樊昌信通信原理第7章數(shù)字帶通傳輸(7版)

樊昌信通信原理第7章數(shù)字帶通傳輸(7版)第一頁，共47頁。

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第二頁，共47頁。二進制數(shù)字調(diào)制/解調(diào)原理

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

本章內(nèi)容:

第7章數(shù)字調(diào)制

第三頁，共47頁。多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)§7.4第四頁，共47頁。

引言二進制：每個碼元只攜帶

1

bit

信息

Rb一定時，增加進制數(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，增加進制數(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第五頁，共47頁。

代價：誤碼率增大（判決范圍減?。?系統(tǒng)復雜。

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。第六頁，共47頁。MASK可看成是二進制振幅鍵控（2ASK）的推廣。且有§7.4.1

多進制振幅鍵控（MASK）

4ASK信號振幅有4種取值，每個碼元含2bit。第七頁，共47頁。

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。第八頁，共47頁。MASK信號的功率譜與2ASK信號具有相似的形式;譜零點帶寬是M進制數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍。在

Rb相同時，MASK信號帶寬是2ASK的1/log2M倍。

MASK的抗噪聲能力差，常用多進制正交振幅調(diào)制（MQAM）來代替。第九頁，共47頁。MFSK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

多進制頻移鍵控（MFSK）第十頁，共47頁。MFSK調(diào)制與解調(diào)的原理框圖：第十一頁，共47頁。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。第十二頁，共47頁。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

多進制相移鍵控（MPSK）1

基本概念第十三頁，共47頁。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的距離會逐漸減小（判決范圍減小/噪聲容限減?。瑢е驴乖胄阅芟陆?；設(shè)備復雜。第十四頁，共47頁。24PSK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比特：（00、01、10或11）兩個比特的組合稱做雙比特碼元，記為ab15第十五頁，共47頁。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，但相鄰碼組應(yīng)符合格雷碼編碼規(guī)則第十六頁，共47頁。波形

第十七頁，共47頁。

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

QPSK調(diào)制第十八頁，共47頁。根據(jù)當時的雙比特ab，選相電路從候選的4個相位中選擇相應(yīng)相位的載波輸出。相位選擇法abB方式原理：第十九頁，共47頁。

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)第二十頁，共47頁。跳變周期2Tb帶寬B=Rb誤碼性能與BPSK相同

QPSK

特點：

發(fā)生在0011或0110交替時，

即雙比特ab同時跳變時，信號點沿對角線移動。最大相位跳變：180°相位跳變：0°,±90°,±180°第二十一頁，共47頁。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。頻譜擴展大，旁瓣對鄰道干擾大。

QPSK

缺點：

第二十二頁，共47頁。

改進思路：

QPSK相位路徑

最大相位跳變180°23第二十三頁，共47頁。

改進思路：

信號點不作對角線移動即雙比特ab不同時跳變第二十四頁，共47頁。OQPSK相位路徑

相位跳變

0或±90°4

OQPSK

(偏置或交錯QPSK，OffsetQPSK)

如何實現(xiàn)？

在QPSK調(diào)制基礎(chǔ)上，將兩個正交分量的比特a和b錯開半個碼元（1個比特時間）使ab不可能同時改變見下圖

改進思路：

信號點不作對角線移動即雙比特ab不同時跳變第二十五頁，共47頁。第二十六頁，共47頁。OQPSK第二十七頁，共47頁。

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——頻譜擴展小相位跳變周期Tb影響主瓣帶寬第二十八頁，共47頁。功率譜形狀：相同相干解調(diào)時：誤碼性能相同限帶OQPSK比限帶QPSK信號的

包絡(luò)起伏小、頻譜擴展小、鄰道干擾小，所以O(shè)QPSK比QPSK應(yīng)用廣。第二十九頁，共47頁。由兩個相差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：

第三十頁，共47頁。4-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，4-QPSK優(yōu)于OQPSK。可采用差分檢測——4-QPSK的信息蘊含在相鄰碼元間的相位差中。第三十一頁，共47頁。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第三十二頁，共47頁。矢量圖

前一碼元載波相位第三十三頁，共47頁。波形

第三十四頁，共47頁。

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)制第三十五頁，共47頁。cdabQDPSKB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)第三十六頁，共47頁。B差分相干解調(diào)（相位比較法）第三十七頁，共47頁。多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

的抗噪聲性能§7.5第三十八頁，共47頁。

回顧：二進制調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能第三十九頁，共47頁。

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

-噪聲功率Ps

-信號碼元功率-解調(diào)器第四十頁，共47頁。

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第四十一頁，共47頁。

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log2M>7時，誤碼率的上界都可表示為：第四十二頁，共47頁。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。第四十三頁，共47頁。Perb

(dB)Perb(dB)MDPSK系統(tǒng)的誤碼率MPSK系統(tǒng)的誤碼率第四十四頁，共47頁。配套輔導教材：