调制解调技术

调制解调技术

调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号。

调制的种类很多，分类方法也不一致。按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。用模拟信号调制称为模拟调制；用数据或数字信号调制称为数字调制。按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制(如对非相干光调制)等。调制的载波分别是脉冲，正弦波和光波等。正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。此外还有一些变异的调制，如单边带调幅、残留边带调幅等。脉冲调制也可以按类似的方法分类。此外还有复合调制和多重调制等。不同的调制方式有不同的特点和性能。

解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。在各种信息传输或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。

解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。与调制的分类相对应，解调可分为正弦波解调（有时也称为连续波解调）和脉冲波解调。正弦波解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。对于多重调制需要配以多重解调。

解调的方式有正弦波幅度解调、正弦波角度解调和共振解调技术。

正弦波幅度调制

正弦载波幅度随调制信号而变化的调制，简称调幅(AM)。数字幅度调制也叫作幅度键控(ASK)。调幅的技术和设备比较简单,频谱较窄，但抗干扰性能差，广泛应用于长中短波广播、小型无线电话、电报等电子设备中。

早期的无线电报机采用火花式放电器产生高频振荡。传号时火花式发报机发射高频振荡波，空号时发报机没有输出。这种电报信号的载波不是纯正弦波，它含有很多谐波分量，会对其他信号产生严重干扰。

正弦波频率调制

正弦载波的瞬时频率随调制信号的瞬时值而变化的调制，简称调频(FM)。数字频率调制也称移频键控(FSK)。

正弦波相位调制

正弦载波的瞬时相位随调制信号而变化的调制，简称调相(PM)。数字调相也称移相键控(PSK)。

脉冲调制

受调波为脉冲序列的调制。脉冲调制可分为脉冲调幅(PAM)、脉冲调相(PPM)、脉冲调宽(PWM)等方式。

调制

把模拟-数字信号转换也看做是脉冲调制,这种调制有脉码调制(PCM)、差值脉码调制

(DPCM)、增量调制等。脉冲调幅实质上就是信号采样。常用于模-数转换电路、信号转换电路和各种电子仪器。

脉冲调制信号的频谱较宽,但除了脉冲调幅之外,都具有较好的抗干扰性能,特别是脉码调制的性能最好,是一种理想的调制方法。数字电话、遥测、遥控以及迅速发展的综合通信网，大多采用这种调制。

调制方式

在通信中，我们常常采用的调制方式有以下几种：

（一）模拟调制：用连续变化的信号去调制一个高频正弦波

主要有：1.幅度调制（调幅AM，双边带调制DSBSC，单边带调幅SSBSC，残留边带调制VSB以及独立边带ISB）；

2.角度调制（调频FM，调相PM）两种。因为相位的变化率就是频率，所以调相波和调频波是密切相关的；

（二）数字调制：用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制

主要有：1.振幅键控ASK；

2.频率键控FSK；

3.相位键控PSK；

(三）脉冲调制：用脉冲序列作为载波

主要有：1.脉冲幅度调制（PAM：Pulse Amplitude Modulation）；

2.脉宽调制（PDM：Pulse Duration Modulation）；

3.脉位调制（PPM：Pulse Position Modulation）；

4.脉冲编码调制（PCM：Pulse Code Modulation) ；

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，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）;

高斯滤波最小频移键控（GMSK）;

四相相移键控（QPSK）;

偏移四相相移键控（OQPSK）;

四相相对相移键控（DQPSK）;

π/4正交相移键控（π/4－DQPSK）

正交幅度调制(QAM)

正交频分复用(OFDM)

扩频调制

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。

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）。

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。

QPSK信号是利用正交调制方法产生的，其原理：先对输入数据作串/并变换，即将二进制数据每两比特分成一组，得到四种组合：（1，1）、（-1，1）、（-1，-1）和（1，-1），每组的前一比特为同相分量，后一比特为正交分量。然后利用同相分量和正交分量分别对两个正交的载波进行2PSK调制，最后将调制结果叠加，得到QPSK信号。

对QPSK做正交调制时，将正交分量Q(t)的基带信号相对于同向分量I(t)的基带信号延迟半个码元间隔（T S/2 一个比特间隔）。这种方法称为偏移四相相移键控。

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。

π/4 -QPSK信号在QPSK和OPSK基础上发展起来的，与QPSK和OQPSK 相比，它有以下优点：

(1)在四进制码元转换时刻，当前码元的相位相对于前一码元的相位改变±

450或±1350；

（2)可以使用非相干解调，避免QPSK信号相干解调中的“倒π现象”。

如果能够使已调信号的相位在两组之间交替跳变，则相位跳变值就只能有p/4，从而避免了QPSK信号相位突变的现象。而且相邻码元间至少有的相位变化，从而使接收机容易进行时钟恢复和同步。

由于最大相移比QPSK 最大相移小，所以称为移位QPSK，简称为p/4 -QPSK。

需要指出的是，p/4 -QPSK的优势还在于它可以采用差分检测，这是因为p/4 -QPSK信号内的信息完全包含在载波的两个相邻码元之间的相位差中。差分检测是一种非相干解调，这大大简化了接收机的设计。而且，通过研究还发现，在存在多径和衰落时, p/4 -QPSK的性能优于OQPSK.

MSK称为最小移频键控，

有时也称为快速移频键控(FFSK)