現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)

1、數(shù)字與數(shù)據(jù)通信技術(shù)現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù) 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù) 隨著現(xiàn)代數(shù)字新通信系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研究取得巨大進(jìn)展，要求既要傳輸數(shù)字化的信令，又要傳輸數(shù)字化的信息，一般的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，如ASK、FSK和PSK因傳輸效率低而無(wú)法滿足現(xiàn)代通信的需要，因此專門(mén)研究出一些抗干擾性能強(qiáng)、誤碼性能好、頻譜利用率高的調(diào)制技術(shù)，盡可能地提高單位頻帶內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的比特率，以適用于現(xiàn)代通信的要求。 如果單獨(dú)使用幅度或者相位攜帶信息時(shí)，隨著M進(jìn)制的增大，抗干擾性能下降。針對(duì)多進(jìn)制調(diào)制存在的問(wèn)題提出復(fù)合調(diào)制方法。幅相鍵控（APK）是對(duì)載波的幅度和相位兩參量同時(shí)進(jìn)行調(diào)制的一種數(shù)字復(fù)合調(diào)制方式。當(dāng)APK信號(hào)為兩個(gè)多進(jìn)制正交調(diào)制信號(hào)之和時(shí)

2、又稱為正交振幅調(diào)制常稱為正交幅度鍵控調(diào)制（QAM）。1.1 正交振幅調(diào)制(QAM) QAM的多進(jìn)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(diào)制方式，在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、xDSL接入網(wǎng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 正交振幅調(diào)制是利用兩個(gè)同頻，相位差為/2的正交載波對(duì)兩種信號(hào)分別進(jìn)行雙邊帶抑制載波調(diào)幅的一種調(diào)制方法。圖5.35(a)為16QAM調(diào)制原理框圖。將輸入的二進(jìn)制序列信號(hào)經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行2-4電平變換，形成4電平基帶信號(hào)，通過(guò)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(diào)制后的信號(hào)

3、相加可得到16QAM信號(hào)。在數(shù)字微波通信中16QAM信號(hào)的產(chǎn)生多采用四相疊加法，在此不介紹。1MQAM的調(diào)制解調(diào)原理 16QAM信號(hào)的解調(diào)同樣可以采用正交相干解調(diào)方法，如圖5.35(b)所示。在抽樣判決后需經(jīng)過(guò)4-2電平轉(zhuǎn)換，然后再串/并轉(zhuǎn)換輸出二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。QAM信號(hào)00 01 11 10A10110100B(a) 調(diào)制原理框圖圖5.35 16QAM調(diào)制解調(diào)原理框圖A路B路SQAM(t)/2相移輸入串/并變換2-4電平轉(zhuǎn)換2-4電平轉(zhuǎn)換低通濾波器低通濾波器cosct帶通濾波器信號(hào)分離器載波恢復(fù)/2相移低通濾波器抽樣判決定時(shí)信號(hào)低通濾波器抽樣判決定時(shí)信號(hào)并/串轉(zhuǎn)換輸出4-2電平變換4-2電平

4、變換(b)解調(diào)原理框圖2.MQAM信號(hào)的矢量表示 從圖5.35(a)框圖了解到，AB兩路同時(shí)對(duì)同相載波和正交載波進(jìn)行的MASK調(diào)制，兩路輸出信號(hào)合成矢量如圖5.36(a)，為16矢量，它有3種幅度，12種相位。一般MQAM采用星座圖來(lái)描述信號(hào)空間分布狀態(tài)。所謂星座圖為信號(hào)矢量端點(diǎn)分布圖。圖5.36(b)為16MQAM星座圖，由于星點(diǎn)分布為矩形，所以稱為矩形星座又稱標(biāo)準(zhǔn)型16QAM星座。圖5.36(c)的星點(diǎn)分布成星形稱為星形的16QAM，他有2種幅度，8種相位。 MQAM已調(diào)波的頻譜取決于兩個(gè)正交通道上的基帶信號(hào)頻譜。其帶寬為兩倍基帶信號(hào)帶寬。在理想情況下，頻帶利用率最高為log2M(bit/

5、s.Hz)。當(dāng)收發(fā)基帶濾波器合成響應(yīng)為升余弦滾降特性時(shí)，頻帶利用率為 (bit/s.Hz)。 M進(jìn)制越大，星座圖的星點(diǎn)越多，頻帶利用率越高。星點(diǎn)之間距離愈遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。10101111 101111100010 01100011 01111101 10011100 10000001 01010000 0100(a)矢量圖(b) 標(biāo)準(zhǔn)型16QAM星座圖5.36 16QAM矢量圖和星座圖(c) 星形的16QAM星座圖1.2最小頻移鍵控(MSK) 對(duì)于頻移鍵控2FSK信號(hào)的產(chǎn)生，如果采用如圖5.15所示電路，由于載波由兩個(gè)獨(dú)立振蕩電路產(chǎn)生，因此在頻率轉(zhuǎn)換點(diǎn)上相位是不連續(xù)的。相位不連續(xù)的2FSK

6、信號(hào)的功率譜有很大的旁瓣分量，造成對(duì)鄰近信號(hào)干擾，帶限后會(huì)引起包絡(luò)起伏變化，為了不失真?zhèn)鬏敚瑢?duì)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(jìn)型，MSK使得兩個(gè)頻率在相鄰的跳變碼元之間相位保持連續(xù)的一種調(diào)制方式。當(dāng)兩頻率為正交時(shí)2FSK信號(hào)的頻差f 有最小值，可表示為（5.15）此時(shí)的調(diào)頻指數(shù)（5.16） 滿足載波正交條件下的最小調(diào)頻指數(shù)h=0.5的頻移鍵控為MSK。MSK信號(hào)可采取正交調(diào)制的方法產(chǎn)生，如圖5.37所示。MSK調(diào)制器的工作過(guò)程：（1）對(duì)輸入二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行差分編碼。（2）經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換得兩路并行雙極性不歸零碼，相互錯(cuò)開(kāi)一個(gè)碼元寬度的。（3）用加權(quán)函數(shù)分

7、別對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行加權(quán)。（4）加權(quán)后的兩路信號(hào)分別對(duì)同相載波和正交載波進(jìn)行調(diào)制。（5）將所得的兩路已調(diào)信號(hào)相加，通過(guò)帶通濾波器，就可得MSK信號(hào)。 由圖5.37所示電路產(chǎn)生的MSK信號(hào)有如下特點(diǎn)：（1）已調(diào)信號(hào)振幅是恒定的。（2）信號(hào)頻率偏移嚴(yán)格符合1/4Tb，調(diào)頻指數(shù)h=0.5。（3）以載波相位為基準(zhǔn)的信號(hào)相位，在一個(gè)碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地按線性變化/2。（4）在一個(gè)碼元期間，信號(hào)相位應(yīng)是四分之一載波周期的整數(shù)倍，即0、/2、3/2的n倍。（5）碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，信號(hào)的相位是連續(xù)的，即信號(hào)波形無(wú)突變。（6）頻譜衰減快，帶寬為基帶信號(hào)帶寬1.5倍。 與產(chǎn)生過(guò)程相對(duì)應(yīng)，MSK信號(hào)一般可采用相干解調(diào)恢復(fù)信息碼

8、，也可采用其他解調(diào)方法。延時(shí)Tb振蕩f=1/4Tb差分編碼串/并輸入振蕩fc帶通濾波MSK信號(hào)圖5.37 MSK調(diào)制原理框圖高斯低通濾波器FM調(diào)頻器數(shù)據(jù)GMSK信號(hào)圖5.38 GSMK調(diào)制器 1.3 高斯最小頻移鍵控(GMSK) MSK具有恒定振幅包絡(luò)、相對(duì)窄的帶寬、相位變化連續(xù)等的特性。雖然MSK相位是連續(xù)的，但相位連續(xù)變化是折線，在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻產(chǎn)生尖角，從而使其頻譜特性的旁瓣滾降不快，帶外輻射相對(duì)較大。對(duì)于數(shù)字移動(dòng)通信中進(jìn)行高速率數(shù)據(jù)傳輸時(shí)要求有更緊湊的功率譜才能使鄰道帶外輻射功率低于-80-60dB的指標(biāo)，MSK不能滿足要求。為了解決MSK的這一問(wèn)題，可將數(shù)字基帶信號(hào)先經(jīng)過(guò)一個(gè)高斯濾波器整形，得到平滑后的某種新的波形之后再進(jìn)行調(diào)頻，調(diào)頻指數(shù)仍為0.5，但