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1、第5章 调制的基本概念2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系1第1页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系2n 数字调制概述数字调制概述n 编码与调制的权衡编码与调制的权衡n 网格编码调制网格编码调制（TCM）n 多载波调制和多载波调制和OFDM主要内容主要内容第2页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系3参考书参考书n n数字通信数字通信数字通信数字通信基础与应用（第二版）基础与应用（第二版）基础与应用（第二版）基础与应用（第二版）Digital Communication Fundamentals and Digital Commun
2、ication Fundamentals and Digital Communication Fundamentals and Digital Communication Fundamentals and ApplicationsApplicationsApplicationsApplications（Second EditionSecond EditionSecond EditionSecond Edition）美美美美 Bernard SklarBernard SklarBernard SklarBernard Sklar著著著著(徐平平等译徐平平等译徐平平等译徐平平等译),),),),电
3、子工业出版社。电子工业出版社。电子工业出版社。电子工业出版社。n n数字通信（第三版）数字通信（第三版）数字通信（第三版）数字通信（第三版）Digital Communications Digital Communications Digital Communications Digital Communications（Third EditionThird EditionThird EditionThird Edition）美美美美 John G.Proakis John G.Proakis John G.Proakis John G.Proakis 著（张力军等译），电子工业出版社著（张力
4、军等译），电子工业出版社著（张力军等译），电子工业出版社著（张力军等译），电子工业出版社n n现代数字通信原理现代数字通信原理现代数字通信原理现代数字通信原理 曹志刚等著，清华大学出版社曹志刚等著，清华大学出版社曹志刚等著，清华大学出版社曹志刚等著，清华大学出版社n n移动通信中的关键技术移动通信中的关键技术移动通信中的关键技术移动通信中的关键技术 吴伟陵编著，北京邮电大学出版社吴伟陵编著，北京邮电大学出版社吴伟陵编著，北京邮电大学出版社吴伟陵编著，北京邮电大学出版社第3页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系4第第5章章 数字调制总结数字调制总结5.1 数字调制、解调
5、的基本概念数字调制、解调的基本概念n为什么要调制？为什么要调制？将数字信号转换成适合信道传输的将数字信号转换成适合信道传输的波性，或者说将数字信号映射成与信道波性，或者说将数字信号映射成与信道特性相匹配的形式。特性相匹配的形式。第4页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系5基带调制与带通调制基带调制与带通调制n基带调制基带调制传输信道传输信道传输波形传输波形调制方法调制方法第5页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系6n带通调制带通调制传输信道传输信道传输波形传输波形调制方法调制方法为什么一定用载波来实现基带信号的无线为什么一定用载波来实现基带信
6、号的无线传输？传输？基带调制与带通调制基带调制与带通调制第6页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系7n如何进行数字带通调制？如何进行数字带通调制？从编码符号集编码符号集到调制波形集调制波形集的映射。映射过程映射过程：先从信息序列：先从信息序列an中一次提中一次提取出取出k=log2M 个二进制个二进制符号（信道比特）符号（信道比特）构成构成码元码元，再从，再从M=2k个确定的波形个确定的波形sm(t),m=1，2，M中选择之一与中选择之一与码元码元相对应，然后将波形送往信道。相对应，然后将波形送往信道。第7页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信
7、系8例5-1n n信息序列信息序列a an n=01 11 10 00 n n波形数波形数M=4，4 4PSKPSK/2/2系统系统b1b2b3b4第8页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系9n可调制的载波参数可调制的载波参数频率：频率：FSK（频移键控）频移键控）、MFSK相位：相位：BPSK（相移键控）相移键控）、MPSK幅度：幅度：ASK（幅移键控）、幅移键控）、MASK 联合：联合：幅度幅度幅度幅度+相位相位相位相位:QAM（正交幅度调制）正交幅度调制）第9页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系10n n解调：是指从接收到的信号中是指
8、从接收到的信号中恢复出被调制的恢复出被调制的波形波形。n n检测：是指从采样点的是指从采样点的判决过程判决过程。第10页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系11n解调和检测：对于对于数字通信数字通信，解调和检测可以互换；，解调和检测可以互换；Why?第11页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系12n相干检测和非相干检测相干检测和非相干检测相干检测：在接收端，如果接收机利：在接收端，如果接收机利用了载波的用了载波的相位信息相位信息来检测信号，称为来检测信号，称为相干检测（相干检测（coherent detection）；非相干检测非相干检测：如
9、果没有利用相位参考信：如果没有利用相位参考信息，则称为非相干检测息，则称为非相干检测（noncoherent detection）。）。第12页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系135.2 调制、解调的主要功能调制、解调的主要功能1、频谱搬移、频谱搬移 解决信源信号与客观信道特性解决信源信号与客观信道特性匹配匹配问题问题，是调制解调的最原始、最基本的，是调制解调的最原始、最基本的功能。功能。第13页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系142、干扰小、干扰小/发射能量集中（功率有效性）发射能量集中（功率有效性）调制后具有较小的功率谱占用率：主
10、瓣调制后具有较小的功率谱占用率：主瓣有尽可能多的信号能量，且波瓣窄；有尽可能多的信号能量，且波瓣窄；带外带外衰衰减大、旁瓣小，对其它信道干扰小。减大、旁瓣小，对其它信道干扰小。fG(f)下降快旁瓣小第14页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系153、提高系统有效性（即频谱有效性）、提高系统有效性（即频谱有效性）提高频带利用率，即单位频带内传送尽可能提高频带利用率，即单位频带内传送尽可能多的信号能量（多的信号能量（bit/s/Hz）。）。这体现了通信系统的数量指标，即有效性。这体现了通信系统的数量指标，即有效性。4、工程还需要调制、解调方法简单、体积、工程还需要调制、解
11、调方法简单、体积小、价格低。小、价格低。第15页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系165.3 数字调制、解调分类数字调制、解调分类1、有记忆调制和无记忆调制、有记忆调制和无记忆调制有记忆调制：有记忆调制：有记忆调制：有记忆调制：当数字序列当数字序列当数字序列当数字序列 a an n 到波形的映射到波形的映射到波形的映射到波形的映射受到约束时，即在任何时间间隔发送的波形受到约束时，即在任何时间间隔发送的波形受到约束时，即在任何时间间隔发送的波形受到约束时，即在任何时间间隔发送的波形仅取决于一个或多个仅取决于一个或多个仅取决于一个或多个仅取决于一个或多个先前先前先前先前
12、发送的波形，这种发送的波形，这种发送的波形，这种发送的波形，这种调制称为有记忆调制。调制称为有记忆调制。调制称为有记忆调制。调制称为有记忆调制。无记忆调制：无记忆调制：无记忆调制：无记忆调制：当序列当序列当序列当序列 a an n 到波形到波形到波形到波形 s smm(t)(t)的映的映的映的映射没有受到射没有受到射没有受到射没有受到先前先前先前先前发送波形的约束时，这种调发送波形的约束时，这种调发送波形的约束时，这种调发送波形的约束时，这种调制称为无记忆调制。制称为无记忆调制。制称为无记忆调制。制称为无记忆调制。n nASK、PSK、MSK第16页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子
13、信息工程学院通信系172、线性调制和非线性调制、线性调制和非线性调制线性调制：线性调制：当数字序列当数字序列a an到波形的映射中到波形的映射中叠加原理叠加原理适用，这种调制称为线性调制。适用，这种调制称为线性调制。非线性调制：非线性调制：序列序列序列序列 an n到波形到波形s smm(t)的映射的映射的映射的映射中中中中叠加原理叠加原理不再适用，这种调制称为非线不再适用，这种调制称为非线性调制。性调制。第17页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系183、正交调制和非正交调制、正交调制和非正交调制正交调制：正交调制：正交调制：正交调制：调制后生成的多个信号调制后生成
14、的多个信号是正交是正交的，如：的，如：OFDM、MFSK；非正交调制：非正交调制：调制后生成的多个信号调制后生成的多个信号调制后生成的多个信号调制后生成的多个信号是非正是非正是非正是非正交的（交的（交的（交的（向量星座图可以用一个平面描绘向量星座图可以用一个平面描绘向量星座图可以用一个平面描绘向量星座图可以用一个平面描绘），），如：如：QAM、MPSKMPSK；两种调制方式表现出来的特征完全相反。两种调制方式表现出来的特征完全相反。第18页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系194、基于最基本、最简单的二进制数字、基于最基本、最简单的二进制数字调制方式分类调制方式分类
15、基于基于基于基于2 2ASKASK：向多进制发展，产生了正交幅向多进制发展，产生了正交幅度调制度调制QAM、MQAM（星座调制）。星座调制）。基于基于基于基于2 2FSK：向多进制发展，产生了向多进制发展，产生了向多进制发展，产生了向多进制发展，产生了MFSK调制，频率正交调制，频率正交OFDM。基于基于2PSK：向多进制发展，产生了向多进制发展，产生了QPSKQPSK、OQPSKOQPSK、QPSK QPSK、MPSKMPSK以及以及DQPSK等等等等 。第19页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系205、为了进一步改善相位跃变带来的、为了进一步改善相位跃变带来的频
16、频谱扩展谱扩展和和幅度上变化幅度上变化，引入了连续相位，引入了连续相位调制（调制（CPM）：）：最小频移键控最小频移键控 MSK高斯型最小移键控高斯型最小移键控 GMSK 平滑调频平滑调频TFM第20页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系21数字调制分类表数字调制分类表第21页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系225.4 数字带通调制数字带通调制5.4.1 相移键控（相移键控（PSK）1、数学模型表达式、数学模型表达式相位相位相位相位 i(t)(t)有有有有M个离散值，可以表示为：个离散值，可以表示为：第22页，本讲稿共27页2023/2/
17、9天津大学电子信息工程学院通信系23对于对于对于对于BPSKBPSK，M=2M=2；对于对于对于对于QPSKQPSK，M=4 M=4；等等。等等。等等。等等。2、波形、波形 TTT第23页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系245.4.2 频移键控（频移键控（FSK）1、数学模型表达式、数学模型表达式 频率频率 i(t)有有MM个离散值，相位个离散值，相位个离散值，相位个离散值，相位 是任意常数是任意常数是任意常数是任意常数值。值。值。值。一般情况下，一般情况下，FSK波形在码元跳变处频率波形在码元跳变处频率发生明显的改变。发生明显的改变。第24页，本讲稿共27页20
18、23/2/9天津大学电子信息工程学院通信系252、波形（、波形（M=3）n n若码元跳变处，一个频率到另一个频率的若码元跳变处，一个频率到另一个频率的变化是平稳的，这被称为连续相位变化是平稳的，这被称为连续相位FSK（Continuous-Phase FSK，CPFSK）。）。TTT第25页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系265.4.3 幅移键控（幅移键控（ASK）信息对应着载波幅度的变化。在当代的信息对应着载波幅度的变化。在当代的数字通信中，幅移键控很少使用。数字通信中，幅移键控很少使用。第26页，本讲稿共27页2023/2/9天津大学电子信息工程学院通信系275.4.4 振幅相位联合键控（振幅相位联合键控（QAM，正交幅度正交幅度调制）调制）1 1、数学模型表达式、数学模型表达式、数学模型表达式、数学模型表达式 2 2、波形、波形、波形、波形TTT第27页，本讲稿共27页