第五章 数字载波调制

正交幅度调制正交幅度调制（QAM，Quadrature Amplitude Modulation）是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式。

这两个载波通常是相位差为90度（π/2）的正弦波，因此被称作正交载波。

这种调制方式因此而得名。

同其它调制方式类似，QAM通过载波某些参数的变化传输信息。

在QAM中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。

模拟信号的相位调制和数字信号的PSK可以被认为是幅度不变、仅有相位变化的特殊的正交幅度调制。

由此，模拟信号频率调制和数字信号FSK也可以被认为是QAM的特例，因为它们本质上就是相位调制。

这里主要讨论数字信号的QAM，虽然模拟信号QAM也有很多应用，例如NTSC和PAL制式的电视系统就利用正交的载波传输不同的颜色分量。

类似于其他数字调制方式，QAM发射信号集可以用星座图方便地表示。

星座图上每一个星座点对应发射信号集中的一个信号。

设正交幅度调制的发射信号集大小为N，称之为N-QAM。

星座点经常采用水平和垂直方向等间距的正方网格配置，当然也有其他的配置方式。

数字通信中数据常采用二进制表示，这种情况下星座点的个数一般是2的幂。

常见的QAM形式有16-QAM、64-QAM、256-QAM等。

星座点数越多，每个符号能传输的信息量就越大。

但是，如果在星座图的平均能量保持不变的情况下增加星座点，会使星座点之间的距离变小，进而导致误码率上升。

因此高阶星座图的可靠性比低阶要差。

当对数据传输速率的要求高过8-PSK能提供的上限时，一般采用QAM的调制方式。

因为QAM的星座点比PSK的星座点更分散，星座点之间的距离因之更大，所以能提供更好的传输性能。

但是QAM星座点的幅度不是完全相同的，所以它的解调器需要能同时正确检测相位和幅度，不像PSK解调只需要检测相位，这增加了QAM解调器的复杂性。

数字通信中经常用错误率（包括误符号率和误比特率）与信噪比的关系衡量调制和解调方式的性能。

第五章（正弦载波数字调制系统）习题及其答案【题5－1】设发送数字信息为 011011100010，试分别画出 2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图。

【答案5－1】2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形如下图所示。

【题5－2】已知某2ASK 系统的码元传输速率为103Band ，所用的载波信号为()6cos 410A π⨯。

1）设所传送的数字信息为011001，试画出相应的2ASK 信号波形示意图；2）求2ASK 信号的带宽。

【答案5－2】1）由题中的已知条件可知310B R Baud =因此一个码元周期为3110s B T s R -==载波频率为664102102s f Hz ππ⨯==⨯载波周期为61102T s -=⨯所以一个码元周期内有2000个载波周期。

如下图所示我们画出2ASK 信号的波形图，为简便，我们用两个载波周期代替2000个载波周期。

2）根据2ASK 的频谱特点，可知其带宽为222000B B R Hz T ===【题5－3】设某2FSK 调制系统的码元传输速率为1000Baud ，已调信号的载频为1000Hz 或 2000 HZ 。

1）若发送数字信息为011010，试画出相应的ZFSK 信号波形；2）试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调？3）若发送数字信息是等可能的，试画出它的功率谱密度草图。

【答案5－3】1）由题意可画出ZFSK 信号波形如下图所示。

2）由于ZFSK 信号载波频差较小，频谱有较大重叠，采用非相干解调时上下两个支路有较大串扰，使解调性能降低。

由于两个载频人与人构成正交信号，采用相干解调可减小相互串扰，所以应采用相干解调。

3）该2FSK 信号功率谱密度草图如下图所示。

【题5－4】假设在某2DPSK 系统中，载波频率为 2400 Hz ，码元速率为 1200 Band ，已知相对码序列为11000101ll 。

载波调制原理载波调制原理是一种常见的调制方式，用于在通信系统中将基带信号转换为可以传输的高频信号。

通过将基带信号与一个高频载波信号相乘，可以实现信号的传输和调制。

本文将对载波调制原理进行详细介绍。

在通信系统中，基带信号是指未经过调制的信号，通常是来自于声音、视频或数据等信息。

为了将这些信息传输到远距离的接收端，我们需要将基带信号转换为高频信号，以便在信道中传输。

这就是载波调制的作用。

载波调制的原理是通过将基带信号与一个高频载波信号相乘，来实现信号的调制。

在这个过程中，基带信号被叠加到载波信号上，形成了一个新的调制信号。

这个调制信号的频率通常远高于基带信号，从而可以通过天线等设备传输到接收端。

载波调制的过程可以分为两个主要步骤：调制和解调。

在调制过程中，基带信号与载波信号相乘，形成调制信号。

而在解调过程中，接收端将接收到的调制信号分离出基带信号和载波信号，以便恢复原始信息。

载波调制有许多不同的类型，包括调幅调制（AM）、调频调制（FM）和调相调制（PM）等。

每种调制方式都有其特定的优点和应用场景。

例如，调幅调制通常用于广播领域，而调频调制则常用于音频传输。

在实际应用中，载波调制技术已经被广泛应用于无线通信、广播、电视等领域。

通过将基带信号转换为高频信号，我们可以实现远距离、高质量的信号传输，从而满足人们日益增长的通信需求。

总的来说，载波调制原理是一种重要的调制方式，通过将基带信号与高频载波信号相乘，实现信号的传输和调制。

在通信领域，载波调制技术发挥着重要作用，为人们的通信需求提供了有效的解决方案。

希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解载波调制原理及其应用。

第1篇一、实验目的1. 理解数字载波调制的基本原理和过程。

2. 掌握常见的数字调制方式，如振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。

3. 学习数字调制信号的生成和解调方法。

4. 通过实验，加深对数字调制技术在实际通信系统中的应用理解。

二、实验原理数字载波调制是数字通信中一种常见的信号处理技术，它通过改变载波的某些参数（如幅度、频率或相位）来携带数字信息。

常见的数字调制方式包括：1. 振幅键控（ASK）：通过改变载波的幅度来表示数字信息，通常用高电平表示“1”，低电平表示“0”。

2. 频移键控（FSK）：通过改变载波的频率来表示数字信息，通常用不同的频率分别表示“1”和“0”。

3. 相移键控（PSK）：通过改变载波的相位来表示数字信息，通常用不同的相位来表示不同的数字符号。

数字调制信号可以通过以下步骤生成：1. 基带信号生成：将数字信息转换成基带信号，通常为二进制序列。

2. 调制：将基带信号与载波信号相乘，得到已调信号。

3. 滤波：对已调信号进行滤波，去除不必要的频率分量。

数字调制信号的解调过程如下：1. 载波恢复：从已调信号中恢复出载波信号。

2. 解调：将恢复的载波信号与已调信号相乘，得到基带信号。

3. 判决：根据基带信号的幅度或频率，判断原始数字信息。

三、实验器材1. 数字信号发生器2. 数字示波器3. 数字信号分析仪4. 信号源5. 连接线四、实验步骤1. 实验一：ASK调制和解调- 使用数字信号发生器生成二进制序列。

- 将基带信号与载波信号相乘，得到ASK调制信号。

- 使用数字示波器观察ASK调制信号的波形。

- 将ASK调制信号与恢复的载波信号相乘，得到解调信号。

- 使用数字示波器观察解调信号的波形。

2. 实验二：FSK调制和解调- 使用数字信号发生器生成二进制序列。

- 将基带信号与两个不同频率的载波信号相乘，得到FSK调制信号。

- 使用数字示波器观察FSK调制信号的波形。

数字调制技术简介Brief Introduction to Digital Modulation Technology目录第一章为何采用数字调制第二章采用IQ调制传送信息第三章数字调制类型3.1数字传输基本概念3.2 数字调制基本类型3.3 现代数字调制技术3.4 自适应调制技术3.5常用移动通信系统中的调制技术第四章数字发射和接收4.1 匹配滤波器4.2 数字发射机和接收机第五章观察数字调制5.1星座图5.2眼图第六章数字调制质量的测试第一章为何采用数字调制现代通信技术的发展，使得各种性能的无线通信系统不断涌现。

频谱逐渐成为希缺资源，而管理当局对无线发射功率的限制也加强了。

对无线通信系统的研发者来说，面临着如下的设计约束条件：可用的带宽，容许的功率和系统内部的噪声水平。

故人们必须致力于新技术的研发。

数字调制可以提供更高的信息容量、与先进的数据业务的兼容性较好，还有较高的数据安全性和较好的通信质量。

在1990年90年代，调制方式已全面从模拟的调幅、调频及调相转换到新的数字调制技术，如：QPSK、 FSK、 MSK 和QAM。

目前常用的数字通信传输信道仍为模拟信道，即接收机的输入和发射机的输出信号均为模拟信号，经过模拟/数字转换，信号的中间处理过程是数字化的，最后处理好的数字信号经数字/模拟转换后被调制到模拟载波信道上发送出去。

而各种多址技术（FDMA、TDMA 和CDMA）的普遍采用使得蜂窝电话、无线局域网等系统迅速走向成熟和实用。

值得注意的是，随着通信技术的进一步发展，软件无线电逐渐走入人们的视野，其发送端和接收端的射频信号均是数字化的。

虽然数字接收机的三个基本元素仍是：本振、混频器和滤波器，但与模拟系统有很大的不同，这是一个专门的领域，不在此讨论。

返回目录第二章采用IQ调制传送信息为在空间传输信号，有三个主要步骤：1．在发射端产生一个纯的载波；2．在载波上调制要发射的信息。

任何稳定的可检测的信号特性的变化可以携带信息；3．在接收端，解调和检测信号的变化。

第五章数字信号的载波调制1数字信号载波调制的目的信源编码的目的是提高信源的效率，去除冗余度。

信道编码的目的主要有两点:(1)要求码列的频谱特性适应通道频谱特性，从而使传输过程中能量损失最小，提高信号 能量与噪声能量的比例，减小发生差错的可能性，提高传输效率。

⑵ 增加纠错能力，使得即便岀现差错，也能得到纠正。

一般传输通道的频率特性总是有限的，即有上、下限频率，超过此界限就不能进行有效的传 输。

如果数字信号流的频率特性与传输通道的频率特性很不相同，那么信号中的很多能量就会失去，信噪比就会降低，使误码增加，而且还会给邻近信道带来很强的干扰。

因此，在传输前要 对数字信号进行某种处理，减少数字信号中的低频分量和高频分量，使能量向中频集中， 或者通过某种调制过程进行频谱的搬移。

这两种处理都可以被看作是使信号的频谱特性与信道的频谱特 性相匹配。

数字信号的载波调制是信道编码的一部份。

有线电视宽带综合网是基于模拟环境下的数字 信号的传输，图象数字信号不是基带传输方式而是在射频通带中传输。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字信号对载波进行调制。

传输数字信号时也有三 种基本调制方式：幅度键控，频移键控和相移键控，它们分别对应于 用正弦波的幅度、频率和 相位来传递数字基带信号。

本章将主要介绍得到广泛应用的几种数字调制方法。

(00, 01，10，11)对应于正弦波的四个相位:Ej （f ： = CM 他f +Q ）其中 i=1 , 2，3，4; -T /2< t <T / 2;oc上o把相继两个码元的四种组合二可以是0、士 n/ 2、n 或 士 n/4、士 3n/ 4,这就是四相 PSK(即QPSK)。

上式也可写成：坷（；）=a icos w/ +勺 sin-T /2< t < T / 2 ;相应的 是 0, 士 n/ 2, n 的情况，这时(口』i )=(1 , 0) , (0 , 1) , ( — 1 , 0) , (0，- 1)而当 2 是 士 n/ 4, 士 3n/ 4 时 °氐甌円，“ ,(—1 , “ ,( — 1 , — 1) , (1 ,—1)用◎伙二维平面上的点来表示，如图 5 — 1所示。

第五章（正弦载波数字调制系统）习题及其答案【题5－1】设发送数字信息为 0，试分别画出 2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图。

【答案5－1】2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形如下图所示。

【题5－2】已知某2ASK 系统的码元传输速率为103Band ，所用的载波信号为()6cos 410A π⨯。

1）设所传送的数字信息为011001，试画出相应的2ASK 信号波形示意图； 2）求2ASK 信号的带宽。

【答案5－2】1）由题中的已知条件可知310B R Baud =因此一个码元周期为3110s B T s R -==载波频率为664102102s f Hz ππ⨯==⨯载波周期为61102T s -=⨯所以一个码元周期内有2000个载波周期。

如下图所示我们画出2ASK 信号的波形图，为简便，我们用两个载波周期代替2000个载波周期。

2）根据2ASK 的频谱特点，可知其带宽为 222000B B R Hz T ===【题5－3】设某2FSK 调制系统的码元传输速率为1000Baud ，已调信号的载频为1000Hz 或 2000 HZ 。

1）若发送数字信息为011010，试画出相应的ZFSK 信号波形；2）试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调？3）若发送数字信息是等可能的，试画出它的功率谱密度草图。

【答案5－3】1）由题意可画出ZFSK 信号波形如下图所示。

2）由于ZFSK 信号载波频差较小，频谱有较大重叠，采用非相干解调时上下两个支路有较大串扰，使解调性能降低。

由于两个载频人与人构成正交信号，采用相干解调可减小相互串扰，所以应采用相干解调。

3）该2FSK 信号功率谱密度草图如下图所示。

【题5－4】假设在某2DPSK 系统中，载波频率为 2400 Hz ，码元速率为 1200 Band ，已知相对码序列为11000101ll 。

1）试画出2DPSK 信号波形（注：相对偏移ϕ∆，可自行假设）；2）若采用差分相干解调法接收该信号时，试画出解调系统的各点波形；3）若发送信息符号0和1的概率分别为0.6和0.4，试求2DPSK 信号的功率谱密度。