通信原理-教學(xué)課件-12

通信原理第七章數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)(7.3-7.4)1第7章數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)7.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理7.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較7.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理7.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能主要內(nèi)容27.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式一覽表調(diào)制方式誤碼率相干解調(diào)非相干解調(diào)2ASK

（大信噪比）2FSK2PSK/2DPSK37.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較Pe=10-5時(shí)2ASK、2FSK和2PSK所需要的信噪比方式信噪比r倍分貝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.647.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較r=1時(shí)2ASK、2FSK和2PSK/2DPSK的誤碼率方式誤碼率Pe相干解調(diào)非相干解調(diào)2ASK1.26×10-24.1×10-22FSK5.9×10-43.35×10-32PSK/2DPSK3.9×10-62.25×10-557.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較誤碼率曲線67.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較頻帶寬度2ASK系統(tǒng)和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬度

2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度77.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較對(duì)信道特性變化的敏感性在2FSK系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個(gè)支路解調(diào)輸出樣值的大小來作出判決，不需要人為地設(shè)置判決門限，因而對(duì)信道的變化不敏感。在2PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為零，與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度無關(guān)。因此，接收機(jī)總能保持工作在最佳判決門限狀態(tài)。87.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度

2ASK優(yōu)于2FSK優(yōu)于2PSK優(yōu)于2DPSK；相干接收機(jī)設(shè)備較復(fù)雜。對(duì)于2ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)，對(duì)信道特性變化敏感，性能最差。9第7章數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)7.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理7.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較7.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理7.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能主要內(nèi)容10學(xué)習(xí)目標(biāo)理解在信道頻帶受限時(shí)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制是如何增加信息傳輸速率，從而提高頻帶的利用率的？了解多進(jìn)制振幅鍵控的原理和誤碼性能特點(diǎn)；了解多進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）的調(diào)制解調(diào)原理和最佳接收時(shí)的誤碼性能；掌握MPSK的調(diào)制解調(diào)原理(重點(diǎn)是QPSK)；熟悉多進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的矢量圖；了解MDPSK的原理。117.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理概述定義：在碼元間隔0≤t≤TS內(nèi)，可能發(fā)送的碼元有M種：si(t)，i=1，2，，M，通常M為2的整數(shù)冪。則稱為M進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。根據(jù)前面的分析，誤碼率決定于信噪比r：

信噪比r還可以改寫為碼元能量E和噪聲單邊功率譜密度n0之比：127.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理設(shè)多進(jìn)制碼元的進(jìn)制數(shù)為M，碼元能量為E，一個(gè)碼元中包含信息k比特，則有k=log2M。若碼元能量E平均分配給每個(gè)比特，則每比特的能量Eb等于E/k。故有在研究不同M值下的錯(cuò)誤概率時(shí)，適合用rb為單位來比較不同體制的性能優(yōu)劣。

137.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理本節(jié)討論的多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式：多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)7.4.2多進(jìn)制頻移鍵控(MFSK)7.4.3多進(jìn)制相移鍵控

(MPSK)7.4.4多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）147.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)多進(jìn)制振幅鍵控又稱多電平調(diào)制01230123例如四進(jìn)制振幅調(diào)制00011011S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)載波集1011M進(jìn)制符號(hào)序列二進(jìn)制信源序列載波集S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)157.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理時(shí)域表達(dá)式：167.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理舉例基帶信號(hào)是多進(jìn)制單極性不歸零脈沖

(a)基帶多電平單極性不歸零信號(hào)0010110101011110000t(b)MASK信號(hào)0t0101101010111100177.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理0101101010111100000t(c)基帶多電平雙極性不歸零信號(hào)00000t01011010101111(d)抑制載波MASK信號(hào)基帶信號(hào)是多進(jìn)制雙極性不歸零脈沖二進(jìn)制抑制載波雙邊帶信號(hào)就是2PSK信號(hào)。187.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理特點(diǎn)：1)碼元速率相同的情況下，MASK信號(hào)的帶寬和2ASK信號(hào)的帶寬相同；2)單位頻帶的信息傳輸速率高，即頻帶利用率高。197.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理MASK的調(diào)制解調(diào)調(diào)制方法：基本與2ASK相同需要將基帶信號(hào)由二電平變?yōu)槎嚯娖綄⒍M(jìn)制信息序列分為k個(gè)一組；變換成M電平的基帶信號(hào)，送入調(diào)制器。線性調(diào)制器：要求已調(diào)信號(hào)和輸入基帶信號(hào)幅度成正比。207.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理解調(diào)方法包絡(luò)檢波相干解調(diào)，原理與2ASK相同。確定判決門限：接收信號(hào)電平存在起伏時(shí)，判決門限相應(yīng)改變。21MASK信號(hào)的功率譜ΦMASKffc-fs

fcfc+fsΦMASK(f)f數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜-2fs-fs0fs2fsфB(f)

MASK信號(hào)的功率譜密度7.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理227.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理多進(jìn)制頻移鍵控(MFSK)4FSK信號(hào)波形舉例(a)4FSK信號(hào)波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b)4FSK信號(hào)的取值237.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

MFSK中，M種發(fā)送信號(hào)可表示為：通常令M種發(fā)送信號(hào)互相正交：信號(hào)之間的頻率間隔為n/(2Ts)時(shí)，信號(hào)間彼此正交。247.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理數(shù)字信息序列{an}載波集….f0f1fM-1MFSK信號(hào)輸出頻率選擇法

MFSK信號(hào)的產(chǎn)生：用不同頻率的載波代表不同數(shù)字信源符號(hào)257.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

MFSK信號(hào)的帶寬：模擬調(diào)制法模擬頻率調(diào)制FSK信號(hào)輸出數(shù)字基帶信號(hào)載波fc單個(gè)碼元的帶寬267.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

MFSK非相干解調(diào)原理V1(t)抽樣判決帶通濾波f1包絡(luò)檢波帶通濾波fM包絡(luò)檢波輸入輸出VM(t)定時(shí)脈沖帶通濾波f2包絡(luò)檢波........條件：每個(gè)載頻之間的距離足夠大，使不同頻率的碼元頻譜分離開。277.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理多進(jìn)制相移鍵控一、多進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控(MPSK)MPSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式M=2k，k=正整數(shù)

287.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理297.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理MPSK信號(hào)可以看成是對(duì)兩個(gè)正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)制后所得到的兩路MASK信號(hào)的疊加。307.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理317.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

MPSK信號(hào)的描述—矢量圖參考相位000001011010110111110100參考相位110100100參考相位10327.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

MPSK信號(hào)的功率譜----信息速率相同2PSK4PSK8PSK-20功率譜密度0dB-40f-fc337.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

正交相移鍵控

(QPSK)4PSK常稱為正交相移鍵控(QPSK)

4PSK信號(hào)每個(gè)碼元含有2比特的信息，現(xiàn)用ab代表這兩個(gè)比特。

兩個(gè)比特有4種組合，即00、01、10和

11。它們和相位n之間的關(guān)系通常都按

格雷碼的規(guī)律安排。347.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理90011801127010000nba

QPSK信號(hào)的編碼格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個(gè)比特只有一位不同。由于因相位誤差造成錯(cuò)判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼使之僅造成一個(gè)比特錯(cuò)誤的概率最大。357.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

QPSK信號(hào)矢量圖參考相位11010010參考相位10000111367.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理碼元相位關(guān)系n

稱為初始相位，常簡(jiǎn)稱為相位，而把(0t+n)稱為信號(hào)的瞬時(shí)相位；當(dāng)碼元中包含整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)，初始相位相同的相鄰碼元的波形和瞬時(shí)相位才是連續(xù)的：(a)波形和相位連續(xù)TT377.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理若每個(gè)碼元中的載波周期數(shù)不是整數(shù)，則即使初始相位相同，波形和瞬時(shí)相位也可能不連續(xù)波形連續(xù)而相位不連續(xù)(b)波形和相位不連續(xù)TT(c)波形連續(xù)相位不連續(xù)TT387.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

QPSK調(diào)制-1+1+1-1正交調(diào)制器397.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理7/45/43/4/40t

+1

-1

-1

-1

+1

+1

+1

-1

-1

+1QIQ-1+1+1-1I二進(jìn)制信息+1

-1+1+1-1

-1-1+1-1+1

正交調(diào)制過程:407.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理相位選擇法

串-并變換選相電路帶通四相載波發(fā)生器輸入信息QPSK信號(hào)0417.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理QPSK解調(diào)-------相干解調(diào)427.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二、偏置QPSK(OQPSK)QPSK體制的缺點(diǎn)：它的相鄰碼元最大相位差達(dá)到180°，這在頻帶受限的系統(tǒng)中會(huì)引起信號(hào)包絡(luò)的很大起伏。偏置QPSK的改進(jìn)：為了減小此相位突變，將兩個(gè)正交分量在時(shí)間上錯(cuò)開半個(gè)碼元，使之不可能同時(shí)改變。437.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

OQPSK同相和正交基帶信號(hào)447.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

QPSK與OQPSK信號(hào)的相位跳變示意圖457.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

OQPSK信號(hào)的產(chǎn)生467.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理三、/4相移QPSK4相移QPSK信號(hào)是由兩個(gè)相差4的

QPSK星座圖交替產(chǎn)生的，它也是一個(gè)4

進(jìn)制信號(hào)：45°1110(a)星座圖之一(b)星座圖之二010011010010477.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理當(dāng)前碼元的相位相對(duì)于前一碼元的相位改變45°或135°。例如，若連續(xù)輸入“11