高級(jí)通信原理第5章數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸

1、第第5章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸n數(shù)字調(diào)制原理數(shù)字調(diào)制原理nASK、PSK 、 FSK 、 QAM調(diào)制和解調(diào)原理調(diào)制和解調(diào)原理n 功率譜密度和頻帶利用率功率譜密度和頻帶利用率n在理想限帶及在理想限帶及AWGN條件下的最佳接收條件下的最佳接收n數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的最佳接收和誤碼率分析數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的最佳接收和誤碼率分析n數(shù)字調(diào)制方式的比較數(shù)字調(diào)制方式的比較n帶限信號(hào)和功限信號(hào)帶限信號(hào)和功限信號(hào)n帶寬和維度帶寬和維度本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容5.1 數(shù)字調(diào)制原理數(shù)字調(diào)制原理5.1 .1 ASK基帶信號(hào)：基帶信號(hào)：帶通信號(hào)的等效低通表示：帶通信號(hào)的等效低通表示：n結(jié)論：結(jié)論：帶通性數(shù)字調(diào)制信號(hào)的

2、功率譜密度是帶通性數(shù)字調(diào)制信號(hào)的功率譜密度是將復(fù)包絡(luò)的功率譜從零頻搬移到載頻上。將復(fù)包絡(luò)的功率譜從零頻搬移到載頻上。nOOK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜 問(wèn)題問(wèn)題：如果基帶信號(hào)為升余弦濾波器的沖激響應(yīng)，則功率譜如果基帶信號(hào)為升余弦濾波器的沖激響應(yīng)，則功率譜密度為多少？頻帶利用率為多少？密度為多少？頻帶利用率為多少？或稱(chēng)為或稱(chēng)為MPAM頻帶信號(hào)頻帶信號(hào)n練習(xí)：練習(xí)：n練習(xí)：練習(xí)：n誤碼率分析？誤碼率分析？n當(dāng)信道帶寬受限時(shí)，如果發(fā)送信號(hào)設(shè)計(jì)成帶限且當(dāng)信道帶寬受限時(shí)，如果發(fā)送信號(hào)設(shè)計(jì)成帶限且具有零具有零ISI，則相對(duì)于無(wú)帶寬限制的通信系統(tǒng)，不，則相對(duì)于無(wú)帶寬限制的通信系統(tǒng)，不會(huì)造成誤碼率性能的損失。會(huì)

3、造成誤碼率性能的損失。復(fù)習(xí)：2ASKn2ASK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜基帶信號(hào)功率譜基帶信號(hào)功率譜頻帶信號(hào)功率譜與基帶信號(hào)功率譜的關(guān)系頻帶信號(hào)功率譜與基帶信號(hào)功率譜的關(guān)系n最佳接收機(jī)最佳接收機(jī)AWGN信道：匹配濾波器、相關(guān)器接收信道：匹配濾波器、相關(guān)器接收AWGN帶限信道（類(lèi)似于基帶傳輸系統(tǒng)）帶限信道（類(lèi)似于基帶傳輸系統(tǒng)）5.1.2 PSK5.1.3 QAM 4 points QAM 2222441AAPav222223241AAAPavn假定先驗(yàn)等概，則平均發(fā)送功率（假定先驗(yàn)等概，則平均發(fā)送功率（or能量？）能量？）8 points QAMPav=6A2 6.83A2 6A2 4.73A2

4、D is the bestMmmsmcMmmsmcavaaMAAAMP12221221n假定先驗(yàn)等概，假定先驗(yàn)等概，則平均發(fā)送功率則平均發(fā)送功率n練習(xí)練習(xí)5.1.4 FSKn隨著隨著M的增大，的增大，MFSK信號(hào)功率譜信號(hào)功率譜 的主瓣寬度隨之增大，的主瓣寬度隨之增大，頻帶利用率隨之減小。頻帶利用率隨之減小。n練習(xí)練習(xí)HzBaud /1WRs,logRR2sMn基帶基帶PAM信號(hào)信號(hào)總結(jié)：頻帶利用率總結(jié)：頻帶利用率(假定基帶信號(hào)采用不歸零矩形脈沖假定基帶信號(hào)采用不歸零矩形脈沖)nASK信號(hào)或頻帶信號(hào)或頻帶PAM, 2/1BRs,logRR2sM)/(logWR2HzsbitMM2log21WR

5、nPSK、QAM信號(hào)信號(hào)M2log21WRnFSK信號(hào)信號(hào)很大如果MMM2log2WR12WRsM2slogRR n基帶基帶PAM信號(hào)信號(hào)頻帶利用率頻帶利用率(假定基帶信號(hào)采用滾降頻譜的波形假定基帶信號(hào)采用滾降頻譜的波形)nASK信號(hào)或頻帶信號(hào)或頻帶PAM,11BRs,logRR2sMM2log12WRM2log11WRnPSK、QAM信號(hào)信號(hào)M2log11WR5.2 AWGN條件下的最佳接收及條件下的最佳接收及誤碼率分析誤碼率分析1) 信號(hào)的矢量表示信號(hào)的矢量表示2) AWGN下的最佳接收下的最佳接收3)誤碼率分析誤碼率分析復(fù)習(xí)復(fù)習(xí):AWGN條件下的最佳接收條件下的最佳接收最佳接收機(jī)結(jié)構(gòu)最佳

6、接收機(jī)結(jié)構(gòu)1、相關(guān)解調(diào)器、相關(guān)解調(diào)器 MF解調(diào)器解調(diào)器2、最佳檢測(cè)器、最佳檢測(cè)器如果所有信號(hào)具有如果所有信號(hào)具有相同的能量，相關(guān)相同的能量，相關(guān)度量可寫(xiě)成度量可寫(xiě)成rsm022NQPbnM=2nM=42022211NQPPbc0020042211222221NQNQNQNQPPbbbbc誤符號(hào)率誤符號(hào)率例題：4PSK如何由誤符號(hào)率如何由誤符號(hào)率得到誤比特率？得到誤比特率？結(jié)論：結(jié)論：4PSK的誤比特率和的誤比特率和2PSK相同。相同。4PSK參見(jiàn)北郵教材參見(jiàn)北郵教材200頁(yè)頁(yè)n例題例題n數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的最佳接收機(jī)的誤碼分析數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的最佳接收機(jī)的誤碼分析M進(jìn)制進(jìn)制PAM的錯(cuò)誤概率的錯(cuò)誤概率M進(jìn)

7、制進(jìn)制PSK的錯(cuò)誤概率的錯(cuò)誤概率M進(jìn)制進(jìn)制QAM的錯(cuò)誤概率的錯(cuò)誤概率M進(jìn)制進(jìn)制FSK的錯(cuò)誤概率的錯(cuò)誤概率總結(jié)：總結(jié)：Use Gray coding,MbPkP15.3 數(shù)字調(diào)制方式的比較數(shù)字調(diào)制方式的比較n可靠性的比較可靠性的比較p根據(jù)要達(dá)到的錯(cuò)誤概率比較所需的根據(jù)要達(dá)到的錯(cuò)誤概率比較所需的SNR；p根據(jù)要達(dá)到的錯(cuò)誤概率（比如根據(jù)要達(dá)到的錯(cuò)誤概率（比如105）比較所需的）比較所需的比特比特SNR（即（即Eb/No)。所需的比特所需的比特SNR越低，則系統(tǒng)的越低，則系統(tǒng)的功率效率功率效率較高。較高。n有效性的比較有效性的比較p頻帶利用率（或稱(chēng)為頻帶利用率（或稱(chēng)為“帶寬效率帶寬效率”）=R/W (

8、bit/s/Hz)結(jié)論：結(jié)論：一個(gè)好的系統(tǒng)就是在給定的錯(cuò)誤概率條件下，一個(gè)好的系統(tǒng)就是在給定的錯(cuò)誤概率條件下，對(duì)給定的比特信噪比能提供最高對(duì)給定的比特信噪比能提供最高的系統(tǒng)；或是對(duì)的系統(tǒng)；或是對(duì)給定的給定的要求最小比特信噪比的系統(tǒng)。要求最小比特信噪比的系統(tǒng)。n帶限信號(hào)：帶限信號(hào)：要求信息頻帶利用率較高；要求信息頻帶利用率較高；MASK、MPSK、MQAM；電話信道和數(shù)字微波信道。電話信道和數(shù)字微波信道。n功限信號(hào)：功限信號(hào)：同樣的誤碼率，要求比特同樣的誤碼率，要求比特信噪比低；信噪比低；正交正交MFSK、雙正交信號(hào)；、雙正交信號(hào)；深空通信信道。深空通信信道。n好的系統(tǒng)好的系統(tǒng)(給定的誤碼率給定

9、的誤碼率)給定的比特信噪比，更高給定的比特信噪比，更高的頻帶利用率；的頻帶利用率；給定的頻帶利用率，更低給定的頻帶利用率，更低的比特信噪比；的比特信噪比；n帶寬和維度帶寬和維度問(wèn)題：?jiǎn)栴}：N1,2,M時(shí)，帶寬效率為多少？時(shí)，帶寬效率為多少？n香農(nóng)公式香農(nóng)公式(功率有效性和帶寬有效性功率有效性和帶寬有效性)當(dāng)當(dāng)rR/W趨于趨于0時(shí)（帶寬變?yōu)闊o(wú)窮大），可時(shí)（帶寬變?yōu)闊o(wú)窮大），可得到通信系統(tǒng)所需的比特信噪比的基本限制，即得到通信系統(tǒng)所需的比特信噪比的基本限制，即為為1.6dB的香農(nóng)極限的香農(nóng)極限。上式給出了可靠通信可行的條件，該關(guān)系式對(duì)上式給出了可靠通信可行的條件，該關(guān)系式對(duì)所有通信系統(tǒng)都成立。所有

10、通信系統(tǒng)都成立。由式由式(1)可確定一條曲線理論上，在該曲線以下的任可確定一條曲線理論上，在該曲線以下的任何點(diǎn)通信是可能的，在其以上的點(diǎn)通信是不可能的。何點(diǎn)通信是可能的，在其以上的點(diǎn)通信是不可能的。式(1)n調(diào)制原理、功率譜密度和頻帶利用率調(diào)制原理、功率譜密度和頻帶利用率n在理想限帶及在理想限帶及AWGN條件下的最佳接收條件下的最佳接收n在在AWGN條件下的最佳接收條件下的最佳接收n誤碼率分析誤碼率分析pPAMp2FSKp方形方形QAM（含（含4PSK）n重要的結(jié)論重要的結(jié)論小結(jié)小結(jié)改為2FSK？小結(jié)小結(jié)n信號(hào)的矢量分析和星座圖信號(hào)的矢量分析和星座圖nAWGN下的最佳接收和誤碼率分析下的最佳接收和誤碼率分析n帶限帶限AWGN信道下的最佳接收信道下的最佳接收n人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，