cp7_9多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK

1、 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-1第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK1. MPSK包括：定義、正交表示、帶寬、頻帶利用率、功率譜2. QPSK包括：定義、矢量圖、調(diào)制方法、正交相干解調(diào)3. QDPSK包括：定義、調(diào)制方法、碼變換、解調(diào)方法、碼反變換4. QPSK及QDPSK系統(tǒng)的誤碼率性能5. MPSK、MASK頻帶利用率和功率利用率的關(guān)系7.9 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-2第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制(MPSK)定義q多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制又稱多相調(diào)制，它是利用載波的多種不同相位來(lái)表

2、征數(shù)字信息的調(diào)制方式。q e0(t)=Acos(ct+ n ) （在碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)）其中： c-載波頻率，A-載波幅度，均為常數(shù) n -載波相位，共有M種可能的取值； n =n(2/M), n=0,1,2, ,M-1 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-3第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKMPSKMPSK信號(hào)的正交表示信號(hào)的正交表示e0(t) = g(t-nTs)cos(ct+ n )= cos(n)g(t-nTs)cos(ct)-sin(n)g(t-nTs)sin(ct) = ang(t-nTs)cosct - bng(t-nTs)sinct = I(t) cosct Q(t

3、) sinct式中： an = cosn , bn = sinn MPSKMPSK信號(hào)可以看作兩路正交載信號(hào)可以看作兩路正交載波調(diào)制信號(hào)的合成波調(diào)制信號(hào)的合成： 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-4第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKMPSKMPSK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬q與二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制相同，多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制也有絕對(duì)相與二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制相同，多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制也有絕對(duì)相位調(diào)制位調(diào)制MPSKMPSK和差分相位調(diào)制和差分相位調(diào)制MDPSKMDPSK兩種。兩種。 qMPSKMPSK和和MDPSKMDPSK信號(hào)的帶寬與信號(hào)的帶寬與MASKMASK信號(hào)的帶寬相同，即信號(hào)的帶寬相同

4、，即 BMPSK=2=2B B基基=2RB=2fs=2/Ts。 T Ts s為為M M進(jìn)制進(jìn)制碼元的碼元的碼周期碼周期； RB為為M M進(jìn)制進(jìn)制碼元的碼元的碼速率碼速率。 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-5第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKMPSKMPSK信號(hào)的頻帶利用率信號(hào)的頻帶利用率( (同同MASK)MASK) q當(dāng)以碼元速率考慮頻帶利用率當(dāng)以碼元速率考慮頻帶利用率 時(shí)，時(shí)， 有有 B)/(212HzBaudRRBRBBMPSKBB 這與這與2ASK2ASK系統(tǒng)相同。系統(tǒng)相同。q 但通常是以信息速率來(lái)考慮頻帶利用率的，但通常是以信息速率來(lái)考慮頻帶利用率的， 因此有因此

5、有 )/(2log2log22HzsbMRMRBRBBMPSKbb 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-6第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK信息速率相同時(shí)，信息速率相同時(shí)， M M進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)的功率譜進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)的功率譜08PSK4PSK2PSK功 率 譜 密 度 /dB 60 40 20ffc12 Ts1Ts32 Ts2Ts可以看出，可以看出，M M越大，功率譜主瓣越窄，從而頻帶利用率越高。越大，功率譜主瓣越窄，從而頻帶利用率越高。 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-7第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK1. MPSK1. MPSK包括：定義、

6、正交表示、帶寬、頻帶利用率、功率譜包括：定義、正交表示、帶寬、頻帶利用率、功率譜2. QPSK2. QPSK包括：定義、包括：定義、矢量圖矢量圖、調(diào)制方法、正交相干解調(diào)、調(diào)制方法、正交相干解調(diào)3. QDPSK3. QDPSK包括：定義、調(diào)制方法、碼變換、解調(diào)方法、碼反變換包括：定義、調(diào)制方法、碼變換、解調(diào)方法、碼反變換4. Q4. QPSKPSK及及Q QDPSKDPSK系統(tǒng)的誤碼率性能系統(tǒng)的誤碼率性能5. 5. MPSKMPSK、MASKMASK頻帶利用率和功率利用率的關(guān)系頻帶利用率和功率利用率的關(guān)系7.9 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-MPSK、QPSK和QDPSK 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)

7、7-9-8第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK四進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控四進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控4PSK4PSK（也稱為（也稱為QPSKQPSK）0 0 1 0 1 1 0 10 0 1 0 1 1 0 1a b a b a b a ba b a b a b a b定義：四進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控利用載波的四種不同相位來(lái)表示數(shù)字信息。定義：四進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控利用載波的四種不同相位來(lái)表示數(shù)字信息。每一種載波相位代表兩比特信息，每個(gè)四進(jìn)制碼元用兩個(gè)二進(jìn)制碼元每一種載波相位代表兩比特信息，每個(gè)四進(jìn)制碼元用兩個(gè)二進(jìn)制碼元的組合來(lái)表示。前一比特用的組合來(lái)表示。前一比特用a a表示，后一比特用表示，后一比特用b b表

8、示。表示。信息碼信息碼將將abab并行排列并行排列a 0 1 1 0a 0 1 1 0b 0 0 1 1b 0 0 1 1串并轉(zhuǎn)換串并轉(zhuǎn)換 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-9第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKa ba ba ba ba b信息碼串并轉(zhuǎn)換在相同的信息速率下在相同的信息速率下：(T)(T)4 4=2(T)=2(T)2 2,(R,(RB B) )4 4= =（1/21/2）(R(RB B) )2 2，四進(jìn)制的四進(jìn)制的碼速率是二進(jìn)制的一半碼速率是二進(jìn)制的一半，碼速率降低，所需要的信號(hào)碼速率降低，所需要的信號(hào)帶寬也帶寬也相應(yīng)降低為原來(lái)的一半相應(yīng)降低為原來(lái)的一半。T4T

9、2 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-10第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK信息速率相同時(shí)，信息速率相同時(shí)，M M進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)的功率譜進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)的功率譜08PSK4PSK2PSK功 率 譜 密 度 /dB 60 40 20ffc12 Ts1Ts32 Ts2Ts可以看出，可以看出，M M越大，功率譜主瓣越窄，從而頻帶利用率越高。越大，功率譜主瓣越窄，從而頻帶利用率越高。 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-11第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK定義定義雙比特雙比特abab與載波相位的關(guān)系與載波相位的關(guān)系：雙比特雙比特abab按格雷碼（反射碼）排

10、列按格雷碼（反射碼）排列：雙比特碼元雙比特碼元載波相位載波相位(n n ) )a ab bA A方式方式B B方式方式 n n n n0011011090027018013545315225 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-12第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK11100100參考相位(a)A(a)A方式方式(b)B(b)B方式方式QPSKQPSK信號(hào)矢量圖信號(hào)矢量圖01001011參考相位 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-13第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK相位選擇法產(chǎn)生相位選擇法產(chǎn)生4PSK4PSK信號(hào)原理圖信號(hào)原理圖輸 入串 /并變 換邏 輯 選

11、 相電 路帶 通濾 波 器輸 出45135225315四 相 載 波 產(chǎn) 生 器QPSKQPSK調(diào)制方法調(diào)制方法相位選擇法相位選擇法 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-14第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKQPSKQPSK調(diào)制方法調(diào)制方法調(diào)相法調(diào)相法（B B方式）方式）QPSKQPSK信號(hào)產(chǎn)生原理框圖信號(hào)產(chǎn)生原理框圖 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-15第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKB B方式方式合成相位圖a （單極性）a（雙極性）1+10-10-11+1b （單極性）b（雙極性）1+11+10-10-1a路平衡器輸出001800180000b路平衡器

12、輸出27002700900900合成相位315022501350450QPSK信號(hào)相位編碼邏輯關(guān)系： 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-16第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKQPSKQPSK調(diào)制方法調(diào)制方法-調(diào)相法調(diào)相法（A A方式）方式）QPSKQPSK信號(hào)產(chǎn)生原理框圖信號(hào)產(chǎn)生原理框圖 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-17第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKQPSKQPSK信號(hào)的正交相干解調(diào)信號(hào)的正交相干解調(diào)QPSKQPSK信號(hào)相干解調(diào)會(huì)產(chǎn)生相位模糊問(wèn)題，是信號(hào)相干解調(diào)會(huì)產(chǎn)生相位模糊問(wèn)題，是0 0、9090、180180和和270270四個(gè)相位模糊。因此，

13、在實(shí)際中更實(shí)用的是四相相對(duì)相移鍵四個(gè)相位模糊。因此，在實(shí)際中更實(shí)用的是四相相對(duì)相移鍵控，即控，即QDPSKQDPSK方式。方式。 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-18第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK1. MPSK1. MPSK包括：定義、正交表示、帶寬、頻帶利用率、功率譜包括：定義、正交表示、帶寬、頻帶利用率、功率譜2. QPSK2. QPSK包括：定義、包括：定義、矢量圖矢量圖、調(diào)制方法、正交相干解調(diào)、調(diào)制方法、正交相干解調(diào)3. QDPSK3. QDPSK包括：定義、調(diào)制方法、碼變換、解調(diào)方法、碼反變換包括：定義、調(diào)制方法、碼變換、解調(diào)方法、碼反變換4. Q4. QPS

14、KPSK及及Q QDPSKDPSK系統(tǒng)的誤碼率性能系統(tǒng)的誤碼率性能5. 5. MPSKMPSK、MASKMASK頻帶利用率和功率利用率的關(guān)系頻帶利用率和功率利用率的關(guān)系7.9 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-MPSK、QPSK和QDPSK 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-19第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKQDPSKQDPSK信號(hào)的定義信號(hào)的定義qQDPSKQDPSK信號(hào)是利用前后碼元之間的相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信號(hào)是利用前后碼元之間的相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息。信息。q若以前一雙比特碼元相位作為參考，若以前一雙比特碼元相位作為參考，為當(dāng)前雙比特碼元與為當(dāng)前雙比特碼元與前一雙比特碼元

15、初相差前一雙比特碼元初相差: :k k=本本 前前 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-20第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKQDPSKQDPSK信號(hào)相位編碼邏輯關(guān)系信號(hào)相位編碼邏輯關(guān)系雙比特碼元雙比特碼元載波相位變化載波相位變化k kabA方式B方式0090 135 0104511270 315 10180 225 k=本 前 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-21第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKQDPSKQDPSK調(diào)制方法調(diào)制方法（B B方式方式）絕對(duì)碼絕對(duì)碼相對(duì)碼相對(duì)碼雙極性雙極性雙極性雙極性c(1)c(0)d(0)d(1)輸入的二進(jìn)制序列分為速輸入的

16、二進(jìn)制序列分為速率減半的兩個(gè)并行序列率減半的兩個(gè)并行序列a a和和b b差分編碼器（絕對(duì)碼變?yōu)橄鄬?duì)差分編碼器（絕對(duì)碼變?yōu)橄鄬?duì)碼的碼轉(zhuǎn)換器）將其編為四進(jìn)碼的碼轉(zhuǎn)換器）將其編為四進(jìn)制差分碼制差分碼QPSK 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-22第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK碼變換器本時(shí)刻到達(dá)的及所要求的相對(duì)相位變化前一碼元的狀態(tài)本時(shí)刻應(yīng)出現(xiàn)的碼元狀態(tài) an bnkcn-1 dn-1n-1cn dnn 0 090 0 090 1 0180 0 10 0 090 1 1270 0 10 1 0180 1 1270n n = = n-1n-1 + +k k碼變換器邏輯功能碼變換器邏

17、輯功能 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-23第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK當(dāng)前輸入的一對(duì)碼元及當(dāng)前輸入的一對(duì)碼元及要求的相對(duì)相移要求的相對(duì)相移前一時(shí)刻經(jīng)過(guò)碼變換后的前一時(shí)刻經(jīng)過(guò)碼變換后的一對(duì)碼元及所產(chǎn)生的相位一對(duì)碼元及所產(chǎn)生的相位當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的變換后一對(duì)碼元和相位變換后一對(duì)碼元和相位a ak k b bk kk kc ck k-1-1 d dk k-1-1 k k-1-1c ck k d dk k k k0 00 09090 0 00 00 10 11 11 11 01 09090 0 0 270270 180180 1 01 00 00 00 1

18、0 11 11 1180180 9090 0 0 270270 0 10 10 0 0 00 00 10 11 11 11 01 09090 0 0 270270 180180 0 00 00 10 11 11 11 01 09090 0 0 270270 180180 1 11 1270270 0 00 00 10 11 11 11 01 09090 0 0 270270 180180 0 10 11 11 11 01 00 00 0 0 0 270270 180180 9090 1 01 0180180 0 00 00 10 11 11 11 01 09090 0 0 270270 180

19、180 1 11 11 01 00 00 00 10 1270270 180180 90 90 0 0 n 1n 1nn 1nnn 1nn 1n 1nn 1nnn 1n(1)cd1ccaddb(2)cd0ccbdda若若邏輯關(guān)系：邏輯關(guān)系： 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-24第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK碼變換器電路：模模2加加一碼元一碼元延遲延遲一碼元一碼元延遲延遲模模2加加比比較較電電路路ncnbna1ndnd1nc交交叉叉直直通通電電路路n 1n 1nn 1nnn 1nn 1n 1nn 1nnn 1n(1)cd1ccaddb(2)cd0ccbdda若若 通信原理

20、第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-25第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK碼反變換器碼反變換器邏輯變換關(guān)系前一時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元前一時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的逆當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的逆變換后的一對(duì)碼元變換后的一對(duì)碼元ck-1dk-1k-1ck dkkakbk0090001101109002701800270180900110110001000110110900270180900270 18000110110112700011011090027018018090027010010011101800011011090027018027018

21、090011011000 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-26第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK碼反變換器邏輯關(guān)系：當(dāng) 時(shí)： 當(dāng) 時(shí)：011kkdc111kkdc11kkkkkkccbdda11kkkkkkddbcca碼反變換器電路碼反變換器電路 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-27第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKQ QDPSKDPSK信號(hào)相干解調(diào)加碼反變換器方式原理圖信號(hào)相干解調(diào)加碼反變換器方式原理圖 QDPSK信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào)+碼反變換器方式相乘器相乘器并并/串串變換變換碼反變換碼反變換載波載波振蕩振蕩- /4移相移相相乘器相乘器+ /4移相移相

22、輸入輸入輸出輸出低通低通濾波器濾波器抽樣抽樣判決判決抽樣抽樣判決判決低通低通濾波器濾波器碼元碼元形成形成碼元碼元形成形成cdba 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-28第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK)cos(4kAU4DPSK4DPSK信號(hào)差分相干解調(diào)方式原理圖信號(hào)差分相干解調(diào)方式原理圖輸 入帶 通濾 波輸 出低 通濾 波抽 樣判 決低 通濾 波抽 樣判 決位 定 時(shí)并 /串 變換移 相延 遲 Ts4DPSK4DPSK信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào)相位比較法相位比較法44)cos(4kBU 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-29第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSK1

23、. MPSK包括：定義、正交表示、帶寬、頻帶利用率、功率譜2. QPSK包括：定義、矢量圖、調(diào)制方法、正交相干解調(diào)3. QDPSK包括：定義、調(diào)制方法、碼變換、解調(diào)方法、碼反變換4. QPSK及QDPSK系統(tǒng)的誤碼率性能5. MPSK、MASK頻帶利用率和功率利用率的關(guān)系7.9 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-MPSK、QPSK和QDPSK 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-30第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKQPSK及QDPSK系統(tǒng)的誤碼率性能p對(duì)QPSK信號(hào)，采用相干解調(diào)器，系統(tǒng)總的誤碼率Pe為Peerfc , r為解調(diào)器輸入信噪比。 pQDPSK方式的誤碼率為Peerfc p與2PSK相比，抗噪聲性能下降。)4sin(r)8sin2(r 通信原理第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7-9-31第9節(jié)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)-QPSK和QDPSKMPSKMPSK方式誤碼率曲線方式誤碼率曲線8163232