通信系統(tǒng)綜合設(shè)計

多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)最基本的方式，具有較好的抗干擾能力。由于二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)頻帶利用率較低，使其在實際應(yīng)用中受到一些限制。在信道頻帶受限時為了提高頻帶利用率，通常采用多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。其代價是增加信號功率和實現(xiàn)上的復(fù)雜性。由信息傳輸速率Rb、碼元傳輸速率RB和進制數(shù)M之間的關(guān)系RB=可知，在信息傳輸速率不變的情況下，通過增加進制數(shù)M，可以降低碼元傳輸速率，從而減小信號帶寬，節(jié)約頻帶資源，提高系統(tǒng)頻帶利用率。在碼元傳輸速率不變的情況下，通過增加進制數(shù)M，可以增大信息傳輸速率，從而在相同的帶寬中傳輸更多的信息量。在多進制數(shù)字調(diào)制中，每個符號時間間隔0≤t≤Ts，可能發(fā)送的符號有M種，分別為s1(t)：s2(t)，…，sM(t)。在實際應(yīng)用中，通常取M=2N，N為大于1的正整數(shù)。與二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)相類似，若用多進制數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的振幅、頻率或相位，則可相應(yīng)地產(chǎn)生多進制數(shù)字振幅調(diào)制、多進制數(shù)字頻率調(diào)制和多進制數(shù)字相位調(diào)制。下面分別介紹三種多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理。多進制數(shù)字振幅調(diào)制系統(tǒng)多進制數(shù)字振幅調(diào)制又稱多電平調(diào)制，它是二進制數(shù)字振幅鍵控方式的推廣。M進制數(shù)字振幅調(diào)制信號的載波幅度有M種取值，在每個符號時間間隔Ts內(nèi)發(fā)送M個幅度中的一種幅度的載波信號。M進制數(shù)字振幅調(diào)制信號可表示為M進制數(shù)字基帶信號與正弦載波相乘的形式，其時域表達(dá)式為an=0發(fā)送概率為P01,發(fā)送概率為P1M-1,發(fā)送概率為PM-1

……且

M進制數(shù)字振幅調(diào)制信號的功率譜與2ASK信號具有相似的形式式中，g(t)為基帶信號波形，Ts為符號時間間隔，an為幅度值。an共有M種取值，通?？蛇x擇為an∈｛0,1,…,M-1｝，若M種取值的出現(xiàn)概率分別為P0，P1，…，PM-1，則4進制數(shù)字振幅調(diào)制信號的時間波形它是M進制數(shù)字基帶信號對正弦載波進行雙邊帶調(diào)幅，已調(diào)信號帶寬是M進制數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍。M進制數(shù)字振幅調(diào)制信號每個符號可以傳送log2M比特信息。在信息傳輸速率相同時，碼元傳輸速率降低為2ASK信號的1/log2M倍，因此M進制數(shù)字振幅調(diào)制信號的帶寬是2ASK信號的1/log2M倍。除了雙邊帶調(diào)制外，多進制數(shù)字振幅調(diào)制還有多電平殘留邊帶調(diào)制、多電平相關(guān)編碼單邊帶調(diào)制及多電平正交調(diào)幅等方式。在多進制數(shù)字振幅調(diào)制中，基帶信號g(t)可以采用矩形波形，為了限制信號頻譜g(t)也可以采用其他波形，如升余弦滾降波形，部分響應(yīng)波形等。多進制數(shù)字振幅調(diào)制信號的解調(diào)與2ASK信號解調(diào)相似，可以采用相干解調(diào)方式，也可以采用非相干解調(diào)方式。假設(shè)發(fā)送端產(chǎn)生的多進制數(shù)字振幅調(diào)制信號的幅度分別為±d，±3d，…，±(M-1)d，則發(fā)送波形可表示為sT(t)=±u1(t),發(fā)送±d電平時±u2(t),發(fā)送±3d電平時±uM/2(t),發(fā)送±(M-1)d電平時……式中：±u1(t)=±dcosωct,0≤t＜Ts0,其他±u2(t)=±3dcosωct,0≤t＜Ts0,其他±uM/2(t)=±(M-1)dcosωct,0≤t＜Ts0,其他式中,r=為信噪比。當(dāng)M取不同值時，M進制數(shù)字振幅調(diào)制系統(tǒng)總的誤碼率Pe與信噪比r關(guān)系曲線如圖7-34所示。由此圖可以看出，為了得到相同的誤碼率Pe，所需的信噪比隨M增加而增大。例如，四電平系統(tǒng)比二電平系統(tǒng)信噪比需要增加約5倍。M進制數(shù)字振幅調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率Pe性能曲線多進騎制數(shù)其字頻兼率調(diào)幻玉制系超統(tǒng)多進揭制數(shù)伙字頻紋率調(diào)左制(M迷FS本K)簡稱袍多頻辛調(diào)制雅，它律是2F耽SK方式棟的推肅廣。MF慕SK信號冷可表殲示為eM詞FS至K(選t)=si(t)co授sωit式中:si幣(t)=A,當(dāng)在拘時間均間隔0≤終t＜Ts發(fā)送血符號拿為i時0,當(dāng)在押時間甚間隔0≤攝t＜Ts發(fā)送里符號翼不為i時ωi為載庭波角嗚頻率下，共械有M種取液值。排通常綱可選箏載波棟頻率fi=，n為正算整數(shù)遵，此副時M種發(fā)萌送信肉號相樣互正米交。下圖眠是多據(jù)進制違數(shù)字盛頻率元調(diào)制磚系統(tǒng)股的組士成方糊框圖梯。豈發(fā)送卷端采負(fù)用鍵跌控選保頻的宏方式之，既在一片個碼對元期特間Ts內(nèi)只醉有M個頻陵率中尾的一笛個被得選通瞇輸出服。接租收端知采用置非相些干解慕調(diào)方姓式，傳輸入醒的MF慎SK信號六通過M個中凡心頻止率分冶別為f1,詢f2,犯…,fM的帶匆通濾巨波器封，分舉離出錢發(fā)送礎(chǔ)的M個頻提率。島再通綠過包益絡(luò)檢滿波器夸、抽的樣判至決器食和邏循輯電報路，肺從而策恢復(fù)脊出二豎進制假信息矩。棚多進日制數(shù)差字頻物率調(diào)荒制信境號的洽帶寬險近似素為可見窗，MF欣SK信號粗具有隙較寬號的頻賢帶，妙因而姑它的役信道豬頻帶誓利用慌率不葬高。慣多進蔬制數(shù)萍字頻蜜率調(diào)賠制一祖般在概調(diào)制忠速率唯不高罩的場暫合應(yīng)后用。多進聰制數(shù)推字頻鍛率調(diào)拒制系腫統(tǒng)的忽組成詠方框極圖圖7-中3濃6F誼LE朋X系統(tǒng)4F稿SK信號叮頻率扛關(guān)系MF談SK信號健采用鍋非相膠干解勉調(diào)時專的誤縱碼率括為Pe=式中,旺r為平欲均接麗收信抖號的恐信噪施比。多進矩制數(shù)繭字頻示率調(diào)告制系環(huán)統(tǒng)誤片碼率智性能全曲線蒜如圖7伶-乖37所示勸。圖猛中，憂實線矮為采案用相澡干解障調(diào)方濃式，嶄虛線鹿為采僻用非醉相干努解調(diào)狐方式盆?？煞e以看集出，麥在M一定震的情邀況下訓(xùn)，信勉噪比r越大劃，搭誤碼粒率Pe越小絮；在r一定構(gòu)的情籌況下扔，M越大小，誤盤碼率Pe也越掌大。保另節(jié)外，啊相干宰解調(diào)都和非揀相干峽解調(diào)臂的性次能差睛距將礎(chǔ)隨M的增悄大而災(zāi)減小創(chuàng)；箱同一M下，趕隨著抬信噪六比r的增章加非猴相干州解調(diào)罩性能將何趨于鋒相干籍解調(diào)鍋性能染。多進歇制數(shù)貓字頻蜂率調(diào)園制系歸統(tǒng)誤賤碼率掌性能班曲線多進駁制數(shù)擴字相箱位調(diào)的制系毅統(tǒng)1.多進字制數(shù)槽字相設(shè)位調(diào)拳制(M醒PS侄K)信號耍的表應(yīng)示形瀉式多進繪制數(shù)脅字相引位調(diào)丟制又黎稱多嫁相調(diào)鏟制，霜它是熟利用刊載波嚷的多蠻種不留同相排位來擴表征辛數(shù)字塔信息志的調(diào)燈制方鑰式。境與二勵進制昏數(shù)字淋相位悔調(diào)制強相同撇，霸多進暑制數(shù)隱字相喊位調(diào)已制也元有絕糟對相喊位調(diào)通制和乞差分年相位盒調(diào)制外兩種惕。為了營便于悟說明犧概念市，我氣們可半以將MP朽SK信號垃用信辜號矢旋量圖膠來描劇述。粗圖7撿-尋38是二姻進制止數(shù)字點相位凳調(diào)制迷信號固矢量憲圖，威以0°載波早相位貢作為降參考與相位覽。載暢波相射位只逼有0和π或水兩種煮取值惑，它乞們分懶別代筒表信1和0.二進流制數(shù)帆字相額位調(diào)伍制信啟號矢擺量圖四進朝制數(shù)穿字相彈位調(diào)他制信美號矢戒量圖惱如圖7皂-減39所示舉，嫩載波棍相位灘有0、、π和(或、晌、和席）什，近它們山分別尸代表辭信息11、01、00和10。圖7陶-4慚0是8P檢SK信號睬矢量革圖，8種載按波相遼位分壺別為、、、、、刃和分別欺表示奮信息11陳1、11斗0、01伙0、01邪1、00濟1、00里0、10棉0和10囑1。堡在M進制暮數(shù)字虎相位蘿調(diào)制傍中，泰是娘以載棕波相偽位的M種不押同取洽值分茅別表隆示數(shù)旬字信筋息，拔因烏此M進制守數(shù)字制相位太調(diào)制盡信號莊可以搞表示蘿為eMP教SK(t)=g(公t-暖nT慮s)co匪s(慰ωc蟲t+料φn)喇(格7.士4步-疲10風(fēng))式中,但g(懇t)援——信號甘包絡(luò)越波形找，套通常姓為矩敢形波思，前幅度芒為1；Ts績——碼元府時間墓寬度憑；ωc渡——載波侍角頻君率；四進嬌制數(shù)植字相貢位調(diào)規(guī)制信謊號矢制量圖φn——第n個碼腸元對袋應(yīng)的僻相位擊，共則有M種取才值。古對李于二概相調(diào)犧制，φn可取0和π；對于潮四相豈調(diào)制汁，φn可取0、、浙和尤；撇對于國八相詢調(diào)制殘，φn可取征、京、比、戶、、彼、猶。M進制宏數(shù)字通相位咱調(diào)制域信號飽也可洗以表歇示為喜正交說形式:eMP跳SK(t)=g(等t-鮮nTs)c栗os喜φn］co漆sωct-g(要t-姐nTs)s久in抽φn］si炒nωct=an爺g(覺t-煮nTs)］co汽sωct-bng(饑t-益nTs)］si水nωct=I(處t)筑co艱sωct-護Q(燦t)滑si鞏nω式中:I(它t)志=ang(劃t-另nTs)Q(末t)附=bng(塵t-忌nTs)此時拌，栽對于征四相鑄調(diào)制:an取0，±1bn取0,煎±梨1an取±1bn取±1或M進制披數(shù)字次相位霜調(diào)制竿信號寬的功館率譜竊如圖薦所示釣，每圖中令給出敢了信盆息速侄率相撤同時浸，2P舍SK、4P蒜SK和8P彈SK信號抓的單剝邊功漢率譜稼?？擅嬉钥炊⒊?，M越大存，功續(xù)率譜窯主瓣申越窄攝，從而枝頻帶周利用任率越堅高。8P遠(yuǎn)SK信號鋪矢量撕圖2.怖4綱PS欠K信號碎的產(chǎn)加生與理解調(diào)在M進制墳數(shù)字記相位例調(diào)制幣中，肅四進嘴制絕皂對移致相鍵產(chǎn)控(4拋PS舟K)和四欣進制皇差分因相位交鍵控(4棍DP嚴(yán)SK足)兩種能調(diào)制竹方式暗應(yīng)用慕最為馬廣泛胡。下紛面分追別討歡論這億兩種販調(diào)制撒信號親的產(chǎn)跟生原塑理。四進挖制絕傷對移瓦相鍵渴控利披用載隸波的冶四種鴿不同乖相位區(qū)來表訊示數(shù)桐字信套息。常由凱于每鼻一種辛載波免相位段代表疾兩個縱比特微信息撤，因爛此每咬個四嗽進制事碼元掏可以妄用兩的個二咽進制夾碼元兼的組黑合來級表示符。兩屢個二繪進制盈碼元墨中的壤前一戴比特陽用a表示撓，后約一比逼特用b表示滋，則山雙比餐特ab與載涌波相吳位的愁關(guān)系看如表所示淹。進值垂數(shù)字都相位樂調(diào)制眾信號妨功率毅譜雙比池特ab與載坑波相掃位的釘關(guān)系雙比特碼元載波下相位(φn)abA方式B方式011000110°90°80°70°225°315°45°135°在一櫻個碼拘元時茅間間充隔Ts，4P品SK信號斥為載暫波四顛個相故位中微的某披一個簡。因譜此，覆可以座用相化位選坊擇法范產(chǎn)生4P部SK信號仁，其籌原理主圖如雞圖美所示惕。圖謝中，犧四相際載波譯產(chǎn)生壁器輸宮出4P代SK信號虧所需鼓的四包種不陸同相缺位的缸載波也。輸閉入二雹進制臺數(shù)據(jù)束流經(jīng)需串/并變榜換器效輸出季雙比幫特碼纏元，賴邏輯嬌選相祥電路偽根據(jù)危輸入落的雙敢比特頂碼元葛，每雨個時撓間間汁隔Ts選擇夠其中抹一種亞相位雅的載鑒波作冬為輸出，惕然后木經(jīng)帶歐通濾頂波器棍濾除碗高頻糊分量奏。4P蓮SK信號灑也可霧以采仰用正壟交調(diào)結(jié)制的煉方式熊產(chǎn)生挪，正優(yōu)交調(diào)昂制器疾原理鐵圖如呈圖所示膀，它拐可以帝看成辛由兩列個載砌波正仙交的2P趣SK調(diào)制礦器構(gòu)礙成。相位泡選擇郊法產(chǎn)炭生4P析SK信號艙原理要圖4P辟SK正交吹調(diào)制石器圖中抖，印串/并變譜換器永將輸當(dāng)入的愧二進長制序淡列分坡為速集率減娃半的嘗兩個嘆并行妖的雙數(shù)極性伏序列a和b，然后借分別砍對co享sω稍ct和si狂nω挪ct進行幻玉調(diào)制液，相體加后慰即可伏得到4P院SK信號教。由圖7－43可見屯，4P暮SK信號抵可以明看作亮兩個漿載波組正交2P飛SK信號學(xué)的合棍成。貿(mào)因此而，對4P牽SK信號皮的解磨調(diào)可華以采逐用與2P幟SK信號鵲類似印的解株調(diào)方厚法進主行解額調(diào)，押解調(diào)渠原理頁圖如宵圖7－44所示胞。同梳相支駁路和妻正交哀支路膽分別訊采用級相干棄解調(diào)研方式欠解調(diào)墊，得硬到I(映t)和Q(吃t)，經(jīng)抽泊樣判題決和攜并/串變薯換器衰，將麥上、精下支仙路得棒到的較并行孩數(shù)據(jù)姻恢復(fù)緊成串虛行數(shù)鈔據(jù)。4P筍SK信號呢相干附解調(diào)宏原理儀圖在2P把SK信號弄相干媽解調(diào)訪過程槐中會瞧產(chǎn)生18廚0°相位跳模糊舍。同表樣，驚對4P效SK信號遮相干睡解調(diào)璃也會廉產(chǎn)生味相位崗模糊盜問題聲，并附且是0°、90白°、18扯0°和27站0°四個句相位隔模糊欲。因讀此，繁在實拍際中奇更實過用的滋是四慮相相戴對移攜相調(diào)緩制，哥即4D繪PS旋K方式物。3.雁4稻DP鼓SK信號絮的產(chǎn)箭生與胞解調(diào)4D洽PS斑K信號扁是利隙用前變后碼菌元之毫間的乖相對已相位蹈變化汗來表直示數(shù)飾字信艇息。柄若以哀前一口雙比突特碼滅元相惠位作爬為參甲考，Δφ狀n為當(dāng)嘉前雙回比特財碼元宅與前果一雙撕比特低碼元省初相遍差，升則信狼息編佩碼與楊載波渾相位哀變化療關(guān)系朝如表7－5所示據(jù)。4D礦PS宅K信號汽產(chǎn)生佩原理丈圖如煮圖7－45所示惱。頓圖中快，串/并變釀?chuàng)Q器災(zāi)將輸騾入的敲二進迫制序芳列分沒為速脆率減著半的妨兩個打并行捉序列a和b，再通偶過差膝分編江碼器穗將其散編為禿四進鞠制差胳分碼鬼，煉然后江用絕對調(diào)含相的若調(diào)制恒方式稼實現(xiàn)4D態(tài)PS楚K信號摩。表7腐–賀54DP乏SK信號旗載波幸相位誕編碼讀邏輯幣關(guān)系雙比特碼元載波下相位(φn)ab

0０1１0１1００°９０°１８０°２７０°4D尚PS絮K信號講產(chǎn)生么原理嫁圖4D也PS駁K信號飄的解蟻調(diào)可諸以采垮用相合干解獻調(diào)加呆碼反余變換蝴器方宜式(極性質(zhì)比較籮法)，也魯可以簽采用蒼差分問相干襲解調(diào)季方式(相位縣比較遼法)。4D閘PS漏K信號做相干君解調(diào)雀加碼獄反變板換器過方式畜原理糾圖如累下圖東所示纏。與4P畫SK信號溉相干漿解調(diào)元不同按之處撓在于致，并/串變續(xù)換之億前需潮要增檢加碼例反變妖