在通信原理中把通信信號按調(diào)制方式可分為
調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅三種。數(shù)字傳輸?shù)某S谜{(diào)制方式主要分為:
正交
振幅調(diào)制(QAM):調(diào)制效率高,要求傳送途徑的信噪比高,適合有線電視電纜傳輸。
鍵控移相調(diào)制(QPSK):調(diào)制效率高,要求傳送途徑的信噪比低,適合
衛(wèi)星廣播。
殘留邊帶調(diào)制(VSB):抗
多徑傳播效應(yīng)好(即消除重影效果好),適合地面廣播。
編碼正交頻分調(diào)制(COFDM):抗多徑傳播效應(yīng)和同頻干擾好,適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播。
世廣數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的下行載波的
調(diào)制技術(shù)采用TDM QPSK調(diào)制體制。它比編碼正交
頻分多路復(fù)用(COFDM)調(diào)制技術(shù)更適合衛(wèi)星的大面積覆蓋。
通信的最終目的是在一定的距離內(nèi)傳遞信息。雖然基帶
數(shù)字信號可以在傳輸距離相對較近的情況下直接傳送,但如果要遠(yuǎn)距離傳輸時,特別是在無線或光纖信道上傳輸時,則必須經(jīng)過調(diào)制將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。為了使數(shù)字信號在
有限帶寬的高頻信道中傳輸,必須對數(shù)字信號進(jìn)行載波調(diào)制。如同傳輸模擬信號時一樣,傳輸數(shù)字信號時也有三種基本的調(diào)制方式:
幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。它們分別對應(yīng)于用載波(正弦波)的幅度、頻率和相位來傳遞
數(shù)字基帶信號,可以看成是
模擬線性調(diào)制和角度調(diào)制的特殊情況。
理論上,數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制在本質(zhì)上沒有什么不同,它們都是
屬正弦波調(diào)制。但是,數(shù)字調(diào)制是調(diào)制信號為數(shù)字型的正弦波調(diào)制,而模擬調(diào)制則是調(diào)制信號為連續(xù)型的正弦波調(diào)制。
在
數(shù)字通信的三種調(diào)制方式(ASK、FSK、PSK)中,就頻帶利用率和抗噪聲性能(或功率利用率)兩個方面來看,一般而言,
都是PSK系統(tǒng)最佳。所以PSK在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。
編輯本段ASK--又稱幅移鍵控法
載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的。其最簡單的形式是,載波在二進(jìn)制調(diào)制信號控制下通斷, 這種方式還可稱作
通-斷鍵控或開關(guān)鍵控(OOK) 。 l 調(diào)制方法:用相乘器實(shí)現(xiàn)調(diào)制器。
l 調(diào)制類型:2ASK,MASK。
l 解調(diào)方法:相干法,非相干法。
MASK,又稱
多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制法。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中每個符號只能表示0和1(+1或-1)。但在許多實(shí)際的
數(shù)字傳輸系統(tǒng)中卻往往采用多進(jìn)制的數(shù)字調(diào)制方式。與二進(jìn)制數(shù)字
調(diào)制系統(tǒng)相比,多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有如下兩個特點(diǎn):第一:在相同的信道碼源調(diào)制中,每個符號可以攜帶log2M比特信息,因此,當(dāng)信道頻帶受限時可以使信息傳輸率增加,提高了頻帶利用率。但由此付出的代價是增加信號功率和實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜性。 第二,在相同的信息速率下,由于多進(jìn)制方式的信道
傳輸速率可以比二進(jìn)制的低,因而多進(jìn)制信號碼源的持續(xù)時間要比二進(jìn)制的寬。加寬碼元寬度,就會增加信號碼元的能量,也能減小由于信道特性引起的碼間干擾的影響等。
二進(jìn)制2ASK與四進(jìn)制MASK調(diào)制性能的比較:
在相同的輸出功率和信道噪聲條件下,MASK的解調(diào)性能隨信噪比惡化的速度比OOK要迅速得多。這說明MASK應(yīng)用對SNR的要求比普通OOK要高。在相同的信道傳輸速率下M電平調(diào)制與二電平調(diào)制具有相同的
信號帶寬。即在符號速率相同的情況下,二者具有相同的功率譜。
雖然,多電平MASK調(diào)制方式是一種高效率的傳輸方式,但由于它的抗噪聲能力較差,尤其是抗衰落的能力不強(qiáng),因而它一般只適宜在恒參信道下采用。
編輯本段PSK--又稱相移鍵控法
根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。
產(chǎn)生PSK信號的兩種方法:
1)、調(diào)相法:將基帶數(shù)字信號(雙極性)與載波信號直接相乘的方法:
2)、選擇法:用數(shù)字基帶信號去對相位相差180度的兩個載波進(jìn)行選擇。
兩個載波相位通常相差180度,此時稱為反向鍵控(PSK)。
S PSK =AS DIG (T)COS(W 0 T+O 0 ) 式中:S DIG (T)=1或-1
l 解調(diào)方法:只能采用
相干解調(diào)。
l 類型:
二進(jìn)制相移鍵控(
2PSK),
多進(jìn)制相移鍵控(
MPSK)。
編輯本段FSK--又稱頻移鍵控法
FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式,它的主要優(yōu)點(diǎn)是: 實(shí)現(xiàn)起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在
中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。所謂FSK就是用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。
l 調(diào)制方法:2FSK可看作是兩個不同載波頻率的ASK以調(diào)信號之和。
l 解調(diào)方法:相干法和非相干法。
l 類型:
二進(jìn)制移頻鍵控(
2FSK),
多進(jìn)制移頻鍵控(MFSK)。
在上述三種基本的調(diào)制方法之外,隨著大容量和遠(yuǎn)距離
數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一些新的問題,主要是信道的帶寬限制和非線性對傳輸信號的影響。在這種情況下,傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制方式已不能滿足應(yīng)用的需求,需要采用新的數(shù)字調(diào)制方式以減小信道對所傳信號的影響,以便在有限的帶寬資源條件下獲得更高的傳輸速率。這些技術(shù)的研究,主要是圍繞充分節(jié)省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。多進(jìn)制調(diào)制,是提高
頻譜利用率的有效方法,恒包絡(luò)技術(shù)能適應(yīng)信道的非線性,并且保持較小的頻譜占用率。
從傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制技術(shù)擴(kuò)展的技術(shù)有
最小移頻鍵控(
MSK)、
高斯濾波最小移頻鍵控(
GMSK)、
正交幅度調(diào)制(
QAM)、
正交頻分復(fù)用調(diào)制(
OFDM)等等。
編輯本段QAM--又稱正交幅度調(diào)制法
在二進(jìn)制ASK系統(tǒng)中,其頻帶利用率是1bit/s·Hz,若利用正交載波調(diào)制技術(shù)傳輸ASK信號,可使頻帶利用率提高一倍。如果再把多進(jìn)制與其它技術(shù)結(jié)合起來,還可進(jìn)一步提高頻帶利用率。能夠完成這種任務(wù)的技術(shù)稱為正交幅度調(diào)制(QAM)。它是利用正交載波對兩路信號分別進(jìn)行雙邊帶抑制載波調(diào)幅形成的。通常有二進(jìn)制QAM,四進(jìn)制QAM(16QAM),八進(jìn)制QAM(64QAM),……等。
編輯本段MSK--又稱最小移頻鍵控法
當(dāng)信道中存在非線性的問題和帶寬限制時,幅度變化的數(shù)字信號通過信道會使己濾除的帶外頻率分量恢復(fù),發(fā)生頻譜擴(kuò)展現(xiàn)象,同時還要滿足頻率資源限制的要求。因此,對己調(diào)信號有兩點(diǎn)要求,一是要求包絡(luò)恒定;二是具有最小功率譜占用率。因此,現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展方向是最小功率譜占有率的恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)?,F(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵在于相位變化的連續(xù)性,從而減少頻率占用。近年來新發(fā)展起來的技術(shù)主要分兩大類:一是
連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)(
CPFSK),在碼元轉(zhuǎn)換期間無相位突變,如MSK,GMSK等;二是
相關(guān)相移鍵控技術(shù)(
COR-PSK),利用部分響應(yīng)技術(shù),對傳輸數(shù)據(jù)先進(jìn)行相位編碼,再進(jìn)行調(diào)相(或調(diào)頻)。 MSK(最小頻移鍵控)是移頻鍵控FSK的一種改進(jìn)形式。在FSK方式中,每一碼元的頻率不變或者跳變一個固定值,而兩個相鄰的頻率跳變碼元信號,其相位通常是不連續(xù)的。所謂MSK方式,就是FSK信號的相位始終保持連續(xù)變化的一種特殊方式??梢钥闯墒钦{(diào)制指數(shù)為0.5的一種CPFSK信號。
實(shí)現(xiàn)MSK調(diào)制的過程為:先將輸入的基帶信號進(jìn)行差分編碼,然后將其分成I、Q兩路,并互相交錯一個碼元寬度,再用加權(quán)函數(shù)cos(πt/2Tb)和sin(πt/2Tb)分別對I、Q兩路數(shù)據(jù)加權(quán),最后將兩路數(shù)據(jù)分別用正交載波調(diào)制。MSK使用相干載波最佳接收機(jī)解調(diào)。
編輯本段GMSK--又稱高斯濾波最小移頻鍵控法
是使用
高斯濾波器的連續(xù)相位移頻鍵控,它具有比等效的未經(jīng)濾波的連續(xù)相位移頻鍵控信號更窄的頻譜。在
GSM系統(tǒng)中,為了滿足
移動通信對鄰信道干擾的嚴(yán)格要求,采用高斯濾波最小移頻鍵調(diào)制方式(GMSK),該調(diào)制方式的調(diào)制速率為270833Kbit/sec,每個時分多址TDMA幀占用一個時隙來發(fā)送脈沖簇,其脈沖簇的速率為33.86Kbs。它使調(diào)制后的頻譜主瓣窄、旁瓣衰落快,從而滿足GSM系統(tǒng)要求,節(jié)省頻率資源。
編輯本段OFDM -- 正交頻分復(fù)用調(diào)制
正交頻分復(fù)用調(diào)制(OFDM- Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 即
正交頻分復(fù)用技術(shù),實(shí)際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多載波調(diào)制的一種。其主要思想是:將信道分成若干正交子信道,將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,調(diào)制到在每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開,這樣可以減少子信道之間的相互干擾ICI 。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬,因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落,從而可以消除
符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原
信道帶寬的一小部分,信道均衡變得相對容易。在向B3G/4G演進(jìn)的過程中,OFDM是關(guān)鍵的技術(shù)之一,可以結(jié)合分集,時空編碼,干擾和信道間干擾抑制以及
智能天線技術(shù),最大限度的提高了系統(tǒng)性能。包括以下類型:V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,
MIMO-OFDM,多帶-OFDM。