【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （ 212） Ts 是二進(jìn)制基帶信號(hào)時(shí)間間隔 ， g(t)是持續(xù)時(shí)間為 Ts 的矩形脈沖 : （ 213） 則二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)可表示為 （ 214） 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型如 圖 211 所示 。 由 圖 211 可以看出 ， 2ASK 信號(hào)的時(shí)間波形 e2ASK(t)隨二進(jìn)制基帶信號(hào) s(t)通斷變化 ， 所以又稱為通斷鍵控信號(hào)(OOK 信號(hào) )。 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法如 圖 213 所示 ， 圖 (a)是采用模擬相乘的方法實(shí)現(xiàn) ， 圖 (b)是采用數(shù)字鍵控的方法實(shí)現(xiàn) 。 由圖 212 可以看出 ， 2ASK 信號(hào)與模擬調(diào)制中的 AM 信號(hào)類似 。 所以 ， 對(duì)2ASK 信號(hào)也能夠采用非相干解調(diào) (包絡(luò)檢波法 )和相干解調(diào) (同步檢測(cè)法 )， 其相應(yīng)原理方框圖如 圖 213 所示 。 2ASK 信號(hào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形如 圖 214 所示 。 圖 211 二進(jìn)制振 幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型 圖 212 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)調(diào)制器原理框圖 圖 213 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)解調(diào)器原理框圖 圖 214 信號(hào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形 二進(jìn)制移頻鍵控 (2FSK) 原理簡(jiǎn)介 頻移鍵控是利用兩個(gè)不同頻率 f1 和 f2 的振蕩源來代表信號(hào) 1 和 0，用數(shù)字信號(hào)的 1 和 0 去控制兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源交替輸出。對(duì)二進(jìn)制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為 B=2xF+2Fb， xF 是二進(jìn)制基帶信號(hào)的帶寬也是 FSK 信號(hào)的最大頻偏，由于數(shù)字信號(hào)的帶寬即 Fb 值大，所以二進(jìn)制頻移鍵控的信號(hào)帶寬 B 較大，頻帶利用率小。 2FSK 功率譜密度的特點(diǎn)如下： (1) 2FSK 信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成 ， 離散譜出現(xiàn)在 f1 和 f2 位置； (2) 功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現(xiàn)雙峰。若兩個(gè)載頻之差 |f1 f2|≤fs，則出現(xiàn)單峰。 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中 ， 若正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在 f1 和 f2 兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化 ， 則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào) (2FSK 信號(hào) )。 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)間波形如 圖 221 所示 ， 圖中波形 g 可分解為波形 e 和波形 f， 即二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的 疊加 。 若二進(jìn)制基帶信號(hào)的 1 符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波頻率 f1， 0 符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波頻率 f2， 則二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 2 1 2( ) ( ) c o s ( ) ( ) c o s ( )F S K n s n n b nnne t a g t n T t a g t n T t? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? （ 215） （ 21 6） （ 2 17） 圖 221 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)間波形 由圖 2 6 可看出 ， bn 是 an 的反碼 ， 即若 an=1， 則 bn=0， 若 an=0， 則 bn=1， 于是 bn= na ， θn和 n? 分別代表第 n 個(gè)信號(hào)碼元的初始相位 。 在二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)中 ， n? 和 θn不攜帶信息 ， 通常可令 n? 和 θn為零 。 因此 ， 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式可簡(jiǎn) 化為 （ 21 8） 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的產(chǎn)生 ， 可以采用模擬調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn) ， 也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實(shí)現(xiàn) 。 圖 222 是數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖 ， 圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制 ， 在一個(gè)碼元 Ts 期間輸出 f1 或 f2 兩個(gè)載波之一 。 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的解調(diào)方法很多 ， 有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測(cè)法 ， 有非相干解調(diào)方法也有相干解調(diào)方法 。 采用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法的原理圖如圖2 9 所示 。 其解調(diào)原理是將二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)分解為上 下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào) ， 分別進(jìn)行解調(diào) ， 通過對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比較最終判決出輸出信號(hào) 。非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形如 圖 223 所示 。 圖 222 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)解調(diào)器原理圖 圖 223 (a) 非相干解調(diào) 。 (b) 相干解調(diào) 圖 224 2FSK 非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形 過零檢測(cè)法解調(diào)器的原理圖和各點(diǎn)時(shí)間波形如 圖 224 所示 。 其基本原理是 ，二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)隨載波頻率不同而異 ， 通過檢測(cè)過零點(diǎn)數(shù)從而得到頻率的變化 。 在 圖 224 中 ， 輸入信號(hào)經(jīng)過限幅 后產(chǎn)生矩形波 ， 經(jīng)微分 、 整流 、 波形整形 ， 形成與頻率變化相關(guān)的矩形脈沖波 ， 經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波 ，便恢復(fù)出與原數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的基帶數(shù)字信號(hào) 。 二進(jìn)制移相鍵控 (2PSK) 原理簡(jiǎn)介 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中 ， 當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí) ，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控 (2PSK)信號(hào) 。 通常用已調(diào)信號(hào)載波的 0176。和 180176。分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的 1 和 0。 二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 e2PSK(t)=g(tnTs)*cosωct ( 21 9) 其中 ， an 與 2ASK 和 2FSK 時(shí)的不同 ， 在 2PSK 調(diào)制中 ， an應(yīng)選擇雙極性 ，即 （ 2110） （ 2–111） 若 g(t)是脈寬為 Ts， 高度為 1 的矩形脈沖時(shí) ， 則有 ， 發(fā)送概率為 cosωct， 發(fā)送概率為 1P 由式 (2 1 11)可 看出 ， 當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 1 時(shí) ， 已調(diào)信號(hào) e2PSK(t)取 0176。相位 ，發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 0 時(shí) ， e2PSK(t)取 180176。相位 。 若用 φn表示第 n 個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位 ，則有 ， 發(fā)送 1 符號(hào) ， 發(fā)送 0 符號(hào) 。 這種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式 ， 稱為二進(jìn)制絕對(duì)移相方式 。 二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的典型時(shí)間波形如 圖 231 所示 。 圖 231 二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)間波形 二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的調(diào)制原理圖如 圖 232 所示 。 其中圖 (a)是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào) ， 圖 (b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào) 。 2PSK 信號(hào)的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào) ， 解調(diào)器原理圖如 圖 233 所示 。在相干解調(diào)過程中需要用到與接收的 2PSK 信號(hào)同頻同相的相干載波 。 2PSK 信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如 圖 234 所示 。 當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180176。倒相時(shí) ， 解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反 ， 解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò) 。 過零檢測(cè)法原理圖和各點(diǎn)波形 如圖 235 所示 . 圖 232 信號(hào)的 調(diào)制 原理圖 圖 233 信號(hào)的解調(diào) 原理圖 圖 234 信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形 這種現(xiàn)象通常稱為 倒 π現(xiàn)象 。 由于在 2PSK 信號(hào)的載波恢復(fù)過程中存在著180176。的相位模糊 ， 所以 2PSK 信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的 倒 π現(xiàn)象 ， 從而使得2PSK 方式在實(shí)際中很少采用 。 圖 235 過零檢測(cè)法原理圖和各點(diǎn)波形 正交振幅鍵控 (QAM) 原理簡(jiǎn)介 正交振幅鍵控是一種將兩種調(diào)幅信號(hào)（ 2ASK 和 2PSK）匯合到一個(gè) 信道 的方法，因此會(huì)雙倍擴(kuò)展有效 帶寬 。正交調(diào)幅被用于脈沖調(diào)幅，特別是在無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。 圖 241 不同進(jìn)制 QAM 的星座圖 正交調(diào)幅信號(hào)有兩個(gè)相同頻率的 載波 ，但是相位相差 90 度（四分之一周期，來自積分術(shù)語）。一個(gè)信號(hào)叫 I 信號(hào)，另一個(gè)信號(hào)叫 Q 信號(hào)。從數(shù)學(xué)角度將一個(gè)信號(hào)可以表示成正弦，另一個(gè)表示成余弦。兩種被調(diào)制的載波在發(fā)射時(shí)已被混和。到達(dá)目的地后，載波被分離，數(shù)據(jù)被分別提取然后和原始調(diào)制信息相混和。 QAM是用兩路獨(dú)立的基帶信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào) 信號(hào)的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。該調(diào)制方式通常有 二進(jìn)制 QAM（ 4QAM）、 四進(jìn)制 QAM（ l6QAM）、八進(jìn)制 QAM（ 64QAM）、 … ，對(duì)應(yīng)的空間信號(hào)矢量端點(diǎn)分布圖稱為星座圖，分別有 1 6 … 個(gè)矢量端點(diǎn)。電平數(shù) m和信號(hào)狀態(tài) M 之間的關(guān)系是對(duì)于 4QAM，當(dāng)兩路信號(hào)幅度相等時(shí)，其產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與 4PSK 相同 。 QAM 調(diào)制器的原理是發(fā)送數(shù)據(jù)在比特 /符號(hào) 編碼器 （也就是串 –并轉(zhuǎn)換器）內(nèi)被分成兩路，各為原來兩路信號(hào)的 1/2，然后分別與一對(duì)正交調(diào)制 分量相乘，求和后輸出。接收端完成相反過程，正交解調(diào)出兩個(gè)相反碼流， 均衡器 補(bǔ)償由信道引起的 失真 ，判決器識(shí)別復(fù)數(shù)信號(hào)并映射回原來的二進(jìn)制信號(hào)。如圖 42 所示的是16QAM 的 調(diào)制 原理圖。作為調(diào)制信號(hào)的輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)流經(jīng)過串 –并變換后變成四路并行數(shù)據(jù)流。這四路數(shù)據(jù)兩兩結(jié)合，分別進(jìn)入兩個(gè)電平轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成兩路 4電平數(shù)據(jù)。例如， 00 轉(zhuǎn)換成 3， 01 轉(zhuǎn)換成 1， 10 轉(zhuǎn)換成 1， 11 轉(zhuǎn)換成 3。這兩路4 電平數(shù)據(jù) g1（ t）和 g2（ t）分別對(duì)載波 cos2πfct和 sin2πfct進(jìn)行調(diào)制，然后相加，即可得到 16QAM 信號(hào)。 QAM 的一般表達(dá)式 其中 0tTs,上式由兩個(gè)相互正交的載波構(gòu)成，每一個(gè)載波被一組離散的振幅｛ Am｝、｛ Bm｝所調(diào)制，所以這種調(diào)制方式為正交振幅調(diào)制。 式中 Ts 為碼元寬度， m=1， 2， … ， M， M 為 Am 和 Bm 的電平數(shù)。 QAM 中的振幅 Am 和 Bm，可以表示成： Am=dmA， Bm=emA 式中， A 是固定的振幅，（ dm， em）決定已調(diào) QAM 信號(hào)在信號(hào)空間中的坐標(biāo)點(diǎn) 。 QAM 的調(diào)制和相干解調(diào)框圖如下 。在調(diào)制端，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過串 /并變換后分為兩路，分別經(jīng)過 2 電平到 L 電平的變換，形成 Am和 Bm，之后 Am 和 Bm 經(jīng)過調(diào)制低通濾波器，與相互正交的各路載波相乘。最后將兩個(gè)信號(hào)相加就可以得到已調(diào)輸出 信號(hào) y(t)。 圖 242 QAM 的 調(diào)制、解調(diào)框圖 ttty wBwA cmcm s i nc o s)( ??串 / 并變換電平變換電平變換 預(yù)調(diào)制LPF預(yù)調(diào)制LPFA mBm求和c o s w c ts in w c t乘Q A M 解調(diào)框圖Q A M 調(diào)制框圖乘已調(diào)信號(hào)輸出 y （ t ）載波恢復(fù)乘乘L PFL PF電平變換多電平判斷多電平判斷定時(shí)恢復(fù)電平變換串 / 并變換 多進(jìn)制相移鍵控調(diào)制 （ QPSK） 原理簡(jiǎn)介 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（ QPSK）也稱多元調(diào)相或多相制。他利用具有多個(gè)相位狀態(tài)的正弦波來代表多組二進(jìn)制信息碼元，即用載波的一個(gè)相位對(duì)應(yīng)于一組二進(jìn)制信息碼元。如果載波有 2k 個(gè)相位，它可以代表 k 位二進(jìn)制碼元的不同碼組。 在 MPSK 信號(hào)中，載波相位可取Ｍ個(gè)可能值， 2n nM?? ? ( 0,1,... , 1)nM??。因此 MPSK 信號(hào)可表示為 00 2( ) c o s ( ) c o s ( )M P S K n nu t A t A t M ?? ? ?? ? ? ? 假定載波頻率 0? 是基帶數(shù)字信號(hào)的整數(shù)倍 2s sT??? ，則上式可改寫為 000( ) ( ) c os ( )c os ( c os ) ( ) si n ( si n ) ( )ssM PSK s nnnnnnu t A g t nT tA t g t nT A t g t nT??? ? ? ??? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ???? 由上式表明， MPSK 信號(hào)可等效為兩個(gè)正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)幅所得已調(diào)波之和。帶寬的產(chǎn)生可按類似于雙邊帶正交調(diào)制信號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)。 下面 以 4PSK為例進(jìn)行分 析與說明。 4PSK