高级通信原理第5章数字信号频带传输

1、第第5章数字信号的频带传输章数字信号的频带传输n数字调制原理数字调制原理nASK、PSK 、 FSK 、 QAM调制和解调原理调制和解调原理n 功率谱密度和频带利用率功率谱密度和频带利用率n在理想限带及在理想限带及AWGN条件下的最佳接收条件下的最佳接收n数字调制系统的最佳接收和误码率分析数字调制系统的最佳接收和误码率分析n数字调制方式的比较数字调制方式的比较n带限信号和功限信号带限信号和功限信号n带宽和维度带宽和维度本章主要内容本章主要内容5.1 数字调制原理数字调制原理5.1 .1 ASK基带信号：基带信号：带通信号的等效低通表示：带通信号的等效低通表示：n结论：结论：带通性数字调制信号的

2、功率谱密度是带通性数字调制信号的功率谱密度是将复包络的功率谱从零频搬移到载频上。将复包络的功率谱从零频搬移到载频上。nOOK信号的功率谱信号的功率谱 问题问题：如果基带信号为升余弦滤波器的冲激响应，则功率谱如果基带信号为升余弦滤波器的冲激响应，则功率谱密度为多少？频带利用率为多少？密度为多少？频带利用率为多少？或称为或称为MPAM频带信号频带信号n练习：练习：n练习：练习：n误码率分析？误码率分析？n当信道带宽受限时，如果发送信号设计成带限且当信道带宽受限时，如果发送信号设计成带限且具有零具有零ISI，则相对于无带宽限制的通信系统，不，则相对于无带宽限制的通信系统，不会造成误码率性能的损失。会

3、造成误码率性能的损失。复习：2ASKn2ASK信号的功率谱信号的功率谱基带信号功率谱基带信号功率谱频带信号功率谱与基带信号功率谱的关系频带信号功率谱与基带信号功率谱的关系n最佳接收机最佳接收机AWGN信道：匹配滤波器、相关器接收信道：匹配滤波器、相关器接收AWGN带限信道（类似于基带传输系统）带限信道（类似于基带传输系统）5.1.2 PSK5.1.3 QAM 4 points QAM 2222441AAPav222223241AAAPavn假定先验等概，则平均发送功率（假定先验等概，则平均发送功率（or能量？）能量？）8 points QAMPav=6A2 6.83A2 6A2 4.73A2

4、D is the bestMmmsmcMmmsmcavaaMAAAMP12221221n假定先验等概，假定先验等概，则平均发送功率则平均发送功率n练习练习5.1.4 FSKn随着随着M的增大，的增大，MFSK信号功率谱信号功率谱 的主瓣宽度随之增大，的主瓣宽度随之增大，频带利用率随之减小。频带利用率随之减小。n练习练习HzBaud /1WRs,logRR2sMn基带基带PAM信号信号总结：频带利用率总结：频带利用率(假定基带信号采用不归零矩形脉冲假定基带信号采用不归零矩形脉冲)nASK信号或频带信号或频带PAM, 2/1BRs,logRR2sM)/(logWR2HzsbitMM2log21WR

5、nPSK、QAM信号信号M2log21WRnFSK信号信号很大如果MMM2log2WR12WRsM2slogRR n基带基带PAM信号信号频带利用率频带利用率(假定基带信号采用滚降频谱的波形假定基带信号采用滚降频谱的波形)nASK信号或频带信号或频带PAM,11BRs,logRR2sMM2log12WRM2log11WRnPSK、QAM信号信号M2log11WR5.2 AWGN条件下的最佳接收及条件下的最佳接收及误码率分析误码率分析1) 信号的矢量表示信号的矢量表示2) AWGN下的最佳接收下的最佳接收3)误码率分析误码率分析复习复习:AWGN条件下的最佳接收条件下的最佳接收最佳接收机结构最佳

6、接收机结构1、相关解调器、相关解调器 MF解调器解调器2、最佳检测器、最佳检测器如果所有信号具有如果所有信号具有相同的能量，相关相同的能量，相关度量可写成度量可写成rsm022NQPbnM=2nM=42022211NQPPbc0020042211222221NQNQNQNQPPbbbbc误符号率误符号率例题：4PSK如何由误符号率如何由误符号率得到误比特率？得到误比特率？结论：结论：4PSK的误比特率和的误比特率和2PSK相同。相同。4PSK参见北邮教材参见北邮教材200页页n例题例题n数字调制系统的最佳接收机的误码分析数字调制系统的最佳接收机的误码分析M进制进制PAM的错误概率的错误概率M进

7、制进制PSK的错误概率的错误概率M进制进制QAM的错误概率的错误概率M进制进制FSK的错误概率的错误概率总结：总结：Use Gray coding,MbPkP15.3 数字调制方式的比较数字调制方式的比较n可靠性的比较可靠性的比较p根据要达到的错误概率比较所需的根据要达到的错误概率比较所需的SNR；p根据要达到的错误概率（比如根据要达到的错误概率（比如105）比较所需的）比较所需的比特比特SNR（即（即Eb/No)。所需的比特所需的比特SNR越低，则系统的越低，则系统的功率效率功率效率较高。较高。n有效性的比较有效性的比较p频带利用率（或称为频带利用率（或称为“带宽效率带宽效率”）=R/W (

8、bit/s/Hz)结论：结论：一个好的系统就是在给定的错误概率条件下，一个好的系统就是在给定的错误概率条件下，对给定的比特信噪比能提供最高对给定的比特信噪比能提供最高的系统；或是对的系统；或是对给定的给定的要求最小比特信噪比的系统。要求最小比特信噪比的系统。n带限信号：带限信号：要求信息频带利用率较高；要求信息频带利用率较高；MASK、MPSK、MQAM；电话信道和数字微波信道。电话信道和数字微波信道。n功限信号：功限信号：同样的误码率，要求比特同样的误码率，要求比特信噪比低；信噪比低；正交正交MFSK、双正交信号；、双正交信号；深空通信信道。深空通信信道。n好的系统好的系统(给定的误码率给定

9、的误码率)给定的比特信噪比，更高给定的比特信噪比，更高的频带利用率；的频带利用率；给定的频带利用率，更低给定的频带利用率，更低的比特信噪比；的比特信噪比；n带宽和维度带宽和维度问题：问题：N1,2,M时，带宽效率为多少？时，带宽效率为多少？n香农公式香农公式(功率有效性和带宽有效性功率有效性和带宽有效性)当当rR/W趋于趋于0时（带宽变为无穷大），可时（带宽变为无穷大），可得到通信系统所需的比特信噪比的基本限制，即得到通信系统所需的比特信噪比的基本限制，即为为1.6dB的香农极限的香农极限。上式给出了可靠通信可行的条件，该关系式对上式给出了可靠通信可行的条件，该关系式对所有通信系统都成立。所有

10、通信系统都成立。由式由式(1)可确定一条曲线理论上，在该曲线以下的任可确定一条曲线理论上，在该曲线以下的任何点通信是可能的，在其以上的点通信是不可能的。何点通信是可能的，在其以上的点通信是不可能的。式(1)n调制原理、功率谱密度和频带利用率调制原理、功率谱密度和频带利用率n在理想限带及在理想限带及AWGN条件下的最佳接收条件下的最佳接收n在在AWGN条件下的最佳接收条件下的最佳接收n误码率分析误码率分析pPAMp2FSKp方形方形QAM（含（含4PSK）n重要的结论重要的结论小结小结改为2FSK？小结小结n信号的矢量分析和星座图信号的矢量分析和星座图nAWGN下的最佳接收和误码率分析下的最佳接收和误码率分析n带限带限AWGN信道下的最佳接收信道下的最佳接收n人有了知识，就会具备各种分析能力，