1、期末课程报告docx数字调制解调技术的研究摘要：本文首先介绍数字调制解调技术的基本原理,然后介绍多进制的数字调制以及调 制技术的新应用，随着技术的发展，又设计出了许多新的调制解调技术。这些崭新的调制解 调技术另辟蹊径，突破了传统的理论和模式，在以往调制解调技术的基础上，不断地更新改 进，使传输速率更快，误码率更低，最后提出了一些当今最新的调制解调技术和发展趋势。 关键词：数字通信多进制调制解调接入技术应用Abstract: This paper introduces the basic principles of digital modem technology, and introduce
2、new application-ary digital modulation and modulation techniques, with the development of technology, has designed many new modem technology. These new modem technology another way to break through the traditional theories and models, based on previous modem technology, constantly updated to improve
3、, so that the transmission rate faster, lower error rate, and finally made a number of today*s latest modem technology and trends.Keywords: Digital communications modulation and demodulation Access Technology Application1引言调制和解调是现代通信的重要手段。调制就是用基带信号对载波波形的某些参数进行控 制，使这些参量随基带信号的变化而变化。解调是调制的逆过程，它是从已调制的信号
4、中恢复 出原来调制信号的过程。根据被调制的是模拟还是数字信号，调制技术分为模拟调制和数字 调制两类。模拟调制应用比较早，也比较广泛，主要应用于广播、电视和卫星通信。而随着数 字通信和数字技术的发展，数字调制所占的比例越来越高，而且不断有新的数字调制方式出 现。2数字调制解调技术的基本原理数字调制的基本方式为3类:振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。2.1振幅键控(ASK)ASK就是载波的振幅受二进制调制信号1或0的控制。当信号为1,振幅为A;当信号为 0,振幅为0o由于这种方式传输效率低，没有被广泛采用。2ASK信号的一般表达式为(2.1)e2ASK(J = s(/)c
5、os/其中g(J为单个矩形脉冲，脉宽为人。s(f)=a”g(f - 叱) (2.2)n1概率为PCln= .亠 (2.3)o概率为1-P仿真结果如下:2.2频移键控(FSK)FSK是载波的频率受二进制调制信号控制，用两个特定的频率分别代表信号0和1,用980Hz和1 180 Hz发送/00信号和/10信号，而用1 650 Hz和1 850 Hz接受0和1信号。例如在CCITTV.21/公用交换电话网中使用的标准化300 bit/s的双工调制解调器0标准中，将话音信 道分为上下两个子信道,给信道1分配980-1 180 Hz的频带，给信道2分配1 650-1 850 Hz的 频带，而在每个子信道
6、中采用FSK调制技术。其中2FSK的表达式为：AcosS/ + 0”)发送1时+ &”)发送吋也可写成：e2FSK(t)=工a”g(/-7j cos(禺/ + %)+ ang(t-nT cos(0/ + 0”) n L _其中g(”为单个矩形脉冲，脉宽为7；。1概率为Pa = vo概率为1-Pan是a”的反码。(pn和3n分别是第n个信号码元(1或0)的初始相位。仿真结果如下:2.3相移键控(PSK)PSK是利用载波相位的变化来传送数据信息的，一般分为绝对移相和相对移相。绝对移 相是利用不同的相位去表示数据信息，而相对移相则利用载波的相对相位去表示数字信息，即 利用前后码元载波相位的相对变化来
7、表示数据信息。例如CCITTV.22/公用交换电话网和点 对点两线租用电话型电路上使用的标准化1 200 bit/s的双工调制解调器0标准就是采用PSK 调制技术:当输入信号为1时，输出相位为0的载波;若输入为0,输出相位为n的载波。但是在 实际通信中，为了克服倒相影响，常采用相对移相即相对差分移相键控(DPSK)o2DPSK信号的 产生如图1所示。DPSK只与前面码元的相位有关,而与绝对相位值无关，故解调时不受倒相的影响。其中2PSK的表达式为：(2.6)(2.7)e2P$K(J = s(/)cos其中 =工 a”g(7jn这里g(f)为单个矩形脉冲，脉宽为7；。仿真结果如下:3、多进制数字
8、调制技术随着通信技术的迅速发展,通信速度已经越来越不适应发展的要求了，因此多进制数字调 制应运而生，它指的是调制信号的不同状态数大于2的数字调制,当信道频带受限时可以使信 息传输率增加，从而提高频带利用率。现在多进制数字调制技术得到了越来越广泛的应用。 它也可以相应地分为多进制振幅键控、频移键控和移相键控。多进制振幅键控(MASK),即载 波的振幅有M种取值:AO,A1, A2AM-1,每个符号间隔T内发送一种振幅载波信号。MASK 的调制方法与2ASK的方法相同，不同的只是基带信号由二电平变为多电平。多进制频移键 控(MFSK),即载波的频率有M种取值。MFSK信号常用频率选择法产生调制框图
9、如图1所示。图1MFSK调制器框图串、井变换器多进制移相键控(MPSK),即载波的相位有M种取值。常用的有4PSK(又称QPSK)和8PSK。4PSK可以采用0兀2、疋、3刃2四种相位迪可以采用;r/4、3刃4、5兀/4、7/4四种相位。双比特码元与载波相位的关系如表1所不。调制框图如图2所不。表1双比特码元和载波相位的关系双特码元载波相位A BA方式B方式0 002251 0则31亍1 118(f4宁0 127013亍图2 QPSK调制器框图图中串/并变换器将输入的二进制数据序列依次分为两个并行序列。设两序列中的二进 制数据比特分别为A和B,每一对AB称为一个双比特码元。双极性的A和B数据脉
10、冲分别 通过两个平衡调制器，对0相载波(cos(f)及正交载波(sin()进行二相调制，再将两路输 出叠加，得到如图2(b)的四相信号。它可以看作两个正交的2PSK信号的合成,所以可采用与 2PSK信号类似的相干检测法解调，其框图如图3所示,与调制刚好是一个逆过程。图3四相调制信号的解调另外，为了提高传输速率，现在经常采用幅度和相位复合调制方式(QAM)o所谓幅相联合 调制是指调制载波的振幅和相位都随独立的基带信号而变化。CCITTV.29/点对点四线租用电 话型电路上使用的标准化9 600 bit/s调制解调器0标准就是采用4QAM调制方式。在4QAM 中,要传送的组合数据流经扰频后分为4比
11、特一组，每4比特中的第一个比特决定了要传送信 号的幅度,而其余3比特则决定要采用的相位变化，如表2、表3所示。另外，目前较常使用的 有 16QAM、64QAM 和 256QAM。表2比特和幅值关系表绝对相位Qi相对信号 码元幅度i8(f ,27(r0315135, 22,31501.41414.242表3比特和相位关系表Qi Q4相位变化Q3 Q4相位变化0 0 1(T1 1 118CP0 0 04宁1 1 022空0 1 09(r1 0 027(r0 1 113宁1 0 13佇4、调制解调技术的新趋势随着信息电子技术和工艺的突飞猛进，一些新的调制解调技术突破传统的理论和模式，从 而在速度上也
12、远远突破了传统认识。2.1 ADSL调制解调器技术非对称数字用户环路（ADSL）是一种崭新的调制解调技术，这种技术能够在普通的铜质电 话线上提供几乎高于传统技术100倍的速率。它通过现有的普通双绞线不对称地传送数据。 这种技术能向每个用户传送速率超过6 Mbit/s的下行单向信息服务和速率可达640 kbit/s的 上下行双向信息服务。由于普通模拟Modem均工作在音频范围（300-3 400 Hz频段）内，因此 其信号传输速度受到了限制,ADSL就是充分利用了双绞线高达1.1 MHz的频率范围。ADSL Modem采用的是离散多音频（DMT）的调制方式，这是一种类似于频分多路复用的调制方式,
13、 其频谱图如图5所示。DATA图4 DMT调制方式图4中输入的数据被分成N个子通道（也称为音频）,每个子通道有相同的带宽和不同的 中心频率。每个子通道的频带带宽是4.3125 kHz,在两个连续频带之间的间距也是4.3125 kHz。在每个子频带上都采用QAM调制。系统根据每个子信道的信噪比自适应地给每个信 道分配比特数。当线路的信噪比大时，一个载波所携带的信息相对比较多，而当线路的信噪比 小时,一个载波所携带的信息相对较少。用快速傅里叶变换和反傅里叶变换来实现多路调制 与解调。2. Cable Modem 技术现在我们采用的Modem上网方式由于受到带宽的限制，其传输速率比较低。利用现有的
14、一些比较成熟的基础设施,如有线电视网，并加以一定的技术改造，使得其数据的传输从单向 方式（只是用户看电视）改变为双向方式,这样的网络可以承接Inter-net服务方式（既有用户看 电视的功能，又有上网访问的功能）。线缆调制解调器（Cable Modem）就是基于有线电视网的调 制解调器，它采用的上行调制技术是QPSK或是16QAM,下行采用的是64QAM或256QAM 的调制方式，这也是一种非对称的通信模式。Cable Modem上传速率为33.6 Kbps,下传速率可达到 38 Mbps3.无线调制解调技术随着移动通信的应用迅速发展，实现无线数据通信越来越为人们所关心，因为无线通信网 络在许
15、多场合比有线通信来得方便，有时甚至是有线无法实现的。无线Modem实现的功能就是把数字信号翻译成射频(RF)信号撚后从空 中发射出去。蜂窝移动无线系统正在使用的调制技术主要是用于北美AMPS-D第二代标准 之一的P/4QPSK,它是在QPSK的基础上发展起来的一种新四相相移键控，其相位取值只 有?P/4、？3P/4四种，矢量图如图5(a)所示。这种四相相移键控的频谱特性比QP-SK好。在这 种调制制度中，相位矢量之间的跳变,最小值也小于180b,不会出现?P的相位跳变。其相位路径如图5(b)所示。图5兀/4qpsk相位矢量图及相位转迁路径5调制解调新技术随着技术的发展，又设计出了许多新的调制解
16、调技术。这些崭新的调制解调技术另辟蹊 径，突破了传统的理论和模式，在以往调制解调技术的基础上，不断地更新改进,使传输速率更 快,误码率更低。5.1 兀/2BPSK在CDMA移动通信中使用兀/2BPSK0/2 -shift BPSK)调制技术，误比特率与QPSK相 同,发射功率却比QPSK系统小一半。实验表明，它在功耗、恒包络方面比传统的QPSK、 兀/4 qpsk和BPSK具有更多优势。5.2扩展相移键控(EPSK)这种调制技术的移相超过了传统的2兀范围(传统的范围是0 2兀或-疋疋)。传统的 调制技术如果增加信号点就需要减少信号点与信号点之间的距离。假如要使数据传输率从一 次传送2位增加到3
17、位，那么星座图中就增加了 4个点，也就是说信号点与信号点之间的间距 从90变成45。这样当出现噪声时，会增加传输的误码率。因此增加信号点与减少信号点之 间的间距构成了一对矛盾。EPSK就是在这种构思下产生的。采用EPSK,我们可以随意加入 新的信号点：405, 495, 585和675,而不必减少信号点与信号点的间距。5.3 FQPSK在无线通信中，人们希望已调信号具有恒幅包络，从而可以不影响频谱地使用放大器, 有利于提高发射机的功率。FQPSK就是在这种目的下产生的。如果使用QPSK进行调制，在 信号切换时，走的是对角线，不能保持恒包络。而FQPSK在信号切换时走的是圆周，保持了 恒包络，这
18、样就可以提高发射机的功率。6结论调制解调技术的发展历史由来以久。从模拟调制到数字调制，从二进制调制发展到多进 制调制，虽然调制方式多种多样，但都是朝着一个方向发展；使通信更高速和更可靠。未来 10年将是世界电信史上技术发展最活跃的时期,技术的发展是如此之惊人，以至谁都无法准 确描述未来信息通信技术的发展，但有一点是肯定的，那就是信息化正以前所未有的速度渗 透到人类社会的各个方面，深刻地改变着人类的生存环境。参考文献1李建新等.现代通信系统分析与仿真M.西安电了科技大学出版社.20002曾志民.现代调制解调器原理及其应用M.人民邮电出版社,1995汤吉群，张志民,李玲等.数据通信技术M.人民邮电出版社,19994徐少华.现代调制解调器技术探讨与分析J.天津理工学院学报,1998,(3)5范志荣.高速接入技术ADSLJ,电了展望与决策,1999.(2)王世顺.移动通信与应用(第二版)M.人民邮电出版社,19957 Theodore S. Rappaport. Wireless communication principle & practice M. Prentice HallInternational. Inc.电子工业出版社.1999
