式式传传输输语语音音，每每秒秒采采样样8000次次，量量化化为为128个个等级，每量化值等级，每量化值7bit，这使得数据传输速率不会超过这使得数据传输速率不会超过80007=56kb/s。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v3.调制解调器的双工技术调制解调器的双工技术 v利用两线实现双工传输采用的方法：利用两线实现双工传输采用的方法：频分法、时分法和回波抵消法。频分法、时分法和回波抵消法。 v（1 1）频分法）频分法 v话音信道分成两个子信道，一个用于发送数据，另一个用于接
76、收数据。话音信道分成两个子信道，一个用于发送数据，另一个用于接收数据。vITU-T制制定定了了一一系系列列Modem标标准准，称称为为“V系系列列”。V.21标标准准的的Modem使使用用2FSK调调制制，传传输输速速率率为为300波波特特，采采用用两两线线双双工工技技术术，在在一一个个话话音音频频带带内内安安排排了了两两个个采采用用FSK方方式式工工作作的的信信道道，中中心心频频率率分分别别为为1080Hz和和1750Hz。发发起起模模式式中中用用980Hz传传输输“1”，用用1180Hz传传输输“0”；应应答答模模式式用用1650Hz传传输输“1”，用用1850Hz传传输输“0” 。呼呼叫
77、叫端端使使用用低低频频段段子子信信道道发发送送数数据据，高高频频段段子子信信道道接接收收数数据据；应应答答端端使使用用高高频频段段子子信信道道发发送送数数据据，低低频频段段子子信信道接收数据。道接收数据。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统vBell 103Modem，一一个个数数据据信信道道占占用用300Hz1650Hz的的频频率率范范围围；另另一一个占用个占用1650Hz3000Hz的频率范围。的频率范围。 v（2）时分法）时分法 v把把信信道道的的占占用用时时间间分分成成若若干干个个收收、发发周周期期，每每个个收收、发发周周期期分分成成两两个个时时隙：隙：TS1 和和TS2，在一个
78、周期内用于发送和接收数据。在一个周期内用于发送和接收数据。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v收发两端必须对数据进行压缩和扩张处理，发送时压缩，接收时扩张。收发两端必须对数据进行压缩和扩张处理，发送时压缩，接收时扩张。第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v(3)回波抵消法回波抵消法vPSTN用用户户线线采采用用两两线线制制，局局间间采采用用四四线线制制，要要用用二二/四四线线转转换换装装置置来来连连接接。回回波波抵抵消消法法允允许许收收发发两两端端同同时时发发送送信信号号，信信道道上上传传输输的的是是混混合合信信号号。接接收收时时，两两端端分
79、分别别根根据据自自己己发发送送的的信信号号和和信信道道特特性性，自自动动估估算算出出接接收收信信号中自己信号的分量，然后将其减去，只接收对方信号。号中自己信号的分量，然后将其减去，只接收对方信号。 v收收发发两两端端信信号号必必须须不不相相关关，不不然然，可可能能由由于于接接收收信信号号与与发发送送信信号号的的回回波波相相似似，导导致致回回波波抵抵消消器器误误认认为为接接收收信信号号是是回回波波而而抵抵消消掉掉。两两端端必必须须使使用用不不同同算算法法的的扰扰码码器器对对自自己己发发送送的的信信号号进进行行扰扰码码，以以保保证证信信道道上上两两信信号号的的统计特性独立。统计特性独立。v4.调制
80、解调器标准调制解调器标准 v目目前前通通用用国国际际标标准准是是ITU-T的的V系系列列标标准准，其其中中许许多多标标准准是是由由原原CCITT制定的，有时也称其为制定的，有时也称其为CCITT-V系列标准。系列标准。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统标准标准调制方式调制方式数据速率数据速率（kbitbit/s/s）调制速率调制速率（B）频率范围频率范围（Hz）传输方式传输方式应用场合应用场合V.212FSK0.33009801850异步异步 全双工全双工二线专线二线专线/PSTNV.224PSK0.6/1.26009001500异异/同步同步 全双工全双工二线专线二线专线/PSTNV
81、.22bisQAM1.2/2.460021002700异异/同步同步 全双工全双工二线专线二线专线/PSTNV.232FSK0.6/1.260010501950异异/同步同步 四线双工四线双工/二线半双工二线半双工二二/四线专线四线专线/PSTN V.23bis2FSK1.26008002600异异/同步同步 半双工半双工 二二/四线专线四线专线/PSTNV.264DPSK2.4120012002400异步异步 全双工全双工四线专线四线专线V.26bis2DPSK1.2120012002400异步异步 二线半双工二线半双工二线专线二线专线/PSTNV.26ter4DPSK2.412001200
82、2400异步异步 全双工全双工二线专线二线专线/PSTNV.278DPSK4.8160010002600同步同步 四线双工四线双工/二线半双工二线半双工二二/四线专线四线专线V.27bis8DPSK2.4/4.8800/160010002600同步二线半双工同步二线半双工二线专线二线专线/PSTNV.27ter8DPSK4.8160010002600异步异步 全双工全双工二线专线二线专线/PSTNV.2916QAM9.624005002900同步同步 全双工全双工四线专线四线专线V.32TCM/QAM9.624005002900异步异步 全双工全双工四线专线四线专线V.32bisTCM14.4
83、24005002900同步同步 全双工全双工四线专线四线专线V.33TCM14.42400同步同步 全双工全双工四线专线四线专线V.34TCM28.8异步异步 全双工全双工V.34 bisTCM33.6异步异步 全双工全双工V.9033.6（发）（发）/56（收）（收）异异/同步同步 全双工全双工第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v5.数字用户线调制解调器数字用户线调制解调器 v数数字字用用户户线线（DSL）是是一一种种较较新新的的技技术术，使使用用电电话话网网本本地地回回路路电电话话线线进进行行数数据据、语语音音、视视频频以以及及多多媒媒体体的的高高速速传传输输。用用户户到到电电话话局
84、局之之间间的的线线路路实实际际支支持持的的频频率率范范围围超超过过1MHz，语语音音传传输输只只利利用用了了3003400Hz的的范范围围，大部分频带并没有利用。大部分频带并没有利用。1.544/2.048Mbit/s2Mbit/s2Mbit/s 类别类别 最高数据速率最高数据速率 上行上行 下行下行不对称数字用户不对称数字用户线（线（ADSL）1Mbit/s8Mb/its高高速速数数字字用用户户线线（HDSL）1.544/2.048Mbit/s可可调调速速率率数数字字用用户线（户线（RDSL）784kbit/s4Mbit/s对对称称数数字字用用户户线线（SDSL）甚甚高高比比特特速速率率数数
85、字字用用户户线线（VDSL）1.5Mbits52Mbit/s第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v(1)不对称数字用户线不对称数字用户线 vADSL利利用用普普通通电电话话线线提提供供高高速速数数据据传传输输，不不对对称称分分配配带带宽宽，支支持持不不对对称称数数据据传传输输。 “不不对对称称” 指指下下行行（电电话话局局到到用用户户）速速率率高高于于上上行行（用用户户到到电电话话局局）速速率率。采采用用频频分分复复用用技技术术把把信信道道分分成成三三部部分分，最最低低的的25kHz频频带带用用于于传传输输话话音音，话话音音占占用用04kHz的的频频率率范范围围，其其余余带带宽宽用用于于防
86、防止止话话音音和和数数据据间间的的干干扰扰。数数据据传传输输占占用用25kHz以以上上的的频频带带。25kHz以以上上频频带带分分成成两两部部分分，分分别别传传输输上上行行和和下下行行数数据据，使使用用频频分分复复用用和和回回波波抵抵消消技术。技术。v回回波波抵抵消消: :上上行行信信道道的的低低频频段段与与下下行行信信道道重重叠叠，重重叠叠部部分分采采用用回回波波抵抵消消实实现双工传输。现双工传输。v优点优点: :上行信道带宽得到了扩展，充分利用了衰减较小的低频段。上行信道带宽得到了扩展，充分利用了衰减较小的低频段。v缺点缺点: :回波抵消处理，增加了设备的复杂性。回波抵消处理，增加了设备的
87、复杂性。v数数据据速速率率不不对对称称。用用户户希希望望从从因因特特网网快快速速下下载载大大量量数数据据，通通常常只只发发送送少少量数据，如短的电子邮件等。量数据，如短的电子邮件等。 第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统第第 6 章章 数字调制系统数字调制系统v(2)高数据速率数字用户线高数据速率数字用户线vHDSL可可以以提提供供综综合合业业务务数数字字网网（ISDN）2B+D的的基基本本速速率率。上上下下行行信信道道上对称分配带宽，允许用户与电话局之间的距离更远而不需要中继器。上对称分配带宽，允许用户与电话局之间的距离更远而不需要中继器。 v(3)可调速率数字用户线可调速率数字用户线
88、vRDSL既既可可以以与与本本地地环环路路上上获获得得的的高高速速率率相相匹匹配配，也也可可以以被被设设置置为为固固定定的操作速率。的操作速率。RDSL是是DSL中最新的一种。中最新的一种。v(4)对称数字用户线对称数字用户线 vSDSL在在上上下下行行链链路路上上对对称称地地分分配配带带宽宽。与与HDSL运运行行四四线线线线路路不不同同，SDSL用一对信号线来实现用一对信号线来实现DSL技术。技术。v( 5)甚高数据速率数字用户线甚高数据速率数字用户线 vVDSL比比ADSL提提供供更更高高的的传传输输速速率率。下下行行速速率率达达52Mb/s，上上行行速速率率达达26Mb/s。传输距离小于传输距离小于1.5km。
