第5課 基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)(2)

7多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制調(diào)制信號是指狀態(tài)數(shù)目M大于2的已調(diào)信號，又稱為多元調(diào)制信號，通常取M為2的冪次（M＝2n）。在二進(jìn)制載波數(shù)字調(diào)制中，基帶數(shù)字信號只有兩種狀態(tài)，所以一個碼元只攜帶一個比特信息，在多進(jìn)制系統(tǒng)中，一位多進(jìn)制符號代表若干位二進(jìn)制符號，所以，一個碼元攜帶的比特數(shù)大于1。當(dāng)攜帶信息的參數(shù)分別為載波的幅度、頻率或相位時，數(shù)字調(diào)制信號為M進(jìn)制幅度調(diào)制（MASK）、M進(jìn)制頻率調(diào)制（MFSK）或M進(jìn)制相位調(diào)制（MPSK）。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）在相同的傳碼率條件下，多進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)的信息速率高于二進(jìn)制系統(tǒng)。（2）在相同的信息率條件下，多進(jìn)制的傳碼率比二進(jìn)制低，可減小信道帶寬，并且使多進(jìn)制信號碼元的持續(xù)時間要比二進(jìn)制的寬。碼元寬度的增加可增加碼元能量，有利于提高通信系統(tǒng)的可靠性。7.1MASK幅度調(diào)制【例題】對數(shù)字序列01111000010010110001進(jìn)行4ASK調(diào)制。解n＝log24＝2，故首先將序列中每2位一組變換為四電平信號，即用4組二進(jìn)制碼對4種電平編碼。若我們用00表示0，01表示1，10表示2，11表示3。（編碼方式不唯一），則原序列變?yōu)樗碾娖叫蛄校?320102301，對載波調(diào)制后，可得4ASK波形如下圖所示。7.1MASK幅度調(diào)制可見MASK信號可看作多個2ASK信號的疊加7.1MASK幅度調(diào)制經(jīng)MASK調(diào)制后的信號帶寬仍然是原始基帶信號帶寬的2倍。7.1MASK幅度調(diào)制MASK的調(diào)制和解調(diào)調(diào)制方法與2ASK相同，但是首先要將數(shù)字基帶信號由二進(jìn)制變?yōu)镸進(jìn)制，用它對載波信號進(jìn)行調(diào)制就可以得到MASK信號。MASK信號可以看作是M個2ASK信號的疊加，因此，MASK信號的解調(diào)原理與2ASK的解調(diào)原理相同，包括相干解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)。對MASK信號，其信息速率與碼元速率之間有如下關(guān)系：與2ASK相比，在相同的碼元速率下，MASK的信息速率是2ASK的log2M倍，或者說在相同的信息速率下，MASK所要求的帶寬僅是2ASK的1/log2M。但其抗干擾性不如2ASK。7.1MASK幅度調(diào)制[例題]求傳碼率為1000波特的16進(jìn)制ASK系統(tǒng)的信息傳輸速率；若采用2進(jìn)制ASK，傳碼率不變，信息速率又是多少？在MFSK中，載波頻率有M種，分別為f1,f2,…,fM這些載波頻率分別對應(yīng)著M進(jìn)制中的M種狀態(tài).MFSK系統(tǒng)中每個碼元攜帶的信息為log2M比特，比2FSK系統(tǒng)的每個碼元攜帶１比特信息要高。但是抗干擾性不如2FSK。7.2MFSK頻率調(diào)制以4FSK為例t4FSK302130要注意在實(shí)際中4個載波頻率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碼元速率7.2MFSK頻率調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制是利用多個不同相位的正弦載波信號來表示M進(jìn)制中的M種狀態(tài)。也分為多進(jìn)制絕對移相(MPSK)和多進(jìn)制相對移相(MDPSK)例如4PSK信號使用4種不同的相位信號，也就是說要有4個相位與四進(jìn)制的4個狀態(tài)相對應(yīng)，這4個相位可以是0、π/2、π、-π/2，也可以是-π/4、π/4

、3π/4、-3π/4等7.3MPSK相位調(diào)制4PSK（π/2系統(tǒng)）的波形2302014進(jìn)制數(shù)據(jù)2進(jìn)制數(shù)據(jù)101100100100參考載波tt2進(jìn)制數(shù)據(jù)與載波相位差00010π/211π01-π/24PSK（π/4系統(tǒng)）的波形2302014進(jìn)制數(shù)據(jù)2進(jìn)制數(shù)據(jù)101100100100參考載波t2進(jìn)制數(shù)據(jù)與載波相位差00-3π/410-π/411π/4013π/4t4DPSK（π/2系統(tǒng)）的波形4DPSK的原理與2DPSK類似，根據(jù)要發(fā)的數(shù)據(jù)，在前一個碼元的波形基礎(chǔ)上進(jìn)行相位移動而不是與載波比較這時候相位關(guān)系表格中的相位意義是本碼元相位與上一個碼元相位之差2302014進(jìn)制數(shù)據(jù)2進(jìn)制數(shù)據(jù)101100100100t2進(jìn)制數(shù)據(jù)與前1碼元相位差00010π/211π01-π/2初始相位4DPSK（π/2系統(tǒng)）的波形星座圖數(shù)字調(diào)制用“星座圖”來描述，星座圖中定義了一種調(diào)制技術(shù)的兩個基本參數(shù)：（1）信號分布；（2）與調(diào)制數(shù)字比特之間的映射關(guān)系。星座圖中規(guī)定了星座點(diǎn)與傳輸比特間的對應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系稱為“映射”，一種調(diào)制技術(shù)的特性可由信號分布和映射完全定義，即可由星座圖來完全定義。星座圖參考相位（在這里可以認(rèn)為是載波相位）發(fā)“1”時與載波同相發(fā)“0”時與載波反相原點(diǎn)可以看出，如果確定了原點(diǎn)和參考方向，這些矢量可以分別用1個星座點(diǎn)來表示10星座圖同理，對2PSK進(jìn)行推廣，當(dāng)采用4PSK時我們可以令發(fā)“00”時，使產(chǎn)生波形與載波同相（相位差=0）發(fā)“11”時，使產(chǎn)生波形與載波反相（相位差=π）發(fā)“10”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差=π/2發(fā)“01”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差=-π/2參考相位00111001如果令發(fā)“11”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差=π/4發(fā)“10”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差=-π/4發(fā)“01”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差=3π/4發(fā)“00”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差=-3π/4參考相位11100100星座圖7.3MPSK相位調(diào)制在同樣的碼元速率下，4PSK的傳信率是2PSK的二倍，但是由于4PSK相鄰狀態(tài)之間的相位差（π/2）要比2PSK的相位差（π）小，解調(diào)時出現(xiàn)錯誤判決的可能性就要大，同樣，8PSK的傳信率更高，但誤碼率也會更大；不難發(fā)現(xiàn)，接收端對這些信號相鄰狀態(tài)的分辯能力與它們的矢量端點(diǎn)之間的間隔有關(guān)，間隔越大，越容易分辯，也就是越不易受干擾的影響。7.3MPSK相位調(diào)制PSK只是從相位上將信號的各種狀態(tài)區(qū)分開來，它們的幅度相同的。而ASK只是從幅度上將信號的各種狀態(tài)區(qū)分開來，它們的相位是相同的。如果既從相位上、同時又從幅度上使信號相鄰狀態(tài)有區(qū)別，那么在相同的進(jìn)制數(shù)下，可以得到較大的噪聲容差，也就可以得到較小的誤碼率。8現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)正交幅度調(diào)制(QAM)應(yīng)用于ADSLModem、CableModem（電纜調(diào)制解調(diào)器）QAM實(shí)質(zhì)就是通過基帶信號控制載波的振幅和相位，從而在碼元速率固定的情況下提高信息傳輸速率。

QAM是用兩路獨(dú)立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，實(shí)現(xiàn)兩路并行傳輸。設(shè)m1(t)和m2(t)是兩個獨(dú)立的雙極性不歸零矩形脈沖序列，coswct和sinwct是正交的同頻載波，則生成的正交幅度調(diào)制信號為：上式中的m1(t)和m2(t)是雙極性序列，分別和載波相乘后得到和，處理過程如下圖所示8現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)相乘器m1(t)m2(t)碼變換載波發(fā)生器－π/2碼變換cos(w0t)sin(w0t)相乘器110100104QAM

在上述的QAM系統(tǒng)中，基帶信號是二進(jìn)制信號，所以圖中的矢量有4個相位，調(diào)制后的信號稱為二進(jìn)制QAM（4QAM）信號。8現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)調(diào)制8現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)m1’(t)m2’(t)相乘器載波發(fā)生器－π/2碼變換cos(wct)sin(wct)解調(diào)相乘器低通濾波器低通濾波器采樣判決采樣判決定時采樣碼變換過濾掉8現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)m1’(t)m2’(t)相乘器載波發(fā)生器－π/2碼變換cos(wct)sin(wct)解調(diào)相乘器低通濾波器低通濾波器采樣判決采樣判決定時采樣碼變換過濾掉要想得到多進(jìn)制QAM信號，可先將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成M進(jìn)制信號，再進(jìn)行正交調(diào)制。常見的多進(jìn)制QAM信號有四進(jìn)制QAM（l6QAM