1、第7章 數字信號的頻帶傳輸 第第7章章 數字信號的頻帶傳輸數字信號的頻帶傳輸 7.1 二進制幅度鍵控二進制幅度鍵控(2ASK) 7.2 二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控(2FSK) 7.3 二進制相移鍵控二進制相移鍵控(2PSK) 7.4 二進制差分相移鍵控二進制差分相移鍵控(2DPSK) 7.5 多進制數字調制多進制數字調制 第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.1二進制幅度鍵控（二進制幅度鍵控（2ASK） 數字信號有兩種傳輸方式，一種是第6章討論的基帶傳輸方式，另一種就是本章要介紹的調制傳輸或稱為頻帶傳輸。第7章 數字信號的頻帶傳輸 在通信系統中實際使用的信道多為帶通型，例如各個頻段的無線信道、限定

2、頻率范圍的同軸電纜等。而我們知道數字基帶信號往往具有豐富的低頻成分，只適合在低通型信道中傳輸（比如雙絞線），為了使數字信號能在帶通信道中傳輸，必須采用數字調制方式。那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數字信號呢？主要原因是帶通型信道比低通型信道帶寬大得多，可以采用頻分復用技術傳輸多路信號；另外，若要利用無線電信道，必須把低頻信號“變”成高頻信號。第7章 數字信號的頻帶傳輸 在第2章我們已經了解了模擬信號的各種調制方式，并完成了把低頻信號“搬移”到高頻處或指定頻段（為了頻分復用或無線電發射）的任務。同樣的概念依然適用于對數字信號的處理。用數字基帶信號對載波進行調制，使基帶信號的功率譜（頻譜）搬移到

3、較高的載波頻率上，這種信號處理方式稱為數字調制，相應的傳輸方式稱為數字信號的調制傳輸、載波傳輸或頻帶傳輸。第7章 數字信號的頻帶傳輸 和模擬調制相似，數字調制所用的載波一般也是連續的正弦型信號，但調制信號則為數字基帶信號。理論上講，載波形式可以是任意的（比如三角波、方波等），只要適合在帶通信道中傳輸即可。之所以在實際通信中多選用正弦型信號，是因為它具有形式簡單、便于產生和接收等特點。與模擬調制中的幅度調制、頻率調制和相位調制相對應，數字調制也分為三種基本方式：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。第7章 數字信號的頻帶傳輸 所謂“鍵控”是指一種如同“開關”控制的調制方式。

4、比如對于二進制數字信號，由于調制信號只有兩個狀態，調制后的載波參量也只能具有兩個取值，其調制過程就像用調制信號去控制一個開關，從兩個具有不同參量的載波中選擇相應的載波輸出，從而形成已調信號。“鍵控”就是這種數字調制方式的形象描述。第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.1.12ASK調制的基本原理及波形表達式 在2ASK中，載波幅度隨著調制信號1和0的取值而在兩個狀態之間變化。二進制幅度鍵控中最簡單的形式稱為通斷鍵控（OOK），即載波在數字信號1或0的控制下來實現通或斷。OOK信號的時域表達式為 sOOK(t)=anAcosct (71) 這里，A為載波幅度，c為載波頻率， an為二進制數字信息，an

5、可表示為1,0,na出現概率為P 出現概率為1-P (72) 第7章 數字信號的頻帶傳輸 在一般情況下，調制信號是具有一定波形形狀的二進制脈沖序列，可表示為( )()nsnB ta g tnT(73) 這里，Ts為調制信號間隔，g(t)為單極性脈沖信號的時間波形，an為式（72）表示的二進制數字信息。比如當序列an為1001時所對應的B(t)波形以及B(t)對載波信號進行調制所得的OOK的典型波形如圖71所示。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖71 OOK信號波形 1001anB(t)sOOK(t)00A Att第7章 數字信號的頻帶傳輸 二進制幅度鍵控信號的一般時域表達式為( )()cosASK

6、nscnsta g tnTt(74) 此式為雙邊帶調幅信號的時域表達式，它說明2ASK（OOK）信號是雙邊帶調幅信號。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.1.2 2ASK調制的頻域特性 若二進制序列的功率譜密度為PB()，2ASK信號的功率譜密度為PASK()，則有1( )()()4ASKBcBcPPP(75) 第7章 數字信號的頻帶傳輸 由式（75）可知幅度鍵控信號的功率譜是基帶信號功系譜的線性搬移，所以2ASK調制為線性調制，其頻譜寬度是二進制基帶信號的兩倍。圖72給出OOK信號的功率譜示意圖。由于基帶信號是矩形波，其頻譜寬度從理論上來說為無窮大，以載波c為中心頻率，在功率譜密度的第一對過零

7、點之間集中了信號的主要功率，因此,通常取第一對過零點的帶寬作為傳輸帶寬，稱之為譜零點帶寬。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖72 OOK信號的功率譜 0fPB( f )0 fcfcfc fsfc fsfc fsfc fsfPASK( f )(a)(b) fsfs第7章 數字信號的頻帶傳輸 由圖72（b）可知，OOK信號的譜零點帶寬Bs=2fs，fs為基帶信號的譜零點帶寬，在數量上與基帶信號的碼元速率Rs相同。這說明OOK信號的傳輸帶寬是碼元速率的2倍。 為了限制頻帶寬度，可以采用帶限信號作為基帶信號。圖73給出基帶信號為升余弦滾降信號時，2ASK信號的功率譜密度示意圖。第7章 數字信號的頻帶傳輸

8、圖73 升余弦滾降基帶信號的2ASK信號功率譜fc Bfc B fcfcfc Bfc BBB0PB( f )PASK( f )ff(a) 基帶信號功率譜(b) 已調信號功率譜0第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.1.3 2ASK調制器 二進制幅度鍵控的調制器可以用一個相乘器來實現，如圖74所示。對于OOK信號來說，相乘器可用一個開關電路來代替。圖7.4 2ASK調制器 基帶信號已調信號載波 Acosct第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.1.4 2ASK解調器 和模擬常規調幅信號的解調一樣，2ASK信號也有包絡檢波和相干解調兩種方式，兩種解調器的方框圖如圖75所示。由于被傳輸的是數字信號1和0，因此，

9、在每個碼元持續期間要用抽樣判決電路對低通濾波器的輸出作一次判決以確定信號取值。相干解調需要在接收端產生一個本地的相干載波，由于設備復雜，因此在2ASK系統中很少使用。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖75 2ASK解調器帶通濾波器半波或全波整流器低通濾波器抽樣判決器輸出輸入定時脈沖帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器輸出輸入定時脈沖cosct(a) 包絡檢波(b) 相干解調第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 7.2.1 2FSK調制的基本原理及波形表達式 2FSK是利用載波的頻率變化來傳遞數字信息的。在二進制情況下，1對應于載波頻率f1，0對應 于載波頻

10、率f2。2FSK信號在形式上如同兩個不同頻率交替發送的ASK信號相疊加，因此已調信號的時域表達式為212( )()cos()cosFSKnsnsnnsta g tnTta g tnTt(76) 第7章 數字信號的頻帶傳輸 這里，1=2f1，2=2f2， 是an的反碼, 和an可表示為nana01na概率為P 概率為1-P 10na概率為P 概率為1-P (77) 第7章 數字信號的頻帶傳輸 在最簡單也是最常用的情況下，g(t)為單個矩形脈沖。2FSK信號的波形如圖7-6（a）所示，該波形可分解為圖（b）和圖（c）所示的波形。 2FSK信號還可以表示為 11222( )cos2( )( )cos

11、2FSKs tAf tsts tAf t(78) 設兩個載頻的中心頻率為fc，頻差為f即12212cffffff （79） （710） 第7章 數字信號的頻帶傳輸 f2f1f1f2f1f1f2f2ttt(a)(b)(c)圖 7-6第7章 數字信號的頻帶傳輸 則我們定義調制指數（或頻移指數）h為21ssfffhRR（711） 式中,Rs是數字基帶信號的速率。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.2.2 2FSK調制的頻域特性 圖77給出了h0.5、h=0.7、h=1.5時2FSK信號的功率譜示意圖。功率譜以fc為中心對稱分布。在f較小時功率譜為單峰。隨著f的增大，f1和f2之間的距離增大，功率譜出現

12、了雙峰，這時的頻帶寬度可近似表示為 B2FSK2BB+|f2-f1| （712） 式中,BB為基帶信號的帶寬。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖77 2FSK信號功率譜 fc fsfcfc fsfP2FSK( f )h0.5h0.7h1.5第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.2.3 2FSK調制器 在FSK信號中，當載波頻率發生變化時，一般來說載波的相位變化是不連續的。這種信號稱為相位不連續的FSK信號。相位不連續的FSK信號通常用頻率選擇法產生，方框圖如圖7-8所示，兩個獨立的振蕩器作為兩個頻率的載波發生器，它們受控于輸入的二進制信號。二進制信號通過兩個門電路控制其中一個載波信號通過。第7章 數字信

13、號的頻帶傳輸 圖78 2FSK調制器 振蕩器1門1倒相器求和器振蕩器2門2二進制信息(NRZ)2FSK信號第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.2.4 2FSK解調器 2FSK信號的解調也有非相干和相干兩種。FSK信號可以看作是用兩個頻率源交替傳輸得到的，所以FSK接收機由兩個并聯的ASK接收機組成。圖79示出非相干FSK和相干FSK接收機方框圖，其原理和ASK信號的解調相同。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖79 2FSK解調器 帶通濾波器11包絡檢波器1抽樣判決器帶通濾波器22包絡檢波器2抽樣脈沖輸出輸入(a) 非相干解調帶通濾波器11帶通濾波器22低通濾波器1相乘器相乘器低通濾波器2抽樣判決器抽樣

14、脈沖輸出輸入cos1tcos2t(b) 相干解調第7章 數字信號的頻帶傳輸 2FSK信號還有其它的解調方法，其中過零檢測法是一種常用而簡便的解調方法。2FSK信號的過零點數隨載頻的變化而不同，因此，檢測出過零點數就可以得到載頻的差異，從而進一步得到調制信號的信息。過零檢測法的原理框圖及各點波形如圖710所示。FSK信號經限幅、微分、整流后形成與頻率變化相對應的脈沖序列，由此再形成相同寬度的矩形波。此矩形波的低頻分量與數字信號相對應，由低通濾波器濾出低頻分量，然后經抽樣判決，即可得到原始的數字調制信號。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖710 2FSK信號過零檢測法 限 幅微 分整 流寬 脈 沖發

15、生低 通abcdefabcdef第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.3 二進制相移鍵控（二進制相移鍵控（2PSK） 7.3.1 2PSK調制的基本原理及波形表達式 二進制相移鍵控（2PSK）是用二進制數字信號控制載波的兩個相位，這兩個相位通常相隔弧度，例如用相位0和分別表示1和0，所以這種調制又稱二相相移鍵控（BPSK）。二進制相移鍵控信號的時域表達式為2( )()cosPSKnscnsta g tnTt(713) 第7章 數字信號的頻帶傳輸 這里的an為雙極性數字信號，即11na概率為P 概率為1-P (714) 如果g(t)是幅度為1，寬度為Ts的矩形脈沖，則2PSK信號可表示為 s2PSK(

16、t)=cosct (715) 當數字信號的傳輸速率Rs=1/Ts與載波頻率間有整數倍關系時，2PSK信號的典型波形如圖711所示。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖711 2PSK信號典型波形 11000tAATs第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.3.2 2PSK調制的頻域特性 將式（713）所示的2PSK信號與式（74）所示的2ASK信號相比較，它們的表達式在形式上是相同的，其區別在于2PSK信號是雙極性不歸零碼的雙邊帶調制，而2ASK信號是單極性非歸零碼的雙邊帶調制。由于雙極性不歸零碼沒有直流分量，因此2PSK信號是抑制載波的雙邊帶調制。這樣，2PSK信號的功率譜與2ASK信號的功率譜相同，只是

17、少了一個離散的載波分量，也屬于線性調制。第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.3.3 2PSK調制器 2PSK調制器可以采用相乘器，也可以采用相位選擇器，如圖712所示。圖712 2PSK調制器 電平轉換載波發生器二進制基帶信號(單極性NRZ)雙極性NRZ已調信號cosct選相開關二進制基帶信號(雙極性NRZ)已調信號載波發生器0(a) 相乘法(b) 相位選擇法第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.3.4 2PSK解調器 由于PSK信號的功率譜中無載波分量，因此必須采用相干解調的方式。在相干解調中，如何得到同頻同相的本地載波是個關鍵問題。只有對PSK信號進行非線性變換，才能產生載波分量。常用的載波恢復電路

18、有兩種，一種是圖713（a）所示的平方環電路，另一種是圖713（b）所示的科斯塔斯（Costas）環電路。 在以上兩種鎖相環中，設壓控振蕩器VCO輸出載波與調制載波之間的相位差為。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖713 載波恢復電路 帶通濾波器平方環路濾波器VCO2x(t)載波(a) 平方環鎖相環低通濾波器低通濾波器(b) 科斯塔斯環VCOcos(ct)90sin(ct)環路濾波器相位誤差x(t)udup第7章 數字信號的頻帶傳輸 分析可知，在=n（n為任意整數）時,VCO都處于穩定狀態。這就是說，經VCO恢復出來的本地載波與所需要的相干載波可能同相，也可能反相。這種相位關系的不確定性，稱為0

19、,相位模糊度。 2PSK相干解調器如圖714所示。 2PSK信號的調制和解調過程如表71所示。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖714 2PSK相干解調器 帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器位定時恢復本地載波恢復輸入BPSK信號二進制信號第7章 數字信號的頻帶傳輸 表71 2PSK信號的調制和解調過程 第7章 數字信號的頻帶傳輸 碼元相位表示碼元所對應的PSK信號的相位，1和2表示相位為的PSK信號分別與相位為1和2的本地載波相乘。這樣我們看到本地載波相位的不確定性造成了解調后的數字信號可能極性完全相反，形成1和0的倒置，引起信息接收錯誤。為了克服相位模糊度對于解調的影響，通常要采用差分相移鍵

20、控的調制方法。第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.4 二進制差分相移鍵控（二進制差分相移鍵控（2DPSK） 7.4.1 2DPSK調制的基本原理及波形表達式 在2PSK信號中，調制信號的1和0對應的是兩個確定不變的載波相位（比如0和），由于它是利用載波相位絕對數值的變化傳送數字信息的，因此又稱為絕對調相。而利用前后碼元載波相位相對數值的變化也同樣可以傳送數字信息，這種方法稱為相對調相。第7章 數字信號的頻帶傳輸 相對調相信號的產生過程是，首先對數字基帶信號進行差分編碼，即由絕對碼變為相對碼（差分碼），然后再進行絕對調相。基于這種形成過程的二相相對調相信號稱為二進制差分相移鍵控信號，記作2DPSK。

21、2DPSK調制器方框圖及波形如圖715所示。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖715 2DPSK調制器及波形 差分編碼二進制信息(絕對碼)單極NRZ(相對碼)電平轉換相乘器雙極NRZ載波發生器2DPSK信號第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖715 2DPSK調制器及波形 1001011011100100絕對碼相對碼載波2DPSK信號第7章 數字信號的頻帶傳輸 差分碼可取傳號差分碼或空號差分碼。傳號差分碼的編碼規則為 bn=an bn-1 式中, 為模2加，bn-1為bn的前一個碼元，最初的bn-1可任意設定。由已調信號的波形可知，在使用傳號差分碼的條件下，載波相位遇1變而遇0不變,載波相位的這種相對變

22、化就攜帶了數字信息。第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.4.2 2DPSK解調 對DPSK信號可以采用相干解調。由于本地載波相位模糊度的影響，解調得到的相對碼 也是1和0倒置的。但由相對碼恢復為絕對碼時，要按以下規則進行差分譯碼nb1nnnabb第7章 數字信號的頻帶傳輸 式中, 是 的前一個碼元。這樣得到的絕對碼只是反映了相鄰兩個相位的變化，即改變或者不改變，所以不會發生任何倒置現象。DPSK信號的相干解調之所以能克服載波相位模糊的問題，就是因為數字信息是用載波相位的相對變化來表示的。2DPSK的相干解調器和各點波形如圖716所示。 2DPSK信號的調制和解調過程如表72所示。1nbnb第7章

23、數字信號的頻帶傳輸 圖716 2DPSK相干解調器及各點波形 abcdef1000110抽樣判決器帶通相乘器低通碼(反)變換器2DPSK信號acdef二進制信息位定時本地載波b第7章 數字信號的頻帶傳輸 表72 2DPSK信號的調制和解調過程 第7章 數字信號的頻帶傳輸 DPSK信號的另一種解調方法是差分相干解調（又稱延遲解調），其方框圖和波形圖如圖717所示。用這種方法解調時不需要恢復本地載波，可由收到的信號單獨完成。將DPSK信號延時一個碼元間隔Ts，然后與DPSK信號本身相乘（相乘器起相位比較的作用），相乘結果經低通濾波后再抽樣判決即可恢復出原始數字信息。 只有DPSK信號才能采用這種解

24、調方法。 2DPSK信號的調制和延遲解調過程如表73所示。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 表73 2DPSK信號的調制和延遲解調過程 第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖717 2DPSK差分相干解調器及各點波形 abcd二進制信息e1000110抽樣判決器帶通相乘器低通2DPSK信號acde二進制信息b延遲Ts位定時2DPSK信號第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.5 多進制數字調制多進制數字調制 用多進制的數字基帶信號調制載波，就可以得到多進制數字調制信號。通常，取多進制數M為2的冪次（M2n）。當攜帶信息的參數分別為載波的幅度、頻率 或 相 位 時 ， 數 字 調 制 信 號 為 M 進 制 幅 度

25、 鍵 控（MASK）、M進制頻移鍵控（MFSK）或M進制相移鍵控（MPSK）。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 當信道頻帶受限時，采用M進制數字調制可以增大信息傳輸速率，提高頻帶利用率，這正是第1章中評價通信系統有效性時所提到的內容，即在不提高波特率的前提下，采用多進制信號提高比特率。第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.5.1多進制幅度鍵控（MASK） 1MASK信號的表達 在M進制的幅度鍵控信號中，載波幅度有M種取值。當基帶信號的碼元間隔為Ts時，M進制幅度鍵控信號的時域表達式為( )()cosMASKnncnsta g tnTt(716) 式中，g(t)為基帶信號的波形,c為載波的角頻率，an為幅

26、度值，an有M種取值。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 2MASK信號調制 由式（716）可知，MASK信號相當于M電平的基帶信號對載波進行雙邊帶調幅。為了了解MASK信號與2ASK信號的關系，圖718示意性畫出2ASK信號和4ASK信號的波形。圖718（a）為四電平基帶信號b(t)的波形，圖718（b）為4ASK信號的波形。圖718（b）所示的4ASK信號波形可等效為圖718（c）中的4種波形之和，其中3種波形分別是一個2ASK信號。 這就是說，MASK信號可以看成是由時間上互不相容的M-1個不同振幅值的2ASK信號的疊加。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 所以MASK信號的功率譜，便是這M-1個信

27、號的功率譜之和。盡管疊加后功率譜的結構是復雜的，但就信號的帶寬而言，當碼元速率Rs相同時，MASK信號的帶寬與2ASK信號的帶寬相同，都是基帶信號帶寬的2倍。但是M進制基帶信號的每個碼元攜帶有lbM比特信息，這樣在帶寬相同的情況下，MASK信號的信息速率是2ASK信號的lbM倍。或者說在信息速率相同的情況下MASK信號的帶寬僅為2ASK信號的1/lbM。第7章 數字信號的頻帶傳輸 MASK的調制方法與2ASK相同，但是首先要把基帶信號由二電平變為M電平。將二進制信息序列分為n個一組，nlbM，然后變換為M電平基帶信號。M電平基帶信號對載波進行調制，便可得到MASK信號。由于是多電平調制，因此要

28、求調制器在調制范圍內是線性的，即已調信號的幅度與基帶信號的幅度成正比。第7章 數字信號的頻帶傳輸 【例題71】 對數字基帶序列為01111000010010110001進行4ASK調制。 解 nlb42，故首先將序列每兩個一組變換為4電平信號，即用4組二進制碼對4種電平編碼。我們用00表示0，01表示1，10表示2，11表示3。當然，編碼方式不唯一。則原序列變為四電平序列：1320102301（如圖718（a）對載波調制后，可得4MASK波形如圖718（b）所示。第7章 數字信號的頻帶傳輸 (a)(b)TsB(t)000000s4ASK(t)s0(t)s1(t)s2(t)s3(t)123010

29、2301tttttt(c)圖 718第7章 數字信號的頻帶傳輸 MASK調制中最簡單的基帶信號波形是矩形。為了限制信號頻譜也可以采用其它波形，例如升余弦滾降信號或部分響應信號等。 3MASK信號解調 MASK信號的解調可以采用包絡檢波或相干解調的方法，其原理與2ASK信號的解調完全相同。第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.5.2多進制相移鍵控（MPSK） 1MPSK信號的表達 在M進制相移鍵控（MPSK）中，載波相位有M種取值。當基帶信號的碼元間隔為Ts時，MPSK信號可表示為2( )cos(),0,1,1sMPSKcisEsttiMT(717) 式中，Es為信號在一個碼元間隔內的能量，c為載波角

30、頻率，i為有M種取值的相位。第7章 數字信號的頻帶傳輸 MPSK信號僅用相位攜帶基帶信號的數字信息，為了表達出基帶信號與載波相位的聯系，可將碼元持續時間為Ts的基帶信號用矩形函數表示，即1( )0rect t0tTs 其它 (718) 這樣MPSK信號的表達式又可寫為 2( )()cos( )sMPSMscnsEstrect tnTtnT(719) 第7章 數字信號的頻帶傳輸 式中，矩形函數與基帶信號的碼元相對應；(n)為載波在t=nTs時刻的相位，取式（717）中i的某一種取值。i有M種取值，通常是等間隔的，即2,0,1,1iiiMM 式中,為初相位。為計算方便，設=0，將式（719）展開，

31、得 (720) 2coscos ( )()sinsin ( )2()sMPSKcscnnssssEstnrect tTtnTErect tnTT(721)第7章 數字信號的頻帶傳輸 令 2cos ( )2sin ( )snssnsEanTEbnT代入式（721），可得( )()cos()sinMPSKnscnscnnsta rect tnTtb rect tnTt(722)第7章 數字信號的頻帶傳輸 式（722）中的每一項都是一個M電平雙邊帶調幅信號即MASK信號，但載波是正交的。這就是說，MPSK信號可以看成是兩個正交載波的MASK信號的疊加，所以MPSK信號的頻帶寬度應與MASK信號的頻帶

32、寬度相同。與MASK信號一樣，當信息速率相同時，MPSK信號與2PSK信號相比，帶寬節省到1lbM，即頻帶利用率提高了lbM倍。 式（722）可簡寫成( )( )cos( )sin( )()( )()MPSKccnsnnsnstI ttQ ttI ta rect tnTQ tb rect tnT式中 (723)第7章 數字信號的頻帶傳輸 通常將式（723）的第一項稱為同相分量，第二項稱為正交分量。由此可知，MPSK信號可以用正交調制的方法產生。 MPSK信號是相位不同的等幅信號，所以用矢量圖可對MPSK信號進行形象而簡單的描述。在矢量圖中通常以0相位載波作為參考矢量。圖719中畫出M=2、4、

33、8三種情況下的矢量圖。當初始相位=0和=M時，矢量圖有不同的形式。2PSK信號的載波相位只有0和兩種取值，或者只有/2和3/2兩種取值，它們分別對應于數字信息1和0，見圖719（a）、（d）。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 4PSK時，4種相位為0、/2、和3/2，或者為/4、3/4、5/4、7/4，它們分別對應數字信息11、01、00和10，見圖719（b）、(e)。8PSK時，8種相位分別為0、/4、/2、3/4、5/4、3/2、7/4，或者為/8、3/8、5/8、7/8、9/8、11/8、13/8、15/8，見圖719（c）、(f)。不同初始相位的MPSK信號原理上沒有差別，只是實現的方法

34、稍有不同。產生有M初始相位的MPSK信號，同相路I(t)和正交路Q(t)均為M/2電平信號。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖719 MPSK信號的矢量圖表示 01011011110110000000101101011011110110000000101101111000111000011010(a) M2, 0(b) M4, 0(c) M8, 0(d) M2, / 2(e) M4, / 4(f) M8, / 8第7章 數字信號的頻帶傳輸 2MPSK信號調制 在MPSK信號的調制中，隨著M值的增加，相位之間的相位差減小，使系統的可靠性降低。因此MPSK調制中最常用的是4PSK和8PSK。 4PSK

35、又稱QPSK。QPSK信號的產生方法有正交調制法、相位選擇法和插入脈沖法，后兩種方法的載波采用方波。第7章 數字信號的頻帶傳輸 QPSK正交調制器方框圖如圖720（a）所示。輸入的串行二進制碼經串并變換，分為兩路速率減半的序列，電平發生器分別產生雙極性二電平信號I(t)和Q(t)，然后分別對同相載波cosct和正交載波sinct進行調制,相加后即得到了QPSK信號。I(t)和Q(t)的典型波形如圖720（b）所示。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖720 QPSK正交調制器電平產生電平產生串并變換載波發生器90移相二進制信息已調信號I(t)Q(t)Acos2fctA sin2fct10011110

36、11I(t)Q(t)101101001111111ttt(a)(b)0二進制信息第7章 數字信號的頻帶傳輸 QPSK也可以用相位選擇法產生，用數字信號去選擇所需相位的載波，從而實現相移鍵控，其原理框圖如圖721所示。載波發生器產生4種相位的載波，輸入的數字信息經串并變換成為雙比特碼，經邏輯選擇電路，每次選擇其中一種作為輸出，然后經過帶通濾波器濾除高頻分量。這是一種全數字化的方法，適合于載波頻率較高的場合。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖721 相位選擇法產生的QPSK信號 串并變換選相電路四相載波發生器帶通濾波輸入信號QPSK信號0223第7章 數字信號的頻帶傳輸 8PSK是另一種常用的多相鍵控

37、。它是用載波的8種相位代表八進制碼元。八進制的每個碼元包含3個二進制碼，稱為3比特碼元。8PSK調制方框圖如圖722（a）所示。輸入的二進制信息序列經串并變換，每次產生一個3位碼組b1b2b3，在b1b2b3的控制下，同相路和正交路分別產生一個四電平基帶信號I(t)和Q(t)。b1用于決定同相路信號的極性,b2決定正交路信號的極性,b3則用于確定同相路和正交路信號的幅度。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 為保證已調信號的幅度相同，同相路與正交路的基帶信號幅度互相關聯，不能獨立選取。如圖722（b）所示，設8PSK信號幅度為1，則b3=1時同相路基帶信號應為0.924，而正交路幅度為0.383。b3

38、=0時同相路幅度為0.383，而正交路幅度為0.924。這樣I(t)的極性和幅度由b1b3決定，Q(t)的極性和幅度由b2決定。I(t)和Q(t)分別對同相載波和正交載波進行幅度調制，得到2個4ASK信號，由式（723）可知，其疊加結果為8PSK信號。第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖722 8PSK正交調制器 電平產生電平產生串并變換載波發生器90移相二進制信息8PSK信號I(t)Q(t)Acos2fctA sin2fct倒相b1b3b2(a)b3第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖722 8PSK正交調制器 110100110010001001011111101000010100101111001b

39、2b3(b)1b1b3第7章 數字信號的頻帶傳輸 3MPSK信號解調 由式（722）可知MPSK信號等效于兩個正交載波的幅度調制，所以MPSK信號可以用兩個正交的本地載波信號實現相干解調。以QPSK為例，圖723示出相干解調器的框圖。同相路和正交路分別設置兩個相關器。QPSK信號同時送到解調器的兩個信道，在相乘器中與對應的載波相乘，并從中取出基帶信號送到積分器，在02Tb時間內積分，分別得到I(t)和Q(t)，再經抽樣判決和并串變換，即可恢復原始信息。 8PSK也可采用圖73所示的相干解調方式。但電平判決為四電平判決。8PSK還可采用其它相干解調方式。 第7章 數字信號的頻帶傳輸 圖723 Q

40、PSK相干解調器 積分載波恢復QPSK信號I(t)Q(t)90移相積分判決判決并串變換二進制信息位定時恢復第7章 數字信號的頻帶傳輸 在MPSK相干解調中恢復載波時，同樣存在相位模糊度問題。與BPSK一樣，對于M進制調相也要采用相對調相的方法。對輸入的二進制信息進行串并變換時，同時進行邏輯運算，將其編為多進制差分碼，然后再進行絕對調相。解調時，可以采用相干解調和差分譯碼的方法，也可采用差分相干解調法。第7章 數字信號的頻帶傳輸 7.5.3 多進制頻移鍵控（MFSK） 在MFSK中，載波頻率有M種取值。MFSK信號的表達式為2( )cos,0,0,1,1sMFSKissEstttT iMT (724) 式中，Es為單位符號的信號能量；i為載波角頻率,有M種取值。 第7章 數字信號的頻帶傳輸