数字调制技术
数字调制技术
数字调制技术
数字调制是指用数字数据调制模拟信号，主要有三种形式：移幅键控法ASK、移频键控法FSK、移相键控法PSK。
幅度键控（ASK）：即按载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值，例如对应二进制0，载波振幅为0；对应二进制1，载波振幅为1。
调幅技术实现起来简单，但容易受增益变化的影响，是一种低效的调制技术。
在电话线路上，通常只能达到1200bps的速率。
频移键控（FSK）：即按数字数据的值（0或1）调制载波的频率。
例如对应二进制0的载波频率为F1，而对应二进制1的载波频率为F2。
该技术抗干扰性能好，但占用带宽较大。
在电话线路上，使用FSK可以实现全双工操作，通常可达到1200bps的速率。
相移键控（PSK）：即按数字数据的值调制载波相位。
例如用180相移表示1，用0相移表示0。
这种调制技术抗干扰性能最好，且相位的变化也可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟，并对传输速率起到加倍的作用
FSK是频移键控调制的简写，即用不同的频率来表示不同的符号。
例如2KHz 表示符号0，3KHz表示符号1。
GFSK是高斯频移键控的简写，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。
调频：
调幅：。
数字调制技术
S BPSK
或写成: 或写成:
S BPSK
2 Eb = m(t ) COS ( 2πf c t + θ c ) Tb
2
( 4.8) ( 4 .9 )
其中E b = 0.5 Ac Tb , Tb为码元宽度， m（t）为调制波形
BPSK信号也可表示成： BPSK信号也可表示成： 信号也可表示成
S g
BPSK
对于GSM目前实际数据速率为270.833kbps,只达到 对于GSM目前实际数据速率为270.833kbps,只达到 GSM目前实际数据速率为270.833kbps, SNR条件下信道容量的40%。 条件下信道容量的40% 10dB SNR条件下信道容量的40%。
移动通信中的调制技术
标准 GSM DCSDCS-1800 ISIS-54 ISIS-95 PDC CT2 DECT PHS PACS 服务类型 蜂窝 蜂窝 蜂窝 蜂窝 蜂窝 无绳 无绳 无绳 个人通信 调制技术 GMSK GMSK π/4-DQPSK /4QPSK/BPSK π/4-DQPSK /4GFSK GFSK π/4-DQPSK /4/4π/4-DQPSK 信道带宽 200 kHz 200 kHz 1.25M Hz 1.25M Hz 25 kHz 100 kHz 1728 kHz 300 kHz 300 kHz
移相键控(PSK) 移相键控(PSK)
1986年前，线性高功率放大器成本较高， 1986年前，线性高功率放大器成本较高，因此 年前 采用恒包络的CPM调制实现高功率效率。之后， CPM调制实现高功率效率 采用恒包络的CPM调制实现高功率效率。之后， 线性功率放大器已取得实质性进展。 线性功率放大器已取得实质性进展。 PSK是一种线性调制技术 具有带宽效率高、 是一种线性调制技术， PSK是一种线性调制技术，具有带宽效率高、 频谱利用率高等特点 移动通信中， 移动通信中，一般采用性能优良的绝对移相体 制而不采用相对移相体制， 制而不采用相对移相体制，虽然相对移相体制 可以解决相位模糊度问题。 CDMA中 可以解决相位模糊度问题。而CDMA中，常采 用导频信道传送载波信息进行相干解调。 用导频信道传送载波信息进行相干解调。
第3章数字调制解调技术
第3章 移动通信中的调制解调技术
3.2 数字频率调制
3.2.1 二进制数字频移键控（2FSK） 设输入到调制器的信号比特流为{an}，an=“1”或
“0” n=-∞~+∞。当输入为传号“1”时，输出频率为f1 的正弦波；当输入为空号“0”时，输出频率为f2的正弦波。 FSK信号分为相位连续的FSK信号和相位跳变的FSK信号。 FSK信号的波形及功率谱如图3-3所示。
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第3章 移动通信中的调制解调技术
移动通信中的数字调制技术应具有以下特点： （1）要有窄的功率谱和高的频谱利用率。移动通信是 一种多波道系统，调制信号功率谱带外辐射对邻道产生干 扰，使性能下降。为了保证数字信息传输质量，信号功率 与干扰功率之比应大于20dB，考虑到移动台运动时的衰落 深度可达20～40dB，所以要求已调信号在邻道的总辐射干 扰低于20～40dB。 （2）误码性能好。移动通信环境以衰落、噪声、干扰 为特点，包括多径瑞利衰落、频率选择性衰落、多普勒频 移和障碍物阻挡的联合影响。因此，必须根据抗衰落和干 扰能力来优选调制方案。误码性能的好坏实际上反映了信 号的功率利用率的高低。
MSK调制器的原理框图如图3-6所示。
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第3章 移动通信中的调制解调技术
图3-6 MSK调制器的原理框图
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第3章 移动通信中的调制解调技术 4.频谱特点 MSK信号的功率谱如图3-7所示，图中还给出了QPSK
信号的功率谱。从图中可以看出，与QPSK相比，MSK信号 的功率谱具有较宽的主瓣，其第一个零点出现在(f-fc)=0.75 处，而QPSK信号的第一个零点出现在(f-fc)=0.5处。当(ffc)→∞时，MSK的功率谱以［(f-fc)Tb］-4 QPSK的衰减速率［（f-fc)Tb］-2快得多。MSK信号可以采用 鉴频器解调，也可以采用相干解调。
调制技术的应用
调制技术的应用随着无线通信技术的迅猛发展，调制技术成为了无线通信技术中的重要组成部分。
调制技术是将待传输信息信号与载波进行相互作用，使信息信号可以经过空气、导线等媒介传输。
在现代无线通信领域，调制技术应用广泛，如移动通信、卫星通信、航空通信、广播、电视等等。
本文将介绍调制技术的应用。
一、移动通信移动通信是无线通信领域中最为突出的应用之一，而移动通信中最为重要的调制技术是数字调制。
移动通信中常用的数字调制技术有ASK（振幅调制）、FSK（频移键控）、PSK （相移键控）和QAM（正交振幅调制）等。
数字调制技术通过使用数字信号来信号调制，可以提高信道容量，减少传输误码率，提高通信信号质量，因此其应用十分广泛。
二、卫星通信卫星通信中，调制解调器是重要的组成部分，其主要作用是将要传输的数据进行载波调制，以便于通过卫星传输。
卫星通信中常用的调制技术有BPSK（二进制相移键控）、QPSK （四进制相移键控）和8PSK（八进制相移键控）等。
这些技术具有高频谱效率和低误码率的特点，适用于土地和海洋等不同的地理环境和信息传播需求。
三、航空通信在航空通信中，调制技术逐渐发展为MF、HF、VHF/UHF等各种频段的无线电波通信系统。
调制技术的主要应用在航空导航、气象信息、空中交通管制等方面。
这些系统需要在不同频段和调制方式下进行信息传输，包括调幅、调频以及数字调制等。
这些技术可以提高通信信号的覆盖范围和传输速率，增强通信信号的可靠性和抗干扰性，提高系统的适用性和安全性。
四、广播电视广播电视是调制技术的重要应用领域之一，其主要应用的调制技术有AM（调幅）、FM （调频）和数字调制等。
广播电视中涉及到的信号类型与传输环境都各具特点，需要选择不同的调制技术来适应不同的传播需求，常规广播与电视采用调幅方式传播，而数字广播与电视采用数字调制方式传播。
广播电视的传输距离较远，信号传输可靠性要求高，调制技术在广播电视中的应用显得尤为重要。
数字调制技术
数字调制技术数字调制技术调制技术概述调制基础信号的表示方法IQ调制实现方式基本数字调制：ASK、FSK、PSK FSK、MSK和GMSKPSK调制BPSKQPSKOQPSKQAM调制正交频分复用OFDM各种调制的应用调制调制——就是对消息源信息进行编码的过程，其目的就是使携带信息的信号与信道特性相匹配以及有效的利用信道。
多径衰落、多普勒频率扩展；日益增加的用户数目，无线信道频谱的拥挤这些因素对调制方式的选择都有重大的影响。
信号的表示I/Q信号基础I/Q是什么？--I/Q调制过程基带复信号表示方法I/Q调制实现过程数字调制基本类型U MOD(t)=ÛC(t)cos[ C t+ C(t)]AMConventional ModulationDigital ModulationASK,Amplitude Shift KeyingU 01110数字调制基本类型U MOD(t)=ÛC(t)cos[ C t+ C(t)]FMConventional ModulationDigital Modulation FSK,Frequency Shift KeyingU11100tPSK,Phase Shift Keying 数字调制基本类型tU0000111U MOD (t)=ÛC (t)cos [ C t + C (t)]MConventional Modulation Digital ModulationFSKs 2FSK (t )b (t )f 1f 1f 1f 2f 2f 2111000(a )相位不连续的FSK波形22cos()t +11cos()t +(b )相位连续的FSK波形b (t )111s 2FSK (t )c (t )f 1f 1f 1f 2f 2f 2()t （载波）图3.32FSK信号的波形MSK-最小相移键控MSK的频谱frequency:500MHz,bitrate:270kBit/sec,data:PRBS-sequence (511Bits)MSK特点MSK信号是恒包络信号码元转换时刻，信号的相位是连续的，以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内线性的变化+/-90度。
移动通信中的数字调制技术
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• 培训的目的
1.了解数字调制原理和特点 2.了解移动通信系统中的各种调制技术
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• 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，即按照 调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波的某些参数的过程。
其简单模型可以表示为：
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• 码元速率
码元：数字信号中每一个符号的通称。即可以用二进制表示，也可以用其 它进制的数表示。 码元传输速率，又称为码元速率或传码率。码元速率又称为波特率，指每 秒信号的变化次数。若数字传输系统所传输的数字序列恰为二进制序列， 则等于每秒钟传送码元的数目，而在多电平中则不等同。单位为"波特",常 用符号"Baud"表示，简写为"B"
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传输数字信号时也有三种基本的调制方式：幅移键控(ASK)、 频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。 它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数 字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。 理论上，数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都是 属正弦波调制。但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调 制，而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制。 在数字通信的三种调制方式（ASK、FSK、PSK)中，就频带利用率 和抗噪声性能（或功率利用率）两个方面来看，一般而言，都是 PSK系统最佳。所以PSK在中、高速数据传输中得到了广泛的应用。
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1.符号速率 符号速率*扩频因子=码片速率,符号速率=码片速率/扩频因子
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数字调制技术
数字调制技术一般情况下，信道不能直接传输由信息源产生的原始信号，信息源产生的信号需要变换成适合信号，才能在信道中传输。
将信息源产生的信号变换成适合于信道传输的信号的过程称为调制。
在调制电路中，调制信号是数字信号，因此这种调制称为数字调制。
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、更强的抗信道损耗及更高的安全性。
在数字调制中，调制信号可以表示为符号或脉冲的时间序列，其中每个符号可以有m种有限状态，而每个符号又可采用n比特来表示。
主要的数字调制方式包括幅移键控（amplitude shift keying，ASK）、频移键控（frequency shift keying，FSK）、相移键控（phase shift keying，PSK）、多电平正交调幅（multi level quadrature amplitude modulation，mQAM）、多相相移键控（multiphase shift keying，mPSK），也包括近期发展起来的网格编码调制（trellis coded modulation，TCM）、残留边带（vestigial sideband，VSB）调制、正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）调制等。
1.幅移键控幅移键控就是用数字信号控制高频振荡的幅度，可以通过乘法器和开关电路来实现。
幅移键控载波在数字信号1或0的控制下通或断。
在信号为1的状态下，载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。
那么，在接收端就可以根据载波的有无还原出数字信号1和0。
移动通信要求调制方式抗干扰能力强、误码性能好、频谱利用率高。
二进制幅移键控的抗干扰能力和抗衰落能力差，误码率高于其他调制方式，因此一般不在移动通信中使用。
2. 频移键控频移键控或称数字频率控制，是数字通信中较早使用的一种调制方式。
数字调制解调技术
抗多径干扰能力主要取决于调制解调 算法的设计和实现，以及信号处理技 术的运用。常用的抗多径干扰技术包 括RAKE接收、信道估计与均衡、多 天线技术等。这些技术的应用可以有 效抑制多径干扰的影响，提高数字信 号的传输质量和稳定性。
05
数字调制解调技术的未 来发展
高频谱效率的调制解调技术
总结词
随着通信技术的发展，对频谱效率的要求越来越高，高频谱效率的调制解调技术成为研 究热点。
02
通过将多个载波信号进行调制 ，多载波调制能够提高信号传 输的效率和可靠性。
03
多载波调制具有频谱利用率高 、抗多径干扰能力强等优点， 因此在无线通信、宽带接入等 领域得到广泛应用。
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数字解调技术
相干解调
相干解调是一种基于相位的解调方法，它利用发送信号的相位信息来恢复原始信 号。在相干解调中，接收到的信号与本地振荡器产生的信号进行相位比较，以恢 复原始信号的相位信息。
抗多径干扰能力
抗多径干扰能力
总结词
详细描述
抗多径干扰能力是指数字调制解调技 术在存在多径干扰的情况下仍能保持 正常工作的能力。多径干扰是无线通 信中常见的问题，良好的抗多径干扰 能力能够提高通信质量。
抗多径干扰能力是评估数字调制解调 技术性能的重要指标，尤其在无线通 信中，它直接影响到通信的质量和稳 定性。
思路。
多模态调制解调技术
总结词
随着通信环境的多样化，多模态调制解 调技术成为研究的热点，以满足不同通 信环境下的需求。
VS
详细描述
多模态调制解调技术是指能够处理多种通 信模式的调制解调技术。目前已经出现了 一些多模态调制解调技术，如OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）和SC-FDE （Single Carrier Frequency Domain Equalization，单载波频域均衡）等。这 些技术通过融合不同的通信模式，提高了 通信系统的灵活性和适应性，为未来通信 技术的发展提供了新的方向。
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《计算机网络与应用》
第3单元数据通信基础3.2 数字调制技术
主讲人：杜煜
duyu@ 数字数据的调制
对数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控、频移键控和相移键控。
公用电话网
调制解调器计算机计算机
调制解调器数字编码(NRZ、曼彻斯特等)数字数据数字信号(数字信道)调制(ASK、FSK、PSK等)数字数据模拟信号(模拟信道)脉冲编码调制PCM 模拟数据数字信号
(数字信号)
调制（AM、FM、PM等）模拟数据模拟信号
(模拟信道)
《计算机网络与应用》杜煜No.2
幅移键控、频移键控和相移键控
⏹幅移键控ASK （Amplitude Shift Keying ）
ASK 是通过改变载波信号的幅度值表示数字信号“1”、“0”，以幅度A1表示数字信
号的“1”，用载波幅度A2表示数字信号的“0”（通常A1取1，A2取0），而载波信号
的参数f 和φ恒定。
⏹频移键控FSK （Frequency Shift Keying ）
FSK 是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号“1”、“0”，用f 1表示数字信号
“1”，用f 2表示数字信号“0”，而载波信号的A 和φ不变。
⏹相移键控PSK （Phase Shift Keying ）
PSK 是通过改变载波信号的相位值表示数字信号“1”、“0”，而载波信号的A 和f 不变。
PSK 包括两种类型： 绝对调相
◆绝对调相使用相位的绝对值，φ为0表示数字信号“1”，、φ为π表示数字信号“0”。
相对调相
◆相对调相使用相位的相对偏移值，当数字数据为0时，相位不变化，而数字数据为1时，相位要偏移π。
《计算机网络与应用》杜煜No.3数字数据的调制示例
频移键控FSK
绝对相移键控PSK
相位φ=πφ=0φ=πφ=0φ=0φ=π
相位φ=0相对相移键控PSK
偏移πφ=πφ不变φ=π偏移πφ=0偏移πφ=πφ不变
φ=π
幅移键控ASK
01011数字数据
《计算机网络与应用》杜煜No.4
多相调制
⏹ASK 、FSK 和PSK 都是最基本的调制技术，实现容易，技术简单，抗干扰能力差，调制速率不高，为了提高数据传输速率，也可以采用多相调制的方法。
例如，将待发送的数字信号按2个比特一组
的方式组织，因为2个比特可以有4种组合
方式，即“00、01、10、11”四个码元，所以用4个不同的相位值就可以表示出这4
组组合。
在调相信号传输过程中，相位每改变一次，传送两个二进制比特，这种调制方法就称为四相相移键控。
《计算机网络与应用》杜煜No.5
3π2
0π相位值
二进制比特00011110π2数字数据00101101
四相
相移键控
0ππ
2
π2300
01
1011
混合调相
⏹为了达到更高的信息传输速率，采用多元制的振幅相位混合调制技术，比如正交振幅调制QAM （Quadrature Amplitude
Modulation ），它不但使用相位，而且还使用幅度： 8-QAM 使用了幅度与相位的
8种组合，
由于使用3个比特可以表示8种组合，因此，每一种组合代表一个码元，每个码元3个比特。
16-QAM 的幅度和相位有16种组合，每个组合代表一个码元，每个码元4个比特。
《计算机网络与应用》杜煜No.6
000100100011
0000
01000111011001011101110011111110101010011000
1011
000001
010
011
100101110
1118-QAM 16-QAM。