通信原理-教学课件-12

通信原理第七章数字频带传输系统(7.3-7.4)1第7章数字频带传输系统7.1二进制数字调制原理7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能7.3二进制数字调制系统的性能比较7.4多进制数字调制原理7.5多进制数字调制系统的抗噪声性能主要内容27.3二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的误码率公式一览表调制方式误码率相干解调非相干解调2ASK

（大信噪比）2FSK2PSK/2DPSK37.3二进制数字调制系统的性能比较Pe=10-5时2ASK、2FSK和2PSK所需要的信噪比方式信噪比r倍分贝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.647.3二进制数字调制系统的性能比较r=1时2ASK、2FSK和2PSK/2DPSK的误码率方式误码率Pe相干解调非相干解调2ASK1.26×10-24.1×10-22FSK5.9×10-43.35×10-32PSK/2DPSK3.9×10-62.25×10-557.3二进制数字调制系统的性能比较误码率曲线67.3二进制数字调制系统的性能比较频带宽度2ASK系统和2PSK(2DPSK)系统的频带宽度

2FSK系统的频带宽度77.3二进制数字调制系统的性能比较对信道特性变化的敏感性在2FSK系统中，判决器是根据上下两个支路解调输出样值的大小来作出判决，不需要人为地设置判决门限，因而对信道的变化不敏感。在2PSK系统中，判决器的最佳判决门限为零，与接收机输入信号的幅度无关。因此，接收机总能保持工作在最佳判决门限状态。87.3二进制数字调制系统的性能比较实现复杂度

2ASK优于2FSK优于2PSK优于2DPSK；相干接收机设备较复杂。对于2ASK系统，判决器的最佳判决门限与接收机输入信号的幅度有关，对信道特性变化敏感，性能最差。9第7章数字频带传输系统7.1二进制数字调制原理7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能7.3二进制数字调制系统的性能比较7.4多进制数字调制原理7.5多进制数字调制系统的抗噪声性能主要内容10学习目标理解在信道频带受限时多进制数字调制是如何增加信息传输速率，从而提高频带的利用率的？了解多进制振幅键控的原理和误码性能特点；了解多进制频移键控（MFSK）的调制解调原理和最佳接收时的误码性能；掌握MPSK的调制解调原理(重点是QPSK)；熟悉多进制相移键控信号的矢量图；了解MDPSK的原理。117.4多进制数字调制原理概述定义：在码元间隔0≤t≤TS内，可能发送的码元有M种：si(t)，i=1，2，，M，通常M为2的整数幂。则称为M进制数字调制。根据前面的分析，误码率决定于信噪比r：

信噪比r还可以改写为码元能量E和噪声单边功率谱密度n0之比：127.4多进制数字调制原理设多进制码元的进制数为M，码元能量为E，一个码元中包含信息k比特，则有k=log2M。若码元能量E平均分配给每个比特，则每比特的能量Eb等于E/k。故有在研究不同M值下的错误概率时，适合用rb为单位来比较不同体制的性能优劣。

137.4多进制数字调制原理本节讨论的多进制数字调制方式：多进制振幅键控(MASK)7.4.2多进制频移键控(MFSK)7.4.3多进制相移键控

(MPSK)7.4.4多进制差分相移键控（MDPSK）147.4多进制数字调制原理多进制振幅键控(MASK)多进制振幅键控又称多电平调制01230123例如四进制振幅调制00011011S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)载波集1011M进制符号序列二进制信源序列载波集S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)157.4多进制数字调制原理时域表达式：167.4多进制数字调制原理举例基带信号是多进制单极性不归零脉冲

(a)基带多电平单极性不归零信号0010110101011110000t(b)MASK信号0t0101101010111100177.4多进制数字调制原理0101101010111100000t(c)基带多电平双极性不归零信号00000t01011010101111(d)抑制载波MASK信号基带信号是多进制双极性不归零脉冲二进制抑制载波双边带信号就是2PSK信号。187.4多进制数字调制原理特点：1)码元速率相同的情况下，MASK信号的带宽和2ASK信号的带宽相同；2)单位频带的信息传输速率高，即频带利用率高。197.4多进制数字调制原理MASK的调制解调调制方法：基本与2ASK相同需要将基带信号由二电平变为多电平将二进制信息序列分为k个一组；变换成M电平的基带信号，送入调制器。线性调制器：要求已调信号和输入基带信号幅度成正比。207.4多进制数字调制原理解调方法包络检波相干解调，原理与2ASK相同。确定判决门限：接收信号电平存在起伏时，判决门限相应改变。21MASK信号的功率谱ΦMASKffc-fs

fcfc+fsΦMASK(f)f数字基带信号的功率谱-2fs-fs0fs2fsфB(f)

MASK信号的功率谱密度7.4多进制数字调制原理227.4多进制数字调制原理多进制频移键控(MFSK)4FSK信号波形举例(a)4FSK信号波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b)4FSK信号的取值237.4多进制数字调制原理

MFSK中，M种发送信号可表示为：通常令M种发送信号互相正交：信号之间的频率间隔为n/(2Ts)时，信号间彼此正交。247.4多进制数字调制原理数字信息序列{an}载波集….f0f1fM-1MFSK信号输出频率选择法

MFSK信号的产生：用不同频率的载波代表不同数字信源符号257.4多进制数字调制原理

MFSK信号的带宽：模拟调制法模拟频率调制FSK信号输出数字基带信号载波fc单个码元的带宽267.4多进制数字调制原理

MFSK非相干解调原理V1(t)抽样判决带通滤波f1包络检波带通滤波fM包络检波输入输出VM(t)定时脉冲带通滤波f2包络检波........条件：每个载频之间的距离足够大，使不同频率的码元频谱分离开。277.4多进制数字调制原理多进制相移键控一、多进制绝对相移键控(MPSK)MPSK信号的时域表达式M=2k，k=正整数

287.4多进制数字调制原理297.4多进制数字调制原理MPSK信号可以看成是对两个正交载波进行多电平双边带调制后所得到的两路MASK信号的叠加。307.4多进制数字调制原理317.4多进制数字调制原理

MPSK信号的描述—矢量图参考相位000001011010110111110100参考相位110100100参考相位10327.4多进制数字调制原理

MPSK信号的功率谱----信息速率相同2PSK4PSK8PSK-20功率谱密度0dB-40f-fc337.4多进制数字调制原理

正交相移键控

(QPSK)4PSK常称为正交相移键控(QPSK)

4PSK信号每个码元含有2比特的信息，现用ab代表这两个比特。

两个比特有4种组合，即00、01、10和

11。它们和相位n之间的关系通常都按

格雷码的规律安排。347.4多进制数字调制原理90011801127010000nba

QPSK信号的编码格雷码的好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位不同。由于因相位误差造成错判至相邻相位上的概率最大，故这样编码使之仅造成一个比特错误的概率最大。357.4多进制数字调制原理

QPSK信号矢量图参考相位11010010参考相位10000111367.4多进制数字调制原理码元相位关系n

称为初始相位，常简称为相位，而把(0t+n)称为信号的瞬时相位；当码元中包含整数个载波周期时，初始相位相同的相邻码元的波形和瞬时相位才是连续的：(a)波形和相位连续TT377.4多进制数字调制原理若每个码元中的载波周期数不是整数，则即使初始相位相同，波形和瞬时相位也可能不连续波形连续而相位不连续(b)波形和相位不连续TT(c)波形连续相位不连续TT387.4多进制数字调制原理

QPSK调制-1+1+1-1正交调制器397.4多进制数字调制原理7/45/43/4/40t

+1

-1

-1

-1

+1

+1

+1

-1

-1

+1QIQ-1+1+1-1I二进制信息+1

-1+1+1-1

-1-1+1-1+1

正交调制过程:407.4多进制数字调制原理相位选择法

串-并变换选相电路带通四相载波发生器输入信息QPSK信号0417.4多进制数字调制原理QPSK解调-------相干解调427.4多进制数字调制原理二、偏置QPSK(OQPSK)QPSK体制的缺点：它的相邻码元最大相位差达到180°，这在频带受限的系统中会引起信号包络的很大起伏。偏置QPSK的改进：为了减小此相位突变，将两个正交分量在时间上错开半个码元，使之不可能同时改变。437.4多进制数字调制原理

OQPSK同相和正交基带信号447.4多进制数字调制原理

QPSK与OQPSK信号的相位跳变示意图457.4多进制数字调制原理

OQPSK信号的产生467.4多进制数字调制原理三、/4相移QPSK4相移QPSK信号是由两个相差4的

QPSK星座图交替产生的，它也是一个4

进制信号：45°1110(a)星座图之一(b)星座图之二010011010010477.4多进制数字调制原理当前码元的相位相对于前一码元的相位改变45°或135°。例如，若连续输入“11