调制解调技术.doc

调制解调技术调制就是对信号源的编码信息进行处理，使其变为适合于信道传输的形式的过程。一般来说，信号源的编码信息（信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的带通信号以适合于信道传输。这个带通信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（信宿）处理和理解的过程。调制可分为两类：线性调制和非线性调制。线性调制包括调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB-SC）、单边带调幅（SSB）、残留边带调幅（VSB）等。非线性调幅的抗干扰性能较强，包括调频（FM）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK）、差分移相键控（DPSK）等.线性调制特点是不改变信号原始频谱结构，而非线性调制改变了信号原始频谱结构。根据调制的方式，调制可划分为连续调制和脉冲调制。按调制技术分，可分为模拟调制技术与数字调制技术，其主要区别是：模拟调制是对载波信号的某些参量进行连续调制，在接收端对载波信号的调制参量连续估值，而数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送信息，在接收端只对载波信号的离散调制参量进行检测。现代通信技术向数字化发展，在此主要讨论数字调制解调技术。与模拟调制系统中的调幅、调频和调相相对应，数字调制系统中也有幅度键控、移频键控和移相键控三种方式，其中移相键控调制方式具有抗噪声能力强、占用频带窄的特点，在数字化设备中应用广泛。数字调制方式可分为二进制调制方式与多进制调制方式两大类，其主要区别是：前者是利用二进制数字信号去调制载波的振幅、频率或相位；后者则是利用多进制数字信号去调制载波的振幅、频率或相位。多进制调制方式的频带利用率大为提高，但在干扰电平相同时，多电平判决比二电平更易出错，因而多进制调制的抗干扰能力也随之降低。简单归纳，多进制调制与二进制调制相比较，具有以下特点：一是在相同码元传输速率下，多进制系统的信息传输速率明显比二进制系统高，例如四进制是二进制的两倍，八进制是二进制的三倍；二是在相同信息速率下，由于多进制码元传输速率比二进制低，因而其持续时间比二进制长，即增大码元宽度，会增加码元能量，并能减少信道特性引起的码间干扰影响；三是多进制调制不足是在干扰电平相同时，由于相邻码组的相移差别减少，因而多电平判决比二电平更容易出错，即抗干扰能力降低，此外，多进制接收也比二进制复杂。下面介绍几种现代调制解调技术。正交振幅调制(QAM) 在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变化。过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视。正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。QAM信号调制原理图如图所示。为了抑制已调信号的带外辐射，该L电平的基带信号还要经过预调制低通滤波器。 QAM信号同样可以采用正交相干解调方法， 其解调器原理图如图所示。多电平判决器对多电平基带信号进行判决和检测。 最小移频键控(MSK)数字频率调制和数字相位调制，由于已调信号包络恒定，因此有利于在非线性特性的信道中传输。由于一般移频键控信号相位不连续、频偏较大等原因，使其频谱利用率较低。MSK(Minimum Frequency Shift Keying)是二进制连续相位FSK的一种特殊形式，它能有效改善上述不足，MSK称为最小移频键控，有时也称为快速移频键控(FFSK)。所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号； 而“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快。MSK信号具有以下特点： 1. MSK信号是恒定包络信号； 2. 在码元转换时刻，信号的相位是连续的，以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内线性地变化 ； 3. 在一个码元期间内，信号应包括四分之一载波周期的整数倍，信号的频率偏移等于 ，相应的调制指数h=0.5。DQPSK 调制DQPSK 调制是一种正交相移键控调制方式，它综合了QPSK和OQPSK两种调制方式的优点。DQPSK有比QPSK更小的包络波动，在多径扩展和衰落的情况下， DQPSK比OQPSK的性能更好。DQPSK能够采用非相干解调，从而使得接收机实现大大简化。DQPSK已被用于北美和日本的数字蜂窝移动通信系统。调制器框图如下：为了抑制已调信号的带外功率辐射，在进行正交调制前先使同相支路信号和正交支路信号Ik和Qk通过具有线性相位特性和平方根升余弦幅频特性的低通滤波器。解调框图为：还可采用FM鉴频器检测，框图如下：OFDM技术上述所讨论的数字调制解调方式都是属于串行体制，和串行体制相对应的一种体制是并行体制。它是将高速率的信息数据流经串/并变换，分割为若干路低速率并行数据流，然后每路低速率数据采用一个独立的载波调制并叠加在一起构成发送信号，这种系统也称为多载波传输系统。在并行体制中，正交频分复用(OFDM)方式是一种高效调制技术，它具有较强的抗多径传播和频率选择性衰落的能力以及较高的频谱利用率，因此得到了深入的研究。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统已成功地应用于接入网中的高速数字环路HDSL、非对称数字环路ADSL，高清晰度电视HDTV的地面广播系统。在移动通信领域，OFDM是第三代、第四代移动通信系统准备采用的技术之一。多载波传输系统原理图：OF