第八章 新型数字调制技巧及规律
现代数字调制技术
第七章 现代数字调制技术7.1 恒定包络调制方式7.1.1 最小频移键控(MSK)MSK 是一种特殊的2FSK 信号。
2FSK 信号通常是由两个独立的振荡源产生的，一般说来在频率转换处相位不连续，因此，会造成功率谱产生很大的旁瓣分量，若通过带限系统后会产生信号包络的起伏变化。
为了克服以上缺点，需控制在频率转换处相位变化是连续性的，这种形式的数字频率调制称为相位连续的频移键控(CPFSK)，MSK 属于CPFSK ，但因其调制指数最小，在每个码元持续时间T S 内，频移恰好引起π/2相移变化，所以称这种调制方式为最小频移键控MSK 。
(a)＋－－ ＋＋＋(b) (c)图7.1-1 MSK 信号的频率间隔与波形7.1.2 高斯最小频移键控(GMSK)为了获得窄带输出信号的频谱，预调滤波器必须满足以下条件：(1)带宽窄，且应具有良好的截止特性。
(2)为防止FM 调制器的瞬时频偏过大，滤波器应具有较低的过冲脉冲响应。
(3)为便于进行相干解调，要求保持滤波器输出脉冲面积不变。
187由图7.1-8可见，g(t)的波形随B b 的减小而越来越宽，同时幅度也越来越小。
可见带宽越窄，输出响应被展得越宽。
这样，一个宽度等于T s 的输入脉冲，其输出将影响前后各一个码元的响应；同样，它也要受到前后两个相邻码元的影响。
也就是说，输入原始数据在通过高斯型滤波器之后，已不可避免地引入码间串扰，如图7.1-9所示。
s s s s图7.1-8 高斯滤波器的输出响应 图7.1-9 高斯滤波器输出响应的码间串扰7.1.3 正弦频移键控 (SFSK)0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 归一化频率：(f -f c )T b 功率密度谱（）图7.1-11 GMSK 的功能谱密度 为了减少带外幅射，提高频带利用率，应使这些尖角变平滑。
SFSK 就是针对此问题提出的一种调制方式。
SFSK 的提出是为了改进MSK 频谱特性。
它从平滑MSK 的相位路径出发，将MSK 在一个码元线性变化内的相位特性，改造成在线性特性上迭加一个正弦波的特性。
通信原理(第八章新型数字带通调制技术)PPT课件
实例分析
QPSK（四相相移键控调制）
在PSK的基础上，将相位划分为四个不同的状态，每个状态表示两个 比特的信息，提高了频谱利用率和传输速率。
16-QAM（十六进制正交幅度调制）
在QAM的基础上，将幅度划分为16个不同的状态，每个状态表示4个 比特的信息，进一步提高了频谱利用率和传输速率。
OFDM（正交频分复用调制）
20世纪70年代，随着数字信号处理技 术的发展，多种新型数字带通调制技 术如QPSK、QAM等开始出现。
02
数字带通调制技术的基本原理
数字信号的调制过程
调制概念
调制是将低频信号（如声音、图像等）转换成高频信号的过程， 以便传输。
数字信号的调制方式
数字信号的调制方式主要有振幅键控（ASK）、频率键控（FSK） 和相位键控（PSK）等。
通信原理(第八章新型数字带 通调制技术)ppt课件
• 引言 • 数字带通调制技术的基本原理 • 新型数字带通调制技术介绍 • 新型数字带通调制技术的应用场景
• 新型数字带通调制技术的优势与挑 战
• 新型数字带通调制技术的实现方法 与实例分析
01
引言
新型数字带通调制技术的定义与重要性
定义
新型数字带通调制技术是指利用数字 信号调制载波的幅度、频率或相位， 以实现信号传输的技术。
光纤通信系统
在光纤通信系统中，新型数字带通调制技术如偏振复用正交频分复用（PD-OFDM） 被用于实现高速、大容量的数据传输，满足不断增长的网络流量需求。
卫星通信系统
广播卫星
在广播卫星中，新型数字带通调制技术如正交频分复用（OFDM）被用于发送多路电视信号和其他多媒 体内容，提供高质量的广播服务。
将高速数据流分割成多个低速数据流，在多个子载波上进行调制，提 高了频谱利用率和抗多径干扰能力。
数字信号调制.ppt
注：在信号检测一章要利用基函数概念。
8.2 数字信号角调制的参数描述
8.2.3 FSK信号的频率参数描述
一、时---频模型
M个相距 f 随时间间隔T 跳变，构成 MFSK信号
二、数学表达式
Smf (t) Re
2 e j2m T
ft
e
j0t
2 T
cos0t
2 m
ft
低频包络
Slmf (t)
图：
方型16QAM , Pav
d2 16
(4 2
8 10
4 18)
10d 2
园形16QAM
,
Pav
d2 16
[8
(2.61)2
8
(4.61)2 ]
14.03d
2
上述两结构相比，方形较好。
例8.1.2
采用256QAM正交幅度信号,载波频率为2.4GHz,信号带宽为800kHz(如
1 图),选用
如取 1 的升余弦信号，有 B 1 ，
Ts 这时有 ：
2bit / s / Hz
调整码元波形，可改变16QAM的频带利用率，有：
2bit / s / Hz 4bit / s / Hz
8.1.2 数字信号的正交调幅 (QAM) 三、16QAM信号的星座图
有园形、方形两类，见图：
d
以在码距相同条件下，信号平均功率的大小来评价信号结构的优劣。上
n log2 L log2 16 4
支路比特率为: Rb 4Rp 4 400vkBaud / s 1.6Mb / s
传送的比特总速率: rb 2Rb 3.2Mb / s
(2)频带利用率:
rb
/
F
3.2Mb / s 800kHz
第八章 现代数字调制技术
ak
2TS
t k ) sin c t
(cos (sin
ak
2TS
ak
2TS 2TS
t sin k ) cos c t t sin k ) sin c t
ak
2TS
t cos k cos
ak
ak 1
k 0或
S MSK (t ) cos k cos I k cos
四、结论
由于OQPSK信号也可以看作是由同相支路和正交支路 的2PSK信号的叠加，所以OQPSK信号的功率谱与QPSK 信号的功率谱形状相同。
7
如果采用相干解调方式，理论上OQPSK信号的误码性 能与相干解调的QPSK相同。但是，频带受限的OQPSK 信号包络起伏比频带受限的QPSK信号小，经限幅放大 后频谱展宽的少，所以OQPSK的性能优于QPSK。在实 际中，OQPSK比QPSK应用更广泛。
首先介绍几种恒包络调制，包括偏移四相相移键控 （OQPSK）、 π/4四相相移键控（ π/4 -QPSK）、最小 频移键控（MSK）和高斯型最小频移键控（GMSK）； 然后介绍正交幅度调制（QAM），它是一种不恒定包络 调制。
在介绍了这几种单载波调制后，再引入多载波调制， 着重介绍其中的正交频分复用（OFDM）。 本章将介绍一种特殊的带宽调制技术----扩频调制，它 的载波采用宽带的伪噪声(PN)序列，它是用扩频频谱的 方法来换取信噪比的系统。
1
8.1 引言
第6章已介绍几种基本数字调制技术的调制和解调原理。 随着数字通信的迅速发展，各种数字调制方式也在不断 地改进和发展，现代通信系统中出现了很多性能良好的 数字调制技术。
本章主要介绍目前实际通信系统中常使用的几种现代 数字调制技术。 按照某一时刻是否只使用单一的频率的正弦载波，调 制分为单载波调制和多载波调制。 按照已调信号的包络是否保持不变，单载波又分为恒 定包络调制分为和不恒定包络调制。 ASK 、 FSK 、 PSK 都 属 于 单 载 波 调 制 ， 其 中 FSK 和 PSK信号的幅度是不变的，属于恒包络调制。 2
数字调制
用载波信号的某些离散状态表征所传送的信息
01 定义
03 分类 05 06 影响因素
数字调制是现代通信的重要方法，它与模拟调制相比有许多优点。数字调制具有更好的抗干扰性能，更强的 抗信道损耗，以及更好的安全性；数字传输系统中可以使用差错控制技术，支持复杂信号条件和处理技术，如信 源编码、加密技术以及均衡等。
技术指标
不同的调制方式，其调制特性是不同的，因此，在选择数字调制方式时，需要用一些技术指标来描述调制的 特性，如功率效率、带宽效率、误码率等。
功率效率 图1功率效率定义为：在接收机输入特定的误码概率下(如10)条件下，每比特信号能量与噪声功率谱密度之 比。其功率效率表示如图1所示： 式中：Eb为每比特信号的能量；N0为噪声功能率谱密度。 功率效率描述了在低功率的情况下一种调制技术保持数字信息信号正确传送的能力。 带宽效率 图2带宽效率定义为：在给定带宽内每赫兹数据率吞吐量的值。设R是每秒数据率，单位是比特，B是已调信 号占用的带宽，则带宽效率可表示如图2所示： 带宽效率描述了调制方案在有限的带宽内传输数据的能力。一般来说，数据传输速率的提高意味着降低了每 个数字信号的脉冲宽度。
分类
数字调制可以分为线性调制和非线性调制两大类。在线性调制技术中，传输信号的幅度随调制信号的变化而 线性地变化。线性调制技术有较高的带宽效率，所以非常适用于在有限频带内要求容纳更多用户的无线通信系统。
方法
常见的数字调制方法如： ASK ——幅移键控调制，把二进制符号0和1分别用不同的幅度来表示。 FSK ——频移键控调制，即用不同的频率来表示不同的符号。如2KHz表示0，3KHz表示1。 PSK——相移键控调制，通过二进制符号0和1来判断信号前后相位。如1时用π相位，0时用0相位。 GFSK——高斯频移键控，在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度。 GMSK ——高斯滤波最小频移键控，GSM系统所用调制技术。 QAM——正交幅度调制。 DPSK——差分相移键控调制。 mQAM——多电平正交调幅 mPSK——多相相移键控 TCM——格编码调制
《数字调制》课件
数字调制技术有效地减少了传输中 的误码率，提高了信息传输的可靠 性。
数字调制的挑战
频谱效率
数字调制技术需要更宽的 频带来传输相同的信息量， 对频谱资源的需求较大。
复杂性
部分数字调制方式的实现 较复杂，在工程实践中需 要解决复杂的算法和硬件 设计问题。
多径传播
数字调制受到多径传播等 信道特性的影响，需要采 取调制技术来抵消传播中 的失真。
3 PSK
4 QAM
将数字信号的不同状态映射到不同相位 的载波信号上，常用于无线通信。
将数字信号的多个位组合映射到不同幅 度和相位的载波信号上，常用于高速数 据传输。
数字调制的优点
1
灵活性高
2
数字调制可以根据需要灵活改变调
制方式和参数，适应不同的通信要
求。3Biblioteka 抗干扰能力强数字调制技术在传输过程中较好地 抵抗了信道噪声和干扰信号。
数字调制的未来发展趋势
5G通信技术
数字调制将在5G通信技术中 得到广泛应用，实现更高的 速率和更低的延迟。
物联网
数字调制将支持大规模的物 联网设备连接，实现智能化 和自动化的网络通信。
人工智能
数字调制与人工智能技术的 结合将推动通信系统的智能 化和自适应性。
原理
数字调制通过改变信号的 某些特性（如幅度、频率、 相位）来传输信息。
应用
数字调制广泛应用于无线 通信、数据传输、广播电 视等领域。
常用的数字调制方式
1 ASK
2 FSK
将数字信号的幅度直接映射到载波信号 上，常用于低速数据传输。
将数字信号的不同状态映射到不同频率 的载波信号上，常用于调频广播。
《数字调制》PPT课件
数字调携原理
数字调携原理数字调制原理数字调制是将数字信号转换为模拟信号的过程,以便在模拟通信信道上传输数字信息。
数字调制技术广泛应用于现代数字通信系统中,如移动通信、卫星通信、有线电视传输等。
下面是一些常见的数字调制方法及其原理:1. 调幅键控(ASK)ASK调制将二进制数字信号映射到不同的载波振幅。
比如"1"表示载波振幅为A,"0"表示载波振幅为0。
这是最简单的数字调制方式。
2. 调频键控(FSK)FSK调制将二进制数字信号映射到不同的载波频率。
比如"1"对应频率f1,"0"对应频率f2。
频率间隔需足够大以便接收端能够检测和区分。
3. 调相键控(PSK)PSK调制将二进制数字信号映射到不同的载波相位。
最常见的是二进制PSK(BPSK),其中"1"对应相位0度,"0"对应相位180度。
还有四进制PSK(QPSK)等高阶调制方式。
4. 正交幅值调制(QAM)QAM是综合了ASK和PSK的调制方式。
它将多个二进制数字映射到信号的振幅和相位的组合。
例如16QAM每个符号包含4比特。
QAM可以在给定的带宽下提高数据传输速率。
5. 码分多址(CDMA)CDMA并非典型的调制技术,而是利用扩频序列对数字信号进行编码,使得多个用户可以共享同一载波。
CDMA广泛应用于3G/4G移动通信系统。
数字调制技术的选择取决于系统的带宽、功率和复杂度等要求,不同的应用场景会采用不同的调制方案。
调制技术的发展也推动了现代数字通信系统的高速率、高质量和高效率传输。
第八章新型数字带通调制技术
d1 AM
的噪声容限之比。
d2
2020/7/24
(a) 16QAM
(b) 16PSK 10
16QAM信号和16PSK信号的性能比较
最大功率（振幅）相等的条件下：d2超过d1约1.57 dB。 16PSK信号的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振 幅）。而16QAM信号，在等概率出现条件下，可以计算 出其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55 dB。 在平均功率相等条件下，16QAM比16PSK信号的噪声容 限大4.12 dB。
(a) 传输频带
0011 0010 0101 0111
(b) 16QAM星座
2020/7/24
14
16QAM调制
输入的二进制序列经过串/并变换器输出速率减半的两路 并行序列，再分别经过2电平到L电平的变换，形成L电平 的基带信号。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，再分别对同相载波 和正交载波相乘，最后将两路信号相加即可得到QAM信号。
2020/7/24
2
8.1 正交振幅调制(QAM)
随着通信业务需求的迅速增长，寻找频谱利用率高的数字 调制方式已成为数字通信系统设计、研究的主要目标之一。 正交振幅调制QAM就是一种频谱利用率很高的调制方式。 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广泛应用。
2020/7/24
7
16QAM信号产生方法
正交调幅法：用两路独立的正交4ASK信号叠加，形成 16QAM信号，如下图所示。
AM
2020/7/24
8
16QAM信号产生方法
复合相移法：它用两路独立的QPSK信号叠加，形成 16QAM信号，如下图所示。
第八章 现代数字调制技术要点
引言
1.通信的理想目标和环境： 通信的理想目标：
在任何时候、在任何地方、与任何人都能及时沟 通联系和交流信息
通信的环境：
非常复杂，面临各种干扰和电波传播影响
电波传播的衰耗 多径衰落 信号在无线传播过程中，经过多点反射，从多条路径 到达接收端，这种多径信号的幅度、相位和到达时间 都不一样，这样造成的信号衰落称为多径衰落
Qk Qk 1 cosk I k 1 sin k
由此可知，当前码元的信号（Ik，Qk）不仅与当前码元 相位跳变量有关，还与前一码元的信号（Ik-1，Qk-1）有 关，即与信号变换电路的输入码组有关。
双比特信息Ik , Qk和相邻码元之间相位跳变 k 之间的关系
Ik , Qk与 k的对应关系
8.2π/4四相相移键控（π/4-QPSK ）
π/4-QPSK调制是对OQPSK和QPSK在最大相 位变化上进行折衷，是在QPSK和OQPSK基础上 发展起来的。 与QPSK和OQPSK相比的优势 最大相位改变为±45°或±135° ，比QPSK相位变
化小，改善了功率谱特性。 改进了解调方式。QPSK和OQPSK只能采用相干解调， π/4-QPSK可以采用相干解调和非相干解调。 功率效率高，抗干扰能力强。能有效地提高频谱利用 率，增大系统容量。
Qk sin k sin( k 1 k ) cos k sin k 1 sin k cos k 1 令前一码元的两正交信号为
Ik-1= cosθk-1，Qk-1= sinθk-1
则当前码元信号可表示为 I k I k 1 cosk Qk 1 sin k
由表可见，码元转换时刻的相位跳变量只有±π/4和 ±3π/4共4种取值，不可能产生如QPSK信号±π的相位 跳变，从而使得信号的频谱特性得到较大改善。
通信原理(新8)
MSK输出
差分编码
串并转换
90０
90０
2.MSK信号的解调方法 延时判决相干解调法
[（2i-1）Ts，（2i+1）Ts]
积分判决
MSK信号
载波提取 [2iTs，（2i+1）Ts] 积分判决
解调输出
3.MSK信号的功率谱
Ps ( f ) 32 T s
2
[
cos 2 ( f f c ) T s 1 16 ( f f c ) T s
2 2
]
2
(W / Hz )
8 . 2 38
带宽的近似值为：书上249~250页有90%的
对于QPSK、OQPSK、MSK：B≈1/Ts（Hz）
对于BPSK： 2/Ts（Hz） 包含99%信号功率的带宽近似为 对于MSK： 1.2/Ts（Hz） 对于QPSK及OPQSK： 6/Ts（Hz）
（4）在一个码元期间内信号包括四分之一载波周期 的整数倍；
（5）码元变化时刻信号相位是连续的。 另外，功率谱来看
（1）MSK主瓣宽度较窄；
（2）旁瓣下降快。
适合窄带信道传输，对邻近信道干扰小等优点。 8. 2. 6 高斯最小频移键控（GMSK） 为进一步改善频谱特性，可以在MSK调制器 前再加一级具有高斯特性的低通滤波器。
对于BPSK：
9/Ts（Hz）
由此可见， MSK信号的带外功率下降非常快。 书上图8-12说明了几种信号的功率谱密度情况
功率谱密度/dB
4PSK
8PSK
2PSK
1 2T s
1 Ts
3 2T s
2 Ts
M 进制数字调相信号功率谱
总之：MSK的信号特点： （1）已调信号的包络恒定； （2）两个信号频率间相差 为±1/2Ts； （3）附加相位在一个码元期间内线性变化±/2；
通讯原理第8章-新型数字调制全章课件
——相位不连续引起
已调波的频谱特性与相位路径密切相关！
解决途径：
——改善已调波的相位路径
（恒包络调制技术 的发展思路 ）
——采用相位连续变化的调制方式CPM
——MSK就是一种包络恒定、相位连续、频差最小， 并且严格正交的2FSK（CPFSK）信号。
正交——两个频率的信号不相关，即
cos 2 f1t 和 cos 2 f0t的互相关系数 ρ＝0
cos(1 0 )TB 1
上式才等于零
应当令
(1 0 )TB 2m
即要求
f1 f0 m / TB
∴当取m = 1时，满足正交条件的最小频率间隔：
f1 f0 min 1 / TB
注意：上面讨论中，假设初始相位φ 1和φ 0是任意的，它 在接收端无法预知，因此只能采用非相干接收方法。
对于相干接收，则要求初始相位是确定的，在接收端 是预知的，这时可令φ1 - φ0 = 0。 于是，下式
(t)
cos(ct
ak
2TB
t
k
)
kTB t (k 1)TB
当输入码元“1”时 (ak = +1) ，码元频率 f1= fc + 1/(4TB) 当输入码元“0”时 (ak = - 1) ，码元频率 f0= fc - 1/(4TB)
最小频差: 调制指数:
f f1 f0 1 / 2TB h f 0.5 1/ TB
16QAM信号的解调
——正交相干解调
由于16QAM信号的16个信号点在水平轴和垂直轴上 投影的电平数均有4个（+3、+1、-1、-3），对应低通滤 波器输出的4电平基带信号，因而4电平判决器应有3个判 决电平：+2、0、-2。
通信原理第八章-新型数字带通调制技术
(1t (0t
1) 0 )
当发送“1”时 当发送“0”时
现在，为了满足正交条件，要求
Ts 0
[cos(1t
1 )
cos(0t
0
)]dt
0
即要求
1
2
Ts 0
{cos[(1
0 )t
1
0 ]
cos[(1
0 )t
1
0 ]}dt
0
上式积分结果为
sin[(1 0 )Ts 1 0 ] sin[(1 0 )Ts 1 0 ]
(1 0 )Ts 2m
2021/2/15
20
相干接收的最小频率间隔
相干接收时，初始相位已知，可以令1 - 0 = 0。则
cos(1 0 ) sin(1 0 )Ts sin(1 0 )[cos(1 0 )Ts 1] 0
简化为 sin(1 0 )Ts 0
因此，仅要求满足
f1 f0 n / 2Ts
2021/2/15
17
8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控
定义：最小频移键控（MSK）信号是一种包络恒定、相位 连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，其波形图如下：
2021/2/15
18
8.2.1 正交2FSK信号的最小频率间隔
假设2FSK信号码元的表示式为
s(t
)
A A
c c
os os
sin(2cTs ) 0 4fcTs n , n 1, 2, 3, ...
Ts
n
1 4 fc
n 1, 2, 3, ...
MSK信号每个码元持续时间Ts内包含的波形周期数必须是
1 / 4周期的整数倍，即上式可以改写为
2021/2/15
第八章新型数字带通调制技术
0
上式积分结果为
sin[(1 0 )Ts 1 0 ] sin[(1 0 )Ts 1 0 ]
1 0
1 0
sin(1 0 ) sin(1 0 ) 0
1 0
1 0
2019/11/18
19
任意初相时的最小频率间隔
2019/11/18
15
16QAM解调
16QAM信号可以采用正交相干解调方法，解调器输入信 号与本地恢复的两个正交载波相乘后，经过低通滤波输出 两路多电平基带信号。多电平判决器对多电平基带信号进 行判决和检测，再经L电平到2电平转换和并/串变换器最 终输出二进制数据。
2019/11/18
16
8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控
2019/11/18
2
8.1 正交振幅调制(QAM)
随着通信业务需求的迅速增长，寻找频谱利用率高的数字 调制方式已成为数字通信系统设计、研究的主要目标之一。 正交振幅调制QAM就是一种频谱利用率很高的调制方式。 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广泛应用。
由于1和0是任意常数，故必须有： sin(1 0 )Ts 0 cos(1 0 )Ts 1
为了同时满足这两个要求，应当令 即要求 f1 f0 m / Ts 最小频率间隔： f1－f0 ＝1 / Ts。
(1 0 )Ts 2m
2019/11/18
20
相干接收的最小频率间隔
2019/11/18
9
16QAM信号和16PSK信号的性能比较
在下图中，按最大振幅相等，画出这两种信号的星座图。
设其最大振幅为AM，则16PSK信号的相邻矢量端点的欧氏
第八章 新型数字调制技巧及规律
第一部分 最小移频键控（MSK ）方式①最小移频键控（MSK ）又称快速移频键控（FFSK ） “最小”是指能以最小的调制指数获得正交信号；“快速”指的是对于给定的频带，它能比PSK 传送更高的比特速率。
定义：最小频移键控（MSK ）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK 信号。
特点：频率跳变，相位连续；正交调制（其波形相关系数0ρ=）；最小的调制指数：12h =。
cos()(1)2cos[()]kMSK c k s ssc k a s t t kT t k T T t t πωϕωθ=++<<+=+，()(1)2kk k s s sa t t kT t k T T πθϕ=+<<+，称为附加相位函数。
其中，c ω－载波频率；k a －第k 个码元的信息，取值±1。
其斜率：(),(1)2k ks s sd t a kT t k T dt T θπ=<<+可见，s T 内：1k a =→附加相位上升2π，1k a =-→附加相位上升2π-。
截距：k ϕ第k 个码元的相位常数，在所处的码元宽度 s T 内保持不变。
瞬时角频率:(1)2kc s ss sa kT t k T T πω+<<+，瞬时频率:(1)4kc s s sa f kT t k T T +<<+，当1ka =，信号频率为214c sf f T =+ 当1ka =-，信号频率为114c sf f T =- 故载波频率：212c f f f -=频率间隔（偏移）：21122sf f f T -∆==调制指数：()21211122s s s s s T f f f h f f T f T T -∆===-==MSK 信号在每一个码元周期内，必含1/4载波周期的整数倍。
1()0,1,2,34c s m f N m T =+=，21111()44111()44c s s c s sm f f N T T m f f N T T +=+=+-=-=+②MSK 信号波形码元持续时间与载波周期的比较101144s m m T N T N T +-⎛⎫⎛⎫=+=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭例: 当1,3Nm ==时，对于比特“1”和“0”，一个码元持续时间内分别有2个和1.5个正弦波周期。
数字调制的方法
数字调制的方法嘿，咱今儿就来聊聊数字调制的方法。
你说这数字调制啊，就像是给数字信息穿上不同的“外衣”，让它们能在各种通信渠道里顺利“旅行”。
先来说说幅度键控吧，这就好比是数字世界里的灯光开关，只有亮和灭两种状态。
通过改变信号的幅度，来传递不同的信息，简单直接，就像咱说话直来直去一样。
还有频移键控呢，这就好像是不同频率的“跑道”，信息在不同的“跑道”上奔跑。
通过切换频率来表示不同的内容，是不是挺有意思的？相移键控也不能落下呀！它就如同给数字信息安上了不同的“转向轮”，通过改变相位来传达各种消息。
这可真是神奇，就那么轻轻一转，信息就不一样啦！你想想看，要是没有这些数字调制的方法，那咱的通信不就乱套啦？就好比是没有交通规则的马路，那得堵成啥样啊！这些方法让数字信息能有序地传递，准确地到达目的地。
比如说咱平时打电话，声音被转换成数字信号，然后通过这些调制方法，才能在电话线或者无线网络中顺利传输，最后在对方那里又还原成声音。
这不就跟变魔术似的嘛！再想想那些卫星通信，要是没有合适的数字调制，信号怎么能在那么远的距离还能清晰准确地传达呢？这就好像是射箭，得瞄得准，才能射中目标呀！每种数字调制方法都有它的特点和适用场景，就跟咱人一样，各有各的本事和用处。
幅度键控简单实用，频移键控灵活多变，相移键控精准可靠。
它们相互配合，共同构建起了现代通信的大厦。
咱生活在这个信息时代，每天都在享受着数字调制带来的便利。
不管是刷手机看新闻，还是视频通话跟家人聊天，背后都有这些方法在默默工作呢。
所以啊，可别小看了这数字调制的方法，它们可是通信领域的大功臣呢！没有它们，咱的生活得失去多少乐趣和便利呀！这可不是我夸张，你仔细琢磨琢磨，是不是这么个理儿？咱得好好感谢这些神奇的数字调制方法，让咱能在信息的海洋里畅游无阻啊！。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一部分 最小移频键控（MSK ）方式
①最小移频键控（MSK ）又称快速移频键控（FFSK ） “最小”是指能以最小的调制指数获得正交信号；
“快速”指的是对于给定的频带，它能比PSK 传送更高的比特速率。
定义：最小频移键控（MSK ）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK 信号。
特点：
频率跳变，相位连续；
正交调制（其波形相关系数0ρ
=）；
最小的调制指数：1
2
h =。
cos()(1)2cos[()]
k
MSK c k s s
s
c k a s t t kT t k T T t t πωϕωθ=+
+<<+=+，
()(1)2k
k k s s s
a t t kT t k T T πθϕ=
+<<+，
称为附加相位函数。
其中，c ω－载波频率；k a －第k 个码元的信息，取值±1。
其斜率：
(),(1)2k k
s s s
d t a kT t k T dt T θπ=<<+
可见，s T 内：1k a =→附加相位上升2
π
，1k a =-→附加相
位上升2
π
-。
截距：k ϕ第k 个码元的相位常数，在所处的码元宽度 s T 内
保持不变。
瞬时角频率:
(1)2k
c s ss s
a kT t k T T πω+
<<+，
瞬时频率:
(1)4k
c s s s
a f kT t k T T +<<+，
当1k
a =，信号频率为
214c s
f f T =+ 当1k
a =-，信号频率为
114c s
f f T =- 故载波频率：
21
2
c f f f -=
频率间隔（偏移）：
211
22s
f f f T -∆==
调制指数：
()21211
122
s s s s s T f f f h f f T f T T -∆===-==
MSK 信号在每一个码元周期内，必含1/4载波周期的整数倍。
1
()0,1,2,34c s m f N m T =+=，
21111
()
44111
()
44c s s c s s
m f f N T T m f f N T T +=+=+-=-=+
②MSK 信号波形
码元持续时间与载波周期的比较
101144s m m T N T N T +-⎛⎫⎛
⎫=+=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝
⎭
例: 当1,3N
m ==时，对于比特“1”和“0”，一个码元持续时间
内分别有2个和1.5个正弦波周期。
②MSK 信号相位连续性
波形（相位）连续的一般条件：前一码元末尾的总相位等于后一码元开始时的总相位。
回顾：
cos(),(1)2cos[()]
k
MSK c k s s
s
c k a s t t kT t k T T t t πωϕωθ=+
+<<+=+
第k 个码元开始时刻，也就是第1k -个码元结束时刻，故 第1k -个码元的末相为
1
12k c s s k s
a kT kT T πωϕ--+
+
第k 个码元的初相为
2k
c s s k s
a kT kT T πωϕ+
+
相位连续要求
1
122k k
c s s k c s s k s
s
a a kT kT kT kT T T ππωϕωϕ--+
+=+
+
故有：
111111
()2k k k k k k k k k k a a k a a k a a ϕπ
ϕϕϕπ------=⎧=+-=⎨
±≠⎩，， 初相
0(2)k ϕππ=或模
附加相位
()(1)2k
k k s s
a t t kT t k T T πθϕ=
+<<+，
在任一个码元期间内，()t θ的变化量总是2π。
1k a =时,
增大2π;1k a =-时,减小2π。
例：
ϕ=-k
ϕ0003π3π2π-2π-5π5π5π5π6π-6π-6π
-()
t θ
例1：
在MSK 系统中，设发送数字信息序列为100111，若码元传输速率为2000波特，载波频率为3000赫兹。
（1）试写出MSK 信号的时域表达式。
（2）试画出MSK 信号的时间波形和相位变化图形
（设初始相位为零）。
（3）试构成一种MSK 信号调制器的原理框图。
（4）以主瓣宽度作为MSK 信号的带宽，计算MSK 信号的最大频带利用率(/)b s Hz ⋅。
（5）简要说明MSK 信号与2FSK 信号的异同点。
解：
分析：做MSK 的题时，一定要注意载波频率的计算。
（1）
cos()(1)2k
MSK c k s s s
a s t t kT t k T T πωϕ=+
+<<+，
（2）11
2000
s B T R ==
秒，载波的瞬时频率： (1)4k
c s s s
a f kT t k T T +<<+，
当1k
a =，信号频率为
212000
300035002000 1.7544
c s f f Hz
T =+=+==⨯
即一个码元宽度内有1.75个载波。
当1k
a =-，信号频率为
112000
300025002000 1.2544
c s f f Hz
T =-=-==⨯
即一个码元宽度内有1.25个载波。
()(1)2k
k k s s
a t t kT t k T T πθϕ=+<<+，
()
t
（3）将MSK 信号的时域表达式展开
cos()(1)2k
MSK c k s s s
a s t t kT t k T T πωϕ=+
+<<+，
0cos()
2cos cos sin sin 22cos cos sin sin cos 22sin cos cos sin sin 22cos 2k k
c k s
k k k c k c s s k k k k c s s k
k k k c s
s
k s a t t T a a t t t t
T T a a t t t
T T a a t t t T T a T ϕπ
πωϕππϕωϕωππϕϕωππϕϕωπ==+
+⎛⎫⎛⎫=+-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎡⎤⎛⎫⎛⎫
-+⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦
=或1cos cos sin cos sin 2cos cos cos cos sin sin 22cos cos sin sin 22cos cos sin sin 22k k k c k c s a k c k k c s s k c k c s
s
k c k k c s s
a t t t t
T t t t a t
T T t
t p t q t T T t t
p t a p t T T πϕωϕωππϕωϕωππωωππωω=±⎛⎫⎛⎫
- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
⎛⎫⎛⎫
=-
⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫
=- ⎪
⎪⎝⎭⎝⎭
=cos sin k c k c I t Q t
ωω-同相分量
正交分量
（4）由2
s 22232cos2()()116()s s s s s T f f T P f f f T ππ⎡⎤
-=⎢⎥--⎣⎦
，当34c s f f f =±时，取第一零点，故其带宽为1.53000s f Hz =，频带利用率为
2000
0.673000
η=
=（波特/Hz ）。
（5）最小频移键控（MSK ）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK 信号，在一个码元期间内附加相位线性变化2
π
±
，一个码元内包含四分之一载波周期的整数倍。
故在同样的频带内，MSK 能比2FSK 传输更高的数据数率，且在带外的频谱分量比2FSK 衰减得快。