数字调制系统课件

通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统本章要求本章要求掌握数字调制的概念和目的，数字信号调制解调的基本原掌握数字调制的概念和目的，数字信号调制解调的基本原理和一般方法；理和一般方法；掌握二进制数字调制信号的时域表达式和频谱特性；掌握二进制数字调制信号的时域表达式和频谱特性；掌握：掌握：二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK2ASK）信号的调制解调原理、时域波形）信号的调制解调原理、时域波形二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号的调制解调原理、时域波形）信号的调制解调原理、时域波形二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK2PSK）信号的调制解调原理、时域波形）信号的调制解调原理、时域波形 了解：了解：二进制数字调制信号采用相干截调和非相干解调的原理及二进制数字调制信号采用相干截调和非相干解调的原理及特点特点；2ASK2ASK系统、系统、2FSK2FSK系统、系统、2PSK2PSK系统和系统和2DPSK2DPSK系统性能比较；系统性能比较；多进制数字调制的概念和目的多进制数字调制的概念和目的现代数字调制技术现代数字调制技术QAMQAM、MSKMSK 通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统5.1 5.1 二进制数字调制系统二进制数字调制系统数字调制信号，在二进制时有振幅键控数字调制信号，在二进制时有振幅键控（ASKASK）、移频键控（）、移频键控（FSKFSK）和移相键控（）和移相键控（PSKPSK）三种基本信号形式，如图所示。三种基本信号形式，如图所示。根据已调信号的频谱结构特点的不同，数根据已调信号的频谱结构特点的不同，数字调制也可分为线性调制和非线性调制。字调制也可分为线性调制和非线性调制。这种把基带数字信号变换为频带数字信号这种把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 正弦载波的三种键控波形正弦载波的三种键控波形 通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统1.1.二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK2ASK）二进制数字振幅键控是数字调制中出现最二进制数字振幅键控是数字调制中出现最早的，也是最简单的，是研究其他各种数字调早的，也是最简单的，是研究其他各种数字调制的基础。振幅键控，记作制的基础。振幅键控，记作ASKASK（Amplitude Amplitude Shift KeyingShift Keying），或称为开关键控（通断键控），或称为开关键控（通断键控），记作，记作OOKOOK（On Off KeyingOn Off Keying）。二进制数字振）。二进制数字振幅键控通常记作幅键控通常记作2ASK2ASK。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（1 1）2 2ASKASK的调制方法的调制方法:一般说来，数字信号的调制方法有两种类一般说来，数字信号的调制方法有两种类型：型：利用模拟方法去实现数字调制，即把数利用模拟方法去实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；利用数字信号的离散值特点键控载波，利用数字信号的离散值特点键控载波，从而实现数字调制。从而实现数字调制。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统2ASK2ASK信号的表达式和波形：信号的表达式和波形：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（2 2）2ASK2ASK的解调方法的解调方法:如同如同AMAM信号的解调方法一样，信号的解调方法一样，OOKOOK信号也有信号也有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。法）和相干解调（同步检测法）。包络检波法的原理方框图如图所示。带通滤包络检波法的原理方框图如图所示。带通滤波器恰好使波器恰好使2 2ASKASK信号完整地通过，经包络检测信号完整地通过，经包络检测后，输出其包络。后，输出其包络。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统2 2ASKASK信号的包络检波（非相干）信号的包络检波（非相干）通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（3 3）2 2ASKASK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽:下面分析二进制振幅键控信号的频谱。由于下面分析二进制振幅键控信号的频谱。由于二进制振幅键控信号是随机的、功率型的信号，二进制振幅键控信号是随机的、功率型的信号，故研究频谱特性时，应该讨论它的功率谱密度。故研究频谱特性时，应该讨论它的功率谱密度。因为因为2 2ASKASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度P PE E（f f）是相）是相应的单极性数字基带信号功率谱密度应的单极性数字基带信号功率谱密度P Ps s（f f）形）形状不变地平移至状不变地平移至 f f0 0 处形成的，所以，处形成的，所以，2 2ASKASK信信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 2 2ASKASK信号的带宽信号的带宽B B2 2ASKASK是单极性数字基带信号带宽是单极性数字基带信号带宽f fs s的两倍。当数字基带信号的基本脉冲是矩形不归零脉冲时，的两倍。当数字基带信号的基本脉冲是矩形不归零脉冲时，f fs s=1/=1/T Ts s。于是。于是2 2ASKASK信号的带宽为信号的带宽为B B2 2ASKASK=2=2f fs s=2/=2/T Ts s2 2ASKASK信号的主要优点是易于实现，其缺点是抗干扰能信号的主要优点是易于实现，其缺点是抗干扰能力不强，主要应用在低速数据传输中。力不强，主要应用在低速数据传输中。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统练习设设发发送送的的二二进进制制信信息息为为101100011101100011，采采用用2ASK2ASK方方式式传传输输。已已知码元传输速率为知码元传输速率为1200B1200B，载波频率为，载波频率为2400Hz2400Hz。（1 1）试构成一种）试构成一种2ASK2ASK信号调制器原理框图，并画出信号调制器原理框图，并画出2ASK2ASK信号的时间波形；信号的时间波形；（2 2）试画出）试画出2ASK2ASK信号频谱结构示意图，并计算其带宽。信号频谱结构示意图，并计算其带宽。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统解解：（1 1）2ASK2ASK信信号号是是一一种种数数字字振振幅幅调调制制，已已调调信信号号的的振振幅幅随随数字基带信号变化。数字基带信号变化。2ASK2ASK信信号号可可以以采采用用模模拟拟相相乘乘的的方方式式产产生生，如如图图(a)(a)。图图中中数数字字基带信号基带信号s(t)s(t)应是单极性不归零波形。应是单极性不归零波形。2ASK2ASK信信号号也也可可以以采采用用数数字字键键控控的的方方式式产产生生，通通过过开开关关的的接接通通和接地来产生和接地来产生2ASK2ASK信号，如图信号，如图(b)(b)所示。所示。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统根据题中已知条件，码元传输速率为根据题中已知条件，码元传输速率为1200B1200B，载波频率为，载波频率为2400Hz2400Hz。因此，在。因此，在2ASK2ASK信号的时间波形中，每个码元时间信号的时间波形中，每个码元时间内共有两个周期的载波。数字基带信号内共有两个周期的载波。数字基带信号s(t)s(t)和和2ASK2ASK信号的信号的时间波形如图。时间波形如图。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（2 2）2ASK2ASK信号是一种双边带调制信号，其功率谱结构是将数信号是一种双边带调制信号，其功率谱结构是将数字基带信号的功率谱线性搬移到载频位置。字基带信号的功率谱线性搬移到载频位置。2ASK2ASK信信号号功功率率谱谱密密度度结结构构示示意意图图如如图图。其其由由离离散散谱谱和和连连续续谱谱两两部部分分组组成成。离离散散谱谱由由载载波波分分量量确确定定，连连续续谱谱由由基基带带信信号号s(t)s(t)波形确定。波形确定。2ASK2ASK信信号号的的功功率率谱谱分分布布在在整整个个频频率率范范围围，若若以以功功率率主主瓣瓣宽宽度度计算带宽，则计算带宽，则2ASK2ASK信号带宽信号带宽B B2ASK2ASK为为c c=2400Hz=2400Hz，s s=1/T=1/Ts s=1200B=1200B。B B2ASK2ASK=2=2S S=21200=2400 (Hz)=21200=2400 (Hz)通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统2.2.二进制频移键控（二进制频移键控（2 2FSKFSK）数字频率调制又称频移键控，记作数字频率调制又称频移键控，记作FSKFSK（Frequency Shift KeyingFrequency Shift Keying），二进制频移键），二进制频移键控记作控记作2FSK2FSK。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（1 1）2 2FSKFSK信号的调制方法：信号的调制方法：前面已提到，前面已提到，2 2FSKFSK信号可以采用模拟调频法信号可以采用模拟调频法和数字键控法来产生。和数字键控法来产生。模拟调频法：用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器模拟调频法：用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数（例如电容的某些参数（例如电容C C），可直接改变振荡频率，），可直接改变振荡频率，使输出得到不同频率的已调信号。使输出得到不同频率的已调信号。数字键控法：它是用数字矩形脉冲控制电子开关，数字键控法：它是用数字矩形脉冲控制电子开关，使电子开关在两个独立的振荡器之间进行转换，使电子开关在两个独立的振荡器之间进行转换，从而在输出端得到不同频率的已调信号。从而在输出端得到不同频率的已调信号。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统2FSK2FSK的表达式和波形：的表达式和波形：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（2 2）2 2FSKFSK信号的解调信号的解调二进制频移键控信号的解调方法很多，常采二进制频移键控信号的解调方法很多，常采用非相干检测法（包络检测法）和相干检测法用非相干检测法（包络检测法）和相干检测法（同步检波法），还有过零检测法、差分检波法（同步检波法），还有过零检测法、差分检波法等。等。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 包络检测法包络检测法2 2FSKFSK信号的包络检测方框图及波形图如图所示。信号的包络检测方框图及波形图如图所示。用两个窄带的分路滤波器分别滤出频率为用两个窄带的分路滤波器分别滤出频率为f f1 1及及f f2 2的高频脉冲，的高频脉冲，经包络检测后分别取出它们的包络。经包络检测后分别取出它们的包络。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 同步检波法同步检波法2 2FSKFSK信号的同步检波原理方框图如图所示。信号的同步检波原理方框图如图所示。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（3 3）2 2FSKFSK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽可知，二进制频移键控已调信号可以看成是两个不同可知，二进制频移键控已调信号可以看成是两个不同载频的幅度键控已调信号之和，由此可求得它的功率谱密载频的幅度键控已调信号之和，由此可求得它的功率谱密度。度。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 设发送的二进制信息为设发送的二进制信息为1100100010111001000101，采用，采用2FSK2FSK方方式传输。已知码元传输速率为式传输。已知码元传输速率为1000B1000B，“1 1”码元的载码元的载波频率为波频率为3000Hz3000Hz，“0 0”码元的载波频率为码元的载波频率为2000Hz2000Hz。（1 1）试构成一种）试构成一种2FSK2FSK信号调制器原理框图，并计算信号调制器原理框图，并计算其带宽。其带宽。（2 2）试画出）试画出2FSK2FSK信号频谱结构示意图，并计算其带信号频谱结构示意图，并计算其带宽。宽。练习练习 通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统解解：（1 1）2FSK2FSK信信号号是是一一种种数数字字频频率率调调制制信信号号，已已调调信信号号的的频频率率随随数数字字基基带带信信号号变变化化。2FSK2FSK信信号号采采用用数数字字键键控控的的方方式式产产生生。由由数数字字基基带带信信号号控控制制选选通通开开关关选选择择两两个个载载波波频频率率之一输出产生之一输出产生2FSK2FSK信号，其调制器原理框图：信号，其调制器原理框图：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统根据题中已知条件，码元传输速率为根据题中已知条件，码元传输速率为1000B1000B，“1 1”码元的码元的载波频率为载波频率为3000Hz3000Hz，“0 0”码元的载波频率为码元的载波频率为2000Hz2000Hz。因。因此，在此，在2FSK2FSK信号的时间波形中，每个信号的时间波形中，每个“1 1”码元时间内共码元时间内共有有3 3个周期的载波，每个个周期的载波，每个“0 0”码元时间内共有两个周期的码元时间内共有两个周期的载波。载波。数字基带信号数字基带信号s(t)s(t)和和2FSK2FSK信号的时间波形如图：信号的时间波形如图：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（2 2）2FSK2FSK信号是一种非线性调制信号，其功率谱结构可信号是一种非线性调制信号，其功率谱结构可以近似看成是两个以近似看成是两个2ASK2ASK信号频谱的叠加。信号频谱的叠加。由题已知：由题已知：1 1=3000Hz=3000Hz，2 2=2000Hz=2000Hz，s s=1/T=1/Ts s=1000B=1000B。码。码元传输速率为元传输速率为1000B1000B，1 1和和2 2两上载波频差为两上载波频差为1000Hz1000Hz，因此，因此2FSK2FSK信号功率谱有一部分重叠；信号功率谱有一部分重叠；其结构示意图如下。离散谱由载波分量其结构示意图如下。离散谱由载波分量1 1和和2 2确定，连续确定，连续谱由两个载波频率之差和基带信号谱由两个载波频率之差和基带信号s(t)s(t)的波形确定。的波形确定。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统由由图图，2FSK2FSK信信号号的的功功率率谱谱分分布布在在整整个个频频率率范范围围，若若以以功功率率谱主瓣宽度计算带宽，则谱主瓣宽度计算带宽，则2FSK2FSK信号带宽信号带宽B B2FSK2FSK为为B B2FSK 2FSK=|=|2-2-1 1|+2|+2S S=3000=30002000+21000 =2000+21000 =3000 (Hz)3000 (Hz)以上分析可以看到：以上分析可以看到：第一，第一，2FSK2FSK信号的功率谱同样有连续谱和离散谱组成。其信号的功率谱同样有连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个双边谱叠加而成，而离散谱出现在两个中，连续谱由两个双边谱叠加而成，而离散谱出现在两个载频位置上；载频位置上；第二，若两个载频之差较小，比如小于等于第二，若两个载频之差较小，比如小于等于S S，则连续谱则连续谱出现单峰；若两个载频之差逐步增大，则连续谱将出现双出现单峰；若两个载频之差逐步增大，则连续谱将出现双峰。峰。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统3.3.3.3.二进制相移键控及二进制差分相位键控二进制相移键控及二进制差分相位键控二进制相移键控及二进制差分相位键控二进制相移键控及二进制差分相位键控（2 2 2 2PSKPSKPSKPSK及及及及2 2 2 2DPSKDPSKDPSKDPSK）（1 1 1 1）绝对移相和相对移相的概念绝对移相和相对移相的概念绝对移相和相对移相的概念绝对移相和相对移相的概念 绝对移相（绝对移相（绝对移相（绝对移相（2 2 2 2PSKPSKPSKPSK）二进制移相键控中，载波的相位随数字基带信号二进制移相键控中，载波的相位随数字基带信号1 1或或0 0而改变。这种以载波的不同相位直接去表示相应数字而改变。这种以载波的不同相位直接去表示相应数字信息的方式，通常被称为绝对移相。信息的方式，通常被称为绝对移相。例如：用相位例如：用相位0 0表示数字信号表示数字信号“0 0”，用相位，用相位表示数字表示数字信号信号“1 1”。则已调信号可表示为：。则已调信号可表示为：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统2 2PSKPSK及及2 2DPSKDPSK信号的波形信号的波形 通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统什么是什么是2PSK方式的方式的“倒倒”现象或现象或“反向工作反向工作”现现象？象？当采用绝对移相方式时，由于发送端是以某一个相位作当采用绝对移相方式时，由于发送端是以某一个相位作基准的，因而在接收系统中也必须有这样一个固定基准相位基准的，因而在接收系统中也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会发生会发生0变为变为1或或1变为变为0，从而造成错误的恢复。这种现象，从而造成错误的恢复。这种现象常称为常称为2PSK方式的方式的“倒倒”现象。现象。实际通信时，参考基准相位的随机跳变是可能的，而且实际通信时，参考基准相位的随机跳变是可能的，而且在通信过程中不易被发觉。比如：在通信过程中不易被发觉。比如：系统分频器可能发生状态转移；系统分频器可能发生状态转移；锁相环路的不稳定；锁相环路的不稳定；某种突然的骚动；某种突然的骚动；结论：实际系统中，一般不采用结论：实际系统中，一般不采用2PSK，而采用，而采用2DPSK。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 相对移相（相对移相（2 2DPSKDPSK）差分相位键控差分相位键控2 2DPSKDPSK方式是利用前后相邻码元的相对载波相位的变化来表方式是利用前后相邻码元的相对载波相位的变化来表示数字信息的一种方式。示数字信息的一种方式。由图可以看出，由图可以看出，2 2DPSKDPSK的波形与的波形与2 2PSKPSK的不同，的不同，2 2DPSKDPSK波形的波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位的差值才惟一决定信息符号。的差值才惟一决定信息符号。假设前后相邻码元的载波相位差为假设前后相邻码元的载波相位差为，那么，可定义一种数，那么，可定义一种数字信息与字信息与之间的关系为：之间的关系为：=0 =0，表示数字信息表示数字信息“0 0”，表示数字信息表示数字信息“1 1”则一组二进制数字信息与其对应的则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK2DPSK信号的载波相位关系如信号的载波相位关系如下表所示下表所示二进制数字信息：二进制数字信息：1 1 0 1 0 0 1 1 1 01 1 0 1 0 0 1 1 1 02DPSK2DPSK信号相位：信号相位：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0或或 0 0 0 0 0 00 0 0 0 通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统书中，采用的规则：书中，采用的规则：相位相位0 0表示数字信号表示数字信号“1 1”，用相位，用相位表示数字信号表示数字信号“0 0”。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（2 2）2 2PSKPSK和和2 2DPSKDPSK信号的调制信号的调制模拟调相法：原理框图如图所示，码变换器（即差分模拟调相法：原理框图如图所示，码变换器（即差分编码器）是用来完成绝对码波形到相对码波形变换的，去编码器）是用来完成绝对码波形到相对码波形变换的，去掉码变换器，则可进行掉码变换器，则可进行2 2PSKPSK信号的调制信号的调制。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（3 3）2 2PSKPSK和和2 2DPSKDPSK信号的解调信号的解调 2 2PSKPSK信号的解调信号的解调 相干解调（极性比较法）相干解调（极性比较法）2 2PSKPSK信号的解调只能采用相干解调的方法，其方框图及波形如图所示。信号的解调只能采用相干解调的方法，其方框图及波形如图所示。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 2 2DPSKDPSK信号的解调信号的解调极性比较法和差分相干检测法极性比较法和差分相干检测法 极性比较极性比较码变换法即是码变换法即是2 2PSKPSK解调加差分译码，其方框图如（解调加差分译码，其方框图如（a a）原理：原理：2 2DPSKDPSK解调器将输入的解调器将输入的2 2DPSKDPSK信号还原成相对码信号还原成相对码 b bn n，再由差分译码器把，再由差分译码器把相对码转换成绝对码，输出相对码转换成绝对码，输出 a an n，从而恢复发送的信息。在次过程中，若相干，从而恢复发送的信息。在次过程中，若相干载波产生载波产生1801800 0模糊，会发生模糊，会发生“反向工作反向工作”现象。但是经过码反变换器后，输出的现象。但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象。绝对码不会发生任何倒置现象。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统差分相干检测法原理和优缺点：差分相干检测法原理和优缺点：原理：原理：通过直接比较前后码元的相位差而构成的，又称为相通过直接比较前后码元的相位差而构成的，又称为相位比较法解调。位比较法解调。优缺点：优缺点：1 1、由于此时的解调已完成码变换作用，故无需另加码变换器；、由于此时的解调已完成码变换作用，故无需另加码变换器；2 2、无需专门的相干载波，非常实用；、无需专门的相干载波，非常实用；3 3、它需要延迟电路（、它需要延迟电路（精确延迟精确延迟 1T1TS S），设备上花费稍大），设备上花费稍大。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统（4 4）2 2PSKPSK和和2 2DPSKDPSK信号的功率谱及带宽：信号的功率谱及带宽：2 2PSKPSK和和2 2DPSKDPSK信号有相同的功率谱，其表达式为：信号有相同的功率谱，其表达式为：第一，当第一，当 P P=1/2=1/2时，该功率谱与时，该功率谱与2 2ASKASK信号的功率谱有相似的形式。信号的功率谱有相似的形式。第二，第二，2 2PSKPSK信号的带宽与信号的带宽与2 2ASKASK信号的相同，即信号的相同，即B B2 2PSKPSK=B B2 2ASKASK=2=2f fs s。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统练习练习一、设发送的二进制信息为一、设发送的二进制信息为110100111110100111，若采用，若采用2PSK2PSK方式传输。已知码元传输速方式传输。已知码元传输速率为率为2400B2400B，载波频率为，载波频率为4800HZ4800HZ。试画出一种试画出一种2PSK2PSK信号调制器原理（模型）图，并画出信号调制器原理（模型）图，并画出2PSK2PSK信号的时间波形。信号的时间波形。二、设发送的二进制绝对信息为二、设发送的二进制绝对信息为10101101101010110110，若采用，若采用2DPSK2DPSK方式传输。已知码元方式传输。已知码元传输速率为传输速率为2400B2400B，载波频率为，载波频率为2400HZ2400HZ。（1 1）试画出一种）试画出一种2DPSK2DPSK信号调制器原理（模型）图，并画出信号调制器原理（模型）图，并画出2DPSK2DPSK信号的时间波信号的时间波形。形。（2 2）若采用相干解调加码反变换器方式进行解调，试画出解调原理图。）若采用相干解调加码反变换器方式进行解调，试画出解调原理图。三、已知某三、已知某2ASK2ASK系统的码元传输速率为系统的码元传输速率为10103 3Baud,Baud,所用的载波信号为所用的载波信号为（1 1）设所传送的数字信息为）设所传送的数字信息为011001011001，试画出相应的，试画出相应的2ASK2ASK信号波形示意图。信号波形示意图。（2 2）求）求2ASK2ASK信号的带宽。信号的带宽。四、已知一低通信号四、已知一低通信号m(t)的频谱的频谱M(f)为：为：（1）假假设设以以 的的速速率率对对m(t)进进行行理理想想抽抽样样，试试画画出出已已抽抽样样信信号号ms(t)的的频频谱草图。谱草图。（2 2）若用）若用 的速率对的速率对m(t)进行理想抽样，试画出已抽样信号进行理想抽样，试画出已抽样信号ms(t)的频的频谱草图。谱草图。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 5 53 3 多进制数字调制系统多进制数字调制系统在信道频带受限在信道频带受限,为了提高频带利用率为了提高频带利用率,通常采用多进制数通常采用多进制数字调制系统。其代价是增加信号功率和实现的复杂性。随字调制系统。其代价是增加信号功率和实现的复杂性。随着数据通信的发展，对频带利用率的要求不断提高，多进着数据通信的发展，对频带利用率的要求不断提高，多进制数字调制系统获得了越来越广泛的应用制数字调制系统获得了越来越广泛的应用特点：特点：1 1、在二进制系统中，随着传码率的提高，所需信道带宽增、在二进制系统中，随着传码率的提高，所需信道带宽增加。采用多进制时，加。采用多进制时，R Rb b相同，通过增加相同，通过增加M M，可降低码元速，可降低码元速率，减小传输带宽。率，减小传输带宽。原因：原因：R RB B=R=Rb b/log/log2 2 M M2 2、另一方面，在、另一方面，在 R RB B不变的情况下，通过增加进制数不变的情况下，通过增加进制数M M，可增，可增大信息传输速率，从而在相同的带宽中传输更多的信息量。大信息传输速率，从而在相同的带宽中传输更多的信息量。3 3、在相同的噪声下，多进制数字调制系统的抗噪声性能低、在相同的噪声下，多进制数字调制系统的抗噪声性能低于二进制数字调制系统。于二进制数字调制系统。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统一、多进制数字振幅调制系统（一、多进制数字振幅调制系统（MASKMASK）M M进制数字振幅调制信号可表示为进制数字振幅调制信号可表示为M M进制数字基带信进制数字基带信号与正弦载波相乘的形式，其时域表达式为：号与正弦载波相乘的形式，其时域表达式为：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统二、多进制数字频率调制系统（多进制数字频率调制系统（MFSKMFSK）通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统三、多进制数字相位调制系统（多进制数字相位调制系统（MPSKMPSK）又称多相调制，它是利用载波的多种不同相位（或相位差）来表征又称多相调制，它是利用载波的多种不同相位（或相位差）来表征数字信息的方法。如四相调制。数字信息的方法。如四相调制。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统1 1、4PSK4PSK信号的产生方法：信号的产生方法：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统2 2、4PSK4PSK信号的解调方法：信号的解调方法：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统3 3、4DPSK4DPSK信号的产生方法：信号的产生方法：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统4 4、4DPSK4DPSK信号的解调方法：信号的解调方法：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 5 54 4 现代数字调制技术现代数字调制技术 数字振幅、数字频率和数字相位调制，这三种数字调制方式数字振幅、数字频率和数字相位调制，这三种数字调制方式是数字调制的基础。然而，存在的不足之处有：是数字调制的基础。然而，存在的不足之处有：如频谱利用率低、如频谱利用率低、抗多径衰落能力差、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢带外辐射严重等。功率谱衰减慢带外辐射严重等。在现代通信中，随着大容量和远距离数据通信技术的发展，在现代通信中，随着大容量和远距离数据通信技术的发展，传统的数字调制方式受到了威胁，为改善这些不足，近几十年来传统的数字调制方式受到了威胁，为改善这些不足，近几十年来人们不断提出一些新的数字调制解调技术，以适应通信系统的需人们不断提出一些新的数字调制解调技术，以适应通信系统的需求。求。主要研究内容：主要研究内容：围绕减小带宽提高频谱利用率；围绕减小带宽提高频谱利用率；提高功率利用率，增强抗干扰性能；提高功率利用率，增强抗干扰性能；适应各种随参信道增强抗多径抗衰落能力。适应各种随参信道增强抗多径抗衰落能力。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统一、正交振幅调制（一、正交振幅调制（QAMQAM）1 1、特点：、特点：一种频谱利用率很高的调制方式。一种频谱利用率很高的调制方式。2 2、运用范围：、运用范围：中、大容量数字微波系统、有线电视传输、卫星通信等领中、大容量数字微波系统、有线电视传输、卫星通信等领域；域；3 3、调制原理：、调制原理：用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽制载波双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统4 4、QAMQAM信号的产生方法：信号的产生方法：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统5 5、QAMQAM信号的解调方法：信号的解调方法：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统6 6、QAMQAM的抗噪性能比较：的抗噪性能比较：通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 二、二、最小频移键控（最小频移键控（MSKMSK）利用两个独立的振荡源产生的利用两个独立的振荡源产生的FSKFSK信号，一般情况下，在频信号，一般情况下，在频率转换点上相位不连续，例如：率转换点上相位不连续，例如：2FSK2FSK方式。这样，使得功率方式。这样，使得功率谱产生很大的旁瓣分量，带限后会引起包络起伏。谱产生很大的旁瓣分量，带限后会引起包络起伏。相位连续的频移键控（相位连续的频移键控（CPFSKCPFSK）：为了克服上述缺点必须控）：为了克服上述缺点必须控制相位的连续性，这种形式的制相位的连续性，这种形式的FSKFSK称为相位连续的频移键控。称为相位连续的频移键控。MSKMSK：是一种二进制连续相位：是一种二进制连续相位FSKFSK的一种特殊形式，的一种特殊形式，1 1、特点：、特点：（1 1）是恒定包络信号；）是恒定包络信号；（2 2）在码元转换时刻，信号相位是连续的；）在码元转换时刻，信号相位是连续的；（3 3）在一个码元期间内，信号应包括）在一个码元期间内，信号应包括1/41/4载波周期的整数倍，载波周期的整数倍，信号的频率偏移等于信号的频率偏移等于1/4T1/4TS S，调制指数等于，调制指数等于0.50.5。2 2、优点：、优点：在同样的频带内，在同样的频带内，MSKMSK比比2PSK2PSK传输更高的数据速率；传输更高的数据速率；带外频谱衰减快。带外频谱衰减快。通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统三、高斯最小频移键控（三、高斯最小频移键控（GMSKGMSK）（1 1）高斯滤波的最小频移键控原理：）高斯滤波的最小频移键控原理：为了减小已调波的主瓣宽度和邻道中的带外辐射，让基带为了减小已调波的主瓣宽度和邻道中的带外辐射，让基带信号先进行高斯滤波，然后再进行最小频移键控调制。记信号先进行高斯滤波，然后再进行最小频移键控调制。记为为GMSKGMSK。（2 2）优点：）优点：具有比具有比MSKMSK更好的频谱利用率；更好的频谱利用率；通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统 通信原理第第5 5章章 数字调制系统数字调制系统