調(diào)制方式.pdf

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1、探究現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)調(diào)制是所有無線通信的基礎(chǔ)，調(diào)制是一個(gè)將數(shù)據(jù)傳送到無線電載波上用于發(fā)射的過程。如今的大多數(shù)無線傳輸都是數(shù)字過程，并且可用的頻譜有限，因此調(diào)制方式變得前所未有地重要。如今的調(diào)制的主要目的是將盡可能多的數(shù)據(jù)壓縮到最少的頻譜中。此目標(biāo)被稱為頻譜效率，量度數(shù)據(jù)在分配的帶寬中傳輸?shù)乃俣?。此度量的單位是比特每秒每赫茲（b/s/Hz）?，F(xiàn)在已現(xiàn)出現(xiàn)了多種用來實(shí)現(xiàn)和提高頻譜效率的技術(shù)。幅移鍵控（ASK）和頻移鍵控（FSK）調(diào)制正弦無線電載波有三種基本方法：更改振幅、頻率或相位。比較先進(jìn)的方法則通過整合兩個(gè)或者更多這些方法的變體來提高頻譜效率。如今，這

2、些基本的調(diào)制方式仍在數(shù)字信號領(lǐng)域中使用。圖1顯示了二進(jìn)制零的基本串行數(shù)字信號和用于發(fā)射的信號以及經(jīng)過調(diào)制后的相應(yīng)AM和FM信號。有兩種AM信號：開關(guān)調(diào)制（OOK）和幅移鍵控（ASK）。在圖1a中,載波振幅在兩個(gè)振幅級之間變化，從而產(chǎn)生ASK調(diào)制。在圖1b中，二進(jìn)制信號關(guān)斷和導(dǎo)通載波，從而產(chǎn)生OOK調(diào)制。圖1:三種基本的數(shù)字調(diào)制方式仍在低數(shù)據(jù)速率短距離無線應(yīng)用中相當(dāng)流行：幅移鍵控（a）、開關(guān)鍵控（b）和頻移鍵控（c）。在載波零交叉點(diǎn)發(fā)生二進(jìn)制狀態(tài)變化時(shí)，這些波形是相干的。AM在與調(diào)制信號的最高頻率含量相等的載波頻率之上和之下產(chǎn)生邊帶。所需的帶寬是最高頻率

3、含量的兩倍，包括二進(jìn)制脈沖調(diào)制信號的諧波。頻移鍵控（FSK）使載波在兩個(gè)不同的頻率（稱為標(biāo)記頻率和空間頻率，即fm和fs）之間變換（圖1c）。FM會在載波頻率之上和之下產(chǎn)生多個(gè)邊帶頻率。產(chǎn)生的帶寬是最高調(diào)制頻率（包含諧波和調(diào)制指數(shù)）的函數(shù)，即：m=Δf（T）Δf是標(biāo)記頻率與空間頻率之間的頻率偏移，或者：Δf=fs–fmT是數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔或者數(shù)據(jù)速率的倒數(shù)（1/bit/s）。M的值越小，產(chǎn)生的邊帶越少。流行的FSK版本是最小頻移鍵控（MSK），這種調(diào)制方式指定m=0.5.還使用m=0.3等更小的值。接下來我們討論兩種進(jìn)一步提高ASK和FSK的頻譜效率的方

4、法。第一個(gè)方法是選擇數(shù)據(jù)速率、載波頻率和移頻，以便發(fā)生二進(jìn)制狀態(tài)變化時(shí)，正弦載波不會出現(xiàn)不連續(xù)。這些不連續(xù)性會產(chǎn)生短時(shí)脈沖波干擾，這種干擾會增加諧波含量和帶寬。這里的思路是使二進(jìn)制數(shù)據(jù)的停止和開始時(shí)間與正弦載波在零交叉點(diǎn)出現(xiàn)振幅或頻率變化的時(shí)間同步。這稱為連續(xù)相或相干操作。與非相干信號相比，相干ASK/OOK和相干FSK的諧波較少，帶寬較窄。第二種方法是在調(diào)制之前對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。這種方法可以對信號進(jìn)行修整，從而延長上升時(shí)間和下降時(shí)間，減少諧波含量。特別的高斯濾波器和升余弦低通濾波器的用途就在于此。GSM蜂窩電話廣泛使用了一種流行的整合方案，即高斯濾波M

5、SK（GMSK），這種方案可以在200kHz信道中實(shí)現(xiàn)270kbps的數(shù)據(jù)速率。二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）和正交相移鍵控（QPSK）二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）是一種非常流行的數(shù)字調(diào)制方式，該調(diào)制方式是在發(fā)生每一個(gè)二進(jìn)制狀態(tài)變化時(shí)將正弦載波進(jìn)行180°的相移（圖2）。BPSK在零交叉點(diǎn)出現(xiàn)相變時(shí)是相干的。BPSK的正確解調(diào)需要信號與相同相位的正弦載波進(jìn)行對比。這涉及到載波恢復(fù)和其他的復(fù)雜電路。圖2:在二進(jìn)制相移鍵控中，請注意二進(jìn)制0的相位是怎樣為0°，而二進(jìn)制1的相位是怎樣為180°的。當(dāng)二進(jìn)制狀態(tài)發(fā)生變換時(shí)，相位發(fā)生變化，因此信號是相關(guān)的。差分BPSK

6、或DPSK是比較簡單的調(diào)制方式，這兩種調(diào)制試試會將接收到的比特相位與以前的比特信號的相位進(jìn)行對比。BPSK是頻譜效率極高的一種調(diào)制方式，你可以以與帶寬（即1bit/Hz）相等的數(shù)據(jù)速率傳送數(shù)據(jù)。正交PSK（QPSK）是BPSK的一種比較流行的變體，在該方式中，調(diào)制器產(chǎn)生兩個(gè)相移為90°的正弦載波。二進(jìn)制數(shù)據(jù)對每個(gè)相位進(jìn)行調(diào)制，從而產(chǎn)生四個(gè)相移為45°的唯一的正弦信號。兩個(gè)相位疊加在一起，產(chǎn)生最終的信號。每一對唯一的比特都產(chǎn)生具有不同相位的載波（表1）。表1圖3a通過相量圖描述了QPSK,圖中的相量表示載波正弦振幅峰值，及其位置表示相位。圖3b中的星座圖

7、顯示了同樣的信息。由于每一個(gè)載波相位都表示兩比特?cái)?shù)據(jù)，因此QPSK是一種頻譜效率極極高的調(diào)制方式。其頻譜效率為2bit/Hz,這是同一帶寬中BPSK能夠?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)速率的兩倍。圖3:可以不使用時(shí)域波形來表示調(diào)制方式。比如，QPSK可以用相量圖（a）或者星座圖（b）表示，這兩種圖都表示相位和振幅的大小數(shù)據(jù)速率和波特率理論上的最大數(shù)據(jù)速率或信道容量（C）（單位為bits/s）是信道帶寬（B）信道（單位為Hz）和信噪比（SNR）的函數(shù)：C=Blog2（1+SNR）這就是所謂的香農(nóng)-哈特雷定律。最大數(shù)據(jù)速率與帶寬成正比，與SNR成對數(shù)比。在誤碼率（BER）一定的

8、情況下，噪聲會大幅降低數(shù)據(jù)速率。另一個(gè)關(guān)鍵因素是波特率，即每秒傳送的調(diào)制符號數(shù)。調(diào)制符號這個(gè)術(shù)