通信行业-现代数字调制技术
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。
数字调制技术在通信中的作用
数字调制技术在通信中的作用1.引言数字调制技术是现代通信领域中至关重要的技术之一。
数字调制技术通过将数字信号与载波合成为高频信号进行传输，实现了通信效率的大幅度提升。
本文将从数字调制技术的定义、原理以及应用三个方面，全面介绍数字调制技术在通信中的作用。
2.数字调制技术的定义数字调制（Digital Modulation）技术是指通过将数字信号按照一定的规律转换成为模拟信号（载波信号），然后在模拟信号上进行调制，以便在传输过程中保证数据传输的可靠性、迅速性、高效性和稳定性。
3.数字调制技术的原理数字调制技术依靠上述所述的载波信号在数字信号上进行调制，具体原理如下：3.1载波信号为了能够传输高频信号，数字调制技术在传输中必须涉及到载波信号。
载波信号是一种正弦波信号，通常的频率范围为几千赫兹到几千兆赫兹之间。
3.2数字信号传统的数字信号分为脉冲和非脉冲两种，但是在数字调制技术中，常常使用数字化的“0”和“1”代替脉冲和非脉冲，因为“0”和“1”的数字化性质使得传输信号更加稳定。
3.3调制方式数字调制技术中的调制方式根据不同的用途和需求，通常有不同的选择，通用的调制方式有以下三种：3.3.1频移键控（FSK）在FSK中，表示“0”和“1”的两个数字，分别对应两个不同的载波频率，通过这种方法，就可以同时传输两个不同的数字。
3.3.2相位键控（PSK）在PSK中，表示“0”和“1”的两个数字，分别对应两个不同的载波相位，通过这种方法，就可以传输一个数字。
3.3.3振幅键控（ASK）在ASK中，表示“0”和“1”的两个数字，分别对应两个不同的载波幅度，通过这种方法，就可以传输一个数字。
4.数字调制技术的应用数字调制技术广泛应用于现代通信的各个领域，以下将从数字电视、数字音频、数字移动通信、卫星通信四个方面来介绍。
4.1数字电视数字电视的主要特点是大容量、高清晰度、高保真性。
虽然传输中需要的带宽更大，但是通过数字调制技术的高效率传输，数字电视信号依然可以在非常短的时间内传输到用户的家中。
数字调制
用载波信号的某些离散状态表征所传送的信息
01 定义
03 分类 05 06 影响因素
数字调制是现代通信的重要方法，它与模拟调制相比有许多优点。数字调制具有更好的抗干扰性能，更强的 抗信道损耗，以及更好的安全性；数字传输系统中可以使用差错控制技术，支持复杂信号条件和处理技术，如信 源编码、加密技术以及均衡等。
技术指标
不同的调制方式，其调制特性是不同的，因此，在选择数字调制方式时，需要用一些技术指标来描述调制的 特性，如功率效率、带宽效率、误码率等。
功率效率 图1功率效率定义为：在接收机输入特定的误码概率下(如10)条件下，每比特信号能量与噪声功率谱密度之 比。其功率效率表示如图1所示： 式中：Eb为每比特信号的能量；N0为噪声功能率谱密度。 功率效率描述了在低功率的情况下一种调制技术保持数字信息信号正确传送的能力。 带宽效率 图2带宽效率定义为：在给定带宽内每赫兹数据率吞吐量的值。设R是每秒数据率，单位是比特，B是已调信 号占用的带宽，则带宽效率可表示如图2所示： 带宽效率描述了调制方案在有限的带宽内传输数据的能力。一般来说，数据传输速率的提高意味着降低了每 个数字信号的脉冲宽度。
分类
数字调制可以分为线性调制和非线性调制两大类。在线性调制技术中，传输信号的幅度随调制信号的变化而 线性地变化。线性调制技术有较高的带宽效率，所以非常适用于在有限频带内要求容纳更多用户的无线通信系统。
方法
常见的数字调制方法如： ASK ——幅移键控调制，把二进制符号0和1分别用不同的幅度来表示。 FSK ——频移键控调制，即用不同的频率来表示不同的符号。如2KHz表示0，3KHz表示1。 PSK——相移键控调制，通过二进制符号0和1来判断信号前后相位。如1时用π相位，0时用0相位。 GFSK——高斯频移键控，在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度。 GMSK ——高斯滤波最小频移键控，GSM系统所用调制技术。 QAM——正交幅度调制。 DPSK——差分相移键控调制。 mQAM——多电平正交调幅 mPSK——多相相移键控 TCM——格编码调制
数字调制技术总结_技术季度总结
数字调制技术总结_技术季度总结
数字调制技术是一种将数字信号转化为模拟信号，并在传输过程中进行调制的技术。
它在信息传输领域起着重要的作用，常用于数字通信、无线通信以及网络传输中。
数字调制技术的主要作用是将数字信号转化为模拟信号，以便在传输过程中进行传输和接收。
数字信号可以是二进制信号或多进制信号，通过调制的方式将其转为模拟信号，使其能够在传输介质中传输。
数字调制技术的主要目的是提高信号传输的效率和可靠性。
数字调制技术可以分为多种类型，其中常用的有幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）以及正交调制等。
这些调制技术各有特点，适用于不同的应用场景。
AM调制适用于电视和广播中音频信号的传输，FM调制适用于无线通信中音频信号的传输，而正交调制适用于数字通信中复杂信号的传输。
数字调制技术的优点在于其能够对信号进行压缩和恢复，以提高信号的传输效率。
数字调制技术还能够实现信号的多路复用，即将多个信号合并到一个传输介质中进行传输，以提高传输的带宽利用率。
数字调制技术还具有抗干扰能力强、传输质量稳定等特点。
数字调制技术也存在一些局限性。
数字调制技术需要占用一定的带宽和能量，使得传输的效率相对较低。
数字调制技术对传输介质的要求较高，对传输距离较远的信号传输能力相对较弱。
《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
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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。
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四进制QAM （l6QAM）
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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
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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：
数字通信技术与调制解调技术
相移键控调制（PSK）
总结词
相移键控调制是一种数字调制方式，通过改变载波信号的相位表示数字信号的二进制位。
详细描述
在相移键控调制中，二进制信号控制着一个开关，该开关根据信号是高电平还是低电平来改变载波信 号的相位。当信号为高电平时，载波信号的相位增加；当信号为低电平时，载波信号的相位减少。解 调时，通过检测载波信号的相位来确定二进制位。
非相干解调法
非相干解调法是一种不需要相位同步的解调技术，直接 将调制信号进行幅度或包络检测得到原始信号。
非相干解调法的优点是实现简单，对相位噪声不敏感， 适用于低成本的通信系统。
非相干解调法不需要本地载波信号，实现起来较为简单 ，适用于对相位不敏感的场合。
非相干解调法的缺点是解调性能较差，对信道噪声和干 扰较为敏感，适用于特定的调制方式。
多载波与多天线技术融合
多载波与多天线技术将进一步融合，以提高通信系统的性能和可靠性。
AI与机器学习在调制解调中的应用
人工智能和机器学习技术在未来调制解调技术中具有广阔的应用前景，能够实现自适应和 智能化的调制解调。
感谢您的观看
THANKS
电视广播。
物联网领域
数字通信技术是物联网的重要 组成部分，实现各种智能终端
之间的信息传输和交互。
工业自动化领域
数字通信技术用于工业自动化 系统中各种传感器和执行器的
数据传输和控制。
02
调制解调技术基础
调制解调技术的概念与原理
调制解调技术的概念
调制解调技术是指将信息信号转换为 适合传输的载波信号，并在接收端将 载波信号还原为原始信息信号的过程 。
差分解调法
差分解调法是一种基于差分相 干检测的解调技术，利用相邻 符号之间的相位差信息将调制
移动通信数字调制技术
移动通信中的数字调制技术调制技术IS-95 CDMA系统中的QPSK调制技术摘要：在移动通信中，为了实现数据高速、有效便捷的传输，常采用一种技术——调制。
蜂窝移动通信中采用了众多的数字调制技术，在不同的蜂窝半径和应用环境下，移动信道将呈现不同的衰落特性。
作为IS-95 CDMA系统使用的QPSK调制技术，它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。
关键词：调制；蜂窝移动通信系统；线性调制；QPSK调制1引言1.1调制的概念将待传送的基带信号加到高频载波上进行传输的过程。
其简单模型可以表示为：图1：调制模型1.2调制的作用①提高传输性能。
低频信号如话音，直接传输时损耗比较大，不适宜长距离传输，通过调制能有效的解决传输问题。
②容易辐射。
对于一些无线通信往往要求天线的尺寸和发射信号的波长在同一数量级，天线的长度为1/4波长，如果将基带信号直接通过天线发射，那么天线的长度将是几十至几百公里的数量级，这是不现实的。
③实现多路复用。
调制技术反映到频域上就是频带的搬移，通过调制将基带信号搬移到合适的位置，那么在一个较宽的信道中就可以同时传输多路信号，习惯上称为FDM。
④提高系统的性能。
例如抗干扰能力，不同的调制方式具有不同的抗噪声能力，FM对信噪比的改善就比较大。
1.3调制的分类调制是基带信号加到载波上的过程，而基带信号m(t)可以是模拟信号也可以是数字信号，而载波c(t)可以是连续波（通常称为正弦波），也可以是脉冲波形。
当c(t)为正弦波时，m(t)可以改变其幅度、频率或相位中的某一个或两个参数。
这样组合起来就会形成多种调制方式。
现归纳如下：图2：调制类型2 蜂窝移动通信系统中的调制技术图3：蜂窝移动通信中的调制技术2.1移动通信对数字调制技术的要求2.1.1数字调制的性能指标数字调制的性能指标通常通过功率有效性p η（Power Efficiency ）和带宽有效性B η(Spectral Efficiency)来反映。
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为了减小包络起伏，这里做一改进：在对 QPSK 做正交调制时，将正交分
量 Qt 的基带信号相对于同相分量 I t 的基带信号延迟半个码元间隔
Ts / 2 （一个比特间隔）。这种调制方法称为偏移四相相移键控（OQPSK）。
（a）QPSK信号的相位关系
（b）OQPSK信号的相位关系
图8-1 QPSK和OQPSK信号的相位关系
图8-9 MSK、GMSK和OQPSK等信号的功率谱密度
8.5高斯最小频移键控（GMSK）
8.6正交幅度调制（QAM）
❖ 正交振幅调制（QAM）是一种幅度和相位联 合键控（APK）的调制方式。它可以提高系 统可靠性，且能获得较高的信息频带利用率， 是目前应用较为广泛的一种数字调制方式。
8.6.1正交振幅调制的信号表示
如图 8-1（b）所示。经带通滤波器后，OQPSK 信号中包络的最大值与最小
值之比约为 2 ，不再出现比值无限大的现象。也就是说，滤波后的 QPSK
信号和 OQPSK 信号有本质的区别。
由于OQPSK信号也可以看作是由同相支路和正交支路的2PSK信号的叠加，所 以OQPSK信号的功率谱与QPSK信号的功率谱形状相同。 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。在实际中，OQPSK比 QPSK应用更广泛。
8.6.2 MQAM信号的产生和解调
MQAM 信号调制原理图如图 8-12 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 mI (t) 和 mQ (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方型星座的 MQAM 信号。
❖ 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
❖ 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。
图8-12 QAM信号调制原理图
❖ MQAM信号可以采用正交相干解调方法，其解 调器原理图8-13所示。多电平判决器对多电平 基带信号进行判决和检测。
图8-13 MQAM信号相干解调原理图
8.3 π/4四相相移键控
图8-3 π/4 -QPSK信号的星座图
8.4 最小频移键控（MSK）
8.4.1 MSK信号的正交性
8.4.2 MSK信号的相位连续性
8.4.3 MSK信号的产生与解调
图8-7 MSK信号的产生方框图
图8-8 MSK解调器原理框图
8.4.4 MSK信号的频谱特性
❖ 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。
图8-11 MQAM信号的星座图
8.2 偏移四相相移键控（OQPSK）
❖ 在数字调制中，假设QPSK信号的每个码元的包络为矩形方 波，则高频信号也具有恒包络特性，但这时已调信号的频谱 将为无穷大，而实际上信道带宽总是有限的，为了对QPSK 信号的带宽进行限制，先将基带双极性矩形不归零脉冲序列 先经过基带成形滤波器进行限带，然后再进行QPSK调制。 问题是：通过带限处理后的QPSK信号将不再是恒包络了。 而且当码组，或时，会产生的载波相位跳变，这种相位跳变 会引起带限处理后的QPSK信号包络起伏，甚至出现包络为 0的现象。这种现象必须避免，这是因为当通过非线性器件 后，包络起伏很大的限带QPSK信号的功率谱旁瓣增生，导 致频谱扩散，增加对相邻信道的干扰。为了消除的相位跳变， 在QPSK的基础上提出了OQPSK。
❖ 正交振幅调制是用两路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，利用已调信号在同一带宽内频 谱正交的性质来实现两
二、矢量图
如果 QAM 信号的在信号空间中的坐标点数目（状态数） M 4 ，记
为 4QAM，它的同相和正交支路都采用二进制信号；如果同相和正交支路 都采用四进制信号将得到 16QAM 信号。以此类推，如果两条支路都采用 L
进制信号将得到 MQAM 信号，其中 M L2 。
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。MQAM 目前研究较多，并被建议用于数字通信中的 是 十 六 进 制 的 正 交 幅 度 调 制 （ 16QAM ） 或 六 十 四 进 制 的 正 交 幅 度 调 制 （64QAM），下面重点讨论 16QAM。
8.1 引言 在第6章中已经讨论了几种基本数字调制技术的调制和解调原理。随着数字通
信的迅速发展，各种数字调制方式也在不断地改进和发展，现代通信系统中出 现了很多性能良好的数字调制技术。
❖ 本章我们主要介绍目前实际通信系统中常使用的几种现代数字调制技术。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）。