【正文】 在相同的噪聲條件下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能低于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。在相同的碼元速率下，其信息速率比二進(jìn)制調(diào)制的高。 MQAM的頻譜利用率 ，可見 值越大，即星點(diǎn)數(shù)越多其頻譜利用率就越高。 2 2 1 2F S K sB f f f? ? ?第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 5．正交幅度調(diào)制 QAM的基本思想是將兩路獨(dú)立的基帶波形分別對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，再將所得到的兩路已調(diào)信號(hào)疊加起來(lái)，合成信號(hào)既是正交幅度調(diào)制波。它們的解調(diào)以相干解調(diào)和差分相干解調(diào)為主。 4．二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制（ 2PSK）是指用二進(jìn)制信號(hào)去控制載波相位變化的調(diào)制。它的頻譜結(jié)構(gòu)有單峰和雙峰兩種；它的功率譜由連續(xù)譜和離散譜構(gòu)成。 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 3．二進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制（ 2FSK）是利用二進(jìn)制信號(hào)去控制載波頻率變化的調(diào)制。 ASK信號(hào)的解調(diào)有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式。常見的數(shù)字載波調(diào)制有三種方式，即幅移鍵控ASK、頻移鍵控 FSK和相移鍵控 PSK。關(guān)于數(shù)字調(diào)制中的載波提取和形成將在第 8章中談到，這里不予多述。其具體實(shí)現(xiàn)是接收時(shí)需要產(chǎn)生一個(gè)相干載波，接收端產(chǎn)生和形成相干載波的問(wèn)題是如何獲得與發(fā)送載波的頻率和相位相同的信息。這是因?yàn)樵谙喈?dāng)多的情況下相干解調(diào)的接收性能較好。 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 目前， 16QAM和 16APK兩種系統(tǒng)已被用于話路速率為9600bit/s的調(diào)制解調(diào)器當(dāng)中。這樣 16APK的抗噪聲性能就要優(yōu)于 16PSK了。如果采用四電平調(diào)制的八種相位變化系統(tǒng)就是16APK，其信號(hào)空間的信號(hào)點(diǎn)分布如圖 634（ a）所示，為了對(duì)比，圖 634（ b）給出了 16PSK的相鄰信號(hào)點(diǎn)的空間分布。 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 x y (a)16APK x y (b)16PSK 圖 634 16APK和 16PSK的信號(hào)空間分布圖 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 所謂數(shù)字調(diào)幅調(diào)相，又稱幅度相位鍵控 (APK),它是將調(diào)幅和調(diào)相結(jié)合起來(lái)的一種調(diào)制方式。故要保持誤碼率不變，則應(yīng)增加信號(hào)功率。 ， 8DPSK相位差為 45176。例如，2DPSK相位差為 180176。但是多進(jìn)制調(diào)制技術(shù)所以能夠提高頻帶利用率，往往是以犧牲功率利用率換取的。因此，對(duì)調(diào)相方式一般不采用 16PSK，一般采用 4PSK和 8PSK較多。經(jīng)雙邊帶調(diào)制后，其頻帶利用率則變?yōu)?k ，實(shí)際應(yīng)用中，采用頻譜滾降，如滾降系數(shù)為 ，則多相調(diào)相的頻帶利用率為 上式與 QAM的頻帶利用率是一樣的，越大，頻帶利用率越高，但是多相調(diào)相時(shí)，越大，已調(diào)載波信號(hào)的相位差也就越小，接收端在噪聲干擾下越容易判錯(cuò)，使得可靠性下降。k個(gè)二元碼可有 種組合，則所需要的相位數(shù)為 ,即可 ＝ 。 / 2 1 / 2( / . )b b Zf f bi t s H?( / . )Zb it s H第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 多相調(diào)制方式 我們先看看 4相 PSK的功率譜與 2PSK已調(diào)波的功率譜： cf cbff ? cbff ? 2Bf 0 f 2 P S K 2SBff ? cSff ? cSff ? 0 cf f 4 P S K 圖 633 4PSK與 2PSK已調(diào)波的功率譜 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 因?yàn)樗南嗾{(diào)相要對(duì)基帶碼進(jìn)行串 /并轉(zhuǎn)換。這是因?yàn)榛鶐鬏斨灰笸ㄟ^(guò)數(shù)字基帶方波的單邊頻譜就可以了，而頻帶傳輸必須要求信道通過(guò)已調(diào)波的雙邊譜才行，這個(gè)帶寬就是載波兩側(cè)第一個(gè)零點(diǎn)之間的帶寬，它集中了已調(diào)波的主要能量，是對(duì)高頻信道帶寬的最低要求，因通過(guò)的已調(diào)波旁瓣的能量少，可以不考慮。如發(fā)送端是 8DPSK信號(hào)，則在圖 632解調(diào)的并／串變換之后再加一個(gè)差分碼／絕對(duì)碼的碼變換電路即可為 8DPSK信號(hào)的解調(diào)電路。 C碼的作用是使 A， B碼矢量作 移相，因此，需要利用兩個(gè)相乘鑒相器解調(diào)而得到，當(dāng)二者輸出都是正電壓或負(fù)電壓時(shí)， C碼判為“ 1”；當(dāng)二者輸出一正一負(fù)時(shí)， C碼判為“ 0”。八相調(diào)相信號(hào)的解調(diào)也是采用相干解調(diào)，如圖 632所示。 A， B兩路電平的正、負(fù)取決于 A， B碼的“ 1”和“ 0”。在送入相乘調(diào)制器前，它們分別通過(guò)由 C碼控制的幅度控制電路。輸入的串行二元碼經(jīng)串／并變換產(chǎn)生三路并行二元碼 A， B， C，每路的碼速率是串行碼碼速率的。圖 630（ a）給出了一種按格雷碼次序排列的八相相位變換規(guī)則。 3比特碼的組合情況不同，對(duì)應(yīng)的已調(diào)載波相位就不同。二進(jìn)制信息碼元的 3比特組成一個(gè)八進(jìn)制碼元，并與一個(gè)已調(diào)波的起始相位對(duì)應(yīng)。 1c c n? ? ????1n??n? n??1c c n? ? ????? ?? n?n? ?1c c n? ? ????? ? ?? ?第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 八相調(diào)相 八相調(diào)相是有效地提高頻譜利用率的一種方式。因 3 與 同矢量，故矢量如上所示。由圖可以看出 ＝ 7 /4，則 ＝ 0＋ 7 /4＝ 7 /4，對(duì)應(yīng)矢量如圖；當(dāng)?shù)诙€(gè)碼元 00來(lái)時(shí)，它前一時(shí)刻的初始相位為 Q就變成了剛才算出的 7 /4，而 為本時(shí)刻載波被絕對(duì)調(diào)相的相位。 1c c n? ? ????c? 1n??n??第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 T 7 /4 3 /4 5 /4 /4 3 /4 2 + 3 /4= 7 /4+ /4= + 5 /4= 7 /4 3 /4= 5 /2 2 11 /4 基帶信號(hào) 絕對(duì)調(diào)相信號(hào) 相對(duì)調(diào)相信號(hào) 圖 629 /4系統(tǒng)已調(diào)波的波形圖 ? ? ? ? ?74? 74? ? 52? ? ?? ?? ?? ? ??第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 【 例 61】 一個(gè) 4DPSK系統(tǒng)，其工作方式按照下面矢量所示，設(shè)已調(diào)制載波信號(hào)的初始相位為 Q=0，按照下面表中的數(shù)字填寫已經(jīng)調(diào)制的載波信號(hào)對(duì)應(yīng)的相位 Q和矢量表示。其關(guān)系式為： 其中 為本時(shí)刻相對(duì)調(diào)相已調(diào)載波起始相位； 為前一時(shí)刻相對(duì)調(diào)相已調(diào)載波起始相位； 為本時(shí)刻載波被絕對(duì)調(diào)相的相位。 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 A4 P S K( 0 0 )( 1 1 )( 1 0 )( 0 1 )A ( 0 )輸 入輸 出串 / 并轉(zhuǎn) 換相 加相 乘相 乘載 波移相2?? tc?costc?si n?BA ( 1 )B ( 0 )B ( 1 )(a) 調(diào)相法產(chǎn)生 4PSK信號(hào)原理圖 (b) 調(diào)相法產(chǎn)生 4PSK信號(hào)矢量圖 圖 627 調(diào)相法產(chǎn)生 4PSK信號(hào)原理圖 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 積 分 器取 樣 判 決定 時(shí) t = T sA輸 入輸 出串 / 并轉(zhuǎn) 換相 乘相 乘相 干 載 波 移相2??tc?costc?si n?B取 樣 判 決積 分 器定 時(shí) t = T s清 洗 t = T s清 洗 t = T s圖 628 4PSK信號(hào)解調(diào)原理圖 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 四相絕對(duì)調(diào)相與相對(duì)調(diào)相 四相調(diào)相和前面一樣也有絕對(duì)調(diào)相和相對(duì)調(diào)相之分。圖中，上、下兩個(gè)支路分別是 2PSK信號(hào)解調(diào)器，它們分別用來(lái)檢測(cè)雙比特碼元中的 A和 B碼元，然后通過(guò)并／串變換電路還原為串行數(shù)字信息。4 5 176。3 1 5 176。1 8 0 176。9 0 176。 相位載波 和與之正交的載波 進(jìn)行二相調(diào)相，得到如圖 627 (b)所示四相信號(hào)的矢量表示圖。設(shè)二進(jìn)制數(shù)字分別以 A和 B表示，每一對(duì) AB稱為一個(gè)雙比特碼元。 4PSK信號(hào)可采用調(diào)相法產(chǎn)生，產(chǎn)生 4PSK信號(hào)原理圖如圖627 (a)所示。 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 我們把組成雙比特碼元的前一信息比特用 A代表，后一信息比特用 B代表，并按格雷碼排列，以便提高傳輸?shù)目煽啃浴? 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 四相調(diào)相 四相調(diào)相（ 4PSK）是用載波的四種不同相位來(lái)表征傳送的數(shù)字信息。如果把輸入二進(jìn)制數(shù)字的每個(gè)比特編成一組，則構(gòu)成所謂的比特碼元。 對(duì)于 MQAM，經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)可得出： (617) 可見 M值越大即星點(diǎn)數(shù)越多，其頻譜利用率就越高，目前可以作到 = 64甚至更高，故正交幅度調(diào)制方式一般是應(yīng)用于高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)中。設(shè)輸入數(shù)字序列的比特率，即 A和 B兩路的總比特率為 ，信道帶寬為 B，則頻譜利用率為 bit/(s 表 61 星點(diǎn)數(shù)和電平數(shù)的關(guān)系 符號(hào)（碼元） 符號(hào) Bit位數(shù)（ K位） 可能組合 2K 電平數(shù) 星點(diǎn)數(shù) M 1個(gè) 1 2（ 0、 1） 2 4 1個(gè) 2 4（ 00、 0 11） 4 16 1個(gè) 3 8（ 000— 111） 8 64 1個(gè) 4 16（ 00001111） 16 256 1個(gè) … … … … 1個(gè) K 2K M 12M12M第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 正交幅度調(diào)制信號(hào)的頻譜利用率 QAM方式的主要特點(diǎn)是有較高的頻譜利用率。 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 從圖 624和圖 625我們可以看出，兩路正交的信號(hào)電平數(shù)不同，得到的星點(diǎn)數(shù)也就不同，電平數(shù)越多，則星點(diǎn)數(shù)也就越多。這種正交調(diào)幅稱為 16QAM。如果采用二路四電平碼送到 A、 B的調(diào)制器，就能更進(jìn)一步提高頻譜利用率。星座圖上各信號(hào)點(diǎn)之間的距離越大抗誤碼能力越強(qiáng)。如果只畫出矢量端點(diǎn)，則如圖 624所示，稱為 QAM的星座表示，因星座圖上有四個(gè)星點(diǎn)，又稱為 4 QAM。圖中所示的對(duì)應(yīng)關(guān)系是按格雷碼規(guī)則變換的，這種變換的優(yōu)點(diǎn)是相鄰判決相位的碼組只有一個(gè)比特的差別，相位判決錯(cuò)誤時(shí)只造成一個(gè)比特的誤碼，所以這種變換有利降低傳輸誤碼率。 AB二元碼共有四種組合，即 00， 01， 11， 10。相位。則 B路的“ 1” 碼對(duì)應(yīng)于 90176。圖 623 正交幅度調(diào)制及其產(chǎn)生信號(hào)的矢量表示圖 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 對(duì)正交幅度調(diào)制的 A路的“ 1”碼對(duì)應(yīng)于載波的相位， A路的“ 0” 碼則對(duì)應(yīng)于 180176。01B100 0S 1 ( t ) S 2 ( t ) e ( t )串 / 并 轉(zhuǎn) 換低 通低 通A 路 tc?cos∑e 1 ( t )e 2 ( t )B 路 tc?si n?1 11 00 19 0 176。 /1s11 ()2 St/2s21 (