通信原理 北邮 第六章数字信号的频带传输

1、第六章 数字信号的频带传输北京邮电大学信息工程学院牛凯2022年5月2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 2第六章 数字信号的频带传输 6.1 引言 6.2 二进制数字信号正弦型载波调制 6.3 四相移相键控 6.4 M进制数字调制 6.5 恒包络连续相位调制2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 36.1引言 实际中，多数信道是频带型的：卫星通信、移动通信、光纤通信等 数字基带信号调制到相应的频带中，与信道特性匹配 基本性能：频带利用率、误码率 分类 进制(MASK、MFSK、MPSK等) 线性、记忆 原理 用数字基带信号去控制正弦型载波的某参量 幅度 振幅键控(ASK

2、) 频率频率键控(FSK) 相位相位键控(PSK) 幅度加相位幅度相位调制(QAM)2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 4主要内容 带通型数字调制信号的产生及功率谱密度 解调方式及误码率计算2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 56.2 二进制数字信号正弦型载波调制 6.2.1 OOK 6.2.2 2FSK 6.2.3 2PSK 6.2.4 2PSK的载波同步 6.2.5 DPSK2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 66.2.1 OOK 二进制振幅键控 又名二进制启闭(通断)键控(OOK) 数字基带信号: 单极性不归零码序列 Morse码 抗噪声性能不佳

3、 光纤通信2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 71. OOK信号的产生( )( )cos()cosOOKcnTbcnStb tta gtnTt2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 8OOK信号波形( )( )cos()cosOOKcnTbcnStb t AtAa gtnTt( )()nTbnb ta gtnT单极性不归零脉冲12( )cos1( )0( )00cOOKbs tAtSttTs t 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 9012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.60.8101234567800.

4、812022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 102. OOK信号的功率谱密度 b(t)是广义循环平稳过程，则s(t)也是广义循环平稳过程00e( )( )cos()R ( )cjtjcs tAb ttAb t e证明:s(t)的自相关函数为00()2ee( ,) ( ) ()R ( )R ()ccsjtjjtjR t tE s t s tA Eb t eb te利用关系式*e1e2e12e1 211R R R R 22ccc cc c令00()12= ( )()ccjtjjtjcb t ecb te2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 11证明00002()*e2()e(

5、 ,)R ( )()2R ( )()2ccccjtjjtjsjtjjtjAR t tEb t eb teAEb t eb te02*e222eR ( ) ()2R ( ) ()2cccjjtjjAE b t b teAE b t b tee 02*e222eR ( ) ()2R ( ) ()2cccjjtjjAEb t b teAEb t b tee 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 12证明:*( ) ()( ,)bE b t b tR t t在第五章中已经证明了b(t)是广义循环平稳过程Rb(t, t+ )是周期为Tb的周期性时间函数Rs(t, t+ )是周期为Tb的周期性

6、时间函数 由于基带符号与载频f c是相互独立的。如果把时间坐标取成与基带符号的相位同步，载波存在一个初始相位00,2002222 ( ) () ( ) () 0ccjjtjjtE b t b teeE b t b tE ee2*e2e( ,)R ( ) ()2R ( ,)2ccjsjbAR t tE b t b teAR t te 故 s(t)是广义循环平稳过程=02022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 13/2/22/2e/22/2*/22*1( )( ,)dR ( ,)d2( ,) ( ,) d4( )( )4bbbcbbccbccTssTbTjbTTjjbbTjjbbRR t

7、ttTAR t tetAR t teR t tetAReRe s(t)的平均自相关函数为/2/21( )( ,)dbbTbbTbRR t ttT2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 14s(t)的平均功率谱密度*( )( )( )()bbbbRP fRPf2*( )( )() ()4ssbcbcAP fRP ffPffF2( )()()4sbcbcAP fP ffP ff 由于b( t )是实函数， Pb( f )是频率f 的是偶函数*( )( )( )()bbbbPfP fP fPf基带频谱的搬移2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 15OOK信号的功率谱密度 离散载

8、频分量 带宽是基带信号的两倍2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 163. OOK信号的解调 三种方法 (1) 匹配滤波器 (2) 相干解调 (3) 非相干解调2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 17(1) 匹配滤波器12( )cos1( )0( )00cOOKbs tAtSttTs t 1( )()0bbh ts TttT 加性宽带高斯白噪声，均值0，双边功率谱密度N0/22022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 18010110( )( )()( ) ()( )( )()ttbtWby trh tdrs Ttdsns Ttd 发”1”匹配滤波器的输出y(t

9、)为最佳采样时刻y(t)A2Tb/20Tb2Tbt2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 19110211001() ( )( )( )( )( )( )bbbTbWTTWy TysnsdsdsndEZ10( )( )bTWZsnd在t=Tb时刻对y(t)进行抽样22110( )2bTbAEsdT发”1”时比特能量Z为高斯随机变量高斯随机变量的和为高斯随机变量2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 2021112111212001211121200|( )|( )( ) ( ) ( )( )( )( ) ( )bbbbTTWWTTWWD Z sEZE ZsEnt nts t

10、 s t dt dtE nt nts t s t dt dt 012( )( )( )( )2WWWNE nt ntR 12tt00011211121220022111220|() ( ) ( )( )bbbTTNTNND Z stts t s t dt dts t dtE 均值0110|( )( )0bTWE Z ssE nd2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 21211221|exp22yEp y s在发”1”时，y(Tb)的概率密度为10( )( )()tby trs tTd22221|exp22yp y s2021|2ND Z sE2|0E Z s当发”0”时( )( )

11、Wr tnt10()( )( )bTbWy TynsdZ在发”0”时，y(Tb)的概率密度为2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 22错判区域判决门限12sTsy V11|TVP e sp y s dy22|TVP e sp y sdy1122( )|()|bPP s P e sP sP e s2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 230bTPV12TEV 12( )( )1/2P sP s时12( |)( |)bPP e sP e s22111120112101()()222201()/1201121124y Ey EEEN EEEN EzedyedyN EEedze

12、rfcN22112001( )( )22bbTTbEEsdsd平均比特能量bb00122bEEPerfcQNN2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 24匹配滤波器的另一种形式y(t)A2Tb/20tTb2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 25（2） 在理想限带及加性白噪声干扰信道条件下的最佳接收2bBT00122bbbEEPerfcQNN2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 26(3) OOK信号的非相干解调cos( ) 1( )00( )0cbAtn tr ttTn t ( )cos( )cos( )sin( )cos( )cccsccr tAtn tt

13、n ttV ttt2222( )( )1( )( )( )0cscsAn tn tV tn tn t发发2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 272222( )( )1( )( )( )0cscsAn tn tV tn tn t发发莱斯分布瑞利分布等概条件下2210222(|)exp2VAVVAp V sI2222(|)exp2VVp V s11220( )(|)()(|)TTVbVPP sp V s dVP sp V s dV2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 28VP(V | s2)条件概率密度函数曲线P(V | s1)和P(V | s2)AVTP(V | s1)

14、0错判区域判决门限2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 291201(|)(|)2TTVbVPp V s dVp V s dV0bTPV221A2TAV 221exp()28bAP22222bbRbbbbbEAEP TTAE RT202NB01exp()22bbbERPNB等概条件下2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 30(4)在加性白噪声干扰下具有随机载波相位的OOK信号最佳接收cos()( ) 1( )00( )0cwbwAtn tr ttTn t ( )cos2()0cbbh tAf TttT 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 31(4)在加性白

15、噪声干扰下具有随机载波相位的OOK信号最佳接收包络y(t)A2Tb/20Tb2TbtQ /2y(t)A2Tb/20Tb2TbtQ 包络最佳采样时刻最佳采样时刻2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 32(4)在加性白噪声干扰下具有随机载波相位的OOK信号最佳接收* 匹配滤波器与接收到的s(t, Q)信号中的相位Q不匹配，匹配滤 波器在t=Tb时刻的输出采样值不是最佳* 对匹配滤波器的输出进行包络检波，再在t=Tb时刻采样、判 决，获得接收最佳* 在发送s1(t)和s2(t)等概的条件下，平均误比特率为01exp()22bbEPN2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 332

16、022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 346.2.2 二进制移频键控2FSK1122( )cos2( )0( )cos2FSKbs tAf tSttTs tAf t 传号空号1. 相位不连续的2FSK信号2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 3501234567800.81012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.60.812022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 362. 相位连续的2FSK信号 ( )cos2( )RectFSKcfjtstAtKbdv t e( )( )jtv tAe( )2( )tftKbdV

17、CO( )()nTbnb ta gtnT相位连续的2FSK信号利用VCO作调频器产生相位连续2FSK信号2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 3701234567800.81012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.60.812022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 383. 2FSK两个信号波形之间的互相关系数121201( )( )bTbs ts t dtE22bbAET12002cos() cos()1cos2cos2(2)() cosbbTccbTcbbcbcbtttt dtTtt dtTSaTSaTT12sin 2

18、(2)(2),(2)2 (2)bbbf TSaTffff T 12(2)2 (2)bbSaTSaf T,1cbcbTkT令或=02022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 391212bffT最小频率间隔12bffR则2FSK的两种信号近似正交12=0，2FSK的两种信号正交2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 404. 2FSK信号的带宽22FSKBfB 222()FSKbbBfRfR 卡松公式：卡松公式：数字基带信号的主瓣带宽2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 415. 2FSK信号的解调及误比特率(1) 利用匹配滤波器的解调r r( (t t) )T Tb

19、 b抽样抽样(a)(a) 匹配滤波器 匹配滤波器T Tb b抽样抽样判决判决y y1 1y y2 2+ +_ _l = yl = y1 1 - y - y2 2l 0s1s2(b) (b) 相关型解调器相关型解调器122( )cos( )0( )coscPSKbcs tAtSttTs tAt 传号空号2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 56采样点采样点2. 2PSK信号的解调(1) 利用匹配滤波器进行解调s(t)A02TbtTbs(t)A02TbtTby(t)02TbtTb3TbA2Tb/2-A2Tb/2y(t)0tTb3TbA2Tb/22Tb采样点采样点2022-5-11北京邮

20、电大学信息与通信工程学院 57采样点采样点 相关器bT0dt)(s s( (t t) )s s( (t t) )y y( (t t) )2. 2PSK信号的解调s(t)A02TbtTby(t)02TbtTbA2Tb/2-A2Tb/2s(t)A02TbtTby(t)02TbtTbA2Tb/2采样点采样点2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 58110()( )( )( )bTbwby Ts tn t s t dtEZ10( ) ( )bTwZnt s t dt210()( )( )( )bTbwby Ts tn t s t dtEZ 1( |)bE y sE012( |)( |)2b

21、N ED y sD y s2100()1( |)expbbbyEp y sN EN E2200()1( |)expbbbyEp y sN EN E发s1(t)时发s2(t)时(1) 利用匹配滤波器进行解调2( |)bE y sE 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 59120sTsy VyP(y | s2 )条件概率密度函数曲线P(yl | s1 )和P(y | s2 )Eb-EbP(y | s1 )001101( |)( |)2bEP e sp y s dyerfcN00212bbbEEPerfcQNNs1(t) 和s2(t)等概率2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学

22、院 60(2) 具有低通滤波器的相干解调(理想限带信道)00212bbbEEPerfcQNN 在发送s1(t)和s2(t)等概的条件下，平均误比特率为2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 616.2.4 2PSK的载波同步1. 平方环法22221( )cos ()( )( )cos22ccb ttb tb tt2( )( )cosPSKcstb tt2f c 频率分量2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 622. 科斯塔斯(COSTAS)环法1cos()cvt2sin()cvt31( )coscos()( ) coscos(2)2cccvb tttb tt41( )co

23、ssin()( ) sinsin(2)2cccvb tttb tt51( )cos2vb t61( )sin2vb t27561( )sin28vvvb t271( )4vb t( )vk 1k 近似为常数2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 633. 恢复载波的相位模糊问题 0， 都可能是锁相环的平衡点，即本地恢复载波是Acosct 或 Acos(ct+ )= - Acosct，使解调输出反相 解决方法差分编码调制( )sin2vk2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 646.2.5 差分移相键控(DPSK)1. DPSK信号的产生1nnndbd 延迟Tb 2PAM1

24、ndndnb模二加01或取值为nb)(bTnnTtga双极性矩形不归零脉冲序列coscAtDPSK信号图6.2.28 DPSK信号的产生2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 65相对码 dn 1 0 0 0 1 1 1 0 1载波相位 n 0 0 0 0 0电平变换 an 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1例6.2.2绝对码 bn 1 0 0 1 0 0 1 1相对码 dn-1 1 0 0 0 1 1 1 0相邻比特载波相位差 n- n-1 0 0 - 0 0 - 1，0 0利用载波相位差来传递信息，避免恢复载波的相位模糊问题 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学

25、院 66DPSK信号的波形相对码波形载波波形绝对码波形2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 673. DPSK信号的解调2. DPSK信号的功率谱密度：与BPSK相同r(t)基带匹配滤波器判决输出 延迟Tb抽样nbDPSK信号(a) DPSK差分相干解调框图nw(t)2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 683. DPSK信号的解调111( )()cos() cos()1cos(2)cos()2bcncbnccbnncbnns ts tTttTtTT011cos()0nncTb=2n滤掉11cos()2nnn- n-10 ,2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学

26、院 693. DPSK信号的解调 判决抽样nb(b) DPSK相干解调框图 延迟Tbnd1nd差分译码模二加恢复载波DPSK信号nw(t)r(t)基带匹配滤波器2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 70相对码 dn 1 0 0 0 1 1 1 0 1载波相位 n 0 0 0 0 0电平变换 an 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1例: 差分相干解调绝对码 bn 1 0 0 1 0 0 1 1相对码 dn-1 1 0 0 0 1 1 1 0 n-n-1 0 0 - 0 0 - 发送发送接收接收 nb判决输出 1 0 0 1 0 0 1 1cos(n-n-1) -1 1 1 -

27、1 1 1 -1 -12022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 713. DPSK信号解调的平均误比特率 假设条件 AWGN信道 噪声引起的相位变化很慢，在相邻比特时间内的变化忽略 发送载频稳定度足够高，在相邻比特时间内的变化忽略02bbEPQN 在发送s1(t)和s2(t)等概的条件下，2PSK平均误比特率Pb为2PSK正确判决概率为Pc， Pc+ Pb=12022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 7222222(1)122cdcbbbbbPPPPPPP 21222(1)edcdbbbbPPPPPP 2edbPP当前比特与前一比特均正确当前比特与前一比特均错误4. DPSK信

28、号解调的平均误比特率PSK的两倍Pb 12DPSK正确判决概率为Pcd2DPSK平均误比特率为Ped2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 734. 在加性白噪声干扰下具有随机载波相位的DPSK信号最佳接收也可以是基带匹配滤波器2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 744. 在加性白噪声干扰下具有随机载波相位的DPSK信号最佳接收 在发送s1(t)和s2(t)等概的条件下，DPSK的平均误比特率为01exp()2bbEPN DPSK信号的特点 与2PSK相比的优点 相位差分解调，克服本地载波相位模糊的不利影响 与2PSK相比的缺点 抗噪声性能变差，约2PSK误码率的2倍2

29、022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 752022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 762022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 762022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 76PSK带通滤波解调2222011222bbbERAAPerfcQerfcNB匹配滤波解调00212bbbEEPerfcQNN相干解调最佳接收002e2bbbEEPrfcQNN匹配滤波非相干解调01exp2bbEPN2222200/ 222bbbbbbA TA TERATN BTNBDPSK2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 776.3 四相移相键控 6.3.1 QPSK

30、 6.3.2 DQPSK 6.3.3 OQPSK2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 78( )cos()1,2,3,40iciss tAtitT 6.3.1 四相移相键控(QPSK)3(1),0, ,222iii1. QPSK信号的产生2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 79( )cos()1,2,3,40iciss tAtitT 0123010130, ,22i2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 80( )cos()1,2,3,40iciss tAtitT (21)4357,4 444iii1. QPSK信号的产生2022-5-11北京邮电大学信息与

31、通信工程学院 81-11( )cos()1,2,3,40iciss tAtitT 357,4 444i-111. QPSK信号的产生2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 82( )cos()(coscossinsin)iciicics tAtAtt357,4 444i11cos, sin22ii ( )( ( )cos( )sin)2iccAs tI ttQ tt( )1,( )10sI tQ ttT 1. QPSK信号的产生2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 83串串并并变变换换图图6.3.2 产产生生QPSK信信号号的的正正交交调调制制原原理理图图+I(t)QPS

32、K信信号号cos2cAtsin2cAtQ(t)Ts = 2Tb, a2nTs = 2Tb, a2n-1Ts = 2TbRb = 1/Tban二二进进制制双双极极性性NRZ序序列列1. QPSK信号的产生同相支路正交支路2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 84例6.3.1 QPSK基带波形图2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 85格雷编码：相邻符号之间只有一个比特变化格雷码优点： 噪声不大，错到邻近相位时，只发生一个比特错误 一般情况，错到邻近相位的概率大于错到其它相位的概率， 采用格雷编码可以降低错误概率四进制四进制双比特码双比特码载波相位载波相位 n000(+1,

33、+1)/4110(-1,+1)3/4211(-1,-1)5/4301(+1,-1)7/4表6.3.1 QPSK信号载波相位与双比特码元的关系 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 862. QPSK信号的平均功率谱密度2222sin ()sin ()( )4()()bcbcbPSKcbcbA Tff Tff TPfff Tff T2222222()sin ()sin ()( )24()()sin2 ()sin2 ()22 ()2 ()AscscsQPSKcscsbcbcbcbcbTff Tff TPfff Tff TA Tff Tff Tff Tff T2PSK信号的功率谱密度QP

34、SK信号的功率谱密度是两个2PSK信号功率谱密度的的叠加QPSK信号的功率谱密度2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 872022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 883. QPSK信号的解调及平均误比特率(1). 匹配滤波器并串变换(a) QPSK匹配滤波器最佳接收r(t)判决判决输出匹配滤波器h2(t)匹配滤波器h1(t)TsTs1( )cos()2csAh tTt2( )sin()2csAh tTt2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 893. QPSK信号的解调及平均误比特率(1). 匹配滤波器2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 90匹配滤

35、波器解调的误比特率(QPSK与PSK相同)(前提是二者输入二进制信息速率相同，发送功率相同，加性噪声特性相同)2200() (2)11222AbbeleQTEPPerfcerfcNN2PSK信号匹配滤波器解调的的误比特率2000211222bbbbA TEEPerfcerfcQNNNbIeIQeQPP PP P00212bbbeIeQEEPPPerfcQNNI、Q支路的的误比特率信息比特等概率与2PSK相同12IQPP当时2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 91（2）理想限带及加性白高斯噪声干扰信道00212bbbEEPerfcQNN信息比特等概率串并变换理想 限带 特性频带信道

36、nw(t)发送接收判决判决并串变换输出图6.3.6 在理想限带及加性白高斯噪声干扰信道条件下的QPSK最佳频带传输系统bsTT2二进制序列na）（升fH）（升fH）（升fH）（升fHcosctcosct-sinct-sinct2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 92 结论: QPSK与2PSK,在二者的信息速率、信号发送功率、噪声功率谱密度相同的条件下，二者的平均误比特率相同，但QPSK的功率谱主瓣宽度要比2PSK的窄一半2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 936.3.2 差分四相移相键控(DQPSK)串并变换双比特绝对码(a) 产生DQPSK信号的原理框图bsTT

37、2bn (t-nTb) bn1,-1sinctcosctbQ,nbI,n差分编码双比特相对码bsTT2aQ,naI,ngT(t)gT(t)双极性矩形不归零脉冲序列Q(t)I(t)bsTT2sDQPSK(t) QPSK相干解调时，存在本地载波相位模糊的问题 采用差分四相移相键控(DQPSK)方式解决之2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 94( )(2)InTbnI ta gtnT( )2QnTbnQ ta gtnT,1, 1InQnaa并串变换(b) DQPSK信号的相干解调框图sinctcosct差分译码基带匹配滤波器r(t)判决判决输出基带匹配滤波器TsTs2022-5-11北

38、京邮电大学信息与通信工程学院 95四进制四进制bI,n bQ,nn= n - n-10+1 +101-1 +1/2或-3/22-1 -1+或-3+1 -1-/2或3/2表6.3.2 DQPSK信号载波相位与双比特码元的映射关系 6.3.2 差分四相移相键控(DQPSK)2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 962022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 976.3.3 偏移四相移相键控(OQPSK)问题的提出 包络恒定、旁瓣较大 要求信道带宽无限 实际中信道限带， 包络不恒定，出现包络为0 PAPR增大，功放效率降低2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 981.

39、OQPSK信号的产生串并串并变换变换图图6.3.10 产生产生OQPSK信号的框图信号的框图+I(t)OQPSK信号信号Q(t)(2n-1)Tb t (2n+1)Tba2n-1Ts = 2TbRb = 1/Tb成型成型滤波器滤波器成型成型滤波器滤波器a2n2nTb t (2n+2)TbTban(t-nTb) an1,-1Ts = 2TbgT(t)gT(t)coscA sincA t t 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 991. OQPSK信号的产生(1,0)Q支路(0,0)I支路(0,1)(1,1) OQPSK信号的相邻符号不会发生载波相位差为 2022-5-11北京邮电大学

40、信息与通信工程学院 1001. OQPSK信号的产生2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 101( )( ) cos( )sinOQPSKccstA I ttQ tt2( )(2)nTbnI ta gtnT21( )(21)nTbnQ tagtnT1( )0bbTTtTgtt 为其它 1. OQPSK信号的产生2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 102(1,0)Q支路(0,0)I支路(0,1)(1,1) OQPSK信号的相邻符号不会发生载波相位差为 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1032. OQPSK信号的平均功率谱密度OQPSK信号的功率谱密度与

41、QPSK信号的功率谱密度相同3. OQPSK信号的最佳解调及平均误比特率OQPSK最佳接收的平均误比特率与QPSK的相同2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1046.3.4 /4差分四相移相键控(/4-DPSK)1. /4-DPSK调制原理(1,0)Q支路(0,0)I支路(0,1)(1,1)相位差为0相位差为 /2相位差为QPSK、DQPSK信号的载波相位差最小为0，最大为 星座图星座图不变不变2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1056.3.4 /4-DPSK/4-DPSK信号的载波相位差最小为/4 ，最大为3/4 相位差为 /4（+1,+1)相位差为- /4（+

42、1,-1)相位差为3 /4（-1,+1)相位差为-3 /4（-1,-1)1. /4-DPSK调制原理2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1066.3.4 /4-DPSK/4-DPSK信号的载波相位差最小为/4 ，最大为3/4 相位差为- /4（+1,-1)相位差为 /4（+1,+1)相位差为-3 /4（-1,+1)相位差为3 /4（-1,+1)1. /4-DPSK调制原理2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1076.3.4 /4-DPSK/4-DPSK信号的载波相位差最小为/4 ，最大为3/4 下一时刻的可能相位当前时刻的可能相位1. /4-DPSK调制原理星座图星

43、座图交替出现交替出现2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1086.3.4 /4-DPSK/4-DPSK信号的星座图 1. /4-DPSK调制原理2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 109表6.3.3 双比特码元n之间的映射关系 6.3.4 /4-DPSK1. /4-DPSK调制原理- - - -四进制四进制bI,n bQ,nn= n - n-1cosn (k bI, n)sinn (k bQ, n)0+1 +1/41-1 +13/42-1 -1- 3/43+1 -1-/4,1/2 (/2)Inb,1/2 (/2)Inb,1/2 (/2)Qnb,1/2 (/2)Qnb

44、,1/2 (/2)Inb,1/2 (/2)Inb,1/2 (/2)Qnb,1/2 (/2)Qnb2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1106.3.4 /4-D PSK1. /4-DPSK调制原理串并变换双比特绝对码产生/4-DPSK信号的原理框图bsTT2bn (t-nTb) bn1,-1bQ,nbI,n差分编码双比特相对码bsTT2aQ,naI,nQ(t)I(t)bsTT2s /4-DPSK(t)cosct-sinct）（升fH）（升fH2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1116.3.4 /4-D PSK1. /4-DPSK调制原理/4-DPSK信号表示为： s

45、(t) =cos(2fct+n)= cosn cos(2fct)-sinn sin(2fct) = aI,n cos(2fct)- aQ,n sin(2fct) nTst p(r1|s2)判为s1p(r1|s2) p(r1|s1)判为s22022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1572022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1582ASK的误码性能2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 159MASK的误码性能，当M=4时p(r1|s1)p(r1|s2)r1p(r1|s3)p(r1|s4)p(r1|s1) p(r1|s2,3,4)判为s1p(r1|s3) p(r1|

46、s1,2,4)判为s32022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 160信号波形能量平均符号能量Pav：符号平均功率MASK的误码性能2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1612logMbPPM格雷编码2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 162为什么MASK的误符号(码)率随着M增大而增大？2min212log1bavEMdMEbav一定，M，dmin2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1636.4.5 M进制移相键控(MPSK)1. MPSK信号的矢量表示及其功率谱密度2 (1)( )( )cos21,2,0iTcsis tgtf tiMtTM

47、 Ts=K Tb，K=log2M，Tb为二进制符号间隔22( )( )cos(1)cossin(1)sin( )cossin1,2,0csiTccTicicss tgtititMMgt atatiMtT 22cos(1),sin(1)1,2,0csiisaiaiiMtTMM 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1642( )cossin1,2,0cssiicicssEs tatatiMtTT 2( )0sTssEgttTT 220011( )( )1,2,22ssTTsiTgEs t dtgt dtEiM2211,2,0csiisaaiMtT 归一化基函数归一化基函数2022-5

48、-11北京邮电大学信息与通信工程学院 165min2(1 cos)2sinssdEEMM2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 166判决区域D4D1D2D3D1D2判决区域D6D1D2D3D4D5D7D8f1(t)0bEbEs s2 2s s1 12PSK信号空间图f1(t)0s s3 3s s1 1s s4 4s s2 2f2(t)4PSK信号空间图f1(t)s s5 5s s1 1s s7 7s s3 3f2(t)s s2 2s s6 6s s4 4s s8 88PSK信号空间图PSK信号空间图及发送符号等概时最佳判决区域2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 167

49、2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1682022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1692022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1702022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 171MPSK信号的最佳接收及其误码率( )( )( )1,2,;0iwsr ts tntiMtT 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 172MPSK信号的最佳接收及其误码率2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 173MPSK信号的最佳接收及其误码率设发端发送s1(t)信号，其矢量表示为：(,0)sE1s接收信号矢量为：12( ,)r rr11( |)s

50、E r sE11srEn22rn高斯变量相互独立高斯变量相互独立21(|)0E rs201121( |)(|)2rND r sD rsr1, r2联合条件概率密度函数为：221212122()1( ,|)exp22grrrErp r rs2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 174MPSK信号的最佳接收及其误码率接收矢量的相位为:12arctanrrrV, r 联合条件概率密度函数为：21222cos1( ,|)exp22ggrrrrVEE Vp Vs接收矢量的包络为:2212Vrr r 的条件概率密度函数为：110(|)( ,|)rrpsp Vs dV2022-5-11北京邮电大

51、学信息与通信工程学院 175MPSK信号的最佳接收及其误码率发送s1(t)的条件下，在-/M r 1，|r|/2/21/2sin(/)22sin(/)22sin(/)( |)1cosexpsin11exp/222exp/222 ( 2sin(/)2 ( 2sin(/)sssMsrsrrMMMMsbP e sduduuduQMQkM 2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 177MPSK信号的最佳接收及其误码率在MPSK的各信号等概出现时，平均误符号率为112min0( ) ( |)( |).( |)2 2sin(/)22MMiiMibPP s P e sP e sP e sdQkMQ

52、N2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 178202( 2logsin)bMEPQMNM2logMbPPM格雷编码MPSK信号的最佳接收及其误码率M ，dmin，PM，频率利用率2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 179MASK与MPSK比较_min2121savASKEdM_min2sinPSKsdEM22_min22_min1sin3PSKMASKdMRdM注：设Es=Esav=1MdASK_mindPSK_min10lgRM (dB)222040.8941.4143.9880.4360.7654.88160.2170.3905.10320.1080.1965.1

53、5640.0540.0985.171280.0270.0495.172560.0140.0275.17M ，RM5.17dB2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 180MASK与MPSK比较MPSK误符号率曲线MASK误符号率曲线2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 181MASK与MPSK比较M ，MPSK 比MASK抗噪声性能优5.17dBMPSK 的PAPR值远小于MASK的PAPR值2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1826.4.6 正交幅度调制(QAM)MASK的信号空间一维空间，例如：8ASKMPSK的信号空间圆形空间，例如：8PSK都没有充

54、分利用二维信号空间的平面2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1836.4.6 正交幅度调制(QAM)MQAM的信号空间平面空间，在M和Ebav相同的条件下， dmin比MASK 和MPSK都大，抗噪声性能好2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1846.4.6 正交幅度调制(QAM)幅度调制相位调制+=QAM( )( )cos( )sin1,2,0csiiTciTcss ta gtta gttiMtT ( )Re()( )Re( )1,2,0ciccsjtjjtiiiTiTss tajagt eVegt eiMtT 22iicisVaaarctanisiicaa离散的

55、多电平幅度序列(相互独立)离散的多电平幅度序列(相互独立)1. MQAM的信号的矢量表示及其功率谱密度的信号的矢量表示及其功率谱密度2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 1851. MQAM信号的矢量表示及其功率谱密度2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 18616PSK信号空间图16QAM信号空间图矩形QAM信号空间图2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 187矩形MQAM信号的产生同相支路ASK调制正交支路ASK调制2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 188( )( )cos( )sin1,2,0csiiTciTcss ta gtta gt

56、tiMtT 矩形MQAM信号的产生/2(21)1,2,20kicsaiMiMtT /2(21)1,2,20kissaiMiMtT k=log2M为偶数时k=log2M为奇数时，需要加一些限制2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 189同相支路ASK调制正交支路ASK调制格雷码2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 190矩形MQAM信号空间的最小欧氏距离MM 又2_min212log1bavASKEMdM 每个支路上都是ASK信号，MASK信号空间的dmin为矩形MQAM信号的最小欧氏距离2_min6log1bavQAMEMdM2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程

57、学院 191MQAM信号的平均功率谱密度2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 192矩形MQAM信号的最佳接收2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 193判决区域D2D3D1D4D3D2D4D1判决区域同相支路ASK调制正交支路ASK调制2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 194矩形MQAM信号最佳接收的误符号率203log12(1)(1)bMEMPQMNM2(1)cMPP2211(1)2McMMMPPPPP 每个支路上都是ASK信号，发送符号等概时， MASK信号的误符号率为2206log12(1)bASKEMMPQMMN MM 又每个支路上的误符号率为

58、矩形MQAM的正确判决符号的概率为矩形MQAM的误符号率为2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 195格雷编码2logMMbPPPMk2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 196MQAM与MPSK性能比较MPSK误符号率曲线MQAM误符号率曲线2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 197MPSKMQAM_min2sinPSKsdEM_min2QAMgdE_min621savQAMgEdEM26/231()1savsavgT PEEMMsavsEE2_min22_min312sinQAMMPSKdMRdMdQAM_min大于dPSK_min(M4)MQAM的平

59、均符号能量MQAM与MPSK性能比较2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 198MdQAM_mindPSK_min10lgRM (dB)41.4141.414080.9260.7651.65160.6320.3904.20320.4400.1967.02640.3090.0989.951280.2170.04912.92560.1530.02515.9MQAM与MPSK性能比较(Esav相同，设Esav=1)2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 199MQAM与MPSK比较M ，MQAM 比MPSK抗噪声性能优得多M ，MQAM 的PAPR值比MPSK的PAPR值大得多

60、2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 2001. MFSK信号及其矢量表示22( )cos22Re ( )1,2,0cjf tsicissEs tf ti ftt eTiMtT 22( )1,2,0ji ftsissEteiMtTT sin2()2()skmsT m kfT m kf6.4.7 M进制移频键控调制(MFSK)2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 201sin2()2()skmsT m kfT m kf12sfT 时,正交2022-5-11北京邮电大学信息与通信工程学院 202D2D1判决区域D2D3D1判决区域2( )cos221,2,0icssf tf