通信原理-chapter6.part第六章正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

第六章正弦載波數(shù)字調(diào)制系DigitalModulationSystemsUsingSinusoidalCarriers 16.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制26.4.0多進(jìn)制頻譜的昂貴使運(yùn)營(yíng)商追求‘頻帶利用率’SpectralBinary調(diào)制信號(hào)占用頻譜BFSKf1f2BASK傳信率Rb log2基 頻帶利用率R基帶log2M=R基帶log2Mlog2M(bitssec

2(1)R2

136.4.0多進(jìn)制 頻帶利用率（ASK，PSK）=log2M(bits/sec/1Shannon公式為上限，BER為0。此處并未考慮信道帶寬和如何提高頻帶利用率 提高M(jìn):多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制46.4.1MASK振幅調(diào)制.調(diào)制時(shí)：一組bits構(gòu)成一個(gè)碼元symbol。則symbol有M種取調(diào)制時(shí)：M種可能碼元控制振幅 1,…,M-1}，概率分別為P1，…，PM-

M

pi 發(fā)送概率PM-5時(shí)域波形2301AOt圖：4-ASK信號(hào)的時(shí)間波eMASK(t)[ang(tnTs)]6ejtcostjQIQI

7基帶帶寬假設(shè):和二進(jìn)制系統(tǒng)相比信息傳輸速率相 BRR B

帶寬變?yōu)樵?/log2(M)頻帶帶乘法器只是基帶信號(hào)頻譜線性搬移，帶寬為數(shù)字基帶信寬的兩倍可以采用相干解調(diào)和非相干解調(diào)若M個(gè)振幅信號(hào)出現(xiàn)等概，則采用相干解調(diào)法的誤碼率110-10-10-10-

最大頻帶利用率(α=0)10-10-6

842 842

，同SNR時(shí)誤碼率增加P M1P M11M21=log214(bits/sec/PreviouslyonPrinciplesof=log2M(bits/sec/=log2M(bits/sec/1M個(gè)符號(hào)可以代表Nbits。例，4-

MQI固定帶寬，提高M(jìn)意味著提速率QI固定速率，提高M(jìn)圖：M-ASK星座 調(diào)制時(shí)：M種可能性碼元控制載波頻率ωm，ωm∈{ω0,ω1,…,ωM- 發(fā)i符號(hào)時(shí)SieMFSK(t)si(t)cosi

Si圖：4-FSK信號(hào)波 MFSK2 發(fā)送2 個(gè)碼元期間內(nèi)只有M個(gè)頻.. 中的一..輸出

圖：M-FSK原理框

過包絡(luò)檢波器、抽樣器MFSK的帶寬近似帶寬大，頻帶利用率不MFSK非相干解調(diào)的誤碼率為M-1Pe,MFSK

e

BMFSKfMBMFSKfM M-1 r 2 110-10-10-10-10-10-10-

假設(shè)占用頻帶在M一定的情況下，信噪比r越大誤碼率Pe越小r一定的情況下，M越大，誤碼Pe也越大M ER衰減不多10-

相干解調(diào)和非相干解將隨M的增大而減圖：MFSK 調(diào)制時(shí)：M種可能性碼元控制載波相位φm，φm∈{φ0,φ1,…,φM-1eMPSK(t)g(tnTs)cosctmn圖:2-PSK和4-PSK波 eMPSK(t)g(tnTs)cosctnnang(tnTs)cosctbng(tnTs) 以4-PSK（QPSK）為例0、π、+ +π3/4、+ 圖：QPSK信號(hào)星座（A方式

圖：QPSK信號(hào)星座（B方式6.4.36.4.3MPSK–GrayMPSKMPSK調(diào)制之后

圖：M-PSK功率譜（只畫出主瓣，第一0點(diǎn)當(dāng)信息速率Rb相同時(shí)，2PSK、4PSK功率譜如圖 RR 即Rb相同時(shí)：M越大6.4.3MPSKPSD（書上解釋0--1132f- 圖：M-PSK功率譜（在相同Rb情況下只畫出了正頻率部問題：旁瓣能量很強(qiáng)（-10dB），后續(xù)MSK解決6.4.3QPSK產(chǎn)生.換 換圖：相位選擇法產(chǎn)生4PSK信在一個(gè)碼元時(shí)間間隔Ts，4PSK信號(hào)為載波四個(gè)相位中的某一輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)流經(jīng)串/并變換器輸出雙比元，邏輯選相每Ts6.4.3QPSK產(chǎn)生.QQ坐標(biāo) +I圖：8PSK信號(hào)星座橫縱坐標(biāo)各自用‘正交調(diào)制的一路來傳輸坐標(biāo)有正負(fù)，轉(zhuǎn)換為‘雙性’信號(hào)

6.4.3QPSK相干解調(diào).4PSK信號(hào)

aa

--/4

b圖：4PSK信號(hào)相b對(duì)4PSK信號(hào)相干解調(diào)也會(huì)產(chǎn)生相位模糊問題，并且是0°、90180°和270°四個(gè)相位模因此，可用D-4PSK方式6.4.4DQPSK調(diào)制.差分在基帶進(jìn)行：D-PSK看成PSK+基帶差分編碼PSKPSK差分差編差編串/變串/變

-/4/4移

兩維PSK調(diào)制合成輸出 抽

-/4移 /4移

載波提

位定

差 并/變b

抽串/并變換器：將輸入的二進(jìn)制序列分為速率減半的兩個(gè)并行序列aI和aII并/串變換器：與之相反 例，4DPSK是利用前后碼元之間的相對(duì)相位變化來表示數(shù)字 雙元載波0001011π01Symbol到星座圖點(diǎn) )有很多種方式，如上表一般 碼(Gray 6.4.4(D)MPSK假設(shè)：相同的發(fā)送能量1

MPSK相干解調(diào)的誤碼率

rsin2rsin2M

DMPSK非相干解調(diào)的誤碼率

248

30

r2 r2 2M 改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制如何提高FSK‘頻帶利用率 BFSK和M-FSK：盡量壓縮帶BBMFSKfMf1BFSK和M-FSK：提高每個(gè)符號(hào)含有的問題例，BFSK的最小帶寬是多少B2FSKf1f22Bmin(min(f1f2)?限制因素（考慮角度發(fā)送？mf |fmf |f1f2B基帶BFSK解調(diào)的方式無(wú)論‘相干’‘非相干’都是用濾波器分 ，按BASK處理mf=0.3mf=0.9 mf=2. 圖：BFSK信號(hào)的PSD（正頻率部分 信號(hào)不可分6.5.1改進(jìn).BFSK正交的頻率可分（Fourier投影即，兩個(gè)頻率需要滿足（假設(shè)接收端已知載波相位 cos

tcos

tdt

（基帶碼元長(zhǎng)度為為簡(jiǎn)化計(jì)算，等式兩邊乘常數(shù)2/2T cos2Ts

1tcos

2tdt Tscos()tdt

Tscos()tdtT

sin(12)Tssin(12)Ts(12

(126.5.1改進(jìn).BFSKsin(12)Tssin(12)Ts0(12)Ts (12)Ts為使等式恒成立，兩項(xiàng)需分別為sin(sin(1+2)Ts0,即(1+2)Tssin(12)Ts0,即(12)Tsf1+f2

,n1,2,f12nf12n,n1,2,sff121s6.5.1改進(jìn).BFSK如果載波相位未知，最小頻率間隔（正交[cos(1t1)cos(2t2)]dt0需要

sin(12)Tscos( 為了同時(shí)滿足這兩個(gè)要(12)Ts2n 12Ts6.5.1改進(jìn).BFSK結(jié)論用正交的方式分開信號(hào)，如果載波相位已知ff121sf12f12Ts調(diào)制mm=fB|f1f2|0.51/S最小帶寬獲得正交信號(hào)，最小移頻鍵控(MinimumShift6.5.1MSKBBBFSKf1f22B基帶令fc（看成載波）為f1和f2中間的頻ff1c1, 1cS或者Sfc1, 2cSS瞬時(shí)頻率

k

ak=s基帶信號(hào)as6.5.1MSK載波.載波

f

,n1,2,

fcn,Sfcn,Sf 即MSKMSK信號(hào)在 元周期內(nèi)必須包含四分之一載波周期的整數(shù)倍6.5.1MSK瞬時(shí)相位

(t) t[ s s

k=t tS k S因此，MSK

φk為第k個(gè)碼元的相位常數(shù)，在時(shí)間(k-1)TsSScos(tcktk(k1)Ttsssak為第k6.5.1MSKs cos(t ts

(k

t

k 設(shè)計(jì)目標(biāo)選擇相位常數(shù)φk，保證在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻信號(hào)相位連續(xù)相位連續(xù)的信號(hào)PSD旁瓣衰減快MSKs cos(t ts

(k

t

k 相位在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻t=(k-1)Ts是連續(xù) [(kk2=a[(kkkk1碼元最后的相2k碼元起始的相可得

k

k(k

當(dāng)akak1對(duì)于相干解調(diào)，可假定初始參考值為0（φk-1=0），a kk1k 當(dāng) kk時(shí)MSKMSK相位(t) t (k1)Ttsk s=-1，θ(t)線性減小π/2碼元交界處相位連續(xù)MSK的整個(gè)相位路徑是由Ts的一系列直線段所連成的折線MSK6.5.16.5.1MSK特點(diǎn).特點(diǎn)：恒定包絡(luò)信號(hào)；相位是連續(xù)的，以載波相位為基準(zhǔn)的信號(hào)相位在一個(gè)碼元期在一個(gè)碼元期間內(nèi)，信號(hào)應(yīng)包括四分之一載波周期的整數(shù)倍信號(hào)的頻率偏移等于

，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)mfMSK–MSK信號(hào)的歸一化功率譜密度為（基帶用矩形

SMSK()32

cos( 2 功 s

4()2T2率

0.75 2 3

(f-fc)/

點(diǎn)出現(xiàn)在1/Ts

的干擾也較小PSD在帶寬外衰減70dB~80dMSK功率譜雖然衰減很要求：進(jìn)一步衰減邊帶解決調(diào)制后頻譜的壓縮MSK已經(jīng)完成（頻率間隔+相位減小基帶信號(hào)帶寬GMSK基帶選擇合適的波形，使帶寬更小Ch.5模數(shù)轉(zhuǎn)

Ch.4數(shù)字基

Ch.6數(shù)字調(diào)制 基帶（Pulse基帶（Pulse)調(diào)抽樣抽樣接收濾波解實(shí)際系統(tǒng)，基帶用‘矩形波’+‘濾波器(頻域)’來控制基帶帶寬 H(f)expH(f)exp 2( h(t)exp(頻域：Sinc頻域：濾波器截止頻率為Bb(濾波器的3dB帶寬時(shí)域：h(t)具 型波形特性，故稱為 ln GMSK滿足移動(dòng)通信對(duì)鄰道干擾的嚴(yán)格要求，以良好的性能被GSM47GMSK原理.代價(jià) 了無(wú)ISI的原則頻 時(shí)圖：不同帶寬實(shí)測(cè)GMSK信號(hào)射頻功率

GMSK–0

濾波器頻歸一化帶寬：描述帶寬的縮程

B

=

Bb

歸一化頻率(f-

歸一化帶寬的值越小，碼串?dāng)_越大，但基帶信號(hào)帶HH(f)exp 2( 星座點(diǎn)放置的方式：一般來說有兩種，矩形和星型

BER取決于點(diǎn)之間的距QAM：每個(gè)點(diǎn)相同重Star- unequalerror QAM

Log2M

用升余弦滾降

Kfs(Baud

NKfs(bits/

1

BB R