通信原理第7章(樊昌信第七版)

课件数字带通传输通信原理（第7版）第7章樊昌信曹丽娜编著二进制数字调制/解调原理2ASK2FSK2PSK/2DPSK二进制数字调制系统抗噪声性能二进制数字调制系统的性能比较多进制数字调制原理和特点本章内容:第7章数字调制多进制数字调制系统§7.4引言二进制：每个码元只携带1bit信息2logMbBRRRb一定时，增加进制数M，可以降低RB，从而减小信号带宽、节约信道频率资源。RB一定时，增加进制数M，可以增大Rb，从而在相同带宽内传输更多比特的信息，ηb。目的：提高信道的频带利用率。Mlog2M代价：误码率增大（判决范围减小）;系统复杂。种类：MASK、MFSK、MDPSK、MQAM换言之：若要保证一定的误码率，则需增加发射功率，即信号的功率效率下降。注意：MFSK信号的带宽较宽，频带利用率低，适用于频带资源不受限制的场合。MASK可看成是二进制振幅键控（2ASK）的推广。MASKsc1()()cosMnnetagtnTt120,1,1,nMPPaMP以概率以概率以概率且有11MiiP§7.4.1多进制振幅键控（MASK）4ASK信号振幅有4种取值，每个码元含2bit。MASK调制:与2ASK的产生方法相似，区别在于:发送端输入的二进制数字基带信号需要先经过电平变换器转换为M电平的基带脉冲，然后再去调制。MASK解调:与2ASK信号解调也相似，有相干和非相干解调两种。MASK信号的功率谱与2ASK信号具有相似的形式;谱零点带宽是M进制数字基带信号带宽的两倍。在Rb相同时，MASK信号带宽是2ASK的1/log2M倍。222logbBRBRM222logBbBTTMMASK的抗噪声能力差，常用多进制正交振幅调制（MQAM）来代替。MFSK可视为2FSK方式的推广。4FSK采用4种不同的频率分别表示双比特信息：§7.4.2多进制频移键控（MFSK）MFSK调制与解调的原理框图：要求载频之间的距离足够大，以便用滤波器分离不同频率的谱。MFSK信号占用较宽的频带，信道频带利用率不高。MFSK一般用于调制速率(1/TB)不高的衰落信道传输场合。BMTffB21利用载波的M种不同相位表示数字信息。信号矢量图（星座图）：§7.4.3多进制相移键控（MPSK）1基本概念随着M的增加，多相制信号可以在相同的带宽中传输更多比特的信息，从而提高频带利用率。随着M的增加，星座图上的相邻信号点的距离会逐渐减小（判决范围减小/噪声容限减小），导致抗噪性能下降；设备复杂。1524PSK调制4PSK，也称正交相移键控QPSK——利用载波的4种不同相位来表示数字信息。QPSK的每一种载波相位代表两个比特：（00、01、10或11）两个比特的组合称做双比特码元，记为ab双比特码元ab载波相位φnabA方式B方式0（−1）1（+1）1（+1）0（−1）0（−1）0（−1）1（+1）1（+1）0°90°180°270°225°315°45°135°1）双比特与载波相位的关系00100111参考相位A方式矢量图01111000a(1)b(1)b(0)B方式a(0)注：对应关系可有不同规定，但相邻码组应符合格雷码编码规则00100111参考相位A方式波形110100t双比特码元ab载波相位φnabA方式B方式0（−1）1（+1）1（+1）0（−1）0（−1）0（−1）1（+1）1（+1）0°90°180°270°225°315°45°135°QPSK信号可视为两个互为正交的2PSK信号的合成。载波振荡串/并变换xx移相输入+abtccostcsin2QPSK()It()Qt01111000a(1)b(1)b(0)B方式a(0)正交调相法2）QPSK调制根据当时的双比特ab，选相电路从候选的4个相位中选择相应相位的载波输出。相位选择法abB方式原理：解决方案：采用四相相对相位调制，即QDPSK。带通滤波器xx低通滤波器低通滤波器并/串变换载波恢复抽样判决抽样判决输出输入tccostcsin位定时ab()yt1()xt2()xt存在问题：存在900的相位模糊（0,90,180,270）原理：分解为两路2PSK信号的相干解调。3QPSK解调210IQ11010010跳变周期2Tb带宽B=Rb误码性能与BPSK相同QPSK特点：发生在0011或0110交替时，即双比特ab同时跳变时，信号点沿对角线移动。最大相位跳变：180°相位跳变：0°,±90°,±180°最大相位跳变180°，使限带的QPSK信号包络起伏很大，并出现包络零点。频谱扩展大，旁瓣对邻道干扰大。QPSK缺点：230IQ110100100IQ11010010改进思路：QPSK相位路径最大相位跳变180°0IQ110100100IQ11010010改进思路：信号点不作对角线移动即双比特ab不同时跳变OQPSK相位路径0IQ11010010相位跳变0或±90°4OQPSK(偏置或交错QPSK，OffsetQPSK)如何实现？在QPSK调制基础上，将两个正交分量的比特a和b错开半个码元（1个比特时间）使ab不可能同时改变见下图改进思路：信号点不作对角线移动即双比特ab不同时跳变OQPSK限带OQPSK与限带QPSK对比：0IQ110100100IQ11010010最大相位跳变180°——包络起伏大——频谱扩展大相位跳变周期2Tb最大相位跳变90°——包络起伏小——频谱扩展小相位跳变周期Tb影响主瓣带宽2最大值最小值最大值最小值功率谱形状：相同相干解调时：误码性能相同限带OQPSK比限带QPSK信号的包络起伏小、频谱扩展小、邻道干扰小，所以OQPSK比QPSK应用广。由两个相差4的QPSK星座图交替产生：A方式:0°,±90°,180°B方式:±45°,±135°IoQ可能相位跳变：±45°,±135°且A组只能往B组跳，反之亦然相位跳变周期2Tb——主瓣带宽B=Rb，小于OQPSK5/4-QPSK原理和特点：4-QPSK优势：相邻码元间总有相位改变——有利于接收端提取码元同步。存在多径衰落时，4-QPSK优于OQPSK。可采用差分检测——4-QPSK的信息蕴含在相邻码元间的相位差中。原理与2DPSK类似：利用相邻码元载波的相对相位变化表示数字信息。QDPSK与QPSK的关系，如同2DPSK与2PSK关系4DPSK也称QDPSK§7.4.4多进制差分相移键控（MDPSK）1基本原理QDPSK的矢量图与QPSK的矢量图相似——只是参考相位是前一码元的载波相位00100111参考相位A方式矢量图01111000a(1)b(1)b(0)B方式a(0)n前一码元载波相位双比特码元ab载波相位φnabA方式B方式0（−1）1（+1）1（+1）0（−1）0（−1）0（−1）1（+1）1（+1）0°90°180°270°225°315°45°135°t104PSK110001t104DPSK110001波形00100111参考相位A方式载波振荡串/并变换xx移相输入+cbtccostcsin2QDPSKad也有正交调相法和相位选择法差分编码将绝对码ab⇨相对码cd码变换+绝对调相原理图B方式仅需在QPSK调制器基础上增添差分编码（码变换）2QDPSK调制cdabQDPSKB方式相干解调（极性比较）+码反变换将相对码cd⇨绝对码ab差分译码3QDPSK解调B差分相干解调（相位比较法）多进制数字调制系统的抗噪声性能§7.5回顾：二进制调制系统的抗噪声性能抑制载波MASK-相干解调系统的误码率:rMerfcMPe13112M=2时:rerfcPe21Per(dB)输入信噪功率比2n-噪声功率Ps-信号码元功率2nsPr/-解调器MFSK–非相干解调系统的误码率:221/reeMP(a)非相干解调rbPeMrrb2log/——每比特的信噪功率比)()1(rerfcMPeMFSK–相干解调系统的误码率:(b)相干解调Perb比较相干和非相干解调的误码率，当log2M7时，误码率的上界都可表示为：224/21nAeeMPMPSK(M≥4)相干解调系统的误码率:MrerfcPesinMDPSK(M≥4)相干解调系统的误码率:MrerfcPe2sin2OQPSK的抗噪声性能和QPSK完全一样。Perb(dB)Perb(dB)MDPSK系统的误码率MPSK系统的误码率配套辅导教材：曹丽娜樊昌信编著国防工业出版社整理知识归纳结论梳理关系引导主线剖析难点解惑疑点强化重点点击考点谢谢！