2023/2/41/133通信原理第4章數(shù)字頻帶調(diào)制2/1332023/2/4數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)——在帶通信道上傳輸數(shù)字信號(hào)的方法。圖5.0二元ASK、FSK與PSK的信號(hào)波形單極性NRZ雙極性NRZASK信號(hào)PSK信號(hào)FSK信號(hào)3/1332023/2/4本章目錄：4.1ASK4.2FSK4.3PSK與DPSK4.4QPSK與DQPSK4.5多元數(shù)字頻帶調(diào)制4.6數(shù)字電視系統(tǒng)本章學(xué)習(xí)要求：掌握：二進(jìn)制幅度鍵控2ASK、頻率鍵控2FSK和相位鍵控2PSK三種基本調(diào)制方式的原理、調(diào)制和解調(diào)電路形式掌握：相干調(diào)制和鍵控調(diào)制兩種方法掌握：相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方法掌握：相位連續(xù)的移頻鍵控CPFSK、最小移頻鍵控MSK、高斯最小移頻鍵控GMSK等掌握：相位鍵控有絕對(duì)移相和相對(duì)移相兩種方案，其中相對(duì)移相可以克服傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)的相位模糊現(xiàn)象了解：多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制5/1332023/2/4信道噪聲接收設(shè)備信源信宿格式化脈沖基帶調(diào)制發(fā)送設(shè)備信源編碼信道編碼加密頻帶調(diào)制發(fā)射機(jī)格式化脈沖基帶檢測(cè)信源譯碼信道譯碼解密頻帶解調(diào)接收機(jī)數(shù)字通信系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型信號(hào)處理信號(hào)處理基帶信號(hào)基帶信號(hào)6/1332023/2/4調(diào)制信號(hào)已調(diào)帶通信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)帶通信號(hào)數(shù)字載波系統(tǒng)模型：頻帶調(diào)制頻帶調(diào)制傳輸媒介(信道)7/1332023/2/44.1

2ASK(2AmplitudeShiftKeying)8/1332023/2/44.1.1基本原理2ASK或OOK(二進(jìn)制幅移鍵控)——鍵控（改變）正弦載波的振幅來(lái)傳輸0或1符號(hào)。1.2ASK信號(hào)及其調(diào)制方法圖4.1.12ASK（或OOK）信號(hào)的波形通斷鍵控或啟閉鍵控（OOK）ON-OFFKeying9/1332023/2/4復(fù)包絡(luò):2ASK信號(hào)也可以表示為：2ASK信號(hào)時(shí)域表示：第n個(gè)碼元10/1332023/2/4（a）乘積法 （b）開(kāi)關(guān)法（鍵控法）乘法器單極性不歸零信號(hào)圖4.1.22ASK調(diào)制框圖載波產(chǎn)生2ASK信號(hào)的產(chǎn)生：11/1332023/2/42.包絡(luò)檢波解調(diào)方法發(fā)送端信道BPF包絡(luò)檢波器抽樣判決器定時(shí)信號(hào)輸出圖4.1.32ASK包絡(luò)檢波解調(diào)框圖帶寬B帶寬2BB=Rb帶寬2B12/1332023/2/4

非相干解調(diào)1AAAA13/1332023/2/44.1.2功率譜與帶寬復(fù)包絡(luò):單極性NRZ信號(hào)14/1332023/2/415/1332023/2/4

向上頻移基帶接收濾波器抽樣與判決BPFLPFB2B基帶發(fā)送濾波器向下頻移AWGN頻帶信道符號(hào)定時(shí)最后，了解相干解調(diào)的2ASK傳輸系統(tǒng):16/1332023/2/44.2

2FSK

(2Frequency-ShiftKeying)17/1332023/2/44.2.1基本原理2FSK或BFSK（二進(jìn)制頻移鍵控）——鍵控正弦載波的頻率來(lái)傳輸二元符號(hào)。1.2FSK信號(hào)及其調(diào)制方法18/1332023/2/42FSK信號(hào)時(shí)域表示：也可以表示為（相當(dāng)于兩路ASK相加）：

與“互補(bǔ)”：19/1332023/2/4圖4.2.22FSK信號(hào)的時(shí)域波形及其互補(bǔ)OOK特點(diǎn)10100120/1332023/2/4單極性NRZ

2FSK信號(hào)的產(chǎn)生：圖4.2.12FSK信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖21/1332023/2/4

相干解調(diào)頻差較大時(shí)適合抽樣判決LPFLPFBPFBPFW=2RbW=2Rbf1f022/1332023/2/43.包絡(luò)檢波解調(diào)方法兩個(gè)互補(bǔ)OOK接收系統(tǒng)的組合：(非相干解調(diào))包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器輸出定時(shí)信號(hào)圖5.2.4FSK信號(hào)的包絡(luò)檢波接收框圖W=2RbW=2Rb整流整流LPFLPF抽樣判決BPF(f1)BPF(f0)適合于頻差較大的場(chǎng)合23/1332023/2/4（2）判決準(zhǔn)則為：，或（1）上支路接收部分，下支路接收部分；系統(tǒng)必須滿足：；適合于頻差較大的場(chǎng)合24/1332023/2/4101001圖5.2.5包絡(luò)檢波器的輸出25/1332023/2/44.*過(guò)零檢測(cè)解調(diào)方法其主要過(guò)程：(1)檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)；形成邊沿窄脈沖；(2)將脈沖的疏密變換為電平高低；最后得到0或1

(非相干解調(diào))26/1332023/2/4圖5.2.6過(guò)零檢測(cè)器中的主要信號(hào)波形(1)檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)；形成邊沿窄脈沖；(2)將脈沖的疏密變換為電平高低；最后得到0或1LPFBPF位同步器輸出W=|f1-f0|+2Rb限幅微分整流單穩(wěn)抽樣判決27/1332023/2/44.2.2功率譜與帶寬兩個(gè)互補(bǔ)的2ASK信號(hào)的功率譜的相加，傳輸帶寬：28/1332023/2/4如果和過(guò)于接近時(shí)，功率譜中兩個(gè)2ASK頻譜將發(fā)生重疊。需要保持，

圖5.2.8FSK信號(hào)功率譜示意圖一般：29/1332023/2/42.*相位連續(xù)性(a) (b)圖4.2.3不連續(xù)與連續(xù)相位的2FSK信號(hào)相位不連續(xù)的信號(hào)占據(jù)很多的頻帶，應(yīng)該盡量避免相位不連續(xù)相位連續(xù)4．2．3相位連續(xù)的頻移鍵控CPFSK30相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)“傳號(hào)”“空號(hào)”定義保持相位連續(xù)的方法：相位連續(xù)的2FSK信號(hào)31/1332023/2/4保持相位連續(xù)的方法：保持相位連續(xù)的條件：

當(dāng)n=1時(shí)，最小頻差：此時(shí)，CPFSK成為最小頻移鍵控（MSK）32最小移頻鍵控(MSK)附加相位函數(shù)：分段線性函數(shù)，以Ts為段+1-1-1+1+1+1ak33最小移頻鍵控(MSK)MSK信號(hào)的特點(diǎn)已調(diào)信號(hào)的振幅恒定；符號(hào)交界處信號(hào)的相位是連續(xù)的。MSK信號(hào)雙極性矩形不歸零脈沖h=0.534MSK的正交調(diào)制表示形式其中，35利用正交調(diào)制法產(chǎn)生MSK信號(hào)36MSK信號(hào)的功率譜密度372高斯最小移頻鍵控(GMSK)提出背景MSK信號(hào)的相位路徑為折線，其功率譜旁瓣衰減不夠快。在諸如移動(dòng)通信等通信場(chǎng)合中，對(duì)信號(hào)帶外輻射功率限制嚴(yán)格，而MSK無(wú)法滿足要求。GMSK信號(hào)的產(chǎn)生在MSK調(diào)制器之前加入一高斯低通濾波器，作為MSK調(diào)制器的前置濾波器高斯低通濾波器h(t)MSK調(diào)制器GMSK信號(hào)雙極性不歸零矩形脈沖序列3dB帶寬為B38高斯最小移頻鍵控(GMSK)sBTsBTsBTs高斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng)g(t)39GMSK信號(hào)的平均功率譜密度GMSK信號(hào)功率譜特性的改善是通過(guò)降低誤比特率性能換來(lái)的前置濾波器的帶寬越窄，輸出功率越緊湊，誤比特率性能越差當(dāng)BTs=0.25時(shí)，誤比特率性能下降并不嚴(yán)重。40/1332023/2/44.3

2PSK與2DPSK(2Phase-ShiftKeying)(2DifferentialPhase-ShiftKeying)41/1332023/2/41.2PSK信號(hào)及其調(diào)制方法4.3.12PSK2PSK或BPSK（二進(jìn)制相移鍵控）——利用兩種相位來(lái)傳輸二元符號(hào)。2PSK最常用的兩種相位：0(同相)

或π（反相）

42/1332023/2/42PSK信號(hào)時(shí)域表示：或，令序列的雙極性二元NRZ基帶信號(hào)為，43/1332023/2/4雙極性NRZ2PSK信號(hào)的產(chǎn)生：乘積法與選擇法。開(kāi)關(guān)電路44/1332023/2/4復(fù)包絡(luò):雙極性NRZ信號(hào)2.功率譜與帶寬45/1332023/2/4形狀與2ASK的相同，但沒(méi)有離散的載波譜線。傳輸帶寬

2PSK又可以看作抑制載波后的2ASK信號(hào)，或，2ASK信號(hào)確實(shí)是2PSK信號(hào)與載波的疊加。雙極性單極性46/1332023/2/43.2PSK的相干解調(diào)來(lái)自信道向下頻移符號(hào)定時(shí)基帶接收濾波器抽樣與判決BPFLPF圖5.3.32PSK相干解調(diào)框架B中心fcB為基帶信號(hào)帶寬2B注意：nc(t)的雙邊功率譜密度為N047/1332023/2/42PSK調(diào)制解調(diào)過(guò)程：48/1332023/2/44.3.22DPSK2PSK無(wú)法直接應(yīng)用：本地振蕩存在著“不確定性反相”的問(wèn)題：“0”與“1”顛倒，而自身對(duì)此無(wú)法知道。2DPSK（二進(jìn)制差分相移鍵控）——將差分編碼與2PSK相結(jié)合，解決了“不確定性反相”的問(wèn)題。49/1332023/2/4例:設(shè)DPSK

實(shí)質(zhì)：用前后碼元載波相位的相對(duì)變化傳數(shù)字信息傳號(hào)差分編碼50/1332023/2/4

0123456781001001110001110

100011101+1-1-1-1+1+1+1-1+10π

π

π000π

0

π

00-π

00π

-π

相對(duì)碼絕對(duì)碼電平相位n例5.4舉例說(shuō)明2DPSK信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程中各碼元的變換以及與載波相位變化的關(guān)系絕對(duì)相位相對(duì)相位通過(guò)相鄰時(shí)隙載波相位的變化與否來(lái)“攜帶”信息：

“1——相位變化”，“0——相位不變”

51/1332023/2/4取值0、12PSK相干解調(diào)器Tb模二加取值-1、1取值0、1電平轉(zhuǎn)換圖5.3.52DPSK傳輸系統(tǒng)取值0、1取值-1、1電平轉(zhuǎn)換2PSK調(diào)制器Tb取值0、1模二加52/1332023/2/4另一種重要的解調(diào)方法：比較兩個(gè)相鄰時(shí)隙上信號(hào)的相位，還原出絕對(duì)碼（信息比特），而不需要本地振蕩。4.差分相干接收（非相干解調(diào)）圖5.3.62DPSK的差分相干解調(diào)BPFLPF延時(shí)Tb抽樣判決符號(hào)定時(shí)53/1332023/2/411+1-1-1+1

1100-1+1-1+1

00

與的關(guān)系信息比特兩者相同兩者不同表4.3.2差分相干解調(diào)的判決準(zhǔn)則，取值0、1取值-1、1電平轉(zhuǎn)換2PSK調(diào)制器Tb取值0、1模二加54/1332023/2/455/1332023/2/4習(xí)題

設(shè)載頻為1800Hz，碼元速率為1200波特，發(fā)送信息為011010。試按下面兩種方式畫(huà)出2DPSK信號(hào)的波形。（1）若相位偏移代表“0”，代表“1”；（2）若相位偏移代表“0”，代表“1”。解：（1）01101056/1332023/2/4（2）01101057/1332023/2/44.4QPSK與DQPSK58/1332023/2/4——取值有四種可能，以傳送四元符號(hào)。5.4.1QPSK信號(hào)的基本原理1.QPSK信號(hào)QPSK或4PSK（四進(jìn)制相移鍵控）：（1）采用了4種相位；（2）采用了正交的載波。（00，01，11，10）四元符號(hào)59/1332023/2/4QPSK的兩種相位關(guān)系：A方式：B方式：（QPSK的兩套相位值）后面討論B方式。其實(shí)，兩種方式只相差（即）格雷碼好處：相鄰相位對(duì)應(yīng)的符號(hào)中只有1位不同，相位錯(cuò)誤通常只導(dǎo)致有1個(gè)比特的損失。60四相移相鍵控~同相支路~正交支路

B方式下，QPSK：兩路正交2PSK合成61四相移相鍵控(QPSK)1234567891011121314n{a2n}{an}+1+1-1+1+1-1+1-1+1+1-1-1-1+1{a2n-1}+1+1-1-1+1-1+1+1-1+1+1+1-1-162/1332023/2/41001B方式：恒包絡(luò)最大相位調(diào)變?yōu)?3/1332023/2/464四相移相鍵控(QPSK)QPSK信號(hào)的功率譜密度：兩路2PSK信號(hào)功率譜密度的線性疊加QPSK調(diào)制—相位選擇法相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)的組成方框圖如圖所示。圖中，四相載波發(fā)生器分別送出調(diào)相所需的四種不同相位的載波。按串/并變換器輸出的雙比特碼元的不同，邏輯選相電路輸出相應(yīng)相位的載波。66四相移相鍵控(QPSK)67/1332023/2/4QPSK每個(gè)時(shí)隙傳輸兩比特，頻帶利用率是2PSK的兩倍。68/1332023/2/4例

假定QPSK系統(tǒng)的輸入二進(jìn)制序列為011111011000,試說(shuō)明(1)相應(yīng)的載波相位(B方式)序列;(2)同相與正交支路的比特序列;(3)傳輸速率為4800bps時(shí)需要的帶寬.解:四元符號(hào)序列:011111011000(1)載波相位:(2)同相支路:111100正交支路:011010(3)帶寬:69/1332023/2/44.4.2QPSK的調(diào)制解調(diào)方法1.調(diào)制解調(diào)方法基于“QPSK等效于兩路正交的2PSK之和”的想法：調(diào)制器：

QPSK信號(hào)基帶脈沖成型基帶脈沖成型串/并轉(zhuǎn)換速率減半速率減半70/1332023/2/4解調(diào)器：QPSK信號(hào)載波同步并/串轉(zhuǎn)換BPFLPF或MFLPF或MF符號(hào)定時(shí)抽樣判決抽樣判決圖.4.4QPSK調(diào)制解調(diào)框圖同相與正交解調(diào)器彼此獨(dú)立工作71/1332023/2/4例如，在上支路的相乘器之后，LPF后輸出為：22、相位選擇法相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)的組成方框圖如圖所示。圖中，四相載波發(fā)生器分別送出調(diào)相所需的四種不同相位的載波。按串/并變換器輸出