第7章數字信號的頻帶傳輸7.1二進制幅度鍵控(2ASK)7.2二進制頻移鍵控(2FSK)7.3二進制相移鍵控(2PSK)7.4二進制差分相移鍵控(2DPSK)7.5多進制數字調制17.5多進制數字調制7.5.1多進制幅度鍵控（MASK）7.5.2多進制相移鍵控（MPSK）7.5.3多進制頻移鍵控（MFSK）27.5多進制數字調制用多進制的數字基帶信號調制載波，就可以得到多進制數字調制信號。通常，取M＝2n。數字調制信號的分類M進制幅度鍵控（MASK）多電平調制M進制頻移鍵控（MFSK）多頻制M進制相移鍵控（MPSK）多相制3采用M進制數字調制可以增大信息傳輸速率，提高頻帶利用率。Rb=RB×lbM47.5.1多進制幅度鍵控(MASK)1．MASK信號的表達2．MASK信號調制3．MASK信號解調51．MASK信號的時域表達在MASK信號中，載波幅度有M種取值。若基帶信號的碼元間隔為Ts，則MASK信號的時域表達式為式中，g(t)為基帶信號的波形,ωc為載波的角頻率，an為幅度值，an有M種取值。62．MASK信號的頻譜MASK信號相當于M電平的基帶信號對載波進行雙邊帶調幅。MASK信號可以看成是由時間上互不相容的M-1個不同振幅值的2ASK信號的疊加。MASK信號的功率譜，是M-1個2ASK信號的功率譜之和。7MASK信號的帶寬當信息速率Rb相同的情況下，MASK信號的碼元寬帶增加lbM倍，因而帶寬減少lbM倍。BMASK=B2ASK/lbM。在帶寬相同的情況下，MASK信號的信息速率是2ASK信號的lbM倍。RbMASK=Rb2ASK×lbM8MASK的調制步驟把基帶信號由二電平變為M電平。M電平基帶信號對載波進行調制，得MASK信號。9【例題7-1】對數字基帶序列為01111000010010110001進行4ASK調制1011MASK調制中基帶信號波形的選擇最簡單的基帶信號波形：矩形脈沖限制信號頻譜的基帶波形：升余弦滾降信號、部分響應信號等等。其它波形。123．MASK信號解調MASK信號的解調可以采用包絡檢波或相干解調的方法，其原理與2ASK信號的解調完全相同。13多進制幅度調制是一種高效的調制方式，但抗干擾能力較差，因而一般只適宜在恒參信道中使用，如有線信道。147.5.2多進制相移鍵控(MPSK)1．MPSK信號的表達2．MPSK信號調制151．MPSK信號的表達在MPSK中，載波相位有M種取值。φi：有M種取值的相位。16若一個碼元采用矩形脈沖則：其中φ(n)取上式φi中的一種。1718MPSK信號可以看成是兩個正交載波的MASK信號的疊加MPSK信號的帶寬應與MASK信號的帶寬相同。BMPSK=BMASK=2RBRB是M進制的碼元速率19A方式B方式MPSK信號的矢量圖表示202．MPSK信號調制正交調制法相位選擇法插入脈沖法21QPSK正交調制器22相位選擇法產生QPSK信號238PSK正交調制器248PSK正交調制器1101001100100010010111111010000101001011-1-1001(b)1b1b3b2b3253．MPSK信號解調MPSK信號等效于兩個正交載波的幅度調制，所以MPSK信號可以用兩個正交的本地載波信號實現相干解調。26QPSK相干解調器27MDPSKM進制差分相移鍵控產生：絕對碼→相對碼→MPSK解調：MDPSK→相對碼→絕對碼28多相制是一種頻帶利用率較高的高效率傳輸方式。再加之有較好的抗噪聲性能，因而得到廣泛的應用，而MDPSK比MPSK用得更廣泛一些。297.5.3多進制頻移鍵控(MFSK)在MFSK中，載波頻率有M種取值。MFSK信號的表達式為Es：單位符號的信號能量；ωi：載波角頻率。30MFSK調制器31MFSK非相干解調器32MFSK信號的頻譜與帶寬鍵控法產生的MFSK信號，可以看作由M個幅度相同、載頻不同、時間上互不重疊的2ASK信號疊加的結果。設MFSK信號碼元的寬度為Ts，即傳輸速率RB＝1/Ts（Baud），則M頻制信號的帶寬為BMFSK＝fM－f1＋2RB多頻制的主要缺點是信號頻帶寬，頻帶利用率低。因此，MFSK多用于調制速率較低及多徑延時比較嚴重的信道，如無線短波信道。33【例題7-2】已知電話信道的可用傳輸頻帶為600～3000Hz。為了傳輸3000bit/s的數據信號，設計物理可實現的幅度鍵控和相移鍵控的傳輸方案。34【例題7-2】解解由數據信號的速率Rb和信道帶寬Bc，已調信號的頻帶利用率ηb應為所以必須采用多進制調制。設傳輸方案所需的帶寬為Bx，當Bx≤Bc時方案才是可行的。35（1）設基帶信號是滾降系數為α(α≠0)的升余弦滾降信號，二進制碼元速率為RB，已調信號為4ASK和4PSK信號，α的取值應滿足即已調信號的帶寬能滿足信道條件，且α≠0，方案可行。36（2）設基帶信號是矩形波。已調信號為8ASK和8PSK信號，已調信號的帶寬Bx取譜零點帶寬，即由于2000Hz＜2400Hz，因此方案也是可行的。37【例題7-3】帶通型信道的帶寬為3000Hz，基帶信號是二元NRZ碼。求2PSK和QPSK信號的頻帶利用率和最高信息速率。38【例題7-3】當2PSK信號的帶寬取譜零點帶寬時，頻帶利用率為取信號的帶寬為信道帶寬，得最高信息速率為Rb=η2PSKB2PSK=0.5×3000=1500(bit/s)39MPSK信號的頻帶利用率是2PSK信號的lbM倍，所以QPSK信號的頻帶利用率為ηQPSK=η2PSKlb4=0.5×2=1(bit/(s.Hz))同樣，取QPSK信號的帶寬為信道帶寬，得最高信息速率為Rb=ηQPSKBQPSK=1×3000=3000(bit/s)可見，在帶寬不變的前提下，多進制調制信號提高了信息傳輸速率。40多進制調制技術的應用電話線上網常用的1200b/s調制解調器Modem，其內部對數字信號采用的就是4進制調相技術，遵循的標準是Ball212A和CCITTV.22；2400b/s的“貓”采用正交幅度調制技術(QAM，QuadratureAmplitudeModulation），其標準為V.22bis；執行V.29標準的9600b/s調制解調器執行V.32標準采用格碼調制技術的更高速的調制解調器41現代數字調制技術尋找頻帶利用率高，同時抗干擾能力強的調制方式。正交振幅調制（QAM）交錯正交相移鍵控（OQPSK）最小頻移鍵控（MSK）正弦頻移鍵控（SFSK）平滑調頻（TFM）高斯最小頻移鍵控（GMSK）42正交振幅調制（QAM）在2ASK系統中，其頻帶利用率是（1/2）b/s/Hz。若利用正交載波技術傳輸ASK信號，可使頻帶利用率提高一倍。如果再把多進制與正交載波技術結合起來，還可進一步提高頻帶利用率。能夠完成這種任務的技術稱為正交振幅調制（QAM）。43正交振幅調制（QAM）QAM是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波雙邊帶調幅，利用這種已調信號的頻譜在同一帶寬內的正交性，實現兩路并行的數字信息的傳輸。44常用的QAM二進制QAM（4QAM）四進制QAM（16QAM）八進制QAM（64QAM）…45QAM星座圖（a）4QAM、16QAM、64QAM星座圖（b）16QAM信號電平與信號狀態關系46OQPSK調制的提出QPSK信號的頻帶利用率較高，理論值達1b/s/Hz。但當碼組0011或0110時，產生180°的載波相位跳變。這種相位跳變引起包絡起伏，當通過非線性部件后，使已經濾除的帶外分量又被恢復出來，導致頻譜擴展，增加對相鄰波道的干擾。為了消除180°的相位跳變，在QPSK基礎上提出了OQPSK調制方式。47交錯正交相移鍵控（OQPSK）OQPSK也稱偏移四相相移鍵控（offset-QPSK），是QPSK的改進型。它是一種恒包絡數字調制技術，其已調波具有兩個主要特點：包絡恒定或起伏很小頻譜具有高頻快速滾降特性，頻譜旁瓣很小。48OQPSK的調制原理OQPSK也是把輸入碼流分成兩路，然后進行正交調制，但它將同相和正交兩支路的碼流在時間上錯開半個碼元周期。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發生極性翻轉，不會發生兩支路碼元極性同時翻轉的現象。因此，OQPSK信號相位只能跳變0°、±90°，不會出現180°的相位跳變。49OQPSK克