數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸

數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸演示文稿目前一頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸目前二頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.1二進(jìn)制幅度鍵控（2ASK）數(shù)字信號(hào)有兩種傳輸方式，一種是第6章討論的基帶傳輸方式，另一種就是本章要介紹的調(diào)制傳輸或稱為頻帶傳輸。目前三頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)在通信系統(tǒng)中實(shí)際使用的信道多為帶通型，例如各個(gè)頻段的無線信道、限定頻率范圍的同軸電纜等。而我們知道數(shù)字基帶信號(hào)往往具有豐富的低頻成分，只適合在低通型信道中傳輸（比如雙絞線），為了使數(shù)字信號(hào)能在帶通信道中傳輸，必須采用數(shù)字調(diào)制方式。那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號(hào)呢？主要原因是帶通型信道比低通型信道帶寬大得多，可以采用頻分復(fù)用技術(shù)傳輸多路信號(hào)；另外，若要利用無線電信道，必須把低頻信號(hào)“變”成高頻信號(hào)。目前四頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)在第2章我們已經(jīng)了解了模擬信號(hào)的各種調(diào)制方式，并完成了把低頻信號(hào)“搬移”到高頻處或指定頻段（為了頻分復(fù)用或無線電發(fā)射）的任務(wù)。同樣的概念依然適用于對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理。用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，使基帶信號(hào)的功率譜（頻譜）搬移到較高的載波頻率上，這種信號(hào)處理方式稱為數(shù)字調(diào)制，相應(yīng)的傳輸方式稱為數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸、載波傳輸或頻帶傳輸。目前五頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)和模擬調(diào)制相似，數(shù)字調(diào)制所用的載波一般也是連續(xù)的正弦型信號(hào)，但調(diào)制信號(hào)則為數(shù)字基帶信號(hào)。理論上講，載波形式可以是任意的（比如三角波、方波等），只要適合在帶通信道中傳輸即可。之所以在實(shí)際通信中多選用正弦型信號(hào)，是因?yàn)樗哂行问胶?jiǎn)單、便于產(chǎn)生和接收等特點(diǎn)。與模擬調(diào)制中的幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制相對(duì)應(yīng)，數(shù)字調(diào)制也分為三種基本方式：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。目前六頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)所謂“鍵控”是指一種如同“開關(guān)”控制的調(diào)制方式。比如對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，由于調(diào)制信號(hào)只有兩個(gè)狀態(tài)，調(diào)制后的載波參量也只能具有兩個(gè)取值，其調(diào)制過程就像用調(diào)制信號(hào)去控制一個(gè)開關(guān)，從兩個(gè)具有不同參量的載波中選擇相應(yīng)的載波輸出，從而形成已調(diào)信號(hào)。“鍵控”就是這種數(shù)字調(diào)制方式的形象描述。目前七頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.1.12ASK調(diào)制的基本原理及波形表達(dá)式在2ASK中，載波幅度隨著調(diào)制信號(hào)1和0的取值而在兩個(gè)狀態(tài)之間變化。二進(jìn)制幅度鍵控中最簡(jiǎn)單的形式稱為通——斷鍵控（OOK），即載波在數(shù)字信號(hào)1或0的控制下來實(shí)現(xiàn)通或斷。OOK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為sOOK(t)=anAcosωct(7―1)這里，A為載波幅度，ωc為載波頻率，an為二進(jìn)制數(shù)字信息，an可表示為出現(xiàn)概率為P

出現(xiàn)概率為1-P

(7―2)目前八頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)在一般情況下，調(diào)制信號(hào)是具有一定波形形狀的二進(jìn)制脈沖序列，可表示為(7―3)這里，Ts為調(diào)制信號(hào)間隔，g(t)為單極性脈沖信號(hào)的時(shí)間波形，an為式（7―2）表示的二進(jìn)制數(shù)字信息。比如當(dāng)序列an為1001時(shí)所對(duì)應(yīng)的B(t)波形以及B(t)對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制所得的OOK的典型波形如圖7―1所示。目前九頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―1OOK信號(hào)波形目前十頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)的一般時(shí)域表達(dá)式為(7―4)此式為雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式，它說明2ASK（OOK）信號(hào)是雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。目前十一頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.1.22ASK調(diào)制的頻域特性若二進(jìn)制序列的功率譜密度為PB(ω)，2ASK信號(hào)的功率譜密度為PASK(ω)，則有(7―5)目前十二頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)由式（7―5）可知幅度鍵控信號(hào)的功率譜是基帶信號(hào)功系譜的線性搬移，所以2ASK調(diào)制為線性調(diào)制，其頻譜寬度是二進(jìn)制基帶信號(hào)的兩倍。圖7―2給出OOK信號(hào)的功率譜示意圖。由于基帶信號(hào)是矩形波，其頻譜寬度從理論上來說為無窮大，以載波ωc為中心頻率，在功率譜密度的第一對(duì)過零點(diǎn)之間集中了信號(hào)的主要功率，因此,通常取第一對(duì)過零點(diǎn)的帶寬作為傳輸帶寬，稱之為譜零點(diǎn)帶寬。目前十三頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―2OOK信號(hào)的功率譜目前十四頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)由圖7―2（b）可知，OOK信號(hào)的譜零點(diǎn)帶寬Bs=2fs，fs為基帶信號(hào)的譜零點(diǎn)帶寬，在數(shù)量上與基帶信號(hào)的碼元速率Rs相同。這說明OOK信號(hào)的傳輸帶寬是碼元速率的2倍。為了限制頻帶寬度，可以采用帶限信號(hào)作為基帶信號(hào)。圖7―3給出基帶信號(hào)為升余弦滾降信號(hào)時(shí)，2ASK信號(hào)的功率譜密度示意圖。目前十五頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―3升余弦滾降基帶信號(hào)的2ASK信號(hào)功率譜目前十六頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.1.32ASK調(diào)制器二進(jìn)制幅度鍵控的調(diào)制器可以用一個(gè)相乘器來實(shí)現(xiàn)，如圖7―4所示。對(duì)于OOK信號(hào)來說，相乘器可用一個(gè)開關(guān)電路來代替。圖7.42ASK調(diào)制器目前十七頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.1.42ASK解調(diào)器和模擬常規(guī)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)一樣，2ASK信號(hào)也有包絡(luò)檢波和相干解調(diào)兩種方式，兩種解調(diào)器的方框圖如圖7―5所示。由于被傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)1和0，因此，在每個(gè)碼元持續(xù)期間要用抽樣判決電路對(duì)低通濾波器的輸出作一次判決以確定信號(hào)取值。相干解調(diào)需要在接收端產(chǎn)生一個(gè)本地的相干載波，由于設(shè)備復(fù)雜，因此在2ASK系統(tǒng)中很少使用。目前十八頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―52ASK解調(diào)器目前十九頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）7.2.12FSK調(diào)制的基本原理及波形表達(dá)式

2FSK是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息的。在二進(jìn)制情況下，1對(duì)應(yīng)于載波頻率f1，0對(duì)應(yīng)于載波頻率f2。2FSK信號(hào)在形式上如同兩個(gè)不同頻率交替發(fā)送的ASK信號(hào)相疊加，因此已調(diào)信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為(7―6)目前二十頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)這里，ω1=2πf1，ω2=2πf2，

是an的反碼,

和an可表示為概率為P

概率為1-P

概率為P

概率為1-P

(7―7)目前二十一頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)在最簡(jiǎn)單也是最常用的情況下，g(t)為單個(gè)矩形脈沖。2FSK信號(hào)的波形如圖7-6（a）所示，該波形可分解為圖（b）和圖（c）所示的波形。2FSK信號(hào)還可以表示為(7―8)設(shè)兩個(gè)載頻的中心頻率為fc，頻差為Δf即（7―9）（7―10）目前二十二頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7-6目前二十三頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)則我們定義調(diào)制指數(shù)（或頻移指數(shù)）h為（7―11）式中,Rs是數(shù)字基帶信號(hào)的速率。目前二十四頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.2.22FSK調(diào)制的頻域特性圖7―7給出了h＝0.5、h=0.7、h=1.5時(shí)2FSK信號(hào)的功率譜示意圖。功率譜以fc為中心對(duì)稱分布。在Δf較小時(shí)功率譜為單峰。隨著Δf的增大，f1和f2之間的距離增大，功率譜出現(xiàn)了雙峰，這時(shí)的頻帶寬度可近似表示為B2FSK≈2BB+|f2-f1|（7―12）式中,BB為基帶信號(hào)的帶寬。目前二十五頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―72FSK信號(hào)功率譜目前二十六頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.2.32FSK調(diào)制器在FSK信號(hào)中，當(dāng)載波頻率發(fā)生變化時(shí)，一般來說載波的相位變化是不連續(xù)的。這種信號(hào)稱為相位不連續(xù)的FSK信號(hào)。相位不連續(xù)的FSK信號(hào)通常用頻率選擇法產(chǎn)生，方框圖如圖7-8所示，兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器作為兩個(gè)頻率的載波發(fā)生器，它們受控于輸入的二進(jìn)制信號(hào)。二進(jìn)制信號(hào)通過兩個(gè)門電路控制其中一個(gè)載波信號(hào)通過。目前二十七頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―82FSK調(diào)制器目前二十八頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.2.42FSK解調(diào)器2FSK信號(hào)的解調(diào)也有非相干和相干兩種。FSK信號(hào)可以看作是用兩個(gè)頻率源交替?zhèn)鬏數(shù)玫降模訤SK接收機(jī)由兩個(gè)并聯(lián)的ASK接收機(jī)組成。圖7―9示出非相干FSK和相干FSK接收機(jī)方框圖，其原理和ASK信號(hào)的解調(diào)相同。目前二十九頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―92FSK解調(diào)器目前三十頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)2FSK信號(hào)還有其它的解調(diào)方法，其中過零檢測(cè)法是一種常用而簡(jiǎn)便的解調(diào)方法。2FSK信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)隨載頻的變化而不同，因此，檢測(cè)出過零點(diǎn)數(shù)就可以得到載頻的差異，從而進(jìn)一步得到調(diào)制信號(hào)的信息。過零檢測(cè)法的原理框圖及各點(diǎn)波形如圖7―10所示。FSK信號(hào)經(jīng)限幅、微分、整流后形成與頻率變化相對(duì)應(yīng)的脈沖序列，由此再形成相同寬度的矩形波。此矩形波的低頻分量與數(shù)字信號(hào)相對(duì)應(yīng)，由低通濾波器濾出低頻分量，然后經(jīng)抽樣判決，即可得到原始的數(shù)字調(diào)制信號(hào)。目前三十一頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―102FSK信號(hào)過零檢測(cè)法目前三十二頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.3二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）7.3.12PSK調(diào)制的基本原理及波形表達(dá)式

二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）是用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)控制載波的兩個(gè)相位，這兩個(gè)相位通常相隔π弧度，例如用相位0和π分別表示1和0，所以這種調(diào)制又稱二相相移鍵控（BPSK）。二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為(7―13)目前三十三頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)這里的an為雙極性數(shù)字信號(hào)，即概率為P

概率為1-P

(7―14)如果g(t)是幅度為1，寬度為Ts的矩形脈沖，則2PSK信號(hào)可表示為s2PSK(t)=±cosωct(7―15)當(dāng)數(shù)字信號(hào)的傳輸速率Rs=1/Ts與載波頻率間有整數(shù)倍關(guān)系時(shí)，2PSK信號(hào)的典型波形如圖7―11所示。目前三十四頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―112PSK信號(hào)典型波形目前三十五頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.3.22PSK調(diào)制的頻域特性將式（7―13）所示的2PSK信號(hào)與式（7―4）所示的2ASK信號(hào)相比較，它們的表達(dá)式在形式上是相同的，其區(qū)別在于2PSK信號(hào)是雙極性不歸零碼的雙邊帶調(diào)制，而2ASK信號(hào)是單極性非歸零碼的雙邊帶調(diào)制。由于雙極性不歸零碼沒有直流分量，因此2PSK信號(hào)是抑制載波的雙邊帶調(diào)制。這樣，2PSK信號(hào)的功率譜與2ASK信號(hào)的功率譜相同，只是少了一個(gè)離散的載波分量，也屬于線性調(diào)制。目前三十六頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.3.32PSK調(diào)制器2PSK調(diào)制器可以采用相乘器，也可以采用相位選擇器，如圖7―12所示。圖7―122PSK調(diào)制器目前三十七頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.3.42PSK解調(diào)器由于PSK信號(hào)的功率譜中無載波分量，因此必須采用相干解調(diào)的方式。在相干解調(diào)中，如何得到同頻同相的本地載波是個(gè)關(guān)鍵問題。只有對(duì)PSK信號(hào)進(jìn)行非線性變換，才能產(chǎn)生載波分量。常用的載波恢復(fù)電路有兩種，一種是圖7―13（a）所示的平方環(huán)電路，另一種是圖7―13（b）所示的科斯塔斯（Costas）環(huán)電路。在以上兩種鎖相環(huán)中，設(shè)壓控振蕩器VCO輸出載波與調(diào)制載波之間的相位差為Δφ。目前三十八頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―13載波恢復(fù)電路目前三十九頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)分析可知，在Δφ=nπ（n為任意整數(shù)）時(shí),VCO都處于穩(wěn)定狀態(tài)。這就是說，經(jīng)VCO恢復(fù)出來的本地載波與所需要的相干載波可能同相，也可能反相。這種相位關(guān)系的不確定性，稱為0,π相位模糊度。2PSK相干解調(diào)器如圖7―14所示。2PSK信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)過程如表7―1所示。目前四十頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―142PSK相干解調(diào)器目前四十一頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)表7―12PSK信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)過程目前四十二頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)碼元相位表示碼元所對(duì)應(yīng)的PSK信號(hào)的相位，［φ·φ1］和［φ·φ2］表示相位為φ的PSK信號(hào)分別與相位為φ1和φ2的本地載波相乘。這樣我們看到本地載波相位的不確定性造成了解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)可能極性完全相反，形成1和0的倒置，引起信息接收錯(cuò)誤。為了克服相位模糊度對(duì)于解調(diào)的影響，通常要采用差分相移鍵控的調(diào)制方法。目前四十三頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.4二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）7.4.12DPSK調(diào)制的基本原理及波形表達(dá)式在2PSK信號(hào)中，調(diào)制信號(hào)的1和0對(duì)應(yīng)的是兩個(gè)確定不變的載波相位（比如0和π），由于它是利用載波相位絕對(duì)數(shù)值的變化傳送數(shù)字信息的，因此又稱為絕對(duì)調(diào)相。而利用前后碼元載波相位相對(duì)數(shù)值的變化也同樣可以傳送數(shù)字信息，這種方法稱為相對(duì)調(diào)相。目前四十四頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)相對(duì)調(diào)相信號(hào)的產(chǎn)生過程是，首先對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，即由絕對(duì)碼變?yōu)橄鄬?duì)碼（差分碼），然后再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。基于這種形成過程的二相相對(duì)調(diào)相信號(hào)稱為二進(jìn)制差分相移鍵控信號(hào)，記作2DPSK。2DPSK調(diào)制器方框圖及波形如圖7―15所示。目前四十五頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―152DPSK調(diào)制器及波形目前四十六頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―152DPSK調(diào)制器及波形目前四十七頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)差分碼可取傳號(hào)差分碼或空號(hào)差分碼。傳號(hào)差分碼的編碼規(guī)則為bn=anbn-1式中,為模2加，bn-1為bn的前一個(gè)碼元，最初的bn-1可任意設(shè)定。由已調(diào)信號(hào)的波形可知，在使用傳號(hào)差分碼的條件下，載波相位遇1變而遇0不變,載波相位的這種相對(duì)變化就攜帶了數(shù)字信息。目前四十八頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.4.22DPSK解調(diào)對(duì)DPSK信號(hào)可以采用相干解調(diào)。由于本地載波相位模糊度的影響，解調(diào)得到的相對(duì)碼

也是1和0倒置的。但由相對(duì)碼恢復(fù)為絕對(duì)碼時(shí)，要按以下規(guī)則進(jìn)行差分譯碼目前四十九頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)式中,

是

的前一個(gè)碼元。這樣得到的絕對(duì)碼只是反映了相鄰兩個(gè)相位的變化，即改變或者不改變，所以不會(huì)發(fā)生任何倒置現(xiàn)象。DPSK信號(hào)的相干解調(diào)之所以能克服載波相位模糊的問題，就是因?yàn)閿?shù)字信息是用載波相位的相對(duì)變化來表示的。2DPSK的相干解調(diào)器和各點(diǎn)波形如圖7―16所示。2DPSK信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)過程如表7―2所示。目前五十頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―162DPSK相干解調(diào)器及各點(diǎn)波形目前五十一頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)表7―22DPSK信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)過程目前五十二頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)DPSK信號(hào)的另一種解調(diào)方法是差分相干解調(diào)（又稱延遲解調(diào)），其方框圖和波形圖如圖7―17所示。用這種方法解調(diào)時(shí)不需要恢復(fù)本地載波，可由收到的信號(hào)單獨(dú)完成。將DPSK信號(hào)延時(shí)一個(gè)碼元間隔Ts，然后與DPSK信號(hào)本身相乘（相乘器起相位比較的作用），相乘結(jié)果經(jīng)低通濾波后再抽樣判決即可恢復(fù)出原始數(shù)字信息。只有DPSK信號(hào)才能采用這種解調(diào)方法。2DPSK信號(hào)的調(diào)制和延遲解調(diào)過程如表7―3所示。目前五十三頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)表7―32DPSK信號(hào)的調(diào)制和延遲解調(diào)過程目前五十四頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―172DPSK差分相干解調(diào)器及各點(diǎn)波形目前五十五頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制用多進(jìn)制的數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制載波，就可以得到多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)。通常，取多進(jìn)制數(shù)M為2的冪次（M＝2n）。當(dāng)攜帶信息的參數(shù)分別為載波的幅度、頻率或相位時(shí)，數(shù)字調(diào)制信號(hào)為M進(jìn)制幅度鍵控（MASK）、M進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）或M進(jìn)制相移鍵控（MPSK）。目前五十六頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)當(dāng)信道頻帶受限時(shí)，采用M進(jìn)制數(shù)字調(diào)制可以增大信息傳輸速率，提高頻帶利用率，這正是第1章中評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)有效性時(shí)所提到的內(nèi)容，即在不提高波特率的前提下，采用多進(jìn)制信號(hào)提高比特率。目前五十七頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.5.1多進(jìn)制幅度鍵控（MASK）1．MASK信號(hào)的表達(dá)在M進(jìn)制的幅度鍵控信號(hào)中，載波幅度有M種取值。當(dāng)基帶信號(hào)的碼元間隔為Ts時(shí)，M進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為(7―16)式中，g(t)為基帶信號(hào)的波形,ωc為載波的角頻率，an為幅度值，an有M種取值。目前五十八頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)2．MASK信號(hào)調(diào)制由式（7―16）可知，MASK信號(hào)相當(dāng)于M電平的基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行雙邊帶調(diào)幅。為了了解MASK信號(hào)與2ASK信號(hào)的關(guān)系，圖7―18示意性畫出2ASK信號(hào)和4ASK信號(hào)的波形。圖7―18（a）為四電平基帶信號(hào)b(t)的波形，圖7―18（b）為4ASK信號(hào)的波形。圖7―18（b）所示的4ASK信號(hào)波形可等效為圖7―18（c）中的4種波形之和，其中3種波形分別是一個(gè)2ASK信號(hào)。這就是說，MASK信號(hào)可以看成是由時(shí)間上互不相容的M-1個(gè)不同振幅值的2ASK信號(hào)的疊加。目前五十九頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)所以MASK信號(hào)的功率譜，便是這M-1個(gè)信號(hào)的功率譜之和。盡管疊加后功率譜的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，但就信號(hào)的帶寬而言，當(dāng)碼元速率Rs相同時(shí)，MASK信號(hào)的帶寬與2ASK信號(hào)的帶寬相同，都是基帶信號(hào)帶寬的2倍。但是M進(jìn)制基帶信號(hào)的每個(gè)碼元攜帶有l(wèi)bM比特信息，這樣在帶寬相同的情況下，MASK信號(hào)的信息速率是2ASK信號(hào)的lbM倍。或者說在信息速率相同的情況下MASK信號(hào)的帶寬僅為2ASK信號(hào)的1/lbM。目前六十頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)MASK的調(diào)制方法與2ASK相同，但是首先要把基帶信號(hào)由二電平變?yōu)镸電平。將二進(jìn)制信息序列分為n個(gè)一組，n＝lbM，然后變換為M電平基帶信號(hào)。M電平基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，便可得到MASK信號(hào)。由于是多電平調(diào)制，因此要求調(diào)制器在調(diào)制范圍內(nèi)是線性的，即已調(diào)信號(hào)的幅度與基帶信號(hào)的幅度成正比。目前六十一頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)【例題7―1】對(duì)數(shù)字基帶序列為01111000010010110001進(jìn)行4ASK調(diào)制。解n＝lb4＝2，故首先將序列每?jī)蓚€(gè)一組變換為4電平信號(hào)，即用4組二進(jìn)制碼對(duì)4種電平編碼。我們用00表示0，01表示1，10表示2，11表示3。當(dāng)然，編碼方式不唯一。則原序列變?yōu)樗碾娖叫蛄校?320102301（如圖7―18（a））對(duì)載波調(diào)制后，可得4MASK波形如圖7―18（b）所示。目前六十二頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―18目前六十三頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)MASK調(diào)制中最簡(jiǎn)單的基帶信號(hào)波形是矩形。為了限制信號(hào)頻譜也可以采用其它波形，例如升余弦滾降信號(hào)或部分響應(yīng)信號(hào)等。3．MASK信號(hào)解調(diào)MASK信號(hào)的解調(diào)可以采用包絡(luò)檢波或相干解調(diào)的方法，其原理與2ASK信號(hào)的解調(diào)完全相同。目前六十四頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)7.5.2多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）1．MPSK信號(hào)的表達(dá)在M進(jìn)制相移鍵控（MPSK）中，載波相位有M種取值。當(dāng)基帶信號(hào)的碼元間隔為Ts時(shí)，MPSK信號(hào)可表示為(7―17)式中，Es為信號(hào)在一個(gè)碼元間隔內(nèi)的能量，ωc為載波角頻率，φi為有M種取值的相位。目前六十五頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)MPSK信號(hào)僅用相位攜帶基帶信號(hào)的數(shù)字信息，為了表達(dá)出基帶信號(hào)與載波相位的聯(lián)系，可將碼元持續(xù)時(shí)間為Ts的基帶信號(hào)用矩形函數(shù)表示，即0≤t≤Ts

其它(7―18)這樣MPSK信號(hào)的表達(dá)式又可寫為(7―19)目前六十六頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)式中，矩形函數(shù)與基帶信號(hào)的碼元相對(duì)應(yīng)；φ(n)為載波在t=nTs時(shí)刻的相位，取式（7―17）中φi的某一種取值。φi有M種取值，通常是等間隔的，即式中,θ為初相位。為計(jì)算方便，設(shè)θ=0，將式（7―19）展開，得(7―20)(7―21)目前六十七頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)令代入式（7―21），可得(7―22)目前六十八頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)式（7―22）中的每一項(xiàng)都是一個(gè)M電平雙邊帶調(diào)幅信號(hào)即MASK信號(hào)，但載波是正交的。這就是說，MPSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)正交載波的MASK信號(hào)的疊加，所以MPSK信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)與MASK信號(hào)的頻帶寬度相同。與MASK信號(hào)一樣，當(dāng)信息速率相同時(shí)，MPSK信號(hào)與2PSK信號(hào)相比，帶寬節(jié)省到1／lbM，即頻帶利用率提高了lbM倍。式（7―22）可簡(jiǎn)寫成式中(7―23)目前六十九頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)通常將式（7―23）的第一項(xiàng)稱為同相分量，第二項(xiàng)稱為正交分量。由此可知，MPSK信號(hào)可以用正交調(diào)制的方法產(chǎn)生。MPSK信號(hào)是相位不同的等幅信號(hào)，所以用矢量圖可對(duì)MPSK信號(hào)進(jìn)行形象而簡(jiǎn)單的描述。在矢量圖中通常以0相位載波作為參考矢量。圖7―19中畫出M=2、4、8三種情況下的矢量圖。當(dāng)初始相位θ=0和θ=π／M時(shí)，矢量圖有不同的形式。2PSK信號(hào)的載波相位只有0和π兩種取值，或者只有π/2和3π/2兩種取值，它們分別對(duì)應(yīng)于數(shù)字信息1和0，見圖7―19（a）、（d）。目前七十頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)4PSK時(shí)，4種相位為0、π/2、π和3π/2，或者為π/4、3π/4、5π/4、7π/4，它們分別對(duì)應(yīng)數(shù)字信息11、01、00和10，見圖7―19（b）、(e)。8PSK時(shí)，8種相位分別為0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4，或者為π/8、3π/8、5π/8、7π/8、9π/8、11π/8、13π/8、15π/8，見圖7―19（c）、(f)。不同初始相位θ的MPSK信號(hào)原理上沒有差別，只是實(shí)現(xiàn)的方法稍有不同。產(chǎn)生有π／M初始相位的MPSK信號(hào)，同相路I(t)和正交路Q(t)均為M/2電平信號(hào)。目前七十一頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―19MPSK信號(hào)的矢量圖表示目前七十二頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)2．MPSK信號(hào)調(diào)制在MPSK信號(hào)的調(diào)制中，隨著M值的增加，相位之間的相位差減小，使系統(tǒng)的可靠性降低。因此MPSK調(diào)制中最常用的是4PSK和8PSK。4PSK又稱QPSK。QPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法有正交調(diào)制法、相位選擇法和插入脈沖法，后兩種方法的載波采用方波。目前七十三頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)QPSK正交調(diào)制器方框圖如圖7―20（a）所示。輸入的串行二進(jìn)制碼經(jīng)串并變換，分為兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號(hào)I(t)和Q(t)，然后分別對(duì)同相載波cosωct和正交載波sinωct進(jìn)行調(diào)制,相加后即得到了QPSK信號(hào)。I(t)和Q(t)的典型波形如圖7―20（b）所示。目前七十四頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―20QPSK正交調(diào)制器目前七十五頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)QPSK也可以用相位選擇法產(chǎn)生，用數(shù)字信號(hào)去選擇所需相位的載波，從而實(shí)現(xiàn)相移鍵控，其原理框圖如圖7―21所示。載波發(fā)生器產(chǎn)生4種相位的載波，輸入的數(shù)字信息經(jīng)串并變換成為雙比特碼，經(jīng)邏輯選擇電路，每次選擇其中一種作為輸出，然后經(jīng)過帶通濾波器濾除高頻分量。這是一種全數(shù)字化的方法，適合于載波頻率較高的場(chǎng)合。目前七十六頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―21相位選擇法產(chǎn)生的QPSK信號(hào)目前七十七頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)8PSK是另一種常用的多相鍵控。它是用載波的8種相位代表八進(jìn)制碼元。八進(jìn)制的每個(gè)碼元包含3個(gè)二進(jìn)制碼，稱為3比特碼元。8PSK調(diào)制方框圖如圖7―22（a）所示。輸入的二進(jìn)制信息序列經(jīng)串并變換，每次產(chǎn)生一個(gè)3位碼組b1b2b3，在b1b2b3的控制下，同相路和正交路分別產(chǎn)生一個(gè)四電平基帶信號(hào)I(t)和Q(t)。b1用于決定同相路信號(hào)的極性,b2決定正交路信號(hào)的極性,b3則用于確定同相路和正交路信號(hào)的幅度。目前七十八頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)為保證已調(diào)信號(hào)的幅度相同，同相路與正交路的基帶信號(hào)幅度互相關(guān)聯(lián)，不能獨(dú)立選取。如圖7―22（b）所示，設(shè)8PSK信號(hào)幅度為1，則b3=1時(shí)同相路基帶信號(hào)應(yīng)為0.924，而正交路幅度為0.383。b3=0時(shí)同相路幅度為0.383，而正交路幅度為0.924。這樣I(t)的極性和幅度由b1b3決定，Q(t)的極性和幅度由b2決定。I(t)和Q(t)分別對(duì)同相載波和正交載波進(jìn)行幅度調(diào)制，得到2個(gè)4ASK信號(hào)，由式（7―23）可知，其疊加結(jié)果為8PSK信號(hào)。目前七十九頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―228PSK正交調(diào)制器目前八十頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)圖7―228PSK正交調(diào)制器目前八十一頁\總數(shù)九十二頁\編于七點(diǎn)3．MPSK信號(hào)解調(diào)由式（7―22）可知MPSK信號(hào)等效于兩個(gè)正交載波的幅度調(diào)制，所以MPSK信號(hào)可以用兩個(gè)正交的本地載波信號(hào)實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)。以QPSK為例，圖7―23示出相干解調(diào)器的框圖。同相路和正交路分別設(shè)置兩個(gè)相關(guān)器。QPSK信號(hào)同時(shí)送到解調(diào)器的兩個(gè)信道，在相乘器中與對(duì)應(yīng)的載波相乘，并從中取出基帶信號(hào)送到積分器，在0～2Tb時(shí)間內(nèi)積分，分別得到I(t)和Q(t)，再經(jīng)抽樣判決和并串變換，即