5.5 多进制数字调制与解调原理
调制解调原理详细介绍
1
1000
解：已知： Sa(ωCt) ⇔ 已知：
设： f1(t) = f (t)cos1000t
π G2ωC (ω) ωC 1 1 ∴ Sa(2t) ⇔ G4 (ω) = F( jω) π 2
−1001
− 999
0
999
1001
ω
F ( jω) = 1 {F[ j(ω +1000)] + F[ j(ω −1000)] 1 2 = 1 [G4 (ω +1000) + G4 (ω −1000)] 4
解调
已调信号y 已调信号y (t)= f (t)cosω0t )cosω
g(t)
g(t) = y(t) ⋅ s(t) = f (t) ⋅ s2 (t) = f (t) cos2 ω0t = 1 [ f (t) + f (t) cos2ω0t] 2
2
−ωc 0 ωc
y(t)
s (t) = cosω0t
上式中，对于全部t，A选择得足够大，有，其频谱 选择得足够大， 上式中，对于全部t 为 Y( jω) = Aπ[δ (ω + ω0 ) + δ (ω − ω0 )] + 1 {F[ j(ω +ω0 )] + F[ j(ω −ω0 )]} 2 由上式可见， 由上式可见，除了由于载波分量而在处形成两个冲 激函数之外，这个频谱与抑制载波的AM的频谱相 激函数之外，这个频谱与抑制载波的AM的频谱相 同。
AM信号解调的特点 AM信号解调的特点
此信号的频谱通过理想低通滤波器，其截止频 此信号的频谱通过理想低通滤波器， 幅值为2 率 ωC ≥ B，幅值为2，就可取出 F( jω)，把高频 分量滤除， 分量滤除，从而恢复原信号 f (t) 。 由图可见， 由图可见，接收端与发送端的载波信号是同频 率同相位的。 率同相位的。它要求调制器与解调器的载波信 号准确同步。 号准确同步。 下图是发射载波AM的解调方案 的解调方案。 下图是发射载波AM的解调方案。
电路基础原理数字信号的调制与解调
电路基础原理数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调是电路基础原理中的重要概念。
调制是将数字信号转化为模拟信号的过程，解调则是将模拟信号还原为数字信号的过程。
本文将介绍数字信号的调制与解调原理及其应用。
一、调制的基本原理调制是为了将数字信号传输到远距离时，能够克服传输噪声、提高信号质量而进行的一种技术。
数字信号经过调制后，会转化为模拟信号，其特点是连续的波形。
1.频移键控调制(FSK)FSK是一种基本的数字信号调制方式，它通过改变信号的频率来表示不同的数字。
在FSK中，使用两个频率来分别代表二进制的0和1。
2.相移键控调制(PSK)PSK是一种通过改变信号的相位来表示不同的数字的调制方式。
在PSK中，使用不同的相位来表示二进制的0和1。
3.正交幅度调制(QAM)QAM是一种通过改变信号的振幅和相位来表示不同的数字的调制方式。
在QAM中，通过改变信号的振幅和相位的组合来表示多个二进制数字。
二、解调的基本原理解调是将模拟信号还原为数字信号的过程，其目的是还原接收到的信号，以便后续的数字信号处理。
1.频移解调频移解调是将经过FSK调制的信号还原回数字信号的过程。
解调器需要检测接收到的信号的频率，并根据频率的不同判断出二进制的0和1。
2.相移解调相移解调是将经过PSK调制的信号还原为数字信号的过程。
解调器需要检测接收到信号的相位，并根据相位的变化来判断出二进制的0和1。
3.幅度解调幅度解调是将经过QAM调制的信号还原为数字信号的过程。
解调器需要测量接收到信号的振幅和相位，并根据这些信息来判断出二进制的0和1。
三、调制与解调的应用调制与解调技术广泛应用于通信领域，特别是在无线通信中。
1.无线电广播无线电广播使用调制技术将音频信号转化为无线电信号，并通过无线电波传输到接收器中，然后通过解调技术将无线电信号还原为音频信号。
2.移动通信移动通信中的调制与解调技术被用于将数字信号通过无线电信道传输，以实现声音、图像和数据的无线传输。
多进制数字调制系统PPT课件(通信原理)
13
8PSK信号点
14
在L=8 的5种信号星座图可以看 出,(4) 是最佳的一种方案
在同样的性能下,即在保证信 号状态点之间的最小距离为2 的情况下,(4)方案所用的平 均信号功率最小.
15
1
6.4.1 MASK
L电平的调制信号
可看成由时间上不重叠的L个不同振幅值 的OOK信号的叠加,因而,其功率谱密度便是这L 个信号的功率谱密度之和,尽管叠加后的谱结构 很复杂,但就带宽而言,L电平调制信号的带宽与 二电平的相同.
2
A(t)
×
x(t)
A(t)
BPF
× LPF 抽样判决
… 门限电平
每个四进制码元又被称为双比特码元
ab
(A方式) (B方式)
00 10 11 01
0° 90° 180° 270°
225° 315° 45° 135°
8
10
01
11
11
00
参考相位
参考相位
00
10
01
QPSK信号的矢量图
9
a
×
输入
串/并变换
-π/2
b
×
输出
+
调制
×
LPF
抽样判决
a
-π/2
并/串
×
多进制数字调制系统
特点 1. 在相同的码元传输速率下，信息传输速
率比二进制系统高。 Rb=RBN㏒2N b/s 2. 在相同的信息传输速率下，多进制码元
传输速率比二进制低。增大码元宽度， 会增加码元的能量，并能减少由于信道 特性引起的码间干扰的影响。 3. 在相同的噪声下，多进制数字调制系统 的抗噪声性能低于二进制数字调制系统。
解调工作原理
解调工作原理
解调是一种将调制信号还原为原始信号的过程。
调制是将原始信号通过调制器转换为适合传输的信号，而解调则是将这种调制后的信号转化回原始信号。
解调的工作原理是通过分析调制信号的特征来还原原始信号。
解调器接收到调制信号后，首先需要将其进行提取。
不同的调制方式会使用不同的解调方法进行信号提取。
一般情况下，解调器会使用特定的电路或算法来分析调制信号的频率、振幅、相位等特征，并将其转化为相应的数字或模拟信号。
在解调过程中，一个重要的步骤是将调制信号进行滤波。
这是因为调制信号在传输过程中会受到干扰和失真，滤波可以去除这些干扰和失真，使得信号更加准确。
滤波可以通过使用滤波器来实现，滤波器会根据调制信号的特性选择出特定的频率或幅度范围，将其他频率或幅度的信号去除。
解调器还需要对信号进行解码。
解码是将数字信号转化为原始信号的过程。
在调制过程中，为了提高信号传输的效率，原始信号可能会被编码成数字信号进行传输。
解调器会根据预定的编码规则对数字信号进行解码，将其转化回原始信号。
最后，解调器会将解调后的信号输出。
这个输出信号就是原始信号的还原。
解调器可以将信号输出到扬声器、显示器、数据存储设备或其他接收设备上，以便用户进行进一步的处理或使用。
总的来说，解调器通过分析调制信号的特征，进行信号提取、滤波、解码等处理步骤，将调制信号还原为原始信号。
解调器在通信、广播、电视等领域中有广泛的应用，确保信号传输的准确性和可靠性。
5.5 多进制数字调制与解调原理
b
载波 恢复
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4DPSK信号的解调方式
数字通信原理
相干解调加码反变换器方式(极性比较法) 差分相干解调方式(相位比较法)
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差分相干解调方式(相位比较法)
数字通信原理
低通 滤波器 输入
带通 滤波器 延迟 TS 移相 位定时
抽样 判决
a
并/串 输出 变换
抽样 判决 b
对QPSK信号的解调可以采用与2PSK信号类似的解调 方法进行解调
低通 滤波器 输入 带通 滤波器 位定时 抽样 判决 a 并/串 输出 变换 抽样 判决 b
低通 滤波器
载波 恢复
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QPSK信号的解调
数字通信原理
在2PSK信号相干解调过程中会产生相位模 糊。 对180°4PSK信号相干解调也会产生相位模 糊问题，并且是0°、90°、180°和270° 四个相位模糊。 在实际中更实用的是四相相对移相调制， 即QDPSK方式。
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时间波形图
数字通信原理
s(t) 3A 2A A 0 2 3 0 1
TB
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M进制数字振幅调制信号性能
数字通信原理
功率谱：与2ASK信号具有相 似的形式 带宽：在信息传输速率相同 时，码元传输速率降低为 2ASK信号的1/log2M倍，因此 M进制数字振幅调制信号的带 宽是2ASK信号的1/log2M倍。 误码率:为了得到相同的误码 率，所需的信噪比随M增加而 增大
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5.5.3多进制数字相位调制系统
数字通信原理
多进制数字相位调制(MPSK)信号 QPSK信号的产生与解调 QDPSK信号的产生与解调 QPSK及QDPSK系统的误码率性能
多进制数字调制原理
多进制数字调制原理咱先得知道啥是数字调制哈。
你想啊，咱们生活中有好多信息，像你给朋友发的短信内容啊，手机上看的视频啥的，这些信息在传播的时候可不能就那么原封不动地“走”，得经过处理，这个处理的过程就有点像给信息穿上不同的“衣服”，这就是调制啦。
那多进制数字调制又是啥呢？普通的二进制数字调制呢，就像是只有两种选择，是或者不是，0或者1。
但是多进制数字调制就像是打开了一个多选项的大门。
比如说四进制数字调制，就有0、1、2、3这四个选项呢。
这就好比你去买冰淇淋，二进制的时候就只有香草味和巧克力味两种选择，四进制就像是突然多了草莓味和抹茶味。
多进制数字调制为啥要这么干呢？这是因为它能在同样的带宽下传输更多的信息。
就像一条小路上，二进制的时候一次只能运两种东西，多进制的时候就能运更多种类的东西啦。
比如说在无线通信里，咱们都想在有限的频段里传更多有用的信息，多进制数字调制就像是一个超级搬运工，能把更多信息一股脑儿地搬过去。
那多进制数字调制是怎么实现的呢？这就涉及到一些数学魔法啦。
咱们以四进制相移键控（QPSK）为例。
它是通过改变信号的相位来表示不同的数字信息的。
想象一下，信号就像一个小舞者在跳舞，它可以跳到四个不同的位置，每个位置就代表一个四进制的数字。
比如说，0度的相位可以代表0，90度的相位代表1，180度代表2，270度代表3。
这小舞者可机灵了，它根据要传输的数字信息，快速地跳到相应的位置，接收端呢，就看着这个小舞者跳到哪了，然后就知道传来的是啥数字啦。
再说说多进制数字调制的信号特点吧。
它的信号看起来可比二进制复杂多啦。
就像是一幅色彩更丰富的画，二进制的画可能只有黑白两种颜色，多进制的画就有好多种颜色混合在一起。
但是这种复杂也带来了一些挑战。
比如说在接收端，要更准确地判断这个复杂的信号到底代表啥数字就有点难度，就像你在一堆五颜六色的小珠子里找特定颜色组合的珠子一样。
在实际的通信系统里，多进制数字调制可是大功臣呢。
多进制数字调制技术
概述
特点
在相同的码元传输速率下，多进制调制系统信息传输速率 比二进制系统高。
Rb RBN log 2 N
b
s
在相同的信息传输速率下，多进制码元传输速率比二进制 低。增大码元宽度，会增加码元能量，并能减少由于信道 特性引起的码间干扰的影响。 在相同的噪声下，多进制数字调制系统的抗噪声性能低于 二进制数字调制系统。
k
RS W 1
概述
常见的多进制调制：多振幅调制（MASK）、多频率调制、多相位调 制以及它们的组合等。 多进制调制提高了信息速率，同时节约了频带。但是误码率会增加。
概述
在相同时间内二进制编码只传输6位二进制数，但多进制 编码共传输了12位二进制
（a）用二进制数进行传输二进制数“101101”的波形图 （ b ）是用四进制数传输四进制数 “011011100010 （用二进制表示四 进制数）的波形图
项目1-2 数字调制技术
鄢立
多进制调制技术
录
目
Contents
02
01
概述 多进制数字调制技术
Part
01
概述
鄢 立
概述
为了有效利用频带，提高信息传输速率而采用多进制调制。 多进制调制通常以降低功率利用率为代价来提高其频带利用 率。 （1）频带利用率——单位频带内所能传输的最大比特率。频 带利用率大于2bit/Hz的调制为高效调制。 （2）功率利用率——误码率达到要求时所需的最小信号与噪 声的功率比值。
多进制频移键控（MFSK）
利用串并变换电路和逻辑电路将输入的二进制码转换成多 进制码。当某组二进制码到来时，逻辑电路的输出仅打开 相应的一个门电路，将和该门电路相应的载波发送出去； 其他频率对应的门电路此时是关闭的。当一组组二进制码 元输入时，通过相加器输出的就是一个多进制频率键控的 波形。
多进制数字调制技术及应用
多进制数字调制技术及应用
多进制数字调制技术是一种将数字信号转化为不同进制数字的技术。
常用的数字进制有二进制、八进制、十进制和十六进制，不同进制数字可以用不同的符号表示。
在通信系统、计算机网络、数字信号处理、电力系统等领域都有广泛的应用。
在计算机领域，多进制数字调制技术被广泛应用于数据传输和存储。
计算机内部使用二进制数字表示数据，而外部输入输出的数据则常常使用八进制或十六进制数字表示，便于人们理解和操作。
同时，不同进制数字之间的转换也是计算机编程中的基本操作之一。
在通信系统中，多进制数字调制技术可以用于数字信号的编码和解码。
常见的数字调制方法包括ASK、FSK、PSK、QAM等，这些方法都可以将数字信号转化为不同进制数字进行传输。
例如，QAM技术常用的是十六进制数字表示，可实现高速数据传输和高传输效率。
在电力系统中，多进制数字调制技术可以用于电力系统的控制与保护。
例如，电力系统中的控制设备常使用二进制数字表示开关状态、变量状态等信息，以便进行控制和监测。
总之，多进制数字调制技术是一种非常重要的技术，在许多领域都有应用，它可以大大提高数据传输和处理的效率。
在数字化时代，我们需要更加深入地了解和
掌握这一技术。
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由信息传输速率Rb、码元传输 速率RB和进制数M之间的关系
信息传输速率不变，增加进制数M，可以降 低码元传输速率，减小信号带宽，节约频 带资源，提高系统频带利用率
由关系式
码元传输速率不变的情况下，通过增加进 制数M，可以增大信息传输速率，从而在 相同的带宽中传输更多的信息量。
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M进制数字频率调制系 统的误码率性能曲线
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5.5 多进制数字调制与解调原理
数字通信原理
1
多进制数字振幅调制系统 多进制数字频率调制系统
2
3
多进制数字相位调制系统
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多进制数字相位调制系统
数字通信原理
多进制数字相位调制(MPSK)信号 QPSK信号的产生与解调 QDPSK信号的产生与解调 QPSK及QDPSK系统的误码率性能
0 －20 8PSK －40 －60
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2PSK 4PSK
M越大，功率谱主瓣越窄， 从而频带利用率越高。
多进制数字相位调制系统
数字通信原理
多进制数字相位调制(MPSK)信号 QPSK信号的产生与解调 QDPSK信号的产生与解调 QPSK及QDPSK系统的误码率性能
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时间波形图
数字通信原理
s(t) 3A 2A A 0 2 3 0 1
TB
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M进制数字振幅调制信号性能
数字通信原理
功率谱：与2ASK信号具有相 似的形式 带宽：在信息传输速率相同 时，码元传输速率降低为 2ASK信号的1/log2M倍，因此 M进制数字振幅调制信号的带 宽是2ASK信号的1/log2M倍。 误码率:为了得到相同的误码 率，所需的信噪比随M增加而 增大
QPSK信号的产生与解调
数字通信原理
四进制绝对移相键控(QPSK或4PSK)利用载波 的四种不同相位来表示数字信息。
由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此每 个四进制码元可用两个二进制码元的组合来表示 双比特与载波相位的关系
双比特码元 a b 0 0 1 0 1 1 0 1 载波相位(φn) A方式 B方式 0° 225° 90° 315° 180° 45° 270° 135°
数字通信原理
在信道频带受限时，为了提高频带利用率， 通常采用多进制数字调制系统。其代价是增 加信号功率和实现上的复杂性。 多进制数字调制：用多进制数字基带信号去 调制载波的振幅、频率或相位，则可相应地 产生多进制数字振幅调制、多进制数字频率 调制和多进制数字相位调制。
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多进制数字调制的特点
低通 滤波器
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QPSK信号的产生与解调
数字通信原理
QPSK信号的矢量图
双比特码元 a b 0 0 1 0 1 1 0 1
10
载波相位(φn) A方式 B方式 0° 225° 90° 315° 180° 45° 270° 135°
01 00 11
45°
参考相位
A方式
11
参考相位
B方式
01
00
10
数字通信原理
M进制数字相位调制信号可以表示为
式中：
g(t)--信号包络波形，通常为矩形波，幅度为1 Ts--码元时间宽度
ωc--载波角频率
ϕn--第n个码元对应的相位，共有M种取值
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表示形式二（正交形式）
数字通信原理
M进制数字相位调制信号也可表示为正交形式
式中：
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双比特码元 a b 0 0 0 1 1 1 1 0
载波相位(φn) 0° 90° 180° 270°
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QDPSK信号产生原理图
数字通信原理
c －π/4 移相 输入 串/并 a 码变换 变换 b d 载波 振荡
输出
－π/4 移相
串/并变换器将输入的二进制序列分为速率减半的两个并行 序列和，再通过差分编码器将其编为四进制差分码，然后用 绝对调相的调制方式实现QDPSK信号。
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4DPSK信号的解调方式
数字通信原理
相干解调加码反变换器方式(极性比较法) 差分相干解调方式(相位比较法)
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相干解调加码反变换器方式(极性比较法)
数字通信原理
低通 滤波器 输入 带通 滤波器 位定时
抽样 判决
a 并/串 变换 码反 变换 输出
低通 滤波器
抽样 判决
5.5 多进制数字调制与解调原理
数字通信原理
1
多进制数字振幅调制系统
2
多进制数字频率调制系统
多进制数字相位调制系统
3
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多进制数字振幅调制系统
数字通信原理
M进制数字振幅调制信号的载波幅度有M种取 值，在每个符号时间间隔Ts内发送M个幅度 中的一种幅度的载波信号。
g(t)为基带信号波形 Ts为符号时间间隔 an为幅度值
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QPSK信号的产生与解调
数字通信原理
QPSK信号产生的两种方法
相位选择法
正交调制法
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相位选择法
数字通信原理
相位选择法产生4PSK信号原理图
输入
串/并 变换
逻辑选相 电路
45° 135°225°315°
带通滤波器
输出
抽样 判决器
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QPSK信号的产生与解调
数字通信原理
误码率：实线为采用相干解调 方式，虚线为采用非相干解调 方式 可见：
在M一定的情况下，信噪比r越大， 误码率Pe越小； 在r一定的情况下，M越大，误码 率Pe也越大。 相干解调和非相干解调的性能差 距将随M的增大而减小； 同一M下，随着信噪比r的增加非 相干解调性能将趋于相干解调性 能。
b
载波 恢复
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4DPSK信号的解调方式
数字通信原理
相干解调加码反变换器方式(极性比较法) 差分相干解调方式(相位比较法)
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差分相干解调方式(相位比较法)
数字通信原理
低通 滤波器 输入
带通 滤波器 延迟 TS 移相 位定时
抽样 判决
a
并/串 输出 变换
抽样 判决 b
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5.5.3多进制数字相位调制系统
数字通信原理
多进制数字相位调制(MPSK)信号 QPSK信号的产生与解调 QDPSK信号的产生与解调 QPSK及QDPSK系统的误码率性能
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三、QDPSK信号的产生与解调
数字通信原理
QDPSK信号是利用前后码元之间的相对相位变 化来表示数字信息。 若以前一双比特码元相位作为参考，Δϕn为 当前双比特码元与前一双比特码元初相差， 则信息编码与载波相位变化关系如下表所示
b
(0,0)
b(0)
(1,0)
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正交调制法波形
数字通信原理
a 输入
Q +1
串/并 变换
载波 振荡
输出
－π/2 移相 -1 0 -1 +1
I
b
1 0 0 1 1 1 1 0 1 11
t t
I(t)
+1 -1
Q(t)
+1 -1
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t
QPSK信号相位编码逻辑关系
数字通信原理
表示形式三（矢量图）
数字通信原理
四进制数字相位调制信号矢量图
1 0 1
参考相位 参考相位
0
八进制数字相位调制信号矢量图
010 011 001 000 100 110 111
参考相位
101
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M进制数字相位调制信号的功率谱
数字通信原理
图中给出了信息速率相同时2PSK、4PSK和 8PSK信号的单边功率谱。
对QPSK信号的解调可以采用与2PSK信号类似的解调 方法进行解调
低通 滤波器 输入 带通 滤波器 位定时 抽样 判决 a 并/串 输出 变换 抽样 判决 b
低通 滤波器
载波 恢复
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QPSK信号的解调
数字通信原理
在2PSK信号相干解调过程中会产生相位模 糊。 对180°4PSK信号相干解调也会产生相位模 糊问题，并且是0°、90°、180°和270° 四个相位模糊。 在实际中更实用的是四相相对移相调制， 即QDPSK方式。
M进制数字振幅调制系统 的误码率Pe性能曲线
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5.5 多进制数字调制与解调原理
数字通信原理
1 2 3
多进制数字振幅调制系统 多进制数字频率调制系统 多进制数字相位调制系统
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多进制数字频率调制系统
数字通信原理
多进制数字频率调制(MFSK)简称多频调制， 它是2FSK方式的推广。
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多进制数字相位调制 (MPSK) 信号
数字通信原理
多进制数字相位调制（MPSK）是利用载波的 多种不同相位来表征数字信息的调制方式。 多进制数字相位调制(MPSK)信号的表示形式
表示形式一（一般形式） 表示形式二（正交形式） 表示形式一（矢量图）
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表示形式一（一般形式）
CCEE
第五章 数字调制与解调
数字通信原理
主要内容
数字通信原理
5.1 引 言 5.2 二进制数字调制与解调原理 5.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能