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信息传输基础 第七章数字信号的频带传输 多进制数字调制的概念 4PSK 4DPSK信号调制解调原理 二进制数字调制系统的性能比较 二进制ASK FSK DPSK系统的抗噪声性能 二进制数字调制 解调原理 本章重点 7 4多进制数字调制简述 定义 在码元间隔0 t TS内 可能发送的码元有M种 si t i 1 2 M 实际应用中 通常取M 2k k 1为整数 每个码元可以携带log2M比特信息 因此在信道频带受限时可以增加信息的传输速率 即比特率 提高频带的利用率 1 在码元速率相同条件下 可以提高信息速率 2 在信息速率相同条件下 可以降低码元速率 节省频带 3 在接收机输入信噪比相同的条件下 多进制系统的误码率比二进制系统要高 与二进制比较 增加了发射功率和实现上的复杂性 多进制数字调制的特点 由M进制数字基带信号调制载波 得到相应的MASK MFSK MPSK 实际中更多的是采用MPSK 多进制数字振幅调制又称多电平调制 它是二进制数字振幅键控方式的推广 在最近几年它成了十分引人注目的一种高效率的传输方式 所谓高效率 指它在单位频带内有高的信息传输速率 其传输速率高的根本原因是 第一 它可以比二进制系统有高得多的信息传输速率 第二 可以证明 在相同的码元传输速率下 多电平调制信号的带宽与二电平的相同 对于二进制系统 其最高的信道频带利用率为2bit s Hz 显然 对于多电平系统而言 其最高的信道频带利用率将超过2bit s Hz 7 4 1多进制幅移键控 MASK 定义 M进制幅度键控 MASK 使用M种可能的取值对载波幅度进行键控 在每个码元间隔TS内发送其中一种幅度的载波信号 已调信号一般表示为 基带信号波形 码元间隔 t t t e0 t t ASK t MASK信号与2ASK信号的产生方法相同 只要把数字基带信号由二电平变为M电平 可采用相干和非相干解调 BMASK B2ASK 2fs M进制振幅调制信号可以看成由M个时间上不重叠的二进制振幅调制信号叠加 因而M进制数字振幅调制信号的功率谱就是这M个信号的功率谱密度之和 于是我们得到 尽管叠加后的谱结构是很复杂的 但就信号的带宽而言 在符号速率 码元速率 相等的情况下 M电平已调信号的带宽与二电平的相同 7 4 2多进制频移键控 MFSK MFSK调制利用多个频率的正弦波代表不同的码元 在某一个符号时间间隔内只发送某个频率的正弦波 MFSK信号可看作是M个振幅相同 载频不同 时间上互不相容的2ASK信号的叠加 因此其带宽为WMFSK H L 2RS H为最高载频 L为最低载频 RS对应符号传输速率 MFSK信号可采用非相干解调 还可采用分路滤波相干解调方式 MFSK系统占据的频带较宽 故频带利用率低 适用于数字基带信号速率不高的传输系统中 以使频带不至于过宽 4FSK信号的典型波形 7 4 3多进制相移键控 MPSK MPSK调制是利用载波的多个相位来代表多进制符号或二进制信息码组 即一个相位对应于一个多进制符号或二进制码组 MPSK信号的相位取M个可能值 即 n n 2 M n 0 1 2 M 1 MPSK信号可表示为 SMPSK t Acos 0t n Acos 0t n 2 M 1 MPSK信号的描述 假定w0是基带信号速率ws 2 Ts的整数倍 g t 为码元基本波形 则MPSK信号可看成两个正交载波的多电平调制之和 其中第一项称为同相分量 第二项称为正交分量 所以 如果令an cos i an sin i 相位配置的两种形式 形式一 进制的相位间隔为 对 信号而言 相位间隔表示已调信号和未调载波信号相位差 对 信号而言 相位间隔表示已调波前后码元相位差 8相101 形式二 参考相位 参考相位 参考相位 相位配置 360度等间隔 2 M 2 4 2 下面以四相调制为例进行讨论 参考相位 参考相位 2 4PSK QPSK 信号的产生 直接调相法 相位选择法 直接调相法 QPSK信号相位编码逻辑关系 产生两路正交的2PSK信号并相加 即可得到 4系统的4PSK信号 相位选择法 A 串 并转换 载波发生器 逻辑选相电路 B 4PSK 0 4PSK制式同样存在 倒 现象 故实际信息传输系统中常用4DPSK制式 带通滤波器 多进制数字信息传输系统提高了频带利用率 但频带利用率的提高是以增加误码率为代价换来的 3 4DPSK信号的产生 4DPSK的产生与2PSK同样 可以在MPSK的基础上 加码变换器 将绝对码变成差分码 然后再做MPSK的调制 4PSK信号的解调只能采用正交相干解调法 4 四相制信号的解调 4体系 单一符号内 t Acos w0t i 4系统时 i 4 3 4 5 4 7 4 经LPF后XA t A 2 cos iXB t A 2 sin i 两路乘法器分别输出 yA t A 2 cos i A 2 cos i 2w0t yB t A 2 sin i A 2 sin i 2w0t 按极性判决即可 i t Acos w0t i i 1 t i t TS Acos w0t i 1 yA t A2cos i i 1 2 A2cos i 2w0t i 1 2 yB t A2sin i i 1 2 A2sin i 2w0t i 1 2 XA t A2 2 cos i i 1 XB t A2 2 sin i i 1 相干解调 差分相干解调 i 1 t i 1 t TS Asin w0t i 1 4DPSK解调 输入判决器 输入信号 两路延迟信号 经LPF后 相邻码元相位差 4DPSK信号的解调 多进制数字信息传输系统提高了频带利用率 但频带利用率的提高是以增加误码率为代价换来的 没有噪声时 每一信号相位都有相应的确定值 有噪声叠加时 合成波形相位在某一个范围内变化时