第四章數字信號的頻帶傳輸

4.1數字頻帶傳輸在大多數的數字通信系統中，通常選擇正弦波信號為載波，這一點與模擬調制沒有什么本質的差異，它們均屬于正弦波調制。然而數字調制與模擬調制又有不同點，其不同點在于模擬調制需要對載波信號的參量連續進行調制，在接收端需要對載波信號的已調參量連續進行估值；而在數字調制中則可用載波信號參量的某些離散狀態來表征所傳輸的信息，在接收端也只要對載波信號的調制參量有限個離散值進行判決，以便恢復出原始信號。4.2二進制數字調制

由于數字通信具有建網靈活，容易采用數字差錯控制技術和數字加密，便于集成化，并能夠進入ISDN，所以數字調制技術廣泛應用在現代通信系統中。數字調制用數字基帶信號改變正弦型載波的幅度、頻率或相位中的某一個參數，產生相應的數字振幅調制、數字頻率調制和數字相位調制。隨著數字通信技術發展的需要，也可以用數字基帶信號去改變正弦型載波的幅度、頻率或相位中的某幾個參數，產生新型的數字調制技術。

對于數字調制技術一般分為兩種類型：一是將數字基帶信號當作模擬信號的特殊情況處理，就可用模擬方法去實現數字調制；二是利用數字信號的離散取值特點鍵控載波，從而實現數字調制，稱這種方法為鍵控法。

所謂“鍵控”是指一種如同“開關”控制的調制方式。比如對于二進制數字信號，由于調制信號只有兩個狀態，調制后的載波參量也只能具有兩個取值，其調制過程就像用調制信號去控制一個開關，從兩個具有不同參量的載波中選擇相應的載波輸出，從而形成已調信號?！版I控”就是這種數字調制方式的形象描述。與模擬調制中的幅度調制、頻率調制和相位調制相對應，數字調制也分為三種基本方式：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。4.2.1一般原理與實現方法

二進制幅移鍵控是利用載波幅度隨著二進制調制信號1和0的取值而在兩個狀態之間變化的調制方法。二進制幅度鍵控中最簡單的形式稱為通——斷鍵控（OOK），即載波在數字信號1或0的控制下來使開關實現通或斷，如圖4.10(a)所示。產生2ASK信號的具體電路很多，但可用如圖4.10(b)所示電路模型實現，即將調制器用一個乘法器來實現。輸出2ASK信號,波形圖如圖4.10(c)所示。1.二進制幅移鍵控信號實現方法2ASK信號其數學表達式為：SASK(t)=e(t)cosωCt（4.3）2ASK信號的解調具體方法主要有兩種：非相干解調法和相干解調法。2.二進制幅移鍵控信號的解調cosωCte(t)乘法器e(t)SASK(t)cosωcttcosωCtte(t)tSASK(t)圖4.102ASK調制方法及波形(a)OOK示意圖(b)2ASK調制框圖(c)波形圖(1)非相干解調法

包絡檢波法是常用的一種非相干解調的方法，包絡檢波器往往是半波或者全波整流器，整流后通過低通濾波器濾波（平滑），即可獲得原來基帶信號e(t)。2ASK信號的包絡解調與AM信號的解調有相似之處，但不同的是2ASK信號解調在低通濾波器后增加抽樣判決器和定時脈沖，這樣才能將信號恢復為數字信號并提高接收機的性能，如圖4.11所示。

相干解調又稱同步解調，要實現相干解調，在接收端要有一個與發送端載波同頻同相的載波信號，稱為同步載波或相干載波。通過相乘器（即解調器）解調出原基帶信號，然后通過低通濾波器即可濾出基帶信號，如圖4.12所示。由于相干解調需要在接收端產生一個本地的相干載波，設備復雜，因此在2ASK系統中很少使用。(2)相干解調法帶通濾波器半/全波整流器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖SASK(t)x(t)y(t)e(t)tSASK(t)tx(t)ty(t)te(t)圖4.11非相干解調原理框圖及波形從圖4.12可知，由乘法器輸出的信號

式中，第一項是基帶信號，第二項是以2ωC為載波的成分，兩者頻譜相差很遠。經低通濾波后，即可輸出e(t)/2

信號。由于噪聲影響及傳輸特性的不理想，低通濾波器輸出波形有失真，經抽樣判決、整形后再生為數字基帶脈沖。（4.4）帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖SASK(t)x(t)y(t)e(t)cosωct圖4.12相干解調原理框圖

對于2ASK信號，若Pe(f)為e(t)的功率譜密度，Ps(f)為已調信號S(t)的雙邊功率譜密度，則有

PS(f)=0.25[PE(f+fc)+PE(f-fc)](4.5)

若數字基帶信號為1和0等概率出現的單極性矩形隨機脈沖序列(碼元間隔為Tb時)，有由上式可畫出2ASK信號功率譜示意圖如圖4.13所示。3.2ASK信號的功率譜及帶寬（4.6）PS(f)fcffc2fb圖5.13ASK信號的功率譜0

2ASK的功率譜由連續譜和離散譜組成。連續譜取決于單個矩形脈沖經線性調制后的雙邊帶譜，而離散譜則由載波分量確定。

2ASK信號的帶寬B=2fb=2/Tb(4.7)ASK系統的頻帶利用率（4.8）

由此可見，這種2ASK調幅的頻帶利用率低，即在給定信道帶寬的條件下，它的單位頻帶內所能傳送的數碼率較低。從圖4.13可知，如已調信號的功率譜中不含有fc的載波頻率分量，稱為抑制載頻的雙邊帶調制。二進制幅移鍵控方式在數字調制中出現較早，主要優點是易于實現，但其缺點是抗干擾能力不強，功率利用率和頻帶利用率較低，所以主要應用在低速數據傳輸中或者與其他調制方式結合應用。4.3數字頻率調制(2FSK)

二進制頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞二進制數字信息的調制方法。在二進制情況下，1碼元對應于載波頻率f1，0碼元對應于載波頻率f2。根據FSK信號在碼元變換點相位變化的不同情況，頻移鍵控信號可分為相位連續的FSK信號和相位不連續的FSK信號。相位不連續的2FSK信號在形式上如同兩個不同頻率交替發送的2ASK信號相疊加。相位連續的FSK信號通常由如圖4.14(a)所示的調頻電路產生，其輸出的已調信號波形如圖4.14(b)所示。相位不連續的FSK信號可由如圖4.15(a)頻移鍵控法產生，其已調波形如圖4.15(b)所示。頻移鍵控法的特點是轉換速度快，波形好，頻率穩定度高，電路不是很復雜，故得到廣泛應用。1.二進制頻移鍵控調制原理SFSK(t)e(t)振蕩電路tSFSK(t)(a)FSK信號產生(b)波形圖圖4.14相位連續的FSK信號產生及波形te(t)1101振蕩器f1振蕩器f2門1門2反相器＋二進制信號e(t)SFSK(t)(a)FSK信號產生(b)波形圖te(t)1101tSFSK(t)圖4.15相位不連續的FSK信號產生及波形2.二進制頻移鍵控信號的解調

對于相位不連續的2FSK信號可以看成兩個2ASK信號的疊加，用兩路ASK信號的解調構成FSK信號的解調。FSK信號的解調分為相干解調和非相干解調。非相干解調采用包絡解調，其原理與ASK信號的解調相同，如圖5.16所示。相干解調原理及波形如圖5.17所示。

相位不連續的2FSK信號可視其為兩個2ASK信號的疊加，其中一個載波為f1，另一個載波為f2。因此，對相位不連續的2FSK信號的功率譜就可像2ASK那樣，分別在頻率軸上搬移然后再疊加。其功率譜曲線（正頻域）如圖4.18所示。3.二進制頻移鍵控的功率譜及帶寬(1)相位不連續的2FSK情況帶通濾波器1包絡檢波器抽樣判決器x1(t)y1(t)e(t)帶通濾波器2包絡檢波器抽樣脈沖SFSK(t)x2(t)y2(t)tSFSK(t)tx1(t)tx2(t)ty1(t)ty2(t)t抽樣脈沖1101te(t)圖4.162FSK的包絡檢波原理框圖及各點的波形SFSK(t)cosωC2tcosωC1t帶通濾波器1低通濾波器e(t)帶通濾波器2低通濾波器抽樣判決器抽樣脈沖圖5.172FSK的相干解調原理框圖f1

f2ffbP(f)圖4.18相位不連續2FSK的功率譜從圖4.18看出：

1）相位不連續2FSK信號的功率譜與2ASK信號的功率譜相似，同樣由離散譜和連續譜兩部分組成。當頻差△f=|f2-f1|較小時，連續頻譜只有單峰；但頻差加大相隔較遠時為雙峰。

2）第一個過零點之間頻率間隔，即帶寬為

B=|f2-f1|+2fb=(2+h)fb(4.9)（4.10）式中的h稱為調頻指數，定義為(2)相位連續的2FSK情況

相位連續的2FSK信號的功率譜，不可直接通過基帶信號頻譜在頻率軸上搬移，也不能用這種搬移后頻譜的線性疊加來描繪。因此對相位連續的2FSK信號頻譜的分析是十分復雜的，在此不分析。圖5.19給出了幾種不同調頻指數下相位連續的2FSK信號功率譜密度曲線。fcfh=0.5h=0.7h=1.5

圖4.19相位連續的2FSK信號功率譜4.4數字相位調制(2PSK)1.2PSK信號調制

二進制相移鍵控（2PSK）是用二進制數字信號控制載波的兩個相位來傳遞信息的調制方式。通常這兩個相位相隔π，例如1和0用相位0和π分別表示，當然反之也可，所以這種調制又稱二相相移鍵控（BPSK）。如圖5.20所示為2PSK波形。在2PSK信號中，調制信號的1和0對應的是兩個確定不變的載波相位（比如0和π），由于它是利用載波相位絕對數值的變化傳送數字信息的，因此又稱為絕對調相。

2PSK調制器可以采用相乘器，如圖4.21(a)所示，但注意調制信號必須是雙極性不歸零碼。如果基帶信號是單極性碼，則需轉換為雙極性碼。2PSK調制器也可以用相位選擇器來實現，如圖4.21(b)所示。11010011te(t)tcosωCtSPSK(t)t圖4.202PSK信號的波形電平轉換cosωcte(t)SPSK(t)單極性NRZ雙極性NRZSPSK(t)振蕩器f反相器門1門2反相器＋二進制信號e(t)π相0相圖4.212PSK調制器框圖(a)采用相乘器的2PSK調制器框圖(b)用相位選擇器的2PSK調制器框圖2.2PSK信號的解調2PSK信號解調只能采用相干解調方法，相干解調所需的本地載波可以單獨產生也可從輸入信號中提取。從2PSK調制波形已知，2PSK信號是以一個固定初相的載波為參考而形成。因此，解調時必須有與此同頻同相的同步載波。在解調系統中，恢復同步載波出現與調制系統中載波相位相差1800稱為相位模糊，用此恢復的載波解調時就容易造成錯誤判決。從圖4.22看出，如果本地參考載波倒相，判決器輸出數字信號全錯，與發送數碼完全相反，這種情況稱為反向工作或者稱之為倒“π”現象。反向工作時的波形見圖4.22(c)。2PSK的主要缺點是解調系統載波容易產生相位模糊，造成反向工作。這也是它實際應用較少的主要原因。不過在衛星通信系統中BPSK獲得廣泛應用。在圖4.22(a)所示的解調原理框圖中，可以用鑒相器代替“相乘-低通”，這樣解調過程實際上是已調信號2PSK與本地載波信號進行比較過程，所以也稱為極性比較法解調。帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖SPSK(t)x(t)y(t)e/(t)本地載波恢復11010te'(t)t本地載波SPSK(t)ttx(t)ty(t)t抽樣脈沖t本地載波SPSK(t)ttx(t)ty(t)t抽樣脈沖00101te'(t)(a)框圖（b）正常工作波形圖（c）反相工作波形圖圖4.222PSK相干解調框圖及各點波形圖4.4二進制差分相移鍵控(2DPSK)

為了克服相位模糊對輸出信號的影響，通常采用差分相移鍵控（DPSK）。DPSK利用前后碼元載波相位相對數值的變化傳送數字信息，這種方法又稱為相對調相。對于相對調相假若規定：已調信號（2DPSK信號）與前一已調信號相位比較，相對相位不變表示數字信號“0”，相對相位改變π表示數字信號“1”，如圖4.23所示。由于假設的初始參考相位有兩種可能，因此相對相移波形也有兩種形式，如圖4.23中的2DPSK1、2DPSK2所示，顯然，兩者相位相反。然而，從圖5.23可以看出，無論是2DPSK1，還是2DPSK2，數字信號“1”總是與相鄰碼元相位突變相對應，數字信號“0”總是與相鄰碼元相位不變相對應。1.2DPSK信號的調制

相對調相信號的產生過程是，首先對數字基帶信號進行差分編碼，即由絕對碼變為相對碼（差分碼），然后再進行絕對調相。基于這種形成過程的二相相對調相信號稱為二進制差分相移鍵控信號（2DPSK或BDPSK）。2DPSK調制器方框圖及波形如圖4.23所示。

差分碼可取傳號差分碼或空號差分碼。傳號差分碼的編碼規則為

從式中,⊕為模2相加，bn-1為bn的前一個碼元，最初的bn-1可任意設定。（4.11）差分編碼cosωct{an}SDPSK(t)絕對碼相對碼極性變換{bn}帶通濾波器圖4-232DPSK調制原理框圖及波形10010110{an}11100100{bn}1載波2DPSK1信號00011011{bn}22DPSK2信號2.2DPSK信號的解調2DPSK的解調一般采用相干解調器和差分相干解調（又稱延遲解調）。2DPSK的相干解調其實就是2PSK解調加差分譯碼，其方框圖見圖5.24所示。由于有差分譯碼器把2PSK解調器輸出的相對碼轉換成絕對碼，即使2PSK解碼器的相干載波倒相，使輸出的bn變為bn的反碼。由于差分譯碼器的功能是bn⊕bn-1=an,，bn反向后，仍使等式成立。因此，在解調中即使相干載波倒相，2DPSK解調器仍然能輸出正常代碼，解調過程的波形圖見圖4.24。由于相對移相制無相位模糊問題，因此得到廣泛的應用。2DPSK信號的差分相干解調方法解調時是直接比較前后碼元的相位差，從而恢復出原始信息代碼，不需要再進行碼變換。差分相干解調將DPSK信號延時一個碼元間隔Tb，然后與DPSK信號本身相乘（相乘器起相位比較的作用），相乘結果經低通濾波后再抽樣判決即可恢復出原始數字信息，無需再進行碼的變換，如圖4.25所示。帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖SDPSK(t)AB{an}本地載波恢復差分譯碼器CCSDPSK(t)載波AB10010110{an}圖4.242DPSK相干解調原理框圖及波形圖圖4.252DPSK差分相干解調原理框圖及波形圖帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖SDPSK(t)BC{an}延遲TbASDPSK(t)B10010110{an}AC抽樣脈沖3.二進制相移鍵控信號的功率譜及帶寬

由于2PSK、2DPSK信號波形特點，已調2PSK信號、2DPSK信號頻譜成分和帶寬一致它們與雙極性2ASK已調信號功率譜相似甚至相同的。當0和1碼元出現的概率相同時，無離散分量，此時二相相移鍵控信號實際上相當于抑制載波的雙邊帶信號了。因此，2PSK信號和2DPSK信號的帶寬也是碼元速率的兩倍，即B=2fb。4.5多進制數字調制

在評價通信系統有效性時了解到，在不提高波特率的前提下，采用多進制信號可提高比特率log2M倍。因此，當信道頻帶受限時，采用多進制數字調制來增大信息傳輸速率，提高頻帶利用率，但是是以增加信號功率和實現上的復雜性為代價，而且其抗噪聲性能低于二進制。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。當已調信號攜帶信息的參數分別為載波的幅度、頻率或相位時，數字調制信號分別為M進制幅度鍵控（MASK）、M進制頻移鍵控（MFSK）或M進制相移鍵控（MPSK）。

多進制幅移鍵控又稱為多電平調幅。MASK信號相當于M電平的基帶信號對載波進行雙邊帶調幅。圖4.26畫出四電平的MASK已調信號波形圖。4.3.1多進制數字振幅鍵控(MASK)

te(t)01012tS4ASK(t)tS0(t)tS3(t)tS1(t)tS4(t)圖4.264ASK信號波形3

從圖4.26可看出，MASK信號可以看成是由時間上互不重疊的M個不同振幅值的2ASK信號的疊加而形成的。MASK信號的功率譜，就由M個2ASK信號的功率譜之和組成。盡管疊加后功率譜的結構是復雜的，但就信號的帶寬而言，當碼元速率RB相同時，MASK信號的帶寬與2ASK信號的帶寬相同，即B=2RB。但在信息速率相等的情況下，MASK信號的帶寬僅為2ASK信號帶寬的1/log2M。

MASK的調制與2ASK的調制方法相同，可由乘法器實現。MASK得解調可采用相干解調和非相干解調兩種形式?！纠?.1】設傳碼率為200Bd，如采用二進制2ASK系統，其帶寬和信息速率為多少？如改為采用八進制8ASK系統，其帶寬和信息速率又為多少？解：根據已知條件知RB=200Bd

采用二進制2ASK系統，帶寬B=2RB=400Hz

信息速率Rb=RBlog22=200bit/s采用八進制8ASK系統，帶寬B=2RB=400Hz

信息速率Rb=RBlog28=600bit/s4.5.2多進制數字頻移鍵控(MFSK)

多進制數字頻率鍵控簡稱多頻制，是2FSK方式的簡單推廣。MFSK用多個頻率不同的正弦波分別代表不同的數字信息，在某一碼元時間內只發送其中一個對應頻率的正弦波。一般的MFSK系統如圖4.27所示。MFSK的調制可采用鍵控法產生MFSK信號，但其相位是不連續的，如圖4.27(a)所示。MFSK信號的解調通常采用非相干解調，原理框圖如圖4.27(b)所示。因為相干解調實現起來比較復雜，要求有精確相位的參考信號，所以很少采用。MFSK信號可以看作由M個振幅相同、載頻不同、時間上互不重疊的2ASK信號疊加形成。MFSK信號的帶寬隨頻率數M的增大而線性增寬，頻帶利用率明顯下降。因此，MFSK多用于調制速率不高的傳輸系統中。12

M12

M

12

M12

n并/串轉換邏輯電路輸出包絡檢波帶通f1抽樣判決包絡檢波帶通f1包絡檢波帶通f1

串/并轉換邏輯電路輸入門電路1f1門電路2f2門電路MfM+接收濾波器信道(a)調制器實現框圖(b)非相干解調實現框圖圖4.27MFSK系統原理框圖4.5.3多進制數字相移鍵控(MPSK)

多進制數字調相又稱多相制，它是利用不同的相位來表征數字信息的一種調制方式。如果用載波有M種相位，那么就可以表示n比特碼元的2n組合狀態，故有M=2n。假若有四種相位，就可以表示二比特的四種組合狀態。多進制相移鍵控分為多進制絕對相移鍵控和多進制相對相移鍵控兩種。在實際通信中大多采用相對相移鍵控。1.多進制相移鍵控信號的表示對于MPSK信號可表示為

SMPSK(t)=Acos(ωct+θn)(4.12)設A=1,則有SMPSK(t)=cosθncosωct-sinθnsinωct=ancosωct-bnsinωct(4.13)

式（4.13）中的第一項稱為同相分量，第二項稱為正交分量，因此MPSK信號可以看成是兩個正交載波進行多電平雙邊帶調制后所得兩路MASK信號的疊加。MPSK信號可以用正交調制的方法產生。其帶寬和MASK信號帶寬相同。

MPSK信號是相位不同的等幅信號，所以用矢量圖也可對MPSK信號進行形象而簡單的描述。在矢量圖中通常以0相位載波作為參考矢量。圖5.28中畫出M=2、4、8時不同初始相位情況下的矢量圖。

從圖4.28的矢量圖看出，相鄰已調波矢量對應的多比特碼之間僅有1位碼不同。在多相調制信號進行解調時，這種碼型有利于減少相鄰相位角誤判而造成的誤碼，可提高數字信號頻帶傳輸的可靠性。圖4.28MPSK信號矢量圖參考相位10π相A0相M=2,θ=0參考相位10π/2相A

0相M=2,θ=π/2參考相位0011π相0相1001

相相M=4,θ=π/2相相11000110相相參考相位M=4,θ=π/4相101相相110000011相相參考相位111001π相010100

相0相M=8,θ=π/8相相相010相相111000011101相001110100相參考相位相M=8,θ=π/4--2.四相絕對相移鍵控（QPSK）在多相相移鍵控中常用的是四相相移鍵控和八相相移鍵控。四相相移鍵控即4PSK又稱為QPSK，用四種不同的載波相位攜帶數字信息，其信號矢量圖見圖5.28所示。四相相移鍵控具有較高的頻譜利用率和較強的抗干擾性，同時在電路實現上比較簡單，成為某些通信系統的一種主要調制方式。π/4QPSK是目前微波、衛星數字通信和數字蜂窩移動通信系統中常用的一種載波傳輸方式。以四相相移鍵控（QPSK）為例介紹多相相移鍵控的調制與解調。（1）QPSK信號的調制QPSK信號的產生方法有正交調制法、相位選擇法等方法。正交調制法也稱直接調相法，如圖4.29所示為M=4，θ=π/4體系的QPSK信號產生原理框圖。將輸入的串行二進制碼經串并變換，分為AB兩路速率減半的序列，電平產生器分別產生雙極性二電平信號，然后分別對同相載波cosωct和正交載波sinωct進行調制,每一路的工作與2PSK相同，然后兩路調制后的信號相加即得到了QPSK信號。如果產生M=4，θ=π/2體系的QPSK信號，只需將載波分別移相±π/4后分別送入A路和B路的相乘器，調制后合成即可。兩個調制系統雙比特碼與已調波起始相位的對應關系如表5.1所示。cosωct圖4.29QPSK信號（π/4體系）的正交調制原理框圖10π/2

B0SQPSK(t)輸入串/并變換電平產生電平產生π/2相移10πA011000110ABA路B路表4.1四相調制已調波相位表π/2體系π/4體系雙比特碼元已調波起始相位雙比特碼元已調波起始相位ABAB00011π/410π/2013π/411π005π/4013π/2107π/4

用相位選擇法也可以產生QPSK，用數字信號去選擇所需相位的載波，從而實現相移鍵控，其原理框圖如圖4.30所示。四相載波發生器產生QPSK所需的4種相位的載波，輸入的數字信息經串/并變換成為雙比特碼，經邏輯選擇電路，每隔Tb時間選擇其中一種相位的載波作為輸出，然后經過帶通濾波器濾除高頻分量。這是一種全數字化的方法，適合于載波頻率較高的場合。450135022503150串/并轉換邏輯選相電路四相載波產生器帶通濾波器輸入輸出

圖4.30相位選擇法產生QPSK信號（π/4體系）原理框圖（2）QPSK信號的解調QPSK信號的解調采用正交相干解調法，又稱極性比較法。因為QPSK信號就是兩個正交2PSK信號組合而成，所以QPSK信號可以用兩個正交的本地載波信號實現相干解調。如圖4.31所示為相干解調器的框圖。QPSK信號經信號分離器后的同相A路和正交B路信號同時送到解調器的兩個信道，在相乘器中與對應的載波相乘，并從中取出基帶信號送到低通濾波器，再經抽樣判決后分別得到A路和B路的二進制信號，通過并/串變換，即可恢復原始信息。

從2PSK信號的解調已知，在解調過程中存在相位模糊的問題。QPSK也存在此問題，因此，在實際應用中大多采用的四相相對相移鍵控（4DPSK或QDPSK）。QDPSK信號的產生采取的是碼變換加QPSK的方法，如圖4.32所示。3.四相相對相移鍵控（QDPSK）圖4.32QDPSK信號（π/2體系）的調制原理框圖輸入C路D路SQDPSK(t)C1000111001電平產生電平產生π/4cosωctB串/并變換碼變換A-π/4D10并/串轉換帶通濾波器信號分離器載波恢復π/2相移低通濾波器抽樣判決定時信號低通濾波器抽樣判決定時信號QPSK信號輸出圖4.31QPSK信號（π/4體系）相干解調原理框圖AB4.6

現代數字調制技術

隨著現代數字新通信系統的開發和研究取得巨大進展，要求既要傳輸數字化的信令，又要傳輸數字化的信息，一般的數字調制技術，如ASK、FSK和PSK因傳輸效率低而無法滿足現代通信的需要，因此專門研究出一些抗干擾性能強、誤碼性能好、頻譜利用率高的調制技術，盡可能地提高單位頻帶內傳輸數據的比特率，以適用于現代通信的要求。

如果單獨使用幅度或者相位攜帶信息時，隨著M進制的增大，抗干擾性能下降。針對多進制調制存在的問題提出復合調制方法。幅相鍵控（APK）是對載波的幅度和相位兩參量同時進行調制的一種數字復合調制方式。當APK信號為兩個多進制正交調制信號之和時又稱為正交振幅調制常稱為正交幅度鍵控調制（QAM）。1正交振幅調制(QAM)

QAM的多進制體制MQAM，M值可以很大，如M=1024，即1024QAM。因此，MQAM是一種頻譜利用率很高的調制方式，在中、大容量數字微波通信系統、有線電視網絡高速數據傳輸、xDSL接入網和衛星通信系統領域得到廣泛應用。

正交振幅調制是利用兩個同頻，相位差為π/2的正交載波對兩種信號分別進行雙邊帶抑制載波調幅的一種調制方法。圖4.35(a)為16QAM調制原理框圖。將輸入的二進制序列信號經串/并轉換后再進行2-4電平變換，形成4電平基帶信號，通過低通濾波器再分別與同相載波和正交載波相乘，最后將兩路調制后的信號相加可得到16QAM信號。在數字微波通信中16QAM信號的產生多采用四相疊加法，在此不介紹。1．MQAM的調制解調原理16QAM信號的解調同樣可以采用正交相干解調方法，如圖5.35(b)所示。在抽樣判決后需經過4-2電平轉換，然后再串/并轉換輸出二進制數字信號。QAM信號00011110A10110100B(a)調制原理框圖圖4.3516QAM調制解調原理框圖A路B路SQAM(t)π/2相移輸入串/并變換2-4電平轉換2-4電平轉換低通濾波器低通濾波器cosωct帶通濾波器信號分離器載波恢復π/2相移低通濾波器抽樣判決定時信號低通濾波器抽樣判決定時信號并/串轉換輸出4-2電平變換4-2電平變換(b)解調原理框圖2.MQAM信號的矢量表示

從圖4.35(a)框圖了解到，AB兩路同時對同相載波和正交載波進行的MASK調制，兩路輸出信號合成矢量如圖4.36(a)，為16矢量，它有3種幅度，12種相位。一般MQAM采用星座圖來描述信號空間分布狀態。所謂星座圖為信號矢量端點分布圖。圖4.36(b)為16MQAM星座圖，由于星點分布為矩形，所以稱為矩形星座又稱標準型16QAM星座。圖4.36(c)的星點分布成星形稱為星形的16QAM，他有2種幅度，8種相位。MQAM已調波的頻譜取決于兩個正交通道上的基帶信號頻譜。其帶寬為兩倍基帶信號帶寬。在理想情況下，頻帶利用率最高為log2M(bit/s.Hz)。當收發基帶濾波器合成響應為升余弦滾降特性時，頻帶利用率為(bit/s.Hz)。

M進制越大，星座圖的星點越多，頻帶利用率越高。星點之間距離愈遠，抗干擾能力越強。1010111110111110001001100011011111011001110010000001010100000100(a)矢量圖(b)

標準型16QAM星座圖4.3616QAM矢量圖和星座圖(c)

星形的16QAM星座圖3

最小頻移鍵控(MSK)

對于頻移鍵控2FSK信號的產生，如果采用如圖4.15所示電路，由于載波由兩個獨立振蕩電路產生，因此在頻率轉換點上相位是不連續的。相位不連續的2FSK信號的功率譜有很大的旁瓣分量，造成對鄰近信號干擾，帶限后會引起包絡起伏變化，為了不失真傳輸，對信道的線性特性要求就很苛刻。最小頻移鍵控MSK又稱快速頻率鍵控是2FSK的改進型，MSK使得兩個頻率在相鄰的跳變碼元之間相位保持連續的一種調制方式。當兩頻率為正交時2FSK信號的頻差△