通信原理培訓(xùn)課件

課件課件1

數(shù)字帶通傳輸

通信原理（第7版）第7章樊昌信曹麗娜編著數(shù)字帶通傳輸通信原理（第7版）第7章樊昌信曹麗娜2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制/解調(diào)原理

2ASK2FSK2PSK/2DPSK二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理和特點(diǎn)

本章內(nèi)容:

第7章數(shù)字調(diào)制

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制/解調(diào)原理本章內(nèi)容:第7章數(shù)字調(diào)3多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)§7.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)§7.44

引言二進(jìn)制：每個(gè)碼元只攜帶

1

bit

信息

Rb一定時(shí)，增加進(jìn)制數(shù)M，可以降低RB

，從而減小信號帶寬、節(jié)約信道頻率資源。

RB

一定時(shí)，增加進(jìn)制數(shù)M，可以增大Rb

，從而在相同帶寬內(nèi)傳輸更多比特的信息，

ηb

。

目的：提高信道的頻帶利用率

。Mlog2M引言二進(jìn)制：每個(gè)碼元只攜帶1bit信息Rb一5

代價(jià)：誤碼率增大（判決范圍減小）;系統(tǒng)復(fù)雜。

種類：

MASK、MFSK、MDPSK、MQAM換言之：若要保證一定的誤碼率，則需增加發(fā)射功率，即信號

的功率效率下降。注意：MFSK信號的帶寬較寬，

頻帶利用率低，適用于頻帶資源不受限制的場合。代價(jià)：誤碼率增大（判決范圍減?。?系統(tǒng)復(fù)雜。種類6MASK可看成是二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）的推廣。且有§7.4.1

多進(jìn)制振幅鍵控（MASK）

4ASK信號振幅有4種取值，每個(gè)碼元含2bit。MASK可看成是二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）的推廣。且有§77

MASK調(diào)制:與2ASK的產(chǎn)生方法相似，區(qū)別在于:發(fā)送端輸入的二進(jìn)制數(shù)字基帶信號需要先經(jīng)過電平變換器轉(zhuǎn)換為M電平的基帶脈沖，然后再去調(diào)制。

MASK解調(diào):與2ASK信號解調(diào)也相似，有相干和非相干解調(diào)兩種。MASK調(diào)制:與2ASK的產(chǎn)生方法相似，區(qū)別在于:8MASK信號的功率譜與2ASK信號具有相似的形式;譜零點(diǎn)帶寬是M進(jìn)制數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍。在

Rb相同時(shí)，MASK信號帶寬是2ASK的1/log2M倍。

MASK的抗噪聲能力差，常用多進(jìn)制正交振幅調(diào)制（MQAM）來代替。MASK信號的功率譜與2ASK信號具有相似的形式;9MFSK可視為2FSK方式的推廣。

4FSK采用

4種不同的頻率分別表示雙比特信息：§7.4.2

多進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）MFSK可視為2FSK方式的推廣。4FSK采用4種不10MFSK調(diào)制與解調(diào)的原理框圖：MFSK調(diào)制與解調(diào)的原理框圖：11要求載頻之間的距離足夠大，以便用濾波器分離不同頻率的譜。MFSK信號占用較寬的頻帶，信道頻帶利用率不高。MFSK一般用于調(diào)制速率(1/TB)

不高的衰落信道傳輸場合。要求載頻之間的距離足夠大，以便用濾波器分離不同頻率的譜。MF12利用載波的M種不同相位表示數(shù)字信息。信號矢量圖（星座圖）：§7.4.3

多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）1

基本概念利用載波的M種不同相位表示數(shù)字信息。信號矢量圖（星座圖）13隨著M的增加，多相制信號可以在相同的帶寬中傳輸更多比特的信息，從而提高頻帶利用率。隨著M的增加，星座圖上的相鄰信號點(diǎn)的距離會逐漸減小（判決范圍減小/噪聲容限減?。?，導(dǎo)致抗噪性能下降；設(shè)備復(fù)雜。隨著M的增加，多相制信號可以在相同的帶寬中傳輸更多比特的信息1424PSK調(diào)制

4PSK，也稱正交相移鍵控QPSK

——利用載波的4

種不同相位來表示數(shù)字信息。

QPSK的每一種載波相位代表兩個(gè)比特：（00、01、10或11）兩個(gè)比特的組合稱做雙比特碼元，記為ab1524PSK調(diào)制4PSK，也稱正交相移鍵控QPS1）雙比特與載波相位的關(guān)系矢量圖

注：對應(yīng)關(guān)系可有不同規(guī)定，但相鄰碼組應(yīng)符合格雷碼編碼規(guī)則1）雙比特與載波相位的關(guān)系矢量圖注：對應(yīng)關(guān)系可有不同規(guī)定16波形

波形17

QPSK信號可視為兩個(gè)互為正交的2PSK信號的合成。正交調(diào)相法2）

QPSK調(diào)制QPSK信號可視為兩個(gè)互為正交調(diào)相法2）QPSK調(diào)18根據(jù)當(dāng)時(shí)的雙比特ab，選相電路從候選的4個(gè)相位中選擇相應(yīng)相位的載波輸出。相位選擇法abB方式原理：根據(jù)當(dāng)時(shí)的雙比特ab，選相電路從候選的4個(gè)相位中選19

解決方案：采用四相相對相位調(diào)制，即QDPSK。

存在問題：存在900的相位模糊（0,90,180,270）

原理：分解為兩路2PSK信號的相干解調(diào)。3QPSK解調(diào)解決方案：采用四相相對相位調(diào)制，即QDPSK。存在問題：2021跳變周期2Tb帶寬B=Rb誤碼性能與BPSK相同

QPSK

特點(diǎn)：

發(fā)生在0011或0110交替時(shí)，

即雙比特ab同時(shí)跳變時(shí)，信號點(diǎn)沿對角線移動。最大相位跳變：180°相位跳變：0°,±90°,±180°21跳變周期2TbQPSK特點(diǎn)：21最大相位跳變180°，使限帶的QPSK信號包絡(luò)起伏很大，并出現(xiàn)包絡(luò)零點(diǎn)。頻譜擴(kuò)展大，旁瓣對鄰道干擾大。

QPSK

缺點(diǎn)：

最大相位跳變180°，使限帶的QPSK信號包絡(luò)起伏很大，并出22

改進(jìn)思路：

QPSK相位路徑

最大相位跳變180°23改進(jìn)思路：QPSK相位路徑最大相位跳變18

改進(jìn)思路：

信號點(diǎn)不作對角線移動即雙比特ab不同時(shí)跳變改進(jìn)思路：信號點(diǎn)不作對角線移動24OQPSK相位路徑

相位跳變

0或±90°4

OQPSK

(偏置或交錯(cuò)QPSK，OffsetQPSK)

如何實(shí)現(xiàn)？

在QPSK調(diào)制基礎(chǔ)上，將兩個(gè)正交分量的比特a和b錯(cuò)開半個(gè)碼元（1個(gè)比特時(shí)間）使ab不可能同時(shí)改變見下圖

改進(jìn)思路：

信號點(diǎn)不作對角線移動即雙比特ab不同時(shí)跳變OQPSK相位路徑相位跳變0或±90°425通信原理培訓(xùn)課件26OQPSKOQPSK27

限帶OQPSK

與限帶QPSK

對比：

最大相位跳變180°

——包絡(luò)起伏大——頻譜擴(kuò)展大相位跳變周期2Tb

最大相位跳變90°——包絡(luò)起伏小——頻譜擴(kuò)展小相位跳變周期Tb影響主瓣帶寬限帶OQPSK與限帶QPSK對比：最大相位跳變128功率譜形狀：相同相干解調(diào)時(shí)：誤碼性能相同限帶OQPSK比限帶QPSK信號的

包絡(luò)起伏小、頻譜擴(kuò)展小、鄰道干擾小，所以O(shè)QPSK比QPSK應(yīng)用廣。功率譜形狀：相同29由兩個(gè)相差4的QPSK星座圖交替產(chǎn)生：A方式:

0°,±90°,180°

B方式:±45°,±135°可能相位跳變：±45°,±135°且A組只能往B組跳，反之亦然相位跳變周期2Tb——主瓣帶寬B=Rb，小于OQPSK5

/4-QPSK

原理和特點(diǎn)：

由兩個(gè)相差4的QPSK星座圖交替產(chǎn)生：可能相位跳變：相位304-QPSK優(yōu)勢：相鄰碼元間總有相位改變——有利于接收端提取碼元同步。存在多徑衰落時(shí)，4-QPSK優(yōu)于OQPSK。可采用差分檢測——4-QPSK的信息蘊(yùn)含在相鄰碼元間的相位差中。4-QPSK優(yōu)勢：相鄰碼元間總有相位改變存在多徑衰落時(shí)，31QPSK信號可視為兩個(gè)互為——每比特的信噪功率比多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能4-QPSK優(yōu)勢：頻譜擴(kuò)展大，旁瓣對鄰道干擾大。譜零點(diǎn)帶寬是M進(jìn)制數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍。二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較最大相位跳變：180°二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能則需增加發(fā)射功率，1）雙比特與載波相位的關(guān)系MFSK–非相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:QPSK相位路徑MFSK信號占用較寬的頻帶，信道頻帶利用率不高。Ps-信號碼元功率原理與2DPSK

類似：利用相鄰碼元載波的相對相位變化表示數(shù)字信息。QDPSK與QPSK的關(guān)系，如同2DPSK與2PSK關(guān)系4DPSK也稱QDPSK§7.4.4

多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）1

基本原理QDPSK的矢量圖與QPSK的矢量圖相似——只是參考相位

是前一碼元的載波相位QPSK信號可視為兩個(gè)互為原理與2DPSK類似：利用相32矢量圖

前一碼元載波相位矢量圖前一碼元33波形

波形34

也有正交調(diào)相法和相位選擇法差分

編碼將絕對碼ab

?相對碼cd

碼變換+絕對調(diào)相原理圖B方式僅需在QPSK調(diào)制器基礎(chǔ)上增添差分編碼（碼變換）2

QDPSK調(diào)制也有正交調(diào)相法和相位選擇法差分編碼將絕對碼35cdabQDPSKB方式

相干解調(diào)（極性比較）+碼反變換將相對碼cd

?絕對碼ab差分

譯碼3

QDPSK解調(diào)cdabQDPSKB方式相干解調(diào)（極性比較）+碼反變換將相36B差分相干解調(diào)（相位比較法）B差分相干解調(diào)（相位比較法）37多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能§7.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能§7.538

回顧：二進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能回顧：二進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能39

抑制載波MASK-相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:M=2時(shí):Per(dB)輸入信噪功率比

-噪聲功率Ps

-信號碼元功率-解調(diào)器抑制載波MASK-相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:M=2時(shí):P40

MFSK–非相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:(a)非相干解調(diào)rbPe——每比特的信噪功率比MFSK–非相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:(a)非相干解調(diào)rb41

MFSK

–相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:(b)相干解調(diào)Perb比較相干和非相干解調(diào)的誤碼率，當(dāng)log2M>7時(shí)，誤碼率的上界都可表示為：MFSK–相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:(b)相干解調(diào)Perb42

MPSK(M≥4)相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:

MDPSK(M≥4)相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:OQPSK的抗噪聲性能和QPSK完全一樣。MPSK(M≥4)相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:MDPSK(43Perb

(dB)Perb(dB)MDPSK系統(tǒng)的誤碼率MPSK系統(tǒng)的誤碼率Perb(dB)Perb(dB)MDPSK系統(tǒng)的誤碼率44配套輔導(dǎo)教材：

曹麗娜樊昌信

編著

國防工業(yè)出版社

整理知識歸納結(jié)論梳理關(guān)系引導(dǎo)主線剖析難點(diǎn)解惑疑點(diǎn)強(qiáng)化重點(diǎn)點(diǎn)擊考點(diǎn)配套輔導(dǎo)教材：45謝謝！謝謝！46

課件課件47

數(shù)字帶通傳輸

通信原理（第7版）第7章樊昌信曹麗娜編著數(shù)字帶通傳輸通信原理（第7版）第7章樊昌信曹麗娜48二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制/解調(diào)原理

2ASK2FSK2PSK/2DPSK二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理和特點(diǎn)

本章內(nèi)容:

第7章數(shù)字調(diào)制

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制/解調(diào)原理本章內(nèi)容:第7章數(shù)字調(diào)49多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)§7.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)§7.450

引言二進(jìn)制：每個(gè)碼元只攜帶

1

bit

信息

Rb一定時(shí)，增加進(jìn)制數(shù)M，可以降低RB

，從而減小信號帶寬、節(jié)約信道頻率資源。

RB

一定時(shí)，增加進(jìn)制數(shù)M，可以增大Rb

，從而在相同帶寬內(nèi)傳輸更多比特的信息，

ηb

。

目的：提高信道的頻帶利用率

。Mlog2M引言二進(jìn)制：每個(gè)碼元只攜帶1bit信息Rb一51

代價(jià)：誤碼率增大（判決范圍減小）;系統(tǒng)復(fù)雜。

種類：

MASK、MFSK、MDPSK、MQAM換言之：若要保證一定的誤碼率，則需增加發(fā)射功率，即信號

的功率效率下降。注意：MFSK信號的帶寬較寬，

頻帶利用率低，適用于頻帶資源不受限制的場合。代價(jià)：誤碼率增大（判決范圍減?。?系統(tǒng)復(fù)雜。種類52MASK可看成是二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）的推廣。且有§7.4.1

多進(jìn)制振幅鍵控（MASK）

4ASK信號振幅有4種取值，每個(gè)碼元含2bit。MASK可看成是二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）的推廣。且有§753

MASK調(diào)制:與2ASK的產(chǎn)生方法相似，區(qū)別在于:發(fā)送端輸入的二進(jìn)制數(shù)字基帶信號需要先經(jīng)過電平變換器轉(zhuǎn)換為M電平的基帶脈沖，然后再去調(diào)制。

MASK解調(diào):與2ASK信號解調(diào)也相似，有相干和非相干解調(diào)兩種。MASK調(diào)制:與2ASK的產(chǎn)生方法相似，區(qū)別在于:54MASK信號的功率譜與2ASK信號具有相似的形式;譜零點(diǎn)帶寬是M進(jìn)制數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍。在

Rb相同時(shí)，MASK信號帶寬是2ASK的1/log2M倍。

MASK的抗噪聲能力差，常用多進(jìn)制正交振幅調(diào)制（MQAM）來代替。MASK信號的功率譜與2ASK信號具有相似的形式;55MFSK可視為2FSK方式的推廣。

4FSK采用

4種不同的頻率分別表示雙比特信息：§7.4.2

多進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）MFSK可視為2FSK方式的推廣。4FSK采用4種不56MFSK調(diào)制與解調(diào)的原理框圖：MFSK調(diào)制與解調(diào)的原理框圖：57要求載頻之間的距離足夠大，以便用濾波器分離不同頻率的譜。MFSK信號占用較寬的頻帶，信道頻帶利用率不高。MFSK一般用于調(diào)制速率(1/TB)

不高的衰落信道傳輸場合。要求載頻之間的距離足夠大，以便用濾波器分離不同頻率的譜。MF58利用載波的M種不同相位表示數(shù)字信息。信號矢量圖（星座圖）：§7.4.3

多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）1

基本概念利用載波的M種不同相位表示數(shù)字信息。信號矢量圖（星座圖）59隨著M的增加，多相制信號可以在相同的帶寬中傳輸更多比特的信息，從而提高頻帶利用率。隨著M的增加，星座圖上的相鄰信號點(diǎn)的距離會逐漸減?。ㄅ袥Q范圍減小/噪聲容限減?。?，導(dǎo)致抗噪性能下降；設(shè)備復(fù)雜。隨著M的增加，多相制信號可以在相同的帶寬中傳輸更多比特的信息6024PSK調(diào)制

4PSK，也稱正交相移鍵控QPSK

——利用載波的4

種不同相位來表示數(shù)字信息。

QPSK的每一種載波相位代表兩個(gè)比特：（00、01、10或11）兩個(gè)比特的組合稱做雙比特碼元，記為ab6124PSK調(diào)制4PSK，也稱正交相移鍵控QPS1）雙比特與載波相位的關(guān)系矢量圖

注：對應(yīng)關(guān)系可有不同規(guī)定，但相鄰碼組應(yīng)符合格雷碼編碼規(guī)則1）雙比特與載波相位的關(guān)系矢量圖注：對應(yīng)關(guān)系可有不同規(guī)定62波形

波形63

QPSK信號可視為兩個(gè)互為正交的2PSK信號的合成。正交調(diào)相法2）

QPSK調(diào)制QPSK信號可視為兩個(gè)互為正交調(diào)相法2）QPSK調(diào)64根據(jù)當(dāng)時(shí)的雙比特ab，選相電路從候選的4個(gè)相位中選擇相應(yīng)相位的載波輸出。相位選擇法abB方式原理：根據(jù)當(dāng)時(shí)的雙比特ab，選相電路從候選的4個(gè)相位中選65

解決方案：采用四相相對相位調(diào)制，即QDPSK。

存在問題：存在900的相位模糊（0,90,180,270）

原理：分解為兩路2PSK信號的相干解調(diào)。3QPSK解調(diào)解決方案：采用四相相對相位調(diào)制，即QDPSK。存在問題：6667跳變周期2Tb帶寬B=Rb誤碼性能與BPSK相同

QPSK

特點(diǎn)：

發(fā)生在0011或0110交替時(shí)，

即雙比特ab同時(shí)跳變時(shí)，信號點(diǎn)沿對角線移動。最大相位跳變：180°相位跳變：0°,±90°,±180°21跳變周期2TbQPSK特點(diǎn)：67最大相位跳變180°，使限帶的QPSK信號包絡(luò)起伏很大，并出現(xiàn)包絡(luò)零點(diǎn)。頻譜擴(kuò)展大，旁瓣對鄰道干擾大。

QPSK

缺點(diǎn)：

最大相位跳變180°，使限帶的QPSK信號包絡(luò)起伏很大，并出68

改進(jìn)思路：

QPSK相位路徑

最大相位跳變180°69改進(jìn)思路：QPSK相位路徑最大相位跳變18

改進(jìn)思路：

信號點(diǎn)不作對角線移動即雙比特ab不同時(shí)跳變改進(jìn)思路：信號點(diǎn)不作對角線移動70OQPSK相位路徑

相位跳變

0或±90°4

OQPSK

(偏置或交錯(cuò)QPSK，OffsetQPSK)

如何實(shí)現(xiàn)？

在QPSK調(diào)制基礎(chǔ)上，將兩個(gè)正交分量的比特a和b錯(cuò)開半個(gè)碼元（1個(gè)比特時(shí)間）使ab不可能同時(shí)改變見下圖

改進(jìn)思路：

信號點(diǎn)不作對角線移動即雙比特ab不同時(shí)跳變OQPSK相位路徑相位跳變0或±90°471通信原理培訓(xùn)課件72OQPSKOQPSK73

限帶OQPSK

與限帶QPSK

對比：

最大相位跳變180°

——包絡(luò)起伏大——頻譜擴(kuò)展大相位跳變周期2Tb

最大相位跳變90°——包絡(luò)起伏小——頻譜擴(kuò)展小相位跳變周期Tb影響主瓣帶寬限帶OQPSK與限帶QPSK對比：最大相位跳變174功率譜形狀：相同相干解調(diào)時(shí)：誤碼性能相同限帶OQPSK比限帶QPSK信號的

包絡(luò)起伏小、頻譜擴(kuò)展小、鄰道干擾小，所以O(shè)QPSK比QPSK應(yīng)用廣。功率譜形狀：相同75由兩個(gè)相差4的QPSK星座圖交替產(chǎn)生：A方式:

0°,±90°,180°

B方式:±45°,±135°可能相位跳變：±45°,±135°且A組只能往B組跳，反之亦然相位跳變周期2Tb——主瓣帶寬B=Rb，小于OQPSK5

/4-QPSK

原理和特點(diǎn)：

由兩個(gè)相差4的QPSK星座圖交替產(chǎn)生：可能相位跳變：相位764-QPSK優(yōu)勢：相鄰碼元間總有相位改變——有利于接收端提取碼元同步。存在多徑衰落時(shí)，4-QPSK優(yōu)于OQPSK?？刹捎貌罘謾z測——4-QPSK的信息蘊(yùn)含在相鄰碼元間的相位差中。4-QPSK優(yōu)勢：相鄰碼元間總有相位改變存在多徑衰落時(shí)，77QPSK信號可視為兩個(gè)互為——每比特的信噪功率比多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能4-QPSK優(yōu)勢：頻譜擴(kuò)展大，旁瓣對鄰道干擾大。譜零點(diǎn)帶寬是M進(jìn)制數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍。二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較最大相位跳變：180°二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能則需增加發(fā)射功率，1）雙比特與載波相位的關(guān)系MFSK–非相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率:QPSK相位路徑MFSK信號占用較寬的頻帶，信道頻帶利用率不高。Ps-信號碼元功率原理與2DPSK

類似：利用相鄰碼元載波的相對相位變化表示數(shù)字信息。QDPSK與QPSK的關(guān)系，如同2DPSK與2PSK關(guān)系4DPSK也稱QDPSK§7.4.4

多進(jìn)制差分相移鍵控（MDPSK）1

基本原理QDPSK的矢量圖與QPSK的矢量圖相似——只是參考相位

是前一碼元的載波相位QPSK信號可視為兩個(gè)互為原理與2DPSK類似：利用相78矢量圖

前一碼元載波相位矢量圖前一碼元79波形

波形80

也有正交調(diào)相法和相位選擇法差分

編碼將絕對碼ab

?相對碼cd

碼變換+絕對調(diào)相原理圖B方式僅需在QPSK調(diào)制器基礎(chǔ)上增添差分編碼（碼變換）