调制是所有无线通信的基础，调制是一个将数据传送到无线电载波上用于发射的过程。如今的大多数无线传输都是数字过程，并且可用的频谱有限，因此调制方式变得前所未有地重要。
如今的调制的主要目的是将尽可能多的数据压缩到最少的频谱中。此目标被称为频谱效率，量度数据在分配的带宽中传输的速度。此度量的单位是比特每秒每赫兹（b/s/Hz）。现在已现出现了多种用来实现和提高频谱效率的技术。
幅移键控（ASK）和频移键控（FSK）
调制正弦无线电载波有三种基本方法：更改振幅、频率或相位。比较先进的方法则通过整合两个或者更多这些方法的变体来提高频谱效率。如今，这些基本的调制方式仍在数字信号领域中使用。
图1显示了二进制零的基本串行数字信号和用于发射的信号以及经过调制后的相应AM和FM信号。有两种AM信号：开关调制（OOK）和幅移键控（ASK）。在图1a中 ,载波振幅在两个振幅级之间变化，从而产生ASK调制。在图1b中，二进制信号关断和导通载波，从而产生OOK调制。
图1:三种基本的数字调制方式仍在低数据速率短距离无线应用中相当流行：
幅移键控（a）、开关键控（b）和频移键控（c）。在载波零交叉点发生二进制状态变化时，这些波形是相
干的。
AM在与调制信号的最高频率含量相等的载波频率之上和之下产生边带。所需的带宽是最高频率含量的两倍，包括二进制脉冲调制信号的谐波。
频移键控（FSK）使载波在两个不同的频率（称为标记频率和空间频率，即fm和fs）之间变换（图1c）。FM会在载波频率之上和之下产生多个边带频率。产生的带宽是最高调制频率（包含谐波和调制指数）的函数，即：
m = Δf（T）
Δf是标记频率与空间频率之间的频率偏移，或者：
Δf = fs –fm
T是数据的时间间隔或者数据速率的倒数（1/bit/s）。
M的值越小，产生的边带越少。流行的FSK版本是最小频移键控（MSK），这种调制方式指定m = 0.5.还使用m = 0.3等更小的值。
接下来我们讨论两种进一步提高ASK和FSK的频谱效率的方法。第一个方法是选择数据速率、载波频
率和移频，以便发生二进制状态变化时，正弦载波不会出现不连续。这些不连续性会产生短时脉冲波干扰，这种干扰会增加谐波含量和带宽。
这里的思路是使二进制数据的停止和开始时间与正弦载波在零交叉点出现振幅或频率变化的时间同步。这称为连续相或相干操作。与非相干信号相比，相干ASK/OOK和相干FSK的谐波较少，带宽较窄。
第二种方法是在调制之前对数据进行滤波。这种方法可以对信号进行修整，从而延长上升时间和下降时间，减少谐波含量。特别的高斯滤波器和升余弦低通滤波器的用途就在于此。GSM蜂窝电话广泛使用了
一种流行的整合方案，即高斯滤波MSK（GMSK），这种方案可以在200kHz信道中实现270kbps的数据速率。
二进制相移键控（BPSK）和正交相移键控（QPSK）
二进制相移键控（BPSK）是一种非常流行的数字调制方式，该调制方式是在发生每一个二进制状态变
化时将正弦载波进行180°的相移（图2）。BPSK在零交叉点出现相变时是相干的。BPSK的正确解调需要信号与相同相位的正弦载波进行对比。这涉及到载波恢复和其他的复杂电路。
图2:在二进制相移键控中，请注意二进制0的相位是怎样为0°，而二进制1的相位是怎样为180°的。
当二进制状态发生变换时，相位发生变化，因此信号是相关的。
差分BPSK或DPSK是比较简单的调制方式，这两种调制试试会将接收到的比特相位与以前的比特信号的相位进行对比。BPSK是频谱效率极高的一种调制方式，你可以以与带宽（即1bit/Hz）相等的数据速率
传送数据。
正交PSK（QPSK）是BPSK的一种比较流行的变体，在该方式中，调制器产生两个相移为90°的正弦载波。二进制数据对每个相位进行调制，从而产生四个相移为45°的唯一的正弦信号。两个相位叠加在一起，产生最终的信号。每一对唯一的比特都产生具有不同相位的载波（表1）。
表1
图3a通过相量图描述了QPSK,图中的相量表示载波正弦振幅峰值，及其位置表示相位。图3b中的星座图显示了同样的信息。由于每一个载波相位都表示两比特数据，因此QPSK是一种频谱效率极极高的调制方式。其频谱效率为2bit/Hz,这是同一带宽中BPSK能够实现的数据速率的两倍。
图3:可以不使用时域波形来表示调制方式。比如，QPSK可以用相量图（a）或者星座图（b）表示，这两种
图都表示相位和振幅的大小。
数据速率和波特率
理论上的最大数据速率或信道容量（C）（单位为bits/s）是信道带宽（B）信道（单位为Hz）和信噪比（SNR）的函数：
C = B log2 （1 + SNR）
这就是所谓的香农-哈特雷定律。最大数据速率与带宽成正比，与SNR成对数比。在误码率（BER）一定的情况下，噪声会大幅降低数据速率。
另一个关键因素是波特率，即每秒传送的调制符号数。调制符号这个术语是指正弦载波信号的一种具体状态。它可以是振幅、频率、相位或者这些参数的某种形式的组合。基本的二进制传输模式采用每个符号一比特的机制。
在ASK调制方式中，二进制0表示一个振幅，二进制1表示另外一个振幅。在FSK调制方式中，二进制0表示一个载波频率，二进制1表示另一个载波频率。在BPSK调制方式中，二进制0表示0°相移，二进制1表示180°相移。以上的每一种调制方式都采用每个符号一比特的机制。
数据速率（单位为bits/s）按比特时间（tb）的倒数计：
bits/s = 1/ tb
采用每比特一个符号的机制时，波特率与比特率相同。不过，如果每个符号传输多个比特，波特率就会降至比特率的每个符号的比特数分之一。比如，如果按每个符号2比特传输，波特率即为比特率的二分之一。举例来讲，采用QPSK调制方式时，70Mb/s的数据流是以35个符号/秒的波特率传输的。
多相移键控（M-PSK）
在QPSK调制方式下，每个符号为2比特，其频谱效率极高。由于有四种振幅相位组合，因此QPSK也称为4-PSK.通过使用较小的相移，每个符号可以传输更多比特。8-PSK和16-PSK是比较常用的调制方式。
8-PSK采用八个符号，这些符号之间存在45°的等幅载波相移，从而可以实现每个符号传输三比特。16-PSK采用22.5°的等幅载波信号相移。该方案可以实现每个符号传输4比特。
虽然多相移键控（M-PSK）的频谱效率较高，但是小相移数越大，在有噪声的环境下解调信号就越难。M-PSK的优势在于等幅载波可以使用效率更高的非线性功放。
正交调幅（QAM）
创建具有某种振幅和相位组合的符号可以进一步增加每个符号传输的比特数。这种方法称为正交调幅（QAM）。比如，8QAM使用四种载波相位和两个振幅级来实现每个符号传输3比特。其他流行的调制方式包括16QAM、64QAM和256QAM,这三种调制方式每个符号分别传输4、6和8比特。
图4:16QAM同时使用振幅和相位来实现4bit/Hz的频谱效率。在此示例中，有三个幅移和12个相移。
虽然QAM的频谱效率极高，但是在有噪声的情况下解调信号的难度也更大，其振幅变化往往是随机的。此外还需要线性功放。QAM在有线电视、Wi-Fi无线局域网（LAN）、卫星和蜂窝电话系统中使用相当广泛，它可以在带宽有限的情况下产生最高的数据速率。
幅相键控（APSK）
幅相键控（APSK）是一种从M-PSK和QAM演变而来的调制方式，这种调制方式是随着更高级QAM的需求的出现应运而生的。更高级别的QAM（比如16QAM和更高）具有很多不同的振幅级和相移。这些振幅级更容易受噪声影响。
此外，这些多个振幅级需要线性功放（PA），而线性功放的效率要比非线性功放（比如C类功放）低。振幅级数越少，或者振幅级差越小，在PA的非线性区工作的可能性就越大，从而提高功率水平。
APSK使用更少的振幅级。这种调制方式基本上将符号排列到两个或更多恒定相位差为θ的同心环中。例如，16APSK采用双环PSK格式（图5）。此调制方式称为4-12 16APSK,中心环有四个字符，外环有12个字符。
图5:16APSK使用两个振幅级A1和A2以及16个偏移为θ的不同相位位置。此调制技术已广泛用于卫星领
域。
采用两个振幅级差较小的振幅级时，可使放大器在更加靠近非线性区的位置工作，从而提高效率和功率输出。由于APSK非常适合使用普遍使用的行波管（TWT）功放，因此APSK主要用在卫星应用中。
正交频分复用（OFDM）
正交频分复用（OFDM）通过整合调制技术和复用技术来提高频谱效率。传输信道被分成许多较小的子信道或子载波。选择副载波频率和间距时需使它们成正交关系。这样，其光谱就不会互相干扰，因此就不需要防护频带（图6）。
图6:在IEEE 802.11n Wi-Fi标准的OFDM信号中，56个副载波在20MHz信道中的间隔为312.5kHz.使用64QAM
调制方式时，可以实现300Mbps的数据速率。
要传输的串行数字数据被分成数据速率较低的并行信道。然后这些数据速率较低的信号被用来调制每一个副载波。BPSK、QPSK和几种级别的QAM是最常见的调制方式。802.11n标准对BPSK、QPSK、16QAM和64QAM进行了定义。64QAM可以实现高达300Mbps左右的数据速率。
只有数字信号处理（DSP）技术会产生复杂的调制过程。反向快速傅立叶变换（IFFT）产生用于传输的信号。FFT过程会恢复接收器端的信号。
OFDM的频谱效率相当高。该效率取决于副载波数和调制方式，不过它可以高达30bit/s/Hz.由于高带宽，这种调制方式通常会占用大量副载波，由于衰减、多路反射以及UHF和微波无线电信号传播中常见的类似效应，这种调制方式还不容易出现丢失信号的情况。
当前，OFDM是使用最为广泛的数字调制方式。这种调制方式的应用范围包括Wi-Fi LAN、WiMAX宽带无线网络、长期演进（LTE） 4G蜂窝系统、数字用户线路（DSL）系统和大多数电力线通信（PLC）应用。频谱效率的确定
频谱效率是在分配的带宽中数据的传输速率的量度，其单位为bit/s/Hz（b/s/Hz）。每一种调制方式都有其理论最高频谱效率（表2）。
表2
SNR是影响频谱效率的另一个重要因素。该因素还可以用载波噪声功率比（CNR）来表示。此量度是针对给定CNR值的BER.BER是在给定的传输比特数中出错的比例。由于与信号级相比，噪声变得更大，因此会出现更多错误。
有些调制方式不易受噪声影响。ASK/OOK和QAM等振幅调制方式极易受噪声影响，因此对于给定的调制而言，这些调制方式的BER较高。相位和频率调制（BPSK和FSK等）在有噪声的环境中具有更好的表现，因此对于给定的噪声级，这些调制方式需要的信号功率较少。
影响频谱效率的其他因素
虽然调制方式在频谱效率中起着非常关键的作用，但是无线设计中的其他因素也会影响频谱效率。比如，使用正向纠错（FEC）技术可以大幅改进BER.这种编码方式可以增加额外的比特数，因此可以检测和纠正错误。
这些额外的编码比特会增加信号的开销，从而降低数据的净比特率，不过这往往是CNR的一位数dB改进的一个可以接受的折衷因素。如今几乎所有的无线系统都有这种编码增益。
数字压缩是另一个有用的技术。要发送的数字数据易受用来大幅减少信息量的压缩算法的影响。这样就可以减少数字信号量，以便这些信号以更短更慢的数据流进行传输。
比如，数字手机和互联网协议语言（VoIP）电话的语言信号就是经过压缩的。MP3或AAC文件的音乐经过压缩后可以获得更快的传输速度，并且所需的存储空间也更小。视频经过压缩后，高分辨率的图像可以更快地传输或者在带宽有限的系统中传输。
影响频谱效率的另一个因素是多输入多输出（MIMO）的使用，该技术使用多个天线和收发器来传送两个或多个比特流。单个高速率流被分成两个并行流，并同时以相同的带宽进行传输。
通过对流及其独特的通路特性进行编程，接收器可以对每个流进行识别和解调，并将其重编成原始的流。因此，MIMO可以提升数据速率、噪声性能和频谱效率。802.11n和802.11ac/ad等更新的无线LAN （WLAN）标准以及LTE和WiMAX等蜂窝标准都采用MIMO技术。
图7:这是以BER和CNR表示多种流行的调制方式及其频谱效率的比较图。请注意，对于给定的BER,QAM级
别越高，所需的CNR越大。
调制和解调的实现
过去，实现调制和解调的电路往往是唯一的。如今，大多数现代无线电都是软件定义无线电（SDR），在这类无线电中，调制和解调等功能都是通过软件的方式实现的。DSP算法执行以前指定给调制器和解调器电路的工作。
调制过程是从要传输的数据被送至产生两个数据输出的DSP器件开始的，这两个数字输出用来定义接收器端恢复数据所需的振幅和相位信息。DSP产生两个基带流，这两个基带流被发送至数模转换器（DAC），从而产生模拟当量。
这些调制信号向混频器提供载波。载波信号与混频器之间有90°的相移。从混频器获得的正交输出信号合在一起产生要传输的信号。如果载波信号的频率为最终的传输频率，那么该复合信号将被放大，然后被发送至天线。这个过程称为直接转换。载波信号的频率也有可能是较低的中频（IF）。该中频信号通过另一个混频器被上变频至最终的载波频率，然后被施加到发射器功放。
在接收器端，来自天线的信号被放大，然后下变频至中频，或者直接下变频至最初的基带信号。来自天线的放大信号与载波信号一起被施加到混频器。施加到混频器的载波信号之间也有90°的相移。
混频器产生最初的基带模拟信号，然后该信号在一对模数转换器（ADC）中转换成数字信号，并被发送至DSP电路，该电路中的解调算法用来恢复最初的数字数据。
这里要考虑三个重点。首先，调制和解调过程采用两个正交信号。如果相位和振幅将要在调制或解调
过程中保存和捕获时，DSP算法就需要两个正交信号。
其次，DSP电路可能是传统的可编程DSP芯片，也可能通过实现算法的固定数字逻辑来实现。固定逻
辑电路尺寸更小速率更快，由于在调制或解调过程中具有低延迟而往往得到优先使用。
第三，如果调制方式为QPSK或QAM,发射器中的功放就需要是线性放大器，这样才能真实地再现振幅
和相位信息。如果采用ASK、FSK和BPSK调制方式，可以要使用效率更高的非线性放大器。
对更高频谱效率的追求
频谱是有限的资源，它总是供不应求。多年来，美国联邦通信委员会（FCC）和其他政府机构已分配了大多数电磁频谱，并且大多数频谱都处在积极使用的状态。
现在，蜂窝和陆地移动无线电领域存在频谱供不应求的局面，从而限制了高数据速率等业务的拓展和
新用户的加入。解决这个问题的一个方案是通过将更多用户压缩到相同或更少的频谱中并实现更高的数据
速率来提高使用效率。改进的调制和访问方案可能会有所帮助。
最密集的频谱区之一是联邦政府、州政府和消防局和警察局等当地公共安全机构使用的陆地移动无线
电（LMR）和专用移动无线电（PMR）频谱。目前，这些频谱是由FCC认证分配的频谱150至174MHz VHF频谱和421至512MHz UHF频谱。
大多数无线电系统和手持机都使用占用25kHz信道的FM模拟调制。最近FCC已经要求所有的这类无线电都切换到12.5kHz信道。这种转换称为窄带转换，它可以使可用信道数翻倍。
窄带转换有望提升无线电访问信道的能力。此外，窄带还意味着可以在系统中增加更多的无线电。这
种转换必须在2013年1月1日之前进行。否则机构或公司可能会失去认证或者被罚款。由于对新无线电系统和手持机的需求仍存在，因此这种转换的成本将非常高。
未来，FCC有望授权从12.5kHz信道进一步转换到6.25kHz信道，这样就又在不增加分配的频谱量的
情况下将容量增加了一倍。这种转换尚未提供时间表。
新设备可以使用模拟或数字调制方式。通过调整调制指标并使用其他窄带转换技术可以将标准模拟FM 置于12.5kHz信道上。不过，6.25kHz信道中的模拟FM无法工作，因此必须使用数字技术。
数字技术可以将语音信号转换成数字信号，并使用压缩技术产生可以调制到窄带的极低速率的串行数
字信号。这种数字调制技术有望满足窄带转换目标，并带来一些额外的性能优势。
目前已经开发了新的调制技术和协议（包括P25、TETRA、DMR、dPMR和NXDN）来满足这一要求。所有这些新技术都必须满足FCC法规第90部分和/或欧洲电信标准学会（ETSI）标准（如针对LMR的TS-102 490和TS-102-658）的要求。
最流行的数字LMR技术P25目前已在美国12.5kHz信道上得到广泛使用。其频分多址（FDMA）技术可
将分配的频谱分成6.25kHz或12.5kHz信道。
P25项目的第I阶段使用四符号FSK （4FSK）调制技术。早期推出的标准FSK使用两种频率或"音调（tone）"来实现1bit/Hz的频谱效率。不过，4FSK是使用四种频率的FSK技术的一种变体，该技术可以实现2bit/Hz 的效率。使用该方案时，该标准可以在12.5KHz的信道中实现9600bit/s的数据速率。使用4FSK技术时，载波频率出现±1.8kHz或±600Hz的频移，以实现四个符号。
在第2阶段，使用一种兼容的QPSK调制技术在6.25kHz信道中实现类似的数据速率。发生±45°或±135°的相移，以实现四个符号。现已开发出一款独一无二的解调器，它可以检测到4FSK或QPSK信号，以恢复数字语音。仅需要发射端的另一调制器即可实现从第1阶段到第2阶段的转换。
美国以外的地区使用最广泛的数字LMR技术是TETRA,即陆地中继无线电。这种ETSI标准在欧洲以及
非洲、亚洲和拉丁美洲应用相当广泛。其时分多址（TDMA）技术可将四个数字语音或数据信号复用至25kHz 信道。
单个信道可用来支持每个用户的数字数据的四个时隙的数字流。这相当于相邻的6.25kHz信道中的四个独立信号。这种调制方式是π/4-DQPSK,数据速率是每时隙7.2kbps.
另一个ETSI标准数字移动无线电（DMR）在12.5kHz信道中使用4FSK调制技术。这种调制技术通过使用双时隙TDMA方式在12.5kHz信道中实现等效的6.25kHz信道。语音通过数字方式进行编码，带纠错功能，基本速率是3.6kbps.12.5kHz频带的数据速率是9600kbps.
类似的技术还有dPMR,这是一种数字专用移动无线电标准。此ETSI标准也使用4FSK调制技术，不过使用的多址技术是6.25kHz信道中的FDMA.带纠错功能时的语音编码速率也是3.6kbps.
LMR厂商Icom和Kenwood已开发出另一个LMR标准NXDN.该标准旨在使用数字语音压缩技术和四符号FSK系统在12.5或6.25kHz信道中工作。可以选择一个信道用来传输语音或数据。
基本数据速率为4800bit/s.多址技术是FDMA.NXDN和dPMR是两个类似的标准，因为它们都在6.25kHz 信道中使用4FSK和FDMA.不过由于数据协议和其他特性不相同，这两种技术并不兼容。
由于所有这些数字技术都是类似的，并且在标准频率范围内工作，因此飞思卡尔（Freescale）公司开发出了一款整合RF收发器和ARM9处理器的单芯片数字无线电，该无线电经过编程后可以适用于任何数字标准。如果不使用多个协议的话，MC13260片上系统（SoC）可以成为手持机无线电的基础。
NovelSat公司推出的一种称为NS3调制的新技术就是提高给定信道的频谱效率并增加数据吞吐能力的调制技术的另一个实例。卫星定位在距地球22,300英里的围绕赤道的轨道上。这称为地球静止轨道，该轨道上的卫星以与地球同步的方式旋转，因此它们的运动轨迹是固定的，这使其成为一个非常合适的从地球上的一个位置到另一位置的信号中继平台。
卫星上有多个转发器，它们可以捡拾来自地球的弱上行线路信号，并将该信号以不同的频率重新发送。这些转发器是线性设备，具有固定带宽，一般为36MHz.有些新型卫星具有72MHz的信道转发器。带宽固定时，数据速率也是固定的，并且由调制技术和多址技术决定。
问题是如何满足由于对更高通信能力的日益增长的需求而引起的提高远程卫星中的数据速率的要求。解决方法很简单，就是创建和实现频谱效率更高的调制技术。NovelSat公司正是按照这个思路做的。该公司的NS3调制技术可以将带宽容量提高多达78%.
这种提高来自以前推出的APSK调制技术的修订版。常用的卫星传输标准DVB-S2是一个可以使用QPSK、8PSK、16APSK和32APSK调制方式和不同的正向纠错（FEC）方案的单个载波（一般是L波段950至1750MHz）。最常见的应用是视频传输。
NS3技术通过多个振幅和相位符号提供64APSK调制方式，提高了频谱效率，在DVB-S2技术的基础上有所提升。此外还包含了低密度奇偶校验（LDPC）码。这种整合可以在72MHz的转发器中实现358Mbps的最高数据速率。由于调制方式是APSK,因此TWT PA不必进行回退，以保留完美的线性度。因此与DVB-S2相比，它们能以更高的功率工作，并实现更高的数据速率和更低的CNR.NovelSat公司的NS1000调制器和NS2000解调器可用来将卫星系统升级至NS3.在大多数应用中，针对给定的CNR,NS3都可以在DVB-S2基础上实现数据速率的提升。
Chirp扩频技术综述
摘要：众所周知，扩频技术具有显著的抗干扰和抗衰落特性，并且具有低功耗，及低的被检测概率，因此，扩频技术被广泛的应用于民用和军用通信中。常用的扩频技术主要有三种：直接序列扩频，跳频和chirp扩频（Chirp Spread Spectrum，CSS）技术。相比于前两者，Chirp扩频技术的抗多普勒频移能力更强，且可有效的抗深度衰落。由于水声信道的多普勒频移是不可忽略的，因此，有必要对chirp扩频技术进行深入的研究，使其能成为水声通信中一种新的调制体制。另外，近年来FRFT（Fractional Fourier Transform，分数阶傅里叶变换）是信号处理领域一个研究热点，不同于普通的傅里叶变换，FRFT的基函数正是一系列chirp函数，这使得FRFT可用于检测chirp信号和chirp参数估计，因此，将其引入Chirp扩频系统。本文将介绍chirp扩频技术的基本原理，及其主要发展和应用，并对基于chirp扩频的多址方案进行讨论。最后还将介绍基于FRFT的Chirp扩频系统。
一．Chirp扩频技术简介
CSS技术是用线性调频的Chirp脉冲调制发送信息来达到扩频效果的。Chirp脉冲是正弦信号，在一定时间段内，其频率随时间线性增加或减小。与DSSS、FHSS相似，CSS利用了它的整个带宽去扩展信号的频谱，不同的是CSS不需要加入任何伪随机序列，它利用了Chirp 脉冲自身的频率线性特征，其频率是连续变化的。
CSS与DSSS的解扩原理也有相似之处。DSSS是通过PN序列扩频的，其解扩需要利用PN序列良好的自相关特性，即：其自相关远大于互相关。在接收端，如果本地PN序列与接收到的PN序列具有相同的相位时，相关运算出现最大值。所以可以通过自相关运算，对信号进行解扩，实现数据符号的检测。CSS的解扩利用了脉冲压缩原理。接收信号经过匹配滤波后，出现了尖峰脉冲，接收机可以通过对尖峰脉冲的能量捕获来进行数据符号的检测。匹配滤波在一定程度上可以看作是求自相关。所以可以认为CSS和DSSS都是通过对扩频序列(信号)求自相关来解扩的。
与传统的扩频技术相比，Chirp扩频有其独特的优点：Chirp扩频的处理增益由信号的时间带宽积TB决定，而Chirp信号的时间带宽积远大于1，所以利用Chirp脉冲传送数据，有较强的抗干扰能力。Chirp扩频利用了非常宽的频带，即使在非常低的发射功率下，仍然可以抗多径衰落。同时Chirp扩频还能抗移动通信中常见的多普勒频移。【1】
二. 调制方式
目前用于Chirp扩频通信的调制方法可分为两大类，二进制正交键控(Binary Orthogonal Keying，BOK)调制和直接调制(Direct Modulation，DM)。在BOK中，Chirp信号被用于表示调制后的符号；而在DM中，Chirp信号仅用于扩展已调信号的频谱。
在BOK系统中，使用两个正交的线性调频信号。它们的线性调频率（chirp rate）正好相反。一个是正的，称为up-chirp，一个是负的，称为down-chirp，分别用来表示不同的信号，例如，用up-chirp表示“1”，用down-chirp来表示“0”。Chirp扩频是一种低速的调制方式，为了提高数据速率，在BOK系统的基础上，文献【2】提出了一种多进制键控调制，称为Multiple Chirp-rate Shift Keying（MCrSK），即用不同的调频率和Miki,...2,1,
始频点if0 来对信息进行相应的映射。这类似于MFSK，但是该系统比MFSK鲁棒性更强，且频谱利用率更高。这种系统在设计的时候需考虑不同调频率的选取方案。文献【3】提出的M-ary chirp spread spectrum modulation (MCSS)系统，本质上和MCrSK系统是相同的。DPSK-MCSS则是在差分编码的基础上进行多进制chirp调制，可降低系统对同步的要求。
在DM系统中，信号先是经过数字调制，如DPSK,DQPSK等，后直接乘以一个Chirp信号，用于对已调信号进行扩展。在这里，chirp信号的功能与DSSS中PN序列的功能相同。这种调制方式简单，易于实现，整个系统只到了一种线性调频信号，接收端处理也较简单。DM 系统的灵活之处在于它可以和各种不同的映射方式结合，可实现简单的多进制调制。
三．Chirp扩频多址方案
作为一种扩频信号，Chirp信号具有固有的抗干扰特性。特别是当存在多普勒频移和在多径衰落信道下传播时，chirp信号更能体现其优势。基于这些优点，越来越多的学者正在研究其在多用户环境下的性能。1996年，Said E. El-Khamy et al.提出了一种有效的多址接入技术multi-user chirp modulation ( M-CM)【4】，该技术的重点在于多用户chirp调制信号的设计，即设计一种有效的线性调频率选取规则，使得每个用户占有相同的带宽并且能量相等。但是，随着用户数的增加，各用户的chirp信号之间的互相干扰影响也在不断的增加，从而使系统误码率增加，这就是所谓的多址干扰 multiple-access interference (MAI)。为了提高该多用户系统在多径衰落信道下的性能，作者提出将FHSS技术和M-CM技术结合。FHSS技术是利用一个伪随机序列来控制跳频频图案，使信号的载波频率近似随机变化，在一定的信道带宽内跳变。FHSS技术在抗多径衰落方面性能优异，且扩频处理增益大，尤其适合在多径衰落环境下使用。文献【5】提出的FH/M-CM系统即是将整个多用户chirp信号组在不同的频段内随机的跳跃，理论计算和仿真实验证明，M-CM技术与FHSS技术结合后，性能显著提高。
在FH/M-CM系统中，所有用户共用一个伪随机序列，即所有用户仍在同一个小频段内一起传输，这并没有从根本上减小MAI。为了进一步减小MAI，文献【6】提出了FH-CDMA/M-CM系统。FH-CDMA的基本原理是优选一组正交跳频码（伪随机序列），为每个用户分配一个唯一的跳频码，并用该跳频码控制信号载频在一组分布较宽的频率中进行跳变。换句话说，在FH-CDMA/M-CM系统中，由于每个用户拥有一个唯一的伪随机序列，同一时刻，所有用户所承载的信息载频相同的概率由1降为MN1 ( N为所划分载频数，M为用户数)，这个概率是极小的。因此，可有效的减小用户之间的干扰，提高系统性能。
四．基于FRFT的Chirp扩频技术
分数阶傅里叶变换（FRFT）是一种广义的傅里叶变换。与传统傅里叶变换相比，它适于处理处理非平稳信号，尤其是chirp类信号，因为分数阶傅里叶变换可以理解为chirp基分解。传统的chirp扩频系统在接收端使用匹配滤波器进行相干解调，使输出信号幅度增加，能量集中，从而将有用信号检出。相比于匹配滤波器，分数阶傅里叶变换对chirp信号有着更强的能量聚集性，可用于对chirp信号的检测和参数估计。因此，将FRFT与Chirp扩频技术相结合已经成为现阶段的研究热点。文献【7】提出一种基于FRFT的Chirp信号扩频二进制调制算法，利用Chirp信号在相应分数阶傅里叶域上的能量聚集特性，通过改变Chirp 信号的调频率k的取值使其在分数傅里叶域上的能量聚集位置不同，从而由峰值位置的判决来解调相应的信息。文献【8】提出的FRFT-PPM系统是在FRFT变换域，根据峰值位置对信号进行PPM编码，在接收端由峰值位置的判决来解调相应的信息。从另一种意义上说，FRFT-PPM是文献【7】所提方案的多进制改进版本。与前者不同的是，FRFT-PPM系统中不改变所使用的线性调频率，而是利用信号的初始频率和相位信息，将信息比特进行编码后生成对应的的chirp信号，这些chirp信号在U域上是一串等间隔的脉冲。在接收端根据峰值位置直接解调得到相应的信息。这在一定程度上降低了计算的复杂度，提高了数据处理速度。文献【9】证明在多用户环境下，利用FRFT进行多用户检测可有效减小MAI。
1. 常见的调制方式 调制方式用途 常规双边带调幅AM 广播 抑制载波双边带调幅DSB 立体声广播 线性调制 单边带调幅SSB 载波通信、无线电台、数传连 残留边带调幅VSB 电视广播、数传、传真 续 频率调制FM 微波中继、卫星通信、广播载非线性调制 相位调制PM 中间调制方式 波 幅度键控ASK 数据传输 调 频率键控FSK 数据传输 制 数字调制相位键控PSK 、DPSK 、QPSK 等数据传输、数字微波、空间 通信 其他高效数字调制QAM 、MSK 等数字微波、空间通信 脉幅调制PAM 中间调制方式、遥测脉冲模拟调制脉宽调制PDM （PWM ）中间调制方式 脉脉位调制PPM 遥测、光纤传输 冲脉码调制PCM 市话、卫星、空间通信 调增量调制DM 军用、民用电话 制脉冲数字调制差分脉码调制DPCM 电视电话、图像编码 其他语言编码方式ADPCM 、APC 、中低数字电话 LPC 2. 模拟调制系统
c 2.1 幅度调制（线性调制）的原理 幅度调制： 用载波信号去控制高频载波的振幅， 使其按照调制信号的规律而变化的过程。 调制信号 v t V cos t 载波信号 v c t V c cos c t 调幅波（ AM ）信号 S AM t V c K a v t cos c t V c 1 K cos t cos c t V c cos c t 1 KV 2 cos c t 1 KV 2 cos c t 比例系数 -- K a ，调幅指数 -- K 频域表达式 S AM c K a V V c 1 M M 2 2.2 抑制载波双边带（ DSB ）调制 DSB 信号 S DSB t v t V c cos c t 1 V V c 2 cos c t 1 KV 2 V c cos c 频域表达式 1 S DSB M 2 c M c 2.3 单边带（ SSB ）调制 SSB 信号，上边带 v SSB 上 t 1 V V c 2 cos c t 频域表达式 1 S SSB 上 M c 2 1 下边带 v SSB 下 t V V c cos c t 2 频域表达式 1 S SSB 下 M c 2 SSB 信 号 上 下 边 带 合 起 来 c c c c
3.4.1数字调制概述 1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制（PCM）的概念，从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了，但是数字通信的高速发展却是20世纪70年代以后才开始的。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。 1．数字调制概述 数字信号的载波调制是信道编码的一部分，之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此在充分得利用现有资源的前提下，提高传输效率就是通信系统所追求的最重要指标之一。 模拟通信很难控制传输效率，最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有―0‖和―1‖两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式一般均为较简单的键控方式。 常用的数字调制技术有2ASK（Amplitude Shift Keying，幅移键控）、4ASK、8ASK、BIT/SK（Phase Shift Keying，相移键控）、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM，其频带利用率可达8bit/s/Hz，8倍于2ASK或BIT/SK。此外，还有可采用减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基础。总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。 2．映射 信息与表示、承载它的信号之间存在着对应关系，这种关系称为―映射‖。接收端正是根据事先约定的映射关系从接收信号中提取发射端发送的信息的。信息与信号间的映射方式可以有很多种，不同的通信技术就在于它们所采用的映射方式不同。实际上，数字调制的主要目的在于控制传输效率，不同的数字调制技术正是由其映射方式区分的，其性能也是由映射方式决定的。 一个数字调制过程实际上是由两个独立的步骤实现的：映射和调制，这一点与模拟调制不同。映射将多个二元比特转换为一个多元符号，这种多元符号可以是实数信号（在ASK调制中），也可以是二维的复信号（在PSK和QAM调制中）。例如在QPSK调制的映射中，每两比特被转换为一个四进制的符号，对应着调制信号的4种载波。多元符号的元数就等于调制星座的容量。在这种多到一的转换过程中，实现了频带压缩。 3.4.2 调制方式 数字调制就是将数字符号变成适合于信道传输的波形。所用载波一般是余弦信号，调制信号为数字基带信号。利用基带信号去控制载波的某个参数，就完成了调制。 调制的方法主要是通过改变余弦波的幅度、相位或频率来传送信息。其基本原理是把数据信号寄生在载波的上述三个参数中的一个上，即用数据信号来进行幅度调制、频率调制或相位
数字调制技术 一般情况下，信道不能直接传输由信息源产生的原始信号，信息源产生的信号需要变换成适合信号，才能在信道中传输。将信息源产生的信号变换成适合于信道传输的信号的过程称为调制。在调制电路中，调制信号是数字信号，因此这种调制称为数字调制。数字调制是现代通信的重要方法，它与模拟调制相比有许多优点：数字调制具有更好的抗干扰性能、更强的抗信道损耗及更高的安全性。在数字调制中，调制信号可以表示为符号或脉冲的时间序列，其中每个符号可以有m种有限状态，而每个符号又可采用n比特来表示。主要的数字调制方式包括幅移键控（amplitude shift keying，ASK）、频移键控（frequency shift keying，FSK）、相移键控（phase shift keying，PSK）、多电平正交调幅（multi level quadrature amplitude modulation，mQAM）、多相相移键控（multiphase shift keying，mPSK），也包括近期发展起来的网格编码调制（trellis coded modulation，TCM）、残留边带（vestigial sideband，VSB）调制、正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）调制等。 1.幅移键控 幅移键控就是用数字信号控制高频振荡的幅度，可以通过乘法器和开关电路来实现。幅移键控载波在数字信号1或0的控制下通或断。在信号为1的状态下，载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么，在接收端就可以根据载波的有无还原出数字信号1和0。移动通信要求调制方式抗干扰能力强、误码性能好、频谱利用率高。二进制幅移键控的抗干扰能力和抗衰落能力差，误码率高于其他调制方式，因此一般不在移动通信中使用。 2. 频移键控 频移键控或称数字频率控制，是数字通信中较早使用的一种调制方式。频移键控广泛应用于低速数据传输设备中。它的调制方法简单、易于实现，解调不需要回复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落能力强。因此，频移键控成为在模拟电话网上传输数据的低速、低成本异步调制解调器的一种主要调制方式。频移键控是用载波的频率来传送数字消息的，即用所传送的数字消息控制载波的
调制是所有无线通信的基础，调制是一个将数据传送到无线电载波上用于发射的过程。如今的大多数无线传输都是数字过程，并且可用的频谱有限，因此调制方式变得前所未有地重要。 如今的调制的主要目的是将尽可能多的数据压缩到最少的频谱中。此目标被称为频谱效率，量度数据在分配的带宽中传输的速度。此度量的单位是比特每秒每赫兹（b/s/Hz）。现在已现出现了多种用来实现和提高频谱效率的技术。 幅移键控（ASK）和频移键控（FSK） 调制正弦无线电载波有三种基本方法：更改振幅、频率或相位。比较先进的方法则通过整合两个或者更多这些方法的变体来提高频谱效率。如今，这些基本的调制方式仍在数字信号领域中使用。 图1显示了二进制零的基本串行数字信号和用于发射的信号以及经过调制后的相应AM和FM信号。有两种AM信号：开关调制（OOK）和幅移键控（ASK）。在图1a中 ,载波振幅在两个振幅级之间变化，从而产生ASK调制。在图1b中，二进制信号关断和导通载波，从而产生OOK调制。 图1:三种基本的数字调制方式仍在低数据速率短距离无线应用中相当流行： 幅移键控（a）、开关键控（b）和频移键控（c）。在载波零交叉点发生二进制状态变化时，这些波形是相 干的。 AM在与调制信号的最高频率含量相等的载波频率之上和之下产生边带。所需的带宽是最高频率含量的两倍，包括二进制脉冲调制信号的谐波。 频移键控（FSK）使载波在两个不同的频率（称为标记频率和空间频率，即fm和fs）之间变换（图1c）。FM会在载波频率之上和之下产生多个边带频率。产生的带宽是最高调制频率（包含谐波和调制指数）的函数，即： m = Δf（T） Δf是标记频率与空间频率之间的频率偏移，或者： Δf = fs –fm T是数据的时间间隔或者数据速率的倒数（1/bit/s）。
数字微波常用调制技术 2002-1-31 吴劲松 摘要：本文简要介绍了数字微波常用调制方式ＰＳＫ和ＱＡＭ的基本原理，提出在频谱利用率要求较高时应采用多相位ＰＳＫ或多电平ＱＡＭ调制方式，并对日常频率指配中对频段、调制方式的选择提出了建议。 一、前言 随着无线电通信事业的飞速发展，频谱资源的日益紧张，如何改进频谱利用技术就成为需要解决的紧迫课题。十几年来，数字调制技术的研究，主要是围绕着充分地节省频谱和高效率地利用可用频带这一中心展开的。前者指的是已调信号频谱占用率问题，后者指的是信道可用频带利用率问题。对于数字微波，要提高信道频带利用率，可通过多电平调制方法解决。如：采用８ＰＳＫ、６４ＱＡＭ等方式。 二、移相键控ＰＳＫ（ｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇ） 用基带数字信号控制载波的相位，称为移相键控。在恒参信道条件下，移相键控与移幅键控（ＡＳＫ）和频移键控（ＦＳＫ）相比，具有较高的抗噪声干扰性能，且能有效地利用所给定的信道频带。即使在有多径衰落的信道中也有较好的结果，所以ＰＳＫ是一种较好的调制方式。 数字调相又分为绝对调相和差分调相两种方式。绝对调相利用载波相位（初相）的绝对值来表示基带数字信号。如，用０相位表示基带信号的１码，用π 相位表示基带信号的０码，称作ＰＳＫ；差分调相是利用相邻码元的载波相位的相对变化来表示数字信号，即当数字信号为“１”码时，载波相位移相π（相对于前一码元相位），当数字信号为“０”码时，载波相位不变（相对于前一个码元）。 二相调制ＢＰＳＫ，即用载波的（０，π）两种相位传送二进制的数字（１，０），为了进一步提高传输速率，现代数字微波调相技术中，经常利用载波的一种相位去携带一组二进制信息码，如四相调制（ＱＰＳＫ），载波的四种相位（０，π／２，π，３π／２）对应四种二进制码元的组合（００，０１，１０，１１），在发端一个码元周期内（双比特）传送了２位码，因此其信息传输速率是ＢＰＳ
1.常见的调制方式 2.模拟调制系统 幅度调制（线性调制）的原理 幅度调制：用载波信号去控制高频载波的振幅，使其按照调制信号的规律而变化的过程。 调制信号()t V t v ΩΩΩ=ωcos 载波信号()t V t v c c c ωcos =
调幅波（AM ）信号 ()()[]()()()t KV t KV t V t t K V t t v K V t S c c c c c c c c c a c AM ΩΩΩΩ-+++=+=+=ωωωωωωωωcos 2 1 cos 21cos cos cos 1cos 比例系数--a K ，调幅指数--c a V V K K Ω = 频域表达式 ()()()[]()()[]c c c c AM M M S ωωωωωωδωωδπω-+++ -++=ΩΩΩΩ21 抑制载波双边带（DSB ）调制 DSB 信号 ()()()()ΩΩΩΩΩ-++=*=ωωωωωc c c c c c DSB V KV t V V t V t v t S cos 21 cos 21cos 频域表达式()()()[]c c DSB M M S ωωωωω-++=ΩΩ2 1 单边带（SSB ）调制 SSB 信号，上边带 ()()t V V t v c c SSB ΩΩ+=ωωcos 21 上 频域表达式()()c SSB M S ωωω+=Ω2 1 上 下边带 ()()t V V t v c c SSB ΩΩ-=ωωcos 21 下 频域表达式()()c SSB M S ωωω-=Ω2 1 下 SSB 信号上下边带合起来()t V V t V V t v c c c c SSB ΩΩΩΩ±=ωωωωsin sin 2 1 cos cos 21合 通过相移法可得SSB 信号 相干解调与包络检波 2.4.1相干解调 相干解调也称同步检波。相干解调器的一半模型，它由相乘法器和LPF 组成
西安邮电大学 毕业设计(论文)开题报告通信与信息工程学院院(系)信息对抗技术专业12级02班课题名称：移动通信下的数字调制技术的研究 学生姓名：陈小楠学号：03126036 指导教师：刘晓慧 报告日期： 2015年11月4日
1．选题目的（为什么选该课题）： 当今移动通信系统基本采用数字调制技术进行信息传递，相比于传统的模拟调制方式，数字调制具有极大优势。现代移动通信网络要求信息传输效率高精确度好，抗噪性强，数字调制技术相比于模拟调制技术在以上方面有着更好的使用价值，数字调制技术可以将信息进行多重复用，同时增设安全密钥，大大提高信息的安全性。随着调制技术的发展，数字调制应用于移动通信网络的成本也得到大大降低。数字调制技术通常分为线性调制技术和恒包络调制技术两大类。蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。其主要特征是终端的移动性，并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。蜂窝移动通信业务是指经过由基站子系统和移动交换子系统等设备组成蜂窝移动通信网提供的话音、数据、视频图像等业务。调制是对信号源的编码信息进行处理，使其变为适合传输的形式的过程。即是把基带信号(信源)转变为一个相对基带信号而言频率非常高的带通信号.带通信号叫做己调信号，而基带信号叫做调制信号。调制可以通过改变调制后载波的幅度，相位或者频率来实现。 信号的调制可分为模拟调制和数字调制。数字调制是指将用离散的数字信号对载波波形的某些参数(如幅度、相位和频率)进行控制，使这些参数随基带信号的变化而变化。与模拟调制相比，数字调制的优点是频谱利用率高、纠错能力强、抗信道干扰失真能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输，以及高效的多址接入和更高的安全保密性等。 2．前期基础（已学课程、掌握的工具，资料积累、软硬件条件等）： 拥有良好的信息对抗技术专业基础，学习了通信原理，信号与系统，移动无线通信原理等课程，对于BPSK，2FSK，2ASK，QPSK,OQPSK,QAM,GSM，频分复用(FDM)时分复用(TDM)码分复用(CDMA)等基础的理论知识有一定的掌握和了解。熟练掌握MATLAB，SIMULINK等通信工具包的使用，将在中国知网，中国文献期刊网查询有关资料及查阅有关图书资料。
2.模拟调制系统 幅度调制（线性调制）的原理 幅度调制：用载波信号去控制高频载波的振幅，使其按照调制信号的规律而变化的过程。 调制信号()t V t v ΩΩΩ=ωcos 载波信号()t V t v c c c ωcos = 调幅波（AM ）信号
()()[]()()()t KV t KV t V t t K V t t v K V t S c c c c c c c c c a c AM ΩΩΩΩ-+++=+=+=ωωωωωωωωcos 2 1 cos 21cos cos cos 1cos 比例系数--a K ，调幅指数--c a V V K K Ω = 频域表达式 ()()()[]()()[]c c c c AM M M S ωωωωωωδωωδπω-+++ -++=ΩΩΩΩ21 抑制载波双边带（DSB ）调制 DSB 信号 ()()()()ΩΩΩΩΩ-++=*=ωωωωωc c c c c c DSB V KV t V V t V t v t S cos 21 cos 21cos 频域表达式()()()[]c c DSB M M S ωωωωω-++=ΩΩ21 单边带（SSB ）调制 SSB 信号，上边带 ()()t V V t v c c SSB ΩΩ+=ωωcos 21 上 频域表达式()()c SSB M S ωωω+=Ω2 1 上 下边带 ()()t V V t v c c SSB ΩΩ-=ωωcos 21 下 频域表达式()()c SSB M S ωωω-=Ω2 1 下 SSB 信号上下边带合起来()t V V t V V t v c c c c SSB ΩΩΩΩ±=ωωωωsin sin 2 1 cos cos 21合 通过相移法可得SSB 信号 相干解调与包络检波 2.4.1相干解调 相干解调也称同步检波。相干解调器的一半模型，它由相乘法器和LPF 组成 例如：DSB 信号()()t V t v t S c c DSB ωcos *=Ω ()()()()t V t v t V t v t t S c c c c c DSB ωωω2cos 12 1 cos cos 2+==*ΩΩ 2.4.2包络检波 包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。包络检波属于非相
引言 这个应用笔记介绍了数字解调的概念在如今许多通信系统中的应用。重点放在解释那些设计用来提高系统效率的设备。大多数通信系统涉及到这三个类别之一：带宽效率、电源效率和成本效益。带宽效率定义为一个调制方案将数据投放到有限的带宽上的能力。电源效率定义为通信系统在最低的实际功率下可靠地发送信息的水平。在大多数通信系统中，带宽效率放在很重要的位置上。要优化的参数取决于特定系统的要求，可以在下面两个例子见。 对于地面数字微波无线电的设计者来说，最重要的是优秀的带宽效率同是具有低的比特错误率。他们有足够的电源以供使用不用去担心电源效率。他们并不太关心接受者的费用或者容易程度因为他们不必建立庞大的数量。另一方面，手持蜂窝电话设计人员重视电源效率因为这些手机需要用电池运行。费用也同样放在很重要的位置因为蜂窝手机必须用低费用去吸引更多的消费者。所以，这些通信系统牺牲一些带宽效率去提高电源效率和降低成本。 每当这些关于效率的参数（带宽、电源和成本）其中之一增加的时候，另一个也会随之减少，或者变得更加复杂也可能在不好的环境下不能很好地工作。成本费用是系统中的重中之重。低成本无线电总是被需要的。在过去，通过牺牲电源和带宽效率来减低无线电成本是可能的。而如今情况已经改变了。无线电频谱是非常有价值的，而那些不能很好地运用频谱效率的设备将会没有市场或者在竞争中被
新产品所代替。这些权衡因素必须在数字射频通信系统设计中考虑清楚。 应用笔记介绍： ?用于移动数字调制的原因; ?信息如何调制到同相和正交信号上; ?不同种类的数字调制; ?过滤技术来节省带宽; ?在数字调制信号中的方法; ?复用技术用于共享传输信道; ?数字信道以及接受者如何工作; ?数字射频通信系统的测量; ?重要的数字通信系统的关键规格概述表; ?应用在数字射频系统中的一个术语表 这些概念在任何通信系统的建构中均存在。如果你明白了这些结构，那么你就能够明白现在或者未来的任何通信系统如何工作。 第一章为什们进行数字调制 移动数字调制提供了赋予更多信息的能力，更适合于数字数据服务，更高的数据安全性，更好品质的通信系统以及更快的系统可用性。通信系统的发展有以下几方面限制因素：
数字传输几种常用的调制方式 一、残留边带调制（VSB） 残留边带调制VSB是一种幅度调制法（AM），它是在双边带调制的基础上，通过设计适当的输出滤波器，使信号一个边带的频谱成分原则上保留，另一个边带频谱成分只保留小部分（残留）。该调制方法既比双边带调制节省频谱，又比单边带易于解调。 目前，美国ATSC数字电视地面传输采用的就是残留边带调制方式。根据调制电平级数的不同，VSB可分为4-VSB、8-VSB、16-VSB等。其中的数字表示调制电平级数。如8-VSB，表示有8种调制电平，即+7，+5，+3，+1，-1，-3，-5，-7。这样每个调制符号可携带3比特信息。 残留边带调制优点是技术成熟，便于实现，对发射机功放的峰均比要求低；不足的是抗多经和符号间干扰所需的均衡器相当复杂。 由于VSB抗多径，尤其是动态多径的能力差，迄今为止，A TSC只将其用于地面传输的固定接收和部分地区的便携接收。 二、编码正交频分复用调制（COFDM） 正交频分复用是一种多载波调制方式。编码的正交频分复用就是将经过信道编码后的数据符号分别调制到频域上相互正交的大量子载波上，然后将所有调制后信号叠加（复用），形成OFDM时域符号。 由于正交频分复用是采用大量（N个）子载波的并行传输，因此，在相等的传输数据率下，OFDM时域符号长度是单载波符号长度的N倍。这样其抗符号间干扰（ISI）的能力可显著提高，从而减轻对均衡的要求。 由于OFDM符号是大量相互独立信号的叠加，从统计意义上讲，其幅度近似服从高斯分布，这就造成OFDM信号的峰均功率比高。从而提高了对发射机功效线性度的要求，降低了发射机的功率效率。 目前，欧洲数字电视地面传输标准DVB-T中采用的就是COFDM。由于COFDM调制抗动态多径干扰能力强，使得其既可用于地面传输固定接收，而且可以用于便携和移动接收。在我国数字电视地面广播上海试验区，公交920路进行的测试表明，即使在城区多径丰富的地区，接收效果也良好。 三、正交幅度调制（QAM）
参 考 答 案 一、填空题(每空2分，共30分) 1. 数字通信系统的有效性可用（传输速率、频带利用率）来衡量，数字通信系统的可靠性可用（差错率或误码率）来衡量 ；模拟通信系统的可靠性可用（接收端解调器输出信噪比）来衡量。 2. 传输多路信号有三种复用方式，分别是 （时分复用）、（频分复用）、码分复用。 3. 对最高频率为f H 的低通模拟信号进行抽样，抽样频率应满足的条件是（大于等于2f H ）。 4. 已知某编码仅有的两个许用码组为()0000、()1111。若用于检错，最多能检出（ 3 ）位错。若用于纠错，最多能纠正（ 1 ）位错码。 5. 基带传输系统中无码间串扰的时域条件是（ 基带传输系统的冲击响应仅在本码元抽样时刻上有最大值，并在其余码元抽样时刻均为零；或h(kTs)=1，k=0；h (kTs)=0，else ） 。 6. 模拟信号数字化过程包括抽样、（ 量化 ）、（ 编码 ）三个步骤。 7. OFDM 的中文名称为（ 正交频分复用 ）。 8. 设某基带传输系统的频带宽度为4KHz ，若采用理想低通传输，则无码间干扰传输的最大可能符号速率为（8K ）波特。若采用滚降因子1=α的升余弦滚降传输系统，则无码间干扰传输的最大可能符号速率为（4K ）波特。若采用第四类部分响应系统传输16进制码元时，其频带利用率为（8）b/s/Hz 。 二．选择题（4×2=8分） 1．在PCM 中，对语声信号采用非均匀量化的理由是（ b ） （a ）小信号出现概率小，大信号出现概率大； （b ）小信号出现概率大，大信号出现概率小； （c ）语声信号均匀分布 （d ）不会引起频谱重叠 2．采用半占空归零波形的AMI 码序列的功率谱密度是（ c ） ()z H f b R -b R b R 2()a ()f P ()z H f b R 2-b R 4() b () f P b R 4-b R 2b R 2- () z H f b R 2-b R 4() f P b R 4-b R 2()z H f b R -b R b R 2()f P b R 2-() c () d 3．某数字调制系统的信号在信道传输中受到均值为零、双边功率谱密度为20N 的加性宽带白高斯噪声的干扰。若给定系统的输入信息速率、给定数字调制信号的平均发送功率，请问下列何种数字调制方式能使误比特率最小并且系统的频带利用率最高。（ c ） （a ）OOK （b ）相位不连续FSK （c ）QPSK （d ）2PSK 4．设基带传输系统的发送滤波器、信道及接收滤波器组成的总特性为()f H ，若要求以2400波特的速率进行传输，图中何种()f H 满足抽样点无码间干扰的条件？（ d ） () a ()d () z H ()z H f ()f H 11500-1500()z H f 0() f H 1 1500 -15000.5 ()z H f ()f H 13000-3000(c )
. 调制是所有无线通信的基础，调制是一个将数据传送到无线电载波上用于发射的过程。如今的大多数无线传输都是数字过程，并且可用的频谱有限，因此调制方式变得前所未有地重要。如今的调制的主要目的是将尽可能多的数据压缩到最少的频谱中。此目标被称为频谱效率，量度数据 ）。现在已现出现了多种用来实现b/s/Hz在分配的带宽中传输的速度。此度量的单位是比特每秒每赫兹（和提高频谱效率的技术。）幅移键控（ASK）和频移键控（FSK 调制正弦无线电载波有三种基本方法：更改振幅、频率或相位。比较先进的方法则通过整合两个或者 更多这些方法的变体来提高频谱效率。如今，这些基本的调制方式仍在数字信号领域中使用。信号。有FM显示了二进制零的基本串行数字信号和用于发射的信号以及经过调制后的相应AM和图1载波振幅在两个振幅级之间变化，从而1a中 ,AM信号：开关调制（OOK）和幅移键控（ASK）。在图两种 OOK调制。1b产生ASK调制。在图中，二进制信号关 断和导通载波，从而产生 三种基本的数字调制方式仍在低数据速率短距离无线应用中相当流行：图1:）。在载波零交叉点发生二进制状态变化时，这些波形是相ca）、开关键控（b）和频移键控（幅移键控（干的。在与调制信号的最高频率含量相等的载波频率之上和之下产生边带。所需的带宽是最高频率含量的 AM 两倍，包括二进制脉冲调制信号的谐波。。）1cfm和fs）之间变换（图（称为标记频率和空间频率，（频移键控FSK）使载波在两个不同的频率即会在载波频率之上和之下产生多个边带频率。产生的带宽是最高调制频率（包含谐波和调制指数）的函FM 数，即： f（T） m = Δ f是标记频率与空间频率之间的频率偏移，或者：Δfm Δ f = fs – 1/bit/sT 是数据的时间间隔或者数据速率的倒数（）。资料Word
一、设计的目的与要求 数字调制是通信系统中最为重要的环节之一，数字调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。通过分析了解数字调制系统的几种基本调制解调方法，Matlab用于仿真，分析和修改，应用图形界面功能GUI能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作，因此采用Matlab对数字系统进行仿真。通过对系统的仿真，我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能及影响性能的因素，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。 二、系统设计思路与原理 1.基础知识 1.1数字调制的意义 数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。根据控制的载波参量的不同，数字调制有调幅、调相和调频三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。 1.2 Matlab在通信系统仿真中的应用 Matlab是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用于科学和工程的计算与可视化。Matlab的编程功能简单,并且很容易扩展和创造新的命令与函数。应用Matlab可方便地解决复杂数值计算问题。Matlab具有强大的Simulink 动态仿真环境,可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。用户可以在Matlab和Simulink两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现通信仿真的通信工具包(Communication toolbox,也叫Commlib,通信工具箱)是Matlab语言中的一个科学性工具包,提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能,可以在Matlab环境下独立使用,也可以配合Simulink使用。另外Matlab的图形界面功能GUI（Graphical User Interface）能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作。因此，Matlab在通信系统仿真中
摘要 我们知道，数字化时代音视频是人们用来传递信息、交流感情的主要方式。为了远距离传输这些信号，我们可以借助于无线电波。但利用无线电波通信时，需满足一个基本条件，即：欲发射信号的波长必须与发射天线的几何尺寸相比拟，该信号才能通过天线有效地发射出去。对于频率较低的信号来说，所需的天线尺寸很大，甚至有些不现实。因此，要想把低频率的音视频信号通过天线发射出去，我们可以将信源产生的原始低频率信号经过调制将其组合到更高频率的载波上。 关键字：数字调制，ADSL，GSM手机，DTV
数字调制技术及其应用 0 数字调制技术 数字调制一般指调制信号是数字的，而载波是连续波的调制方式。调制的过程就是按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。若正弦振荡的载波用Asin(2πft+φ)来表示，使其幅度A、频率f或相位φ随调制信号而变化，从而就可在载波上进 行调制。 数字幅度调制又称为振幅键控（Amplitude ShiftKeying，ASK），即载波的振幅随着原始数字信号而变化，例如数字信号“1”用有载波输出表示，数字信号“0”用无载波表示，如图1（a）所示。数字频率调制又称为频移键控（Frequency ShiftKeying，FSK），即载波的频率随着原始数字信号而变化，例如数字信号“1”用频率f1 表示，数字信号“0”用频率f2 表示，如图1（b）所示。 数字相位调制又称为相移键控（Phase ShiftKeying，PSK），即载波的初始相位随着原始数字信号而变化，例如数字信号“1”对应于相位180°，数字信号“0”对应于相位0°，如图1（c）所示。 以上我们讨论了数字调制的三种基本方式：数字幅度调制、数字频率调制和数字相位调制。 这三种数字调制方式是数字调制的基础。然而，这三种数字调制方式都存在某些不足，如频谱利用率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等。为了改善这些不足，近几十年来人们陆续提出一些新的数字调制技术，以适应各种新的通信系统的要求。这些调制技术的研究，主要是围绕着寻找频带利用率高，同时抗干扰能力强的调制方式而展开的。现代数字调制技术主要有：正交振幅调制（QAM）、四相移键控（QPSK）、正交频分复用调制（OFDM）、高斯滤波最小频移键控（GMSK）、无载波振幅/相位调制（CAP）、离散多音频调制(DMT)、多电平正交幅度调制（MQAM）、多电平残留边带调制（MVSB ）及正交频分复用调制（OFDM）等。 1 数字调制技术的应用 1.1 数字调制技术在ADSL上的应用
调制方式 概述 1、ASK--又称幅移键控法 2、PSK--又称相移键控法 3、FSK--又称频移键控法 4、QAM--又称正交幅度调制法 5、MSK--又称最小移频键控法 6、GMSK--又称高斯滤波最小移频键控法 7、OFDM -- 正交频分复用调制 概述 11Mbps DSSS物理层采用补码键控(CCK)调制模式。CCK与现有的IEEE802.11 DSSS具有相同的信道方案，在2.4GHz ISM频段上有三个互不干扰的独立信道，每个信道约占25MHz。因此，CCK具有多信道工作特性。在通信原理中把通信信号按调制方式可分为调频、调相和调幅三种。数字传输的常用调制方式主要分为：正交振幅调制（QAM）：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。键控移相调制（QPSK）：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。残留边带调制（VSB）：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。编码正交频分调制（COFDM）：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。世广数字卫星广播系统的下行载波的调制技术采用TDM QPSK调制体制。它比编码正交频分多路复用（COFDM）调制技术更适合卫星的大面积覆盖。通信的最终目的是在一定的距离内传递信息。虽然基带数字信号可以在传输距离相对较近的情况下直接传送，但如果要远距离传输时，特别是在无线或光纤信道上传输时，则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制。如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。理论上，数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都是属正弦波调制。但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制，而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制。在数字通信的三种调制方式（ASK、FSK、PSK)中，就频带利用率和抗噪声性能（或功率利用率）两个方面来看，一般而言，都是PSK系统最佳。所以PSK在中、高速数据传输中得到了广泛的应用。 1、ASK--又称幅移键控法 载波幅度是随着调制信号而变化的。其最简单的形式是，载波在二进制调制信号控制下通断，这种方式还可称作通-断键控或开关键控(OOK) 。l 调制方法：用相乘器实现调制器。l 调制类型：2ASK,MASK。l 解调方法：相干法，非相干法。MASK，又称多进制数字调制法。在二进制数字调制中每个符号只能表示0和1(+1或-1)。但在许多实际的数字传输系统中却往往采用多进制的数字调制方式。与二进制数字调制系统相比，多进制数字调制系统具有如下两个特点：第一：在相同的信道码源调制中，每个符号可以携带log2M比特信息，因此，当信道频带受限时可以使信息传输率增加，提高了频带利用率。但由此付出的代价是增加信号功率和实现上的复杂性。第二，在相同的信息速率下，由于多进制方式的信道传输速率可以比二进制的低，因而多进制信号码源的持续时间要比二进制的宽。加宽码元宽度，就会增加信号码元的能量，也能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响等。二进制2ASK与四进制MASK调制性能的比较：在相同的输出功率和信道噪声条件下，MASK的解调性能随信噪比恶化的速度比OOK要迅速得多。这说明MASK应用对SNR的要求比普通OOK要高。在相同的信道传输速率下M电平调制与二电平调制具有相同的信号带宽。即在符号速率相同的情况下，二者具有相同的功率谱。虽然，多电平MASK调制方式是一种高效率的传输方式，但由于它的抗噪声能力较差，尤其是抗衰落的能力不强，因而它一般只适宜在恒参信道下采用。 2、PSK--又称相移键控法 根据数字基带信号的两个电平使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。产生PSK 信号的两种方法：1)、调相法：将基带数字信号（双极性）与载波信号直接相乘的方法：2)、选择法：用数字基带信号去对相位相差180度的两个载波进行选择。两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控（PSK）。S PSK =AS DIG (T)COS(W 0 T+O 0 ) 式中：S DIG (T)=1或-1 l 解调方法：只能采用相
HEFEI UNIVERSITY 现代数字调制技术之MSK 系别 专业 班级 学号 姓名 指导老师 完成时间
摘要： 最小频移键控（Minimum-Shift Keying，缩写：MSK），是数字通信中一种连续相位的频移键控调制方式。类似于偏移四相相移键控（OQPSK），MSK同样将正交路基带信号相对于同相路基带信号延时符号间隔的一半，从而消除了已调信号中180°相位突变的现象。与OQPSK不同的是，MSK采用正弦型脉冲代替了OQPSK基带信号的矩形波形，因此得到恒定包络的调制信号，这有助于减少非线性失真带来的解调问题，可以用于特殊的一些场合。 关键词：MSK 正交性相位连续性调制解调功率谱特性
1、最小频移键控（MSK）的介绍 最小频移键控（Minimum-Shift Keying，缩写：MSK），是数字通信中一种连续相位的频移键控调制方式。 OQPSK和π/4-QPSK因为避免了QPSK信号相位突变180度的现象，所以改善了包络起伏，但并没有完全解决这一问题。由于包络起伏的根本原因在于相位的非连续变化，如果使用相位连续变化的调制方式就能从根本上解决包络起伏问题，这种方式称为连续相位调制。 最小频移键控（MSK）是2FSK的改进，它是二进制连续相位频移键控的一种特殊情况。2FSK信号虽然性能优良，易于实现，并得到了广泛的应用，但它还存在一些不足之处。首先，它的频带利用率较低，所占用的频带宽度比2PSK 大；其次，用开关法产生的2FSK信号其相邻码元的载波波形的相位可能不连续，通过带限系统后，会产生影响系统性能的包络起伏。此外，2FSK信号的两种波形不一定保证严格正交，而对于二进制数字调制信号来说，两种信号相互正交将改善系统的误码性能。为了克服上述缺点，对2FSK信号进行改进，提出MSK 调制方式。 MSK称为最小频移键控，有时也称为快速频移键控，所谓最小是指这种调制方式能以最小的调制指数（0.5）获得正交信号；而快速的含义是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且带外频谱分量衰减得比2PSK快。 总结如下： 1.1、FSK的不足之处 （1）频带利用率低，所占频带宽度比2PSK大； （2）存在包络起伏，用开关法产生的2FSK信号其相邻码元的载波波形的相位可能不连续，会出现包络的起伏； （3）FSK信号的两种波形不一定保证严格正交。 1.2 、MSK信号的特点 （1）MSK信号的包络恒定不变； （2）MSK是调制指数为0.5的正交信号，频率偏移等于（±1/4Ts）Hz； （3）MSK波形的相位在码元转换时刻是连续的； （4）MSK波形的附加相位在一个码元持续时间内线性地变化±π/2 。