数字微波调制与解调技术课件.ppt

1、第第2 2章章1微波通信郑玉峰郑玉峰第第2 2章章2第二章 数字微波调制与解调技术2.1二进制幅度键控二进制幅度键控2.2 二进制相位键控二进制相位键控2.3 多相相位键控多相相位键控2.4多进制正交幅度调制多进制正交幅度调制第第2 2章章3数字通信系统模型第第2 2章章4数字调制的基本形式数字调制也称键控信号数字调制也称键控信号,有三种基本有三种基本的调制方式：的调制方式：ASK，FSK，PSK 载波载波 正弦波正弦波 调制信号调制信号 数字信号数字信号第第2 2章章52.1二进制幅度键控（2ASK） Amplitude Shift Keying又称通断键控（又称通断键控（OOK） 2ASK

2、信号的产生信号的产生乘法器)(tSotccostAccos)(tB)(tSASK模拟幅度调制方法键控方法OOK On-Off Keying)(tB第第2 2章章6nsnnTtgatB)()(PPan110以概率以概率)(tB基带波形基带波形)(tB)(tSASK典型波形典型波形:基带波形是单极性不归零码基带波形是单极性不归零码)(tSASKtAccos信号波形信号波形nsnnTtgaA)(tccos0 1 0 0 1 0第第2 2章章7g(t)是脉宽为是脉宽为Ts的单个矩形脉冲的单个矩形脉冲在某一码元持续时间在某一码元持续时间Ts 内观察内观察)1(1cos)0(0)(2”的概率发送“）概率为

3、（”的概率发送“概率为PtPtScASK第第2 2章章8fhcff PS(f )hcff cffPB(f )hfhf hcff hcff cf 上边带下边带 cBcBSPPPffff41f已调信号的功率谱 ttBtSccos一般已调信号 B(t)为调制信号，是一平稳随机信号 在（0，2）上均匀分布 B (t)与相互独立cBPff41cBPff41基带信号功率谱和频带信号功率谱的关系第第2 2章章92ASK的功率谱密度B(t)是单极性的随机矩形脉冲序列是单极性的随机矩形脉冲序列根据矩形波形根据矩形波形g（t）的频谱特点，对）的频谱特点，对于所有于所有m0的整数有的整数有)()(41)(cBcBA

4、SKffpffpfp2)()1(fGppfs)( fpB)(smff 222)()1 (mssmfGpf0)(smfG2)()1 (fGppfs222) 0()()1 (Gfpfs)(fpB第第2 2章章10当P=1/2时)( fpASK)()(16122ccsffGffGf)()()0(16122ccsffffGf第第2 2章章11)( fpBf0sf)( fpASKf0scffcfcf第第2 2章章122ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成2ASK信号带宽是基带脉冲信号带宽是基带脉冲波形带宽的两倍波形带宽的两倍第第2 2章章13ASK信号的解调方法 ASK信号有两种基本的解调方法：

5、信号有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）非相干解调（包络检波法）相干解调（同步检测法）相干解调（同步检测法）第第2 2章章141.相干解调也称同步解调，也称同步解调，接收接收信号经过带通滤波器抑信号经过带通滤波器抑制来自信道的带外干扰，乘法器进行频谱反制来自信道的带外干扰，乘法器进行频谱反向搬移，以恢复基带信号。低通滤波器用来向搬移，以恢复基带信号。低通滤波器用来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。抑制相乘器产生的高次谐波干扰。第第2 2章章15（1）发发“1”码时情况码时情况发发“1”码时，接收到的码时，接收到的ASK信号为信号为 + ，它能顺利地通过带通滤波器。它能顺利地通过带通滤波器

6、。 为零均值的高斯为零均值的高斯白噪声，经过带通滤波器后变为窄带高斯噪声，白噪声，经过带通滤波器后变为窄带高斯噪声，用用 表示。经过低通滤波器后，输出信号为表示。经过低通滤波器后，输出信号为x（t），）， 也就是取样判决器的输入信号。也就是取样判决器的输入信号。 第第2 2章章16（2）发发“0”码时情况码时情况发发“0”码时，码时，ASK信号输入为信号输入为0，噪声仍然，噪声仍然存在，经过低通滤波器后，输出信号为存在，经过低通滤波器后，输出信号为x（t），）， x（t）也是取样判决器的输入信号。）也是取样判决器的输入信号。综合上面的分析，可得综合上面的分析，可得 第第2 2章章17下面讨论判

7、决问题。下面讨论判决问题。 若没有噪声，上式简化为若没有噪声，上式简化为此时判决电平取此时判决电平取0A的中间值的中间值A/2，大于，大于A/2判为判为“1”码，小于码，小于A/2判为判为“0”码。在无噪码。在无噪声时，判决一定是正确的。声时，判决一定是正确的。 第第2 2章章18相干解调需要在接收端产生一相干解调需要在接收端产生一个与发送端同频同相的本地载个与发送端同频同相的本地载波，设备比较复杂，所以在波，设备比较复杂，所以在2ASK中很少使用中很少使用第第2 2章章192.包络解调 包络解调是一种非相干解调包络解调是一种非相干解调 （ASK包络解调方框图）包络解调方框图） 第第2 2章章

8、20发“1”码时的情况包络检波器的输包络检波器的输入为，为信号加入为，为信号加窄带高斯噪声，窄带高斯噪声，输出为信号加窄输出为信号加窄带高斯噪声的包带高斯噪声的包络，它服从莱斯络，它服从莱斯分布，如左图所分布，如左图所示。示。其概率密度为第第2 2章章21发“0”码时的情况包络检波器输入为包络检波器输入为 ，输出，输出 则为的包络，则为的包络，即噪声的包络，它服从瑞利分布，即噪声的包络，它服从瑞利分布，如上页图如上页图所示所示。其概率密度为。其概率密度为 第第2 2章章22与同步解调相似，为使误码率最小，判与同步解调相似，为使误码率最小，判决电平应为决电平应为 和和 的交点的横坐标值，的交点的

9、横坐标值，如如 图中图中 ，称为最佳门限，经分析，称为最佳门限，经分析，得到得到 当信噪比当信噪比 （即大信噪比）时，（即大信噪比）时， 第第2 2章章232.2 2PSK，2DPSKPhase Shift Keying， Differential PSK相位键控技术出现时间是比较晚的，相位键控技术出现时间是比较晚的，但出现后，就比幅度键控、频率键控但出现后，就比幅度键控、频率键控显示出更多优点，成为中小容量数字显示出更多优点，成为中小容量数字微波通信系统的一种主要传输方式。微波通信系统的一种主要传输方式。主要是四相与八相的相位键控系统使主要是四相与八相的相位键控系统使用较多。四相制记为用较多

10、。四相制记为4PSK或或QPSK第第2 2章章24)(2tSPSKtnTtgacnsncos )(PPan111以概率以概率nsnnTtga)(是基带脉冲波形，是基带脉冲波形，为双极性不归零脉冲信号为双极性不归零脉冲信号2PSK信号的表示信号的表示第第2 2章章25g(t)是脉宽为是脉宽为Ts的单个矩形脉冲的单个矩形脉冲在某一码元持续时间在某一码元持续时间Ts 内观察内观察PtPttSccPSK1coscos)(2概率为概率为0相位发送0, 相位发送1.第第2 2章章26)(tB载波移相2PSK调制方框图（相位选法择）0)(tB)(2tSPSK)(tBPSK调制可以用相乘器，也可以用相位选择器

11、2PSK调制第第2 2章章272PSK信号的功率谱密度由于由于 为双极为双极性矩形基带信号，故：性矩形基带信号，故：)()(41)(cBcBSffpffpfpnsnnTtga)()(fpS)()()1(22ccsffGffGppf)()()0()21(41222ccsffffGpf第第2 2章章28当双极性基带信号“1” , “0”出现概率相等则： 连续谱部分与连续谱部分与2ASK信号的连续信号的连续谱基本相同谱基本相同(仅相差一个常数因子仅相差一个常数因子) 因此因此 2PSK信号的带宽与信号的带宽与2ASK相同相同)()(4122cccffGffGf)(fpPSK第第2 2章章29)( f

12、pBfsf)( fpPSKf0sfcwcw第第2 2章章30由于由于PSK信号的功率谱中无载波分量，必信号的功率谱中无载波分量，必须采用相干解调的方式。须采用相干解调的方式。PSK相干解调器相干解调器第第2 2章章31 2PSK信号的解调：信号的解调：不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为：不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为： )cos()(nctty)2cos(21cos21cos)cos()(ncncncttttz时，时，nnntx2/102/1cos21)(第第2 2章章32 2PSK接收系统各点波形如图所示：接收系统各点波形如图所示： 第第2 2章章33在相干解调过程中，如何得到同频同

13、在相干解调过程中，如何得到同频同相的相干载波是个关键问题。只有对相的相干载波是个关键问题。只有对信号进行非线性变化，才能得到相干信号进行非线性变化，才能得到相干载波。载波。常用的载波恢复电路有两种，一种是常用的载波恢复电路有两种，一种是平方环电路，平方环电路，第第2 2章章34平方环法提取载波平方环法提取载波第第2 2章章35Costas 环法提取载波环法提取载波第第2 2章章36这两种载波提取电路中，在提取载波与调制载这两种载波提取电路中，在提取载波与调制载波相位差波相位差=n（n为任意整数）时都为锁相环为任意整数）时都为锁相环的稳定平衡点。锁相环工作时可能锁定在任何的稳定平衡点。锁相环工作

14、时可能锁定在任何一个稳定平衡点上，考虑到在周期一个稳定平衡点上，考虑到在周期内内取值可取值可能为能为0或或，因而可能产生，因而可能产生 180的相位模糊。的相位模糊。相位模糊对模拟通信关系不大，相位模糊对模拟通信关系不大， 因为人耳听不因为人耳听不出相位的变化。但对数字通信的影响就不同了，出相位的变化。但对数字通信的影响就不同了， 它有可能使它有可能使2PSK相干解调后出现相干解调后出现“反向工作反向工作”的问题，克服相位模糊度对相干解调影响的最的问题，克服相位模糊度对相干解调影响的最常用而又有效的方法是对调制器输入的信息序常用而又有效的方法是对调制器输入的信息序列进行差分编码，即采用相对移相

15、（列进行差分编码，即采用相对移相（2DPSK），），并且在解调后进行差分译码恢复信息。并且在解调后进行差分译码恢复信息。第第2 2章章372.2.2 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK） 1. 一般原理及实现方法一般原理及实现方法 它不是利用载波相位的绝对数值传送数它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用本码元与前一码元相位之差字信息，而是用本码元与前一码元相位之差（相位偏移（相位偏移 ）来传送数字信息的。）来传送数字信息的。相位偏移相位偏移 = = 数字信息数字信息“1”1”=0 =0 数字信息数字信息“0”0”第第2 2章章38数字信息绝对码 0 0 1 1 1 0

16、 0 1 PSKDPSK相对码 0 0 0 1 0 1 1 1 0第第2 2章章39载波移相2DPSK调制方框图码变换0)(2tSDPSK)(tB相对移相：绝对码相对码绝对移相第第2 2章章40 相对移相信号可以看作是把数字信息序相对移相信号可以看作是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。对码进行绝对移相而形成。 绝对码和相对码是可以互相转换的，其转绝对码和相对码是可以互相转换的，其转换关系为：换关系为：同步检测输出有一个码元错误，码变换输出同步检测输出有一个码元错误，码变换输出引起两个相邻码元错误引起两个相邻码元错误1

17、nnnbab1nnnbba1nnnbab1nnnbba1nnnbab第第2 2章章41绝对码：绝对码： 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 2PSK信号相位：信号相位： 0 0 0 0相对码相对码1： 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 02DPSK信号相位：信号相位： 0 0 0 0 0 0相对码相对码2： 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 2DPSK信号相位信号相位 0 0 0 0 0 J222绝对移相与相对移相的关系第第2 2章章42”数字信息“，”数字信息“，100第第2 2章章43 相对相移本质上就是对相对码信号的绝相对相移本质上就是对相对码信号的绝对相移对相移。即

18、即 实现相对调相的最常用方法如图所示。实现相对调相的最常用方法如图所示。 ttstscDPSKcos)()(2nsnnTtgbts)()(第第2 2章章44 2DPSK的解调有两种的解调有两种: : 一种是相干解调一种是相干解调- -码变换法码变换法（极性比较法），（极性比较法），一种是差分相干解调（相位比较法）一种是差分相干解调（相位比较法）。 （1）相干解调）相干解调-码变换法码变换法 其解调原理是：对其解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，恢信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。恢复

19、出发送的二进制数字信息。 在解调过程中，若相在解调过程中，若相干载波产生干载波产生180相位模糊，相位模糊， 解调出的相对码将产生倒解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问题。题。 第第2 2章章452DPSK信号相干解调（极性比较法）原理图和各点时间波形信号相干解调（极性比较法）原理图和各点时间波形 2DPSK信号信号第第2 2章章46 解调原理是直接比较前后码元的解调原理是直接比较前后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字相位

20、差，从而恢复发送的二进制数字信息。由于解调的同时完成了码反变信息。由于解调的同时完成了码反变换作用，换作用， 故解调器中不需要码反变换故解调器中不需要码反变换器。由于差分相干解调方式不需要专器。由于差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此门的相干载波，因此是一种非相干解是一种非相干解调方法调方法。2）差分相干解调）差分相干解调第第2 2章章472DPSK信号差分相干解调信号差分相干解调(相位比较法）原理图和各点时间波形相位比较法）原理图和各点时间波形接收信号接收信号第第2 2章章482.3 多相相位键控（MPSK）多进制数字信号调制特点多进制数字信号调制特点在相同的码元传输速率下，信息传输速

21、率比二在相同的码元传输速率下，信息传输速率比二进制系统高。进制系统高。 Rb=RB2M b/s在相同的信息传输速率下，多进制码元传输速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能量，并能减少由于信道特性引起的码间干扰的影响。的影响。在相同的噪声下，多进制数字调制系统的抗噪在相同的噪声下，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。声性能低于二进制数字调制系统。第第2 2章章49多相制相位键控信号的形式多相制相位键控信号的形式)2cos()()(0MItwkTstgtS

22、kckMPSKkI 是第是第k位码元的数字信息，是位码元的数字信息，是M进制的可能的取值为进制的可能的取值为kI1,.,2 , 1 , 0MIk第第2 2章章5002)()(jMjkkeekTstgtUkkkkkTstgbjkTstga)()(其等效基带信号的指数表达式其等效基带信号的指数表达式kkkTstgMI)()2cos(0kkkTstgMIj)()2sin(0)2sin(),2cos(00MIbMIakkkk这里可以看到，可以看到，相位键控等效信号可以分为相位键控等效信号可以分为同相分量同相分量 和正交分量和正交分量kakb第第2 2章章51举几个例子说明多相相位信号举几个例子说明多相

23、相位信号的正交展开问题。的正交展开问题。二相相位键控二相相位键控4相相位键控相相位键控8相相位键控相相位键控第第2 2章章521. 二相相位键控二相相位键控：M=2， =0 或或1， =90度，这样度，这样则则这样信号只有正交分量这样信号只有正交分量 没有同相分量没有同相分量 ，相当于用双极性基带信号对相当于用双极性基带信号对 进行平进行平衡调幅。衡调幅。输入码元输入码元 的信息量平均完全放在的信息量平均完全放在 上。上。0kI1101)2sin(0kkkkIIMIb0)2cos(0MIakkkskkTtgbjtu)()(kbka)sin(0twkbkI第第2 2章章532PSK QPSK 8

24、PSK相位键控信号矢量图相位键控信号矢量图第第2 2章章54若若 =0度，则度，则这样信号只有同相分量这样信号只有同相分量 没有正交分量没有正交分量 ，相当于用双极性基带信号对相当于用双极性基带信号对 进行平进行平衡调幅。衡调幅。01101)2cos(0kkkkIIMIa0)2cos(0MIbkkkskkTtgatu)()(kbka)cos(0tw第第2 2章章550kI3 , 22/11 , 02/1)2sin(0kkkkIIMIbkskkskkTtgbjkTtgatu)()()(kbka2 , 12/13 , 02/1)2cos(0kkkkIIMIa2. 四相相位键控（四相相位键控（QPS

25、K）：M=2， =0,1,2, 或或3， =45度，这样度，这样则则这样既有正交分量这样既有正交分量 又有同相分量又有同相分量 ，相，相当于用双极性基带信号对两个正交信号进行当于用双极性基带信号对两个正交信号进行平衡调幅。平衡调幅。第第2 2章章562PSK QPSK 8PSK相位键控信号矢量图相位键控信号矢量图第第2 2章章570kI4 , 35 , 26 , 18/sin8/cos8/sin7 , 08/cos)2cos(0kkkkkkIIIIMIa3. 八相相位键控（八相相位键控（8PSK）：M=2， =0,1,2,3,4,5,6或或7， =22.5度，这样度，这样6 , 57 , 42

26、 , 18/cos8/sin8/cos3 , 08/sin)2sin(0kkkkkkIIIIMIb第第2 2章章582PSK QPSK 8PSK相位键控信号矢量图相位键控信号矢量图kakb这样等效基带信号既有同相分量这样等效基带信号既有同相分量 又有正又有正交分量交分量 ，每个分量的码元都是，每个分量的码元都是4进制编码进制编码。第第2 2章章592.3.2 相位逻辑相位键控的一个显著特点就是用载波的相相位键控的一个显著特点就是用载波的相位来传递信息。载波相位与位来传递信息。载波相位与 信息码元有信息码元有一一对应的关系。一一对应的关系。载波相位是多进制的，但常用的信号是载波相位是多进制的，但

27、常用的信号是2进制的，这样存在二进制码元和多进制相进制的，这样存在二进制码元和多进制相位间的相互转换问题，这称为相位逻辑。位间的相互转换问题，这称为相位逻辑。02MIkk)2()M(模模kkkkCBAI第第2 2章章60变换的方式不唯一的。常用的有自然变换的方式不唯一的。常用的有自然码变换逻辑和格雷码变换逻辑。码变换逻辑和格雷码变换逻辑。格雷码的特点：相邻的二进制编码间格雷码的特点：相邻的二进制编码间只有一位不同（只有一位不同（码距为码距为1）为什么要用格雷码？因为为什么要用格雷码？因为在进行解调在进行解调的时候，错误的最大概率是判决到相的时候，错误的最大概率是判决到相邻的码组上。邻的码组上。

28、第第2 2章章61自然码逻辑自然码逻辑格雷码逻辑格雷码逻辑第第2 2章章62以以8进制码之间的变换说明他们的变换关系进制码之间的变换说明他们的变换关系自然码为自然码为 ，格雷码为，格雷码为 ，之间的码，之间的码变换关系为变换关系为 BBBCBAGGGCBAGGGBGGBGBCBACBABAABBBGBBGBGCBACBABAA第第2 2章章632.3.3差分编码与二进制绝对相位键控因为载波恢复要产生与二进制绝对相位键控因为载波恢复要产生相位模糊一样，多进制相位键控的载波恢复相位模糊一样，多进制相位键控的载波恢复也会产生相位模糊。也会产生相位模糊。对对MPSK，载波恢复具有，载波恢复具有M重相位

29、模糊，重相位模糊，D=0,1,2,M-102MD第第2 2章章64若我们让相位键控的发送码若我们让相位键控的发送码 和输入的信和输入的信息码息码 存在以下关系，存在以下关系，在接收端按如下恢复信息码在接收端按如下恢复信息码这样就能恢复正确的码组，这就是多进制这样就能恢复正确的码组，这就是多进制的差分编码和差分译码。的差分编码和差分译码。kIkJ1kkkJJI1kkkIIJ-第第2 2章章65kb相ka相ka相kb相kb相ka相kb相ka相ka相kb相kB相ka相kA相kB相1kB相1kA相1kB相1kA相ka相kA相kA绝kB绝第第2 2章章66kB相kA相1ka相1kb相1ka相1kb相ka

30、相kb相1ka相1kB相1kA相1kB相1kA相ka相kb相kA相kB相k绝Ak绝Bk绝Ak绝Bk绝Ak绝B第第2 2章章678PSK自然码差分编码器自然码差分编码器kC绝kB绝kA绝kA相kB相kC相第第2 2章章688PSK自然码差分译码器自然码差分译码器kA相kB相kc相kC相kB相kC相kA相kB相kC相kA绝kB绝kC绝kC相kB相kC相kA相kB相kC相kA绝kA相kB相kC相kB绝kA绝kA相kB相kC相kC绝kB绝kA绝kA相kB相kC相第第2 2章章692.3.4 QPSK的调制3 , 22/11 , 02/1)2sin(0kkkkIIMIbkskkskkTtgbjkTtga

31、tu)()()(2 , 12/13 , 02/1)2cos(0kkkkIIMIa相当于用双极性基带信号对两个正交信号进相当于用双极性基带信号对两个正交信号进行平衡调幅。行平衡调幅。twkTtgbtwkTtgatSckskckskQPSKsin)(cos)()(第第2 2章章70第第2 2章章71两种调相系统的矢量图和起始相位角两种调相系统的矢量图和起始相位角第第2 2章章72QPSK的星座图的星座图和相位转移图和相位转移图调相法产生调相法产生QPSK信信号的调制原理号的调制原理第第2 2章章73微波四相调制器串联型四相微波调制器串联型四相微波调制器第第2 2章章74并联型四相微波调制器并联型四

32、相微波调制器第第2 2章章75普通的二极管由普通的二极管由PN结组成。在结组成。在P和和N半导体半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征材料之间加入一薄层低掺杂的本征(Intrinsic)半导体层，组成的这种半导体层，组成的这种P-I-N结构的二极管就结构的二极管就是是PIN 二极管。正因为有本征二极管。正因为有本征(Intrinsic)层的层的存在，存在，PIN 二极管应用很广泛，从低频到高二极管应用很广泛，从低频到高频的应用都有，主要用在频的应用都有，主要用在RF领域，用作领域，用作RF 开关和开关和RF保护电路，也有用作光电二极管保护电路，也有用作光电二极管(PhotoDiode)。PIN

33、二极管包括二极管包括PIN光电二光电二极管和极管和PIN开关二极管。开关二极管。微波开关利用微波开关利用PIN管在直流正管在直流正,反偏压下呈现反偏压下呈现近似导通或断开的阻抗特性近似导通或断开的阻抗特性,实现了控制微波实现了控制微波信号通道转换作用。信号通道转换作用。 PIN 二极管的直流伏安二极管的直流伏安特性和特性和PN结二极管是一样的，但是在微波频结二极管是一样的，但是在微波频段却有根本的差别。段却有根本的差别。 第第2 2章章76由于由于PIN 二极二极I层的总电荷主要由偏置电流产层的总电荷主要由偏置电流产生，而不是由微波电流瞬时值产生，所以其生，而不是由微波电流瞬时值产生，所以其对

34、微波信号只呈现一个线性电阻。此阻值由对微波信号只呈现一个线性电阻。此阻值由直流偏置决定，正偏时阻值小，接近于短路，直流偏置决定，正偏时阻值小，接近于短路，反偏时阻值大，接近于开路。因此反偏时阻值大，接近于开路。因此PIN 二极二极对微波信号不产生非线性整流作用，这是和对微波信号不产生非线性整流作用，这是和一般二极管的根本区别，所以它很适合于做一般二极管的根本区别，所以它很适合于做微波控制器件。因此，可以把微波控制器件。因此，可以把PIN二极管作为二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路（即微波开关）、移相、调制

35、、限幅等电路中。中。第第2 2章章77PIN二极管的特性二极管的特性: 加加负电压（或零偏压）时，负电压（或零偏压）时，PIN管等管等效为电容效为电容+电阻；加正电压时，电阻；加正电压时，PIN管等管等效为小电阻效为小电阻。用改变结构尺寸及选择。用改变结构尺寸及选择PIN二极管参数的方法，使短路的阶梯脊波二极管参数的方法，使短路的阶梯脊波导的反射相位（基准相位）与加正电压导的反射相位（基准相位）与加正电压的的PIN管控制的短路波导的反射相位相同。管控制的短路波导的反射相位相同。还要求加负电压（或还要求加负电压（或0偏置）的偏置）的PIN管控管控制的短路波导的反射相位与标准相位相制的短路波导的反

36、射相位与标准相位相反（反（-164+164之间即可）。之间即可）。 第第2 2章章782.3.5 QPSK信号的解调四相相位调制可以看成两路正交四相相位调制可以看成两路正交PSK信号的合成，故可用相类似的方式解信号的合成，故可用相类似的方式解调。调。接收到的信号利用正交的相干载波进接收到的信号利用正交的相干载波进行接收，得到携带的两路信息码，经行接收，得到携带的两路信息码，经过并过并/串转换为串行的数据信息。串转换为串行的数据信息。第第2 2章章794PSK信号解调器信号解调器LPF抽样判决LPF抽样判决并/串ab/2tccostcsin第第2 2章章80在四相绝对相位调制系统中，相干载波在四

37、相绝对相位调制系统中，相干载波的产生通常采用四倍频的产生通常采用四倍频-四分频法。四分频法。第第2 2章章812.3.6 4DPSK的调制和解调由于四相绝对相位信号调制时，相干由于四相绝对相位信号调制时，相干载波的相位会出现四种不确定性，从载波的相位会出现四种不确定性，从而使得解调后的输出也存在四种不确而使得解调后的输出也存在四种不确定性。为了消除它的影响，实际通信定性。为了消除它的影响，实际通信中一般采用四相相对相位信号调制。中一般采用四相相对相位信号调制。第第2 2章章824DPSK信号的产生信号的产生第第2 2章章834DPSK信号的解调信号的解调第第2 2章章840)()(jjkeek

38、TstgtUktbtackcksincos 受调相位受调相位,有有M种不同取值种不同取值多相调制的波形可以看作是对两个正交多相调制的波形可以看作是对两个正交载波进行多电平双边带调制所得信号之载波进行多电平双边带调制所得信号之和和,多相调制信号的带宽与多电平双边带多相调制信号的带宽与多电平双边带调制时的相同调制时的相同. k2.3.7 8DPSK的调制和解调第第2 2章章85第第2 2章章86第第2 2章章87幅度选择器幅度选择器的作用：的作用：选择输出信选择输出信号幅度为号幅度为cos/8或或cos3/88DPSK的调制的调制第第2 2章章888进制解调方框图进制解调方框图第第2 2章章892

39、.4正交振幅调制正交振幅调制(QAM)在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。正交振幅调制关注的焦点之一。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一种频谱利用率很高的调制方式，其在就是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了微微蜂窝的出现，

40、使得信道传输特性发生了很大变化。过去在传统蜂窝系统中不能应用很大变化。过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视。的正交振幅调制也引起人们的重视。第第2 2章章90MQAM调制原理调制原理 正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。现两路并行的数字信息传输。nncSnMQAMtnTtgAts)cos()()(式中，式中，An是基带

41、信号幅度，是基带信号幅度，g(t-nTs)是宽度为是宽度为Ts的单的单个基带信号波形。上式个基带信号波形。上式还可以变换为正交表示形式还可以变换为正交表示形式: 正交振幅调制信号的一般表示式为正交振幅调制信号的一般表示式为第第2 2章章91tnTtgBtnTtgAtscnSnncnSnnMQAMsinsin)(coscos)()(令AdBYAcAXnnnnnnnnsincos则ttYttXtnTtgYtnTtgXtscccSnncSnnMQAMsin)(cos)(sin)(cos)()(第第2 2章章92QAM信号调制原理图如图所示。为了抑制已调信号信号调制原理图如图所示。为了抑制已调信号的带

42、外辐射，该的带外辐射，该L电平的基带信号还要经过预调制电平的基带信号还要经过预调制低通滤波器低通滤波器。 QAM信号调制原理图信号调制原理图第第2 2章章93 信号矢量端点的分布图称为星座图。通常，可信号矢量端点的分布图称为星座图。通常，可以用星座图来描述以用星座图来描述QAM信号的信号空间分布状态。信号的信号空间分布状态。16QAM的星座图的星座图 (a) 方型方型16QAM星座；星座； (b) 星型星型16QAM星座星座(2.61,0)(4.61,0)(2.61,0)(4.61,0)(0,2.61)(0,4.61)(0,4.61)(0,2.61)(3,3)(3,1)(3,1)(3,3)(3

43、,3)(3,1)(3,3)(1,1) (1,1)(a)(b)第第2 2章章94若信号点之间的最小距离为若信号点之间的最小距离为2A，且所有信号点等概，且所有信号点等概率出现率出现，则平均发射信号功率为，则平均发射信号功率为MnnnavdcMAP1222)(对于方型对于方型16QAM，信号平均功率为，信号平均功率为22122210)18410824(16)(AAdcMAPMnnnav对于星型对于星型16QAM，信号平均功率为，信号平均功率为 2222122203.14)61. 4861. 24(16)(AAdcMAPMnnnav第第2 2章章95对于对于16PSK，信号平均功率为，信号平均功率为

44、222223 .26322sin/22sin/AAMAPav两个两个QAM间功率相差间功率相差1.4dB。而方形。而方形QAM与与PSK间相差间相差4.2dB。第第2 2章章96另外，两者的星座结构也有重要的差另外，两者的星座结构也有重要的差别。一是星型别。一是星型16QAM只有两个振幅只有两个振幅值，而方型值，而方型16QAM有三种振幅值；有三种振幅值；二是星型二是星型16QAM只有只有8种相位值，而种相位值，而方型方型16QAM有有12种相位值。这两点种相位值。这两点使得使得在衰落信道中，星型在衰落信道中，星型16QAM比比方型方型16QAM更具有吸引力。更具有吸引力。(9.1 - 6)第

45、第2 2章章97若已调信号的最大幅度为若已调信号的最大幅度为1，则，则MPSK信号星信号星座图上信号点间的最小距离为座图上信号点间的最小距离为而而MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小信号矩形星座图上信号点间的最小距离为距离为 式中，式中，L为星座图上信号点在水平轴和垂直轴为星座图上信号点在水平轴和垂直轴上投影的电平数，上投影的电平数，M=L2。MdMPSKsin2(9.1 - 6)1212MLdMQAM第第2 2章章98可以看出，当可以看出，当M=4时，时，d4PSK=d4QAM，实，实际上，际上，4PSK和和4QAM的星座图相同。当的星座图相同。当M=16时，时，d16QAM=0.47，而

46、，而d16PSK=0.39，d16PSKd16QAM。这表明，。这表明，16QAM系统的系统的抗干扰能力优于抗干扰能力优于16PSK。 第第2 2章章99MQAM信号的星座图信号的星座图M4M16M256M128M64M32第第2 2章章100MQAM解调原理解调原理MQAM信号同样可以采用正交相干解调方法，其解信号同样可以采用正交相干解调方法，其解调器原理图如图所示。多电平判决器对多电平基带信调器原理图如图所示。多电平判决器对多电平基带信号进行判决和检测。号进行判决和检测。MQAM信号相干解调原理图LPF多电平转换定时恢复多电平判决LPFL到 2电平变换并 / 串变换载波恢复L到 2电平变换第第2 2章章101第第2 2章章102第第2 2章章10326 Apav26 Apav283.6Apav273.4Apav281.6Apav8PSK信号点各信号点之间的最小距离是各信号点之间的最小距离是2A