现代数字调制解调技术资料
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。
数字信号处理中的调制与解调技术
数字信号处理中的调制与解调技术数字信号处理技术在现代通信中扮演着至关重要的角色。
它可以对信号进行调制与解调，使得信号可以在不同的载体(比如无线电波、光纤等)传输和传递。
本文将介绍数字信号处理中的调制与解调技术。
一、调制技术调制技术是将基带信号(即未调制的信号)转换为能够在载体中传输的信号的过程。
它可以用来改变信号的频率、幅度和相位等属性。
常见的调制技术包括幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)等。
1. 幅度调制(AM)幅度调制是最简单的调制技术之一，它通过将基带信号和一个高频载波信号进行乘法运算，来改变信号的幅度。
结果可以用下式表示:s(t) = Ac[1 + m(t)]cos(2πfct)其中，Ac是载波的幅度，f是载波频率，m(t)是基带信号，s(t)为调制后的信号。
可以看出，载波信号的幅度随着基带信号而变化，从而实现了对信号幅度的调制。
2. 频率调制(FM)频率调制是一种常见的调制方式，在广播电台、卫星通信等领域得到广泛应用。
它是通过改变载波频率的大小，来反映出基带信号的变化。
这个过程可以用下式表示:s(t) = Ac cos[2πfc t + kf∫m(τ)dτ]其中，kf是调制指数，m(t)是基带信号，∫m(τ)dτ是对基带信号的积分。
这里，频率调制实质是将基带信号的斜率值转化为频率的变化，从而体现了基带信号的变化。
3. 相位调制(PM)相位调制是另一种常见的调制方式，它通过改变相位来反映出基带信号的变化。
相位调制可以用下式表示:s(t) = Ac cos[2πfct + βm(t)]其中，β是调制指数，m(t)是基带信号。
可以看出，相位调制实质上是将基带信号的变化转化为相位的变化。
二、解调技术解调技术是将调制后的信号还原为原始基带信号的过程。
它在通信中起着至关重要的作用，可以保证信息的正确传递。
1. 相干解调相干解调是最常见的解调方式，它是通过连续时间信号的乘法运算来分离出基带信号的。
《通信原理》——现代数字调制技术
第9章现代数字调制技术对数字调制技术的设计和改进，一般主要在以下几个方面：（1）在现有的带宽内，尽可能提高传输信息的速率，即提高频带利用率。
（2）压缩信号功率谱主瓣的宽度。
数字信号很多具有无限的带宽，实际传输中只能对其进行带限，即保留信号功率谱的主瓣。
压缩主瓣宽度能压缩信号占用带宽，同样也能提高频带利用率。
（3）提高功率谱集中程度，抑制旁瓣功率，减少带外辐射。
即尽可能使信号功率谱集中在主瓣中，减少相互之间的频带干扰。
（4）抗多径效应，抗码间串扰，提高纠错能力等。
多经效应指的是信号在传输过程中，通过了两条或更多的信道达到接收方（典型的，例如移动通信中无线电波的多点反射），这样接收方收到的信号实际上是经过多条路径传输来的信号的叠加。
由于多条信道之间在距离、信道频率特性、衰减以及移动速度等方面存在的差别，造成多径信号各分量到达接收方时间和幅度、相位等都不同，由此造成了信号在时域上展宽、在频域上产生多普勒频移等失真。
（5）综合考虑系统的复杂程度、实现难度和成本等。
9.1 偏移四相相移键控9.1.1 QPSK信号的缺点理想方波信号带宽无限，带限信号引起包络起伏；当信号发生相位跳变时，会造成包络起伏；QPSK的相位星座存在180度的跳变，造成零包络。
QPSK信号的星座图滤波引起的包络起伏相位跳变9.1.2 偏移四相相移键控（OQPSK）的特点恒包络数字调制技术又称交错正交相移键控，参差四相相移键控，双二相相移键控。
用两路二进制信号合成一路四相信号，两路基带信号错开半个码元周期，其表达式为因为码元周期，故而不会出现“对角线”的跳变，而是沿着四边变化，从而抑止了零包络现象。
OQPSK的星座图和相位变化OQPSK的调制和解调电路9.2 π/4 四相相移键控9.2.1 π/4 四相相移键控的概念和表达式π/4 四相相移键控在QPSK基础上发展而来。
轮流采用两组，每组四个相位来表示四个码元值。
两组相位彼此之间错开45 °。
第四章 现代数字调制解调技术_MSK
8
波形连续的一般条件：前一码元末尾的总相位等于后一码元 开始时的总相位，即 s kT k s kT k 1 MSK信号的相位连续条件 相位连续的MSK信号要求前一码元末尾的相位等于后一码 元的初始相位。 由MSK信号的表示式：
s k (t ) cos( s t ak t k ) 2T
19
最小频移键控（MSK）
在上式中，因为
n k 1 k ak ak 1 2
ak 1, 1 , qk ak cos k
mod 2
所以有
cos k 1, 1 , 若令：pk cos k ,
ak cos k 1, 1
[2iT, 2(i+1)T]
MSK 信号
载波提取
积分判决 cosst
抽样保持 p 模2乘 q 抽样保持 解调 输出
90相移
-sinst
积分判决
[(2i-1)T, (2i+1)T]
(MSK信号解调器原理方框图
接收信号分别用提取的相干载波cosst 和-sinst 相乘：
sk(t)cosst = [pkcos(t/2T)cosst - qksin(t/2T) sinst]cosst = (1/2) pkcos(t/2T) sk(t)(-sinst) = [pkcos(t/2T)cosst - qksin(t/2T) sinst](-sinst) = (1/2)qksin(t/2T)
bk
串/ 并 变换
－
移相 /2 sinst
带通 滤波
移相 /2
qk sin(t/2T)
qksin(t/2T)
qksin(t/2T)sinst
现代数字调制技术
MSK具有恒定振幅包络、相对窄的带宽、相位变化连续等 的特性。虽然MSK相位是连续的，但相位连续变化是折线， 在码元转换时刻产生尖角，从而使其频谱特性的旁瓣滚降不快， 带外辐射相对较大。对于数字移动通信中进行高速率数据传输 时要求有更紧凑的功率谱才能使邻道带外辐射功率低于-80~60dB的指标，MSK不能满足要求。为了解决MSK的这一问题， 可将数字基带信号先经过一个高斯滤波器整形，得到平滑后的 某种新的波形之后再进行调频，调频指数仍为0.5，但此时的 信号具有良好的频谱特性,如图5.38所示。将输入端接有高斯滤 波器的MSK调制称为高斯最小频移键控GMSK。GMSK功率谱 的高频分量得到更大的衰减，具有更高频带利用率。GMSK信 号的解调可采用相干解调，也可采用差分相干解调。
与产生过程相对应，MSK信号一般可采用相干解调恢复信 息码，也可采用其他解调方法。
数字信号的频带传输
输入
差分 编码
串/并
振荡 f=1/4Tb
2
延时 Tb
振荡 fc
2
图5.37 MSK调制原理框图
∑
带通
滤波
MSK
信号
数据
高斯低通滤波器
FM调频器
图5.38 GSMK调制器
GMSK信号
数字信号的频带传输
1.2 最小频移键控(MSK)
对于频移键控2FSK信号的产生，如果采用如图5.15所示电路， 由于载波由两个独立振荡电路产生，因此在频率转换点上相位是 不连续的。相位不连续的2FSK信号的功率谱有很大的旁瓣分量， 造成对邻近信号干扰，带限后会引起包络起伏变化，为了不失真 传输，对信道的线性特性要求就很苛刻。最小频移键控MSK又称 快速频率键控是2FSK的改进型，MSK使得两个频率在相邻的跳 变码元之间相位保持连续的一种调制方式。
数字调制解调技术
抗多径干扰能力主要取决于调制解调 算法的设计和实现，以及信号处理技 术的运用。常用的抗多径干扰技术包 括RAKE接收、信道估计与均衡、多 天线技术等。这些技术的应用可以有 效抑制多径干扰的影响，提高数字信 号的传输质量和稳定性。
05
数字调制解调技术的未 来发展
高频谱效率的调制解调技术
总结词
随着通信技术的发展，对频谱效率的要求越来越高，高频谱效率的调制解调技术成为研 究热点。
02
通过将多个载波信号进行调制 ，多载波调制能够提高信号传 输的效率和可靠性。
03
多载波调制具有频谱利用率高 、抗多径干扰能力强等优点， 因此在无线通信、宽带接入等 领域得到广泛应用。
03
数字解调技术
相干解调
相干解调是一种基于相位的解调方法，它利用发送信号的相位信息来恢复原始信 号。在相干解调中，接收到的信号与本地振荡器产生的信号进行相位比较，以恢 复原始信号的相位信息。
抗多径干扰能力
抗多径干扰能力
总结词
详细描述
抗多径干扰能力是指数字调制解调技 术在存在多径干扰的情况下仍能保持 正常工作的能力。多径干扰是无线通 信中常见的问题，良好的抗多径干扰 能力能够提高通信质量。
抗多径干扰能力是评估数字调制解调 技术性能的重要指标，尤其在无线通 信中，它直接影响到通信的质量和稳 定性。
思路。
多模态调制解调技术
总结词
随着通信环境的多样化，多模态调制解 调技术成为研究的热点，以满足不同通 信环境下的需求。
VS
详细描述
多模态调制解调技术是指能够处理多种通 信模式的调制解调技术。目前已经出现了 一些多模态调制解调技术，如OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）和SC-FDE （Single Carrier Frequency Domain Equalization，单载波频域均衡）等。这 些技术通过融合不同的通信模式，提高了 通信系统的灵活性和适应性，为未来通信 技术的发展提供了新的方向。
第7章 现代数字调制技术
（7.2-5）
分别为同相和正交支路的 基带信号。
xn和yn一般为双极性m进制码元。 xn、yn决定QAM信号在信号空间
的M个坐标点。
2013-7-14
通信原理
6
第7章 现代数字调制技术
2. QAM信号的星座图 星座图----空间信号矢量端点分布图。
4QAM、l6QAM、64QAM星座图
l6QAM信号电平与信号状态关系
a1 a2 b1 b2 (0011)(0010)(0001)(0000)
x a1 a2
+3 0 0 +1 0 1 -1 1 0 -3 1 1
(0111)(0110)(0101)(0100)
(1011)(1010)(1001)(1000) (1111)(1110)(1101)(1100)
-3 1 1
-1 1 0
+1 0 1
+3 0 0
y
b1 b2
结论1：电平数m和信号状态M之间的关系是M =m2。
2013-7-14
四进制QAM （l6QAM）
7
通信原理
第7章 现代数字调制技术
结论2：当M>4时MQAM比MPSK具有更好的抗干扰能力。
例：M=16。假定16PSK和16QAM星座图表示的信号最大功率相等
10
第7章 现代数字调制技术
7.3 交错正交相移键控（OQPSK）
问题的提出：QPSK信号频带利用率高。但当码组00↔11或01 ↔ 10时，将产生180的载波相位跳变，引起包络起伏，导致频谱扩展， 增加对相邻波道的干扰。为此，提出一种OQPSK----恒包络数字调 制技术 。 恒包络：是指已调波的包络保持为恒定，它与多进制调制是从不 同的角度来考虑调制技术的 。恒包络已调波具有两个主要特点：
混合集成电路中的数字信号调制与解调技术
混合集成电路中的数字信号调制与解调技术数字信号调制（Digital Modulation）和解调（Demodulation）是混合集成电路中的重要技术，用于在数字通信系统中将数据转换为适合传输的信号，并在接收端将其还原为原始数据。
本文将介绍数字信号调制与解调技术的基础概念、常见调制方式以及其在混合集成电路中的应用。
1. 数字信号调制与解调技术的基础概念数字信号调制是一种将离散的数字信号转换为连续的模拟信号的过程。
调制的目的是通过改变模拟信号的某些特性来携带数字信号的信息。
数字信号解调则是将模拟信号转换回数字信号的过程。
数字信号调制与解调技术基于模拟信号调制与解调技术的基本原理，但其特点是在离散时间间隔上进行，通过在每个时间间隔内对离散的数字信号进行编码与解码实现。
2. 常见的数字信号调制方式2.1. 幅移键控调制（ASK）幅移键控调制是一种通过改变模拟载波的幅度来携带数字信号的调制方式。
调制信号为数字信号的低电平和高电平分别对应载波的低幅度和高幅度。
ASK是一种简单且易于实现的调制方式，但其抗噪声性能相对较差。
2.2. 频移键控调制（FSK）频移键控调制是一种通过改变模拟载波的频率来携带数字信号的调制方式。
调制信号为数字信号的逻辑0和逻辑1分别对应载波的两个不同频率。
FSK能够提供较好的抗噪声性能，但其带宽利用率相对较低。
2.3. 相移键控调制（PSK）相移键控调制是一种通过改变模拟载波的相位来携带数字信号的调制方式。
调制信号为数字信号的逻辑0和逻辑1分别对应载波的两个不同相位。
PSK具有较好的带宽利用率和抗噪声性能，因此在许多数字通信系统中被广泛应用。
3. 混合集成电路中的数字信号调制与解调技术应用数字信号调制与解调技术在混合集成电路中有着广泛的应用，以下是一些常见的应用场景。
3.1. 无线通信系统数字信号调制与解调技术是无线通信系统中的关键环节。
在传输端，将数字信号调制为适合传输的模拟信号，经过调制器和功率放大器等电路后进行无线传输。
《现代调制技术》PPT幻灯片
n
sMQAM(t)= [A n g ( t n S ) c T n ] o cw c t o s [A s n g ( t n S ) s T n i ] s n w c i t
n
n
令
Xn=An cos n
Yn=Ansin n
则式(6.1 - 2)变为
sMQAM(t)= [X n g ( t n T S ) ] c o s w c t [Y n g ( t n T S ) ] s i n w c t
n
n
X (t)co w ct sy(t)siw c n t
QAM中的振幅Xn和Yn可以表示为 Xn=cnA Yn=dnA
现代数字调制解调技术
6.1 正交振幅调制(QAM) 6.2 最小移频键控(MSK) 6.3 高斯最小移频键控(GMSK) 6.4 DQPSK
现代数字调制解调技术
在通信原理课程中我们讨论了数字调制的三种基 本方式：数字振幅调制、数字频率调制和数字相 位调制，然而，这三种数字调制方式都存在不足 之处，如频谱利用率低、抗多径抗衰落能力差、 功率谱衰减慢带外辐射严重等。为了改善这些不 足，近几十年来人们不断地提出一些新的数字调 制解调技术，以适应各种通信系统的要求。例如 ，在恒参信道中，正交振幅调制(QAM)和正交频 分复用(OFDM)方式具有高的频谱利用率，正交 振幅调制在卫星通信和有线电视网络高速数据传 输等领域得到广泛应用。
若信号点之间的最小距离为2A，且所有信号点等概率 出现，则平均发射信号功率为
p(s)M A2 nM 1(cn2 dn2)
(－ 3 ,3 ) (－ 3 ,1 )
(3 ,3 ) (3 ,1 )
现代通信原理课件：现代数字调制技术
现代数字调制技术
图9－10 MSK 相干解调原理框图
现代数字调制技术
9.4.4 高斯最小频移键控 MSK 信号虽然包络恒定,带外功率谱密度下降快,但在
一些通信场合,例如在移动通 信中,MSK 所占带宽和频谱的 带外衰减速度仍不能满足需要,以至于在25kHz信道间隔 内 传输1Gb/s的数字信号时,会产生邻道干扰,因此应对 MSK 的 调制方式进行改进。在 频率调制之前,用一个高斯型低通滤 波器对基带信号进行预滤波,滤除高频分量,使得功 率谱更加 紧凑,这样的调制称为高斯最小频移键控(GMSK),GMSK 信 号的产生原理框图 如图9－11所示。
现代数字调制技术 9.4.1 MSK信号的正交性
现代数字调制技术
f1 和f2 的频差是2FSK 的两信号正交的最小频率间隔,所 以称为最小频移键控。
现代数字调制技术 9.4.2 MSK信号的相位连续性
现代数字调制技术
由式(9－10),θk(t)是时间的线性方程,斜率为πak/2Tb。在 一个码元间隔内,当ak= 1时,θk(t))增大π/2;当ak==-1时,θk(t)减小 π/2。θk(t)随t的变化规律如图9－7所示。 图中正斜率直线表 示传“1”码时的相位轨迹,负斜率直线表示传“0”码பைடு நூலகம்的 相位轨迹,这种 由相位轨迹构成的图形称为相位网格图,如图 9－7所示。
现代数字调制技术
图9－7 MSK 相位网格图
现代数字调制技术
例9－1 已知载波频率fc=1.75/Tb,初始相位φ0=0。 (1)当数字基带信号ak=±1时,MSK 信号的两个频率f1 和 f2 分别是多少? (2)对应的最小频差及调制指数是多少? (3)若基带信号为+1-1-1+1+1+1,画出相应的相位变化图 和 MSK 信号波形。
通信行业现代数字调制技术(53页)
《通信原理课件》
一、时域表示
《通信原理课件》
《通信原理课件》
二、矢量图
《通信原理课件》
对于M=16的16QAM来说，有多种分布形式 的信号星座图。 两种具有代表意义的信号星座图 如图8-10所示。在图8-10（a）中， 信号点的 分布成方型，故称为矩形16QAM星座，也称为 标准型16QAM。在图8-10（b）中，信号点的 分布成星型，故称为星型16QAM星座。
图8-10 16QAM的星座图
《通信原理课件》
《通信原理课件》
由此可见，方型和星型16QAM两者功率相差 1.4dB。另外，两者的星座结构也有重要的差别， 一是星型16QAM只有两个振幅值，而方型 16QAM有三种振幅值；二是星型16QAM只有8 种相位值，而方型16QAM有12种相位值。这两 点使得在衰落信道中，星型16QAM比方型 16QAM更具有吸引力。
《通信原理课件》
8.3 π/4四相相移键控
《通信原理课件》
图8-3 π/4 -QPSK信号的星座图
《通信原理课件》
《通信原理课件》
8.4 最小频移键控（MSK）
《通信原理课件》
《通信原理课件》
8.4.1 MSK信号的正交性
《通信原理课件》
《通信原理课件》
8.4.2 MSK信号的相位连续性
但是由于方型星座QAM信号所需的平均发送功率 仅比最优的QAM星座结构的信号平均功率稍大，而 方型星座的MQAM信号的产生及解调比较容易 实现，所以方型星座的MQAM信号在实际通信中 得到了广泛的应用。当M=4, 16, 32, 64时 MQAM信号的星座图如图8-11所示。
西电 现代数字调制解调技术
MSK信号的功率谱
2. MSK调制t ) cosct k (t )
cos k (t ) cosc t sin k (t ) sin c t
t t cos k cos cos t a cos sin c k k 2T 2T sin ct s s
OFDM方式作为一种高效调制技 术，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。 OFDM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是第三代移动通信 系统采用的技术之一。
1. OFDM基本原理
N 1
在OFDM系统中，子载波的数量应 根据信道带宽、数据速率以及符号周期 来确定。OFDM系统采用的调制方式应 根据功率及频谱利用率的要求来选择。 常用的调制方式有QPSK和16QAM方式。 另外，不同的子信道还可以采用不同的 调制方式，特性较好的子信道可以采用 频谱利用率较高的调制方式，而衰落较 大的子信道应选用功率利用率较高的调 制方式，这是OFDM系统的优点之一。
式中 m c m 为第m个子载波角频率 d m (t ) 为第m个子载波上的复数信号, d m (t ) 在一个符号期间为常数，则有
d m (t ) d m
子载波已调信号功率谱密度
OFDM合成信号功率谱密度
2.
OFDM信号调制与解调
OFDM信号产生原理
串/并 变换
编码 映射
X(1)
调制1 相 调制2 信
匹配滤波器1 匹配滤波器2
DIN
串 并 变 换
调 制 符 号 映 射
X(N)
加 调制N
实验二十一--现代数字调制、解调
实验二十一现代数字调制、解调实验一、实验目的1、了解用FPGA进行电路设计的基本方法。
2、掌握MSK、GMSK的概念以及它们之间的关系和不同。
3、掌握MSK、GMSK调制和解调原理。
4、掌握QPSK、OQPSK、DQPSK、π/4－DQPSK的概念以及它们之间的关系。
5、掌握QPSK、OQPSK、DQPSK、π/4－DQPSK调制和解调原理。
二、实验内容1、观察MSK、GMSK、QPSK、OQPSK、DQPSK、π/4－DQPSK调制各信号波形。
2、观察MSK、GMSK、QPSK、OQPSK、DQPSK、π/4－DQPSK解调各信号波形。
三、实验仪器1、信号源模块2、现代数字调制模块3、现代数字解调模块4、20M双踪示波器一台5、频率计（选用）一台6、连接线若干四、实验原理随着通信业务量的增加，频谱资源日趋紧张，为了提高系统的容量，信道间隔已由最初的100kHz减少到25kHz，并将进一步减少到12.5kHz，甚至更小，由于数字通信具有建网灵活，容易采用数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入ISDN网，所以通信系统都在由模拟制式向数字制式过渡。
因此系统中必须采用数字调制技术，然而一般的数字调制技术，如ASK、PSK和FSK因传输效率低而无法满足移动通信的要求，为此，需要专门研究一些抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高的数字调制技术，尽可能地提高单位频谱内传输数据的比特率，以适用于移动通信窄带数据传输的要求。
如最小频移键控（MSK－Minimum Shift Keying），高斯滤波最小频移键控（GMSK－Gaussian Filtered Minimum Shift Keying），四相相移键控（QPSK－Quadrature Reference Phase Shift Keying），交错正交四相相移键控（OQPSK－Offset Quadrature Reference Phase Shift Keying），四相相对相移键控（DQPSK－Differential Quadrature Reference Phase Shift Keying）和π/4正交相移键控（π/4－DQPSK－Differential Quadrature Reference Phase Shift Keying）,已在数字蜂房移动通信系统中得到广泛应用。
通信原理 第7章 现代数字调制技术
2020/11/17
通信原理 2
第7章 现代数字调制技术
研究内容： 本章介绍目前实际通信系统中常用的几种现代数字调制技
术。
➢ 7.1 引言 ➢ 7.2 正交幅度调制（QAM） ➢ 7.3 交错正交相移键控（OQPSK） ➢ 7.4 最小频移键控（MSK） ➢ 7.5 高斯最小频移键控（GMSK） ➢ 7.6 正交频分复用（OFDM）
第7章 现代数字调制技术
通信原理
第7章 现代数字调制技术
2020/11/17
通信原理 1
第7章 现代数字调制技术
第7章 现代数字调制技术
7.1 引言
基础：第6章讨论了数字调制的三种基本方式----数字幅度 调制、数字频率调制和数字相位调制，这三种方式是数字调 制的基础。
问题：这三种数字调制方式都存在某些不足，如频谱利用 率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等。
例：M=16。假定16PSK和16QAM星座图表示的信号最大功率相等
• •• • A
• •••
•
•
•d16QAM•
• •••
•
•
d 16PSK
• •
•• •
• •
• •
• A•
•
• •
则相邻信号点的最小距离 分别为
d16PSK
2Asin
16
0.39 A
d16QAM
2A M 1
2A 0.471A 16 1
高度为1、宽度为Tb的矩形脉冲。 APK信号的可能状态数为L×N。如，L=N=4则可合成
16APK信号。
展开式（7.2-1）
现代调制解调技术
04
现代调制解调技术的挑 战与解决方案
信道衰落问题
信道衰落
信道衰落是无线通信中常见的问题， 由于信号在传输过程中受到地形、建 筑物和其他因素的影响，导致信号强 度随距离的增加而逐渐减弱。
解决方案
为了克服信道衰落问题，可以采用分 集技术，如空间分集、频率分集和时 间分集等，通过多路径接收信号，提 高信号的可靠性和稳定性。
要点二
多元调制方式
除了QAM，未来还可能出现多元调制方式，如相位调制、频 率调制和偏振调制等。这些调制方式可以在不同的维度上对 信号进行调制，进一步提高频谱利用率和传输性能。
更加智能的解调算法
自适应解调算法
自适应解调算法可以根据信道状态自适应地 调整解调参数，提高解调性能。未来，自适 应解调算法将进一步发展，能够更好地适应 各种复杂多变的通信环境。
QDPSK（Quadrature Differential Phase Shift Keying，四相相对相位 移相键控）是一种相位调制技术。
QDPSK通过比较相邻符号的相位差来 传输信息，具有较低的相位敏感性和 较好的抗干扰能力。QDPSK常用于无 线通信和卫星通信等领域。
03
解调技术
相干解调技术
在物联网中，调制解调技术用于 实现各种传感器和设备之间的通 信。
02
现代调制技术
QAM调制技术
QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）是一种在振幅和相 位两个方面都进行调制的技术。
QAM通过将两个调制信号（I和Q信号）分别对两个相互正交的载波信号进行调 制，从而在一个符号周期内传输多个比特的信息。QAM的调制效率高，抗干扰 能力强，因此在高速数字通信中得到了广泛应用。
数字信号的调制与解调.
摘要为了使数字信号在信道中有效地传播，数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。
键控法，如对载波的相位进行键控，便可获得相移键控（2PSK）基本的调制方式，以使得信号与信道的特性相匹配。
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。
在2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。
基于MATLAB实验平台实现对数字信号的2PSK的调制与解调的模拟。
.本文详细的介绍了2PSK波形的产生和仿真过程加深了我对数字信号调制与解调的认知程度。
关键字：2PSK 调制解调仿真；目录摘要 (1)前言 (1)一设计原理 (2)1.1 设计平台 (2)1.2 设计思想 (5)1.3 设计框图 (7)二各模块功能 (9)三设计框图 (10)四仿真结果 (12)设计总结 (13)致谢 (14)参考文献 (14)附录 (16)前言当今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。
而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。
因此，数字信号的调制就显得非常重要。
调制分为基带调制和带通调制。
不过一般狭义的理解调制为带通调制。
带通调制通常需要一个正弦波作为载波，把基带信号调制到这个载波上，使这个载波的一个或者几个参量上载有基带数字信号的信息，并且还要使已调信号的频谱倒置适合在给定的带通信道中传输。
特别是在无线电通信中，调制是必不可少的，因为要使信号能以电磁波的方式发送出去，信号所占用的频带位置必须足够高，并且信号所占用的频带宽度不能超过天线的的通频带，所以基带信号的频谱必须用一个频率很高的载波调制，使期带信号搬移到足够高的频率上，才能够通过天线发送出去。
系统的性能好坏取决于传输信号的误码率，而误码率不仅仅与信道、接收方法有关还和发送端采用的调制方式有很大的关系。
本文主要对2PSK信号的原理及其相干解调系统性能进行了分析和仿真，这样能让我们对数字调制方式有一个更清楚的认识。
现代数字调制技术
为了方便，假定θ(0)=0, 同时，假定+号对应于 1 码，-号对应 于 0 码。当t>0时，在几个连续码元时间内，θ(t)的可能值示于 图 5 - 58中。传 1 码时，相位增加π/2，传 0 码时，相位减少 π/2。当t=Tb时，式(5 - 84)可写为
"1"
(t)
(0)
2
2
"0"
若将式(5 - 84)扩展到多个码元时间上可写为
上信号点的最小距离为
d MPSK
2 sin
M
而MQAM时，若星座为矩形，则最小距离为
d MQAM
2 L 1
2 M 1
当信号的平均功率受限时，MQAM的优点更为显著，因
为MQAM信号的峰值功率与平均功率之比为
L(L 1)2 k L/2
2(2i 1)2
i1
M＝256 M＝128 M＝64 M＝32 M＝16 M＝4
7
(a)
8
10 多电平转
LPF
换
5 sinωct
L到 2 电平变换
输出数据
QAM(t)
载波恢复
定时恢复
12 并/串变换
多电平判
9
LPF 11
决
L到 2 电平变换
(b)
图 5-47QAM (a) QAM调制框图； (b)QAM解调框图
10110100 1.
1
1
0
0
2.
0
1
1
0
3.
4.
5.
6.
7.
8. 高频
(0,-2 (2,-2
)
)
Pav=
A2（4×4+4×8) 8
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串 /并 变 换
2到L
Am
电 平 变换
2到L
Bm
电 平 变换
预调制 LPF
预调制 LPF
cos t 已 调 信号 输 出
∑
y(t) sin t
图9-1 QAM信号调制原理图
信号矢量端点的分布图称为星座图。通常，可以用星座 图 来 描 述 QAM 信 号 的 信 号 空 间 分 布 状 态 。 对 于 M=16 16QAM来说，有多种分布形式的信号星座图。 两种具有代 表意义的信号星座图如图 9 - 2 所示。在图 9 - 2(a)中， 信号 点的分布成方型，故称为方型16QAM星座，也称为标准型 16QAM。在图 9 - 2(b)中，信号点的分布成星型，故称为星 型16QAM星座。
第 9 章 现代数字调制解调技术
9.1 正交振幅调制(QAM)
9.2 最小移频键控(MSK)
9.3 高斯最小移频键控(GMSK)
9.4 DQPSK调制
9.5 OFDM调制
9.6 扩频调制
9.7 数字化接收技术
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第 9 章 现代数字调制解调技术
9.1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
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
9.1.1 MQAM
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。
正Байду номын сангаас振幅调制信号的一般表示式为
n
n
令
Xn=An cosφn
Yn=Ansinφn
则式(9.1 - 2)变为
sMQAM(t)= [ X n g(t nTS ) cosn ]cos wct [ Yn g(t nTS ) sinn ]sin wct
n
n
X (t) cos wct y(t) sin wct
QAM中的振幅Xn和Yn可以表示为 Xn=cnA Yn=dnA
有 三 种 振 幅 值 ； 二 是 星 型 16QAM 只 有 8 种 相 位 值 ， 而 方 型
16QAM 有 12 种 相 位 值 。 这 两 点 使 得 在 衰 落 信 道 中 ， 星 型
16QAM比方型16QAM更具有吸引力。
M=4, 16, 32, …, 256 MQAM 信号的星座图如图 9 - 3 所示。其中，M=4, 16, 64, 256 时星座图为矩形，而M=32, 128 时星座图为十字形。前者M为2的偶次方，即每个符号携带偶 数个比特信息；后者M为2的奇次方，即每个符号携带奇数个 比特信息。
sMQAM(t)= An g(t nTS ) cos(wct n )
n
式中，An是基带信号幅度，g(t-nTs)是宽度为Ts的单个基带 信号波形。 式(9.1 - 1)还可以变换为正交表示形式:
sMQAM(t)=
An g(t nTS ) cos(wct n )
n
sMQAM(t)= [ An g(t nTS ) cosn ]cos wct [ An g(t nTS ) sinn ]sin wct
(－4.61,0) (－2.61,0)
(2.61,0) (4.61,0)
(0 , － 2 .6 1 )
(0 , － 4 .6 1 )
(b)
图 9- 2 16QAM (a) 方型16QAM星座； (b) 星型16QAM星座
对于方型16QAM，信号平均功率为
p(s)
A2 M
M
(cn2
n1
d
2 n
)
A2 16
(4 2 8 10
4 18)
10 A2
对于星型16QAM，信号平均功率为
p(s)
A2 M
M
(cn2
n 1
d
2 n
)
A2 16
(4 2.612
8 4.612 )
14.03 A2
两者功率相差1.4dB。另外，两者的星座结构也有重要的
差别。一是星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM
9.1.2MQAM
MQAM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 9 - 4 所示。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X(t) 和Y(t)。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。
一。近年来，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。
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
式中，A是固定振幅，cn、dn由输入数据确定。cn、dn决 定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点。
QAM信号调制原理图如图 9 - 1 所示。图中，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，形成X(t)和Y(t)，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。
若已调信号的最大幅度为1，则MPSK信号星座图上信号 点间的最小距离为
dMPSK=2
sin
M
而MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离为
M＝ 256 M＝ 128 M＝ 64 M＝ 32 M＝ 16 M＝ 4
图9-3 MQAM信号的星座图
dMQAM=
2 2
L1 M 1
式中，L为星座图上信号点在水平轴和垂直轴上投影的电 平数，M=L2。由式(9.1 - 6)和(9.1 - 7)可以看出，当M=4时， d4PSK=d4QAM ， 实 际 上 ， 4PSK 和 4QAM 的 星 座 图 相 同 。 当 M=16时，d16QAM=0.47，而d16PSK=0.39，d16PSK＜d16QAM。 这表 明，16QAM系统的抗干扰能力优于16PSK 。
若信号点之间的最小距离为2A，且所有信号点等概率
出现，则平均发射信号功率为
p(s)
A2 M
M
(cn2
n 1
d
2 n
)
(－ 3 ,3 ) (－ 3 ,1 )
(3 ,3 ) (3 ,1 )
(－1 ,－1 ) (－1,1) (－3 ,－3 )
(3,－3 )
(a)
(0 ,4 .6 1)
(0 ,2 .6 1)