cp7_9多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK课件

1、 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-1第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK1. MPSK包括：定义、正交表示、带宽、频带利用率、功率谱2. QPSK包括：定义、矢量图、调制方法、正交相干解调3. QDPSK包括：定义、调制方法、码变换、解调方法、码反变换4. QPSK及QDPSK系统的误码率性能5. MPSK、MASK频带利用率和功率利用率的关系7.9 多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-2第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK多进制数字相位调制(MPSK)定义q多进制数字相位调制又称多相调制，它是利用载波的多种不同相位来表

2、征数字信息的调制方式。q e0(t)=Acos(ct+ n ) （在码元持续时间内）其中： c-载波频率，A-载波幅度，均为常数 n -载波相位，共有M种可能的取值； n =n(2/M), n=0,1,2, ,M-1 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-3第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKMPSKMPSK信号的正交表示信号的正交表示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信号可以看作两路正交载信号可以看作两路正交载波调制信号的合成：波调制信号的合成： 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-4第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKMPSKMPSK信号的带宽信号的带宽q与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相位调制位调制MPSKMPSK和差分相位调制和差分相位调制MDPSKMDPSK两种。两种。 qMPSKMPSK和和MDPSKMDPSK信号的带宽与信号的带宽与MASKMASK信号的带宽相同，即信号的带宽相

4、同，即 BMPSK=2B=2B基基=2RB=2fs=2/Ts。 T Ts s为为M M进制进制码元的码元的码周期码周期； RB为为M M进制进制码元的码元的码速率码速率。 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-5第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKMPSKMPSK信号的频带利用率信号的频带利用率( (同同MASK)MASK) q当以码元速率考虑频带利用率当以码元速率考虑频带利用率 时，时， 有有 B)/(212HzBaudRRBRBBMPSKBB 这与这与2ASK2ASK系统相同。系统相同。q 但通常是以信息速率来考虑频带利用率的，但通常是以信息速率来考虑频带利用率的， 因此有因此

5、有 )/(2log2log22HzsbMRMRBRBBMPSKbb 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-6第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK信息速率相同时，信息速率相同时， M M进制数字相位调制信号的功率谱进制数字相位调制信号的功率谱08PSK4PSK2PSK功 率 谱 密 度 /dB 60 40 20ffc12 Ts1Ts32 Ts2Ts可以看出，可以看出，M M越大，功率谱主瓣越窄，从而频带利用率越高。越大，功率谱主瓣越窄，从而频带利用率越高。 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-7第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK1.1. MPSK MPSK包括：定义、

6、正交表示、带宽、频带利用率、功率谱包括：定义、正交表示、带宽、频带利用率、功率谱2.2. QPSK QPSK包括：定义、包括：定义、矢量图矢量图、调制方法、正交相干解调、调制方法、正交相干解调3.3. QDPSK QDPSK包括：定义、调制方法、码变换、解调方法、码反变换包括：定义、调制方法、码变换、解调方法、码反变换4. Q4. QPSKPSK及及Q QDPSKDPSK系统的误码率性能系统的误码率性能5. 5. MPSKMPSK、MASKMASK频带利用率和功率利用率的关系频带利用率和功率利用率的关系7.9 多进制数字调制系统-MPSK、QPSK和QDPSK 通信原理第七章 数字带通传输系统

7、7-9-8第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK四进制绝对相移键控四进制绝对相移键控4PSK4PSK（也称为（也称为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定义：四进制绝对移相键控利用载波的四种不同相位来表示数字信息。定义：四进制绝对移相键控利用载波的四种不同相位来表示数字信息。每一种载波相位代表两比特信息，每个四进制码元用两个二进制码元每一种载波相位代表两比特信息，每个四进制码元用两个二进制码元的组合来表示。前一比特用的组合来表示。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。信息码信息码将将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串并转换串并转换 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-9第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKa ba ba ba ba b信息码串并转换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 2，四进制的四进制的码速率是二进制的一半码速率是二进制的一半，码速率降低，所需要的信号码速率降低，所需要的信号带宽也带宽也相应降低为原来的一半相应降低为原来的一半。T4T

9、2 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-10第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK信息速率相同时，信息速率相同时，M M进制数字相位调制信号的功率谱进制数字相位调制信号的功率谱08PSK4PSK2PSK功 率 谱 密 度 /dB 60 40 20ffc12 Ts1Ts32 Ts2Ts可以看出，可以看出，M M越大，功率谱主瓣越窄，从而频带利用率越高。越大，功率谱主瓣越窄，从而频带利用率越高。 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-11第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK定义双比特定义双比特abab与载波相位的关系：与载波相位的关系：双比特双比特abab按格雷码（反射码）

10、排列：按格雷码（反射码）排列：双比特码元双比特码元载波相位载波相位(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 数字带通传输系统7-9-12第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK11100100参考相位(a)A(a)A方式方式(b)B(b)B方式方式QPSKQPSK信号矢量图信号矢量图01001011参考相位 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-13第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK相位选择法产生相位选择法产生4PSK4PSK信号原理图信号原理图输 入串 /并变 换逻 辑

11、 选 相电 路带 通滤 波 器输 出45135225315四 相 载 波 产 生 器QPSKQPSK调制方法调制方法相位选择法相位选择法 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-14第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKQPSKQPSK调制方法调制方法调相法（调相法（B B方式）方式）QPSKQPSK信号产生原理框图信号产生原理框图 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-15第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKB B方式方式合成相位图a （单极性）a（双极性）1+10-10-11+1b （单极性）b（双极性）1+11+10-10-1a路平衡器输出001800180000b路

12、平衡器输出27002700900900合成相位315022501350450QPSK信号相位编码逻辑关系： 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-16第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKQPSKQPSK调制方法调制方法-调相法（调相法（A A方式）方式）QPSKQPSK信号产生原理框图信号产生原理框图 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-17第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKQPSKQPSK信号的正交相干解调信号的正交相干解调QPSKQPSK信号相干解调会产生相位模糊问题，是信号相干解调会产生相位模糊问题，是0 0、9090、180180和和270270四个相位模糊

13、。因此，在实际中更实用的是四相相对相移键四个相位模糊。因此，在实际中更实用的是四相相对相移键控，即控，即QDPSKQDPSK方式。方式。 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-18第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK1.1. MPSK MPSK包括：定义、正交表示、带宽、频带利用率、功率谱包括：定义、正交表示、带宽、频带利用率、功率谱2.2. QPSK QPSK包括：定义、包括：定义、矢量图矢量图、调制方法、正交相干解调、调制方法、正交相干解调3.3. QDPSK QDPSK包括：定义、调制方法、码变换、解调方法、码反变换包括：定义、调制方法、码变换、解调方法、码反变换4. Q4.

14、 QPSKPSK及及Q QDPSKDPSK系统的误码率性能系统的误码率性能5. 5. MPSKMPSK、MASKMASK频带利用率和功率利用率的关系频带利用率和功率利用率的关系7.9 多进制数字调制系统-MPSK、QPSK和QDPSK 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-19第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKQDPSKQDPSK信号的定义信号的定义qQDPSKQDPSK信号是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信号是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。信息。q若以前一双比特码元相位作为参考，若以前一双比特码元相位作为参考，为当前双比特码元与为当前双比特码元与前一双

15、比特码元初相差前一双比特码元初相差: :k k=本本 前前 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-20第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKQDPSKQDPSK信号相位编码逻辑关系信号相位编码逻辑关系双比特码元双比特码元载波相位变化载波相位变化k kabA方式B方式0090 135 0104511270 315 10180 225 k=本 前 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-21第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKQDPSKQDPSK调制方法调制方法（B B方式方式）绝对码绝对码相对码相对码双极性双极性双极性双极性c(1)c(0)d(0)d(1)输入的二进制序列分为

16、速输入的二进制序列分为速率减半的两个并行序列率减半的两个并行序列a a和和b b差分编码器（绝对码变为相对差分编码器（绝对码变为相对码的码转换器）将其编为四进码的码转换器）将其编为四进制差分码制差分码QPSK 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-22第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK码变换器本时刻到达的及所要求的相对相位变化前一码元的状态本时刻应出现的码元状态 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码变换器逻辑功能码

17、变换器逻辑功能 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-23第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK当前输入的一对码元及当前输入的一对码元及要求的相对相移要求的相对相移前一时刻经过码变换后的前一时刻经过码变换后的一对码元及所产生的相位一对码元及所产生的相位当前时刻应当给出的当前时刻应当给出的变换后一对码元和相位变换后一对码元和相位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

18、00 10 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

19、 180180 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若若逻辑关系：逻辑关系： 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-24第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK码变换器电路：模模2加加一码元一码元延迟延迟一码元一码元延迟延迟模模2加加比比较较电电路路ncnbna1ndnd1nc交交叉叉直直通通电电路路n 1n 1nn 1nnn 1nn 1n 1nn 1nnn 1n(1)cd1ccaddb(2)cd0ccbdda若若

20、通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-25第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK码反变换器码反变换器逻辑变换关系前一时刻输入的一对码元前一时刻输入的一对码元当前时刻输入的一对码元当前时刻输入的一对码元当前时刻应当给出的逆当前时刻应当给出的逆变换后的一对码元变换后的一对码元ck-1dk-1k-1ck dkkakbk0090001101109002701800270180900110110001000110110900270180900270 1800011011011270001101109002701801809002701001001110180001101109002701802

21、7018090011011000 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-26第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK码反变换器逻辑关系：当 时： 当 时：011kkdc111kkdc11kkkkkkccbdda11kkkkkkddbcca码反变换器电路码反变换器电路 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-27第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKQDPSKQDPSK信号相干解调加码反变换器方式原理图信号相干解调加码反变换器方式原理图 QDPSK信号的解调相干解调+码反变换器方式相乘器相乘器并并/串串变换变换码反变换码反变换载波载波振荡振荡- /4移相移相相乘器相乘器+ /4移

22、相移相输入输入输出输出低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决判决抽样抽样判决判决低通低通滤波器滤波器码元码元形成形成码元码元形成形成cdba 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-28第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSK)cos(4kAU4DPSK4DPSK信号差分相干解调方式原理图信号差分相干解调方式原理图输 入带 通滤 波输 出低 通滤 波抽 样判 决低 通滤 波抽 样判 决位 定 时并 /串 变换移 相延 迟 Ts4DPSK4DPSK信号的解调信号的解调相位比较法相位比较法44)cos(4kBU 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-29第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDP

23、SK1. MPSK包括：定义、正交表示、带宽、频带利用率、功率谱2. QPSK包括：定义、矢量图、调制方法、正交相干解调3. QDPSK包括：定义、调制方法、码变换、解调方法、码反变换4. QPSK及QDPSK系统的误码率性能5. MPSK、MASK频带利用率和功率利用率的关系7.9 多进制数字调制系统-MPSK、QPSK和QDPSK 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-30第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKQPSK及QDPSK系统的误码率性能p对QPSK信号，采用相干解调器，系统总的误码率Pe为Peerfc , r为解调器输入信噪比。 pQDPSK方式的误码率为Peerfc p与2PSK相比，抗噪声性能下降。)4sin(r)8sin2(r 通信原理第七章 数字带通传输系统7-9-31第9节多进制数字调制系统-QPSK和QDPSKMPSKMPSK方式误码率曲线方式误码率曲线8163232