CH7數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)

2024/5/121數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)通信工程學(xué)院陳愛萍8171-1@163.com2第7-8章內(nèi)容1.二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理2.二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3.二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較4.多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理5.多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3基本要求數(shù)字載波鍵控概念；ASK、FSK、PSK調(diào)制解調(diào)原理，已調(diào)信號表示，頻譜帶寬；解調(diào)系統(tǒng)抗噪性能分析、性能比較；現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制對二進(jìn)制鍵控系統(tǒng)的性能改進(jìn)：如MSK、QPSK、OQPSK、QAM等系統(tǒng)性能特點41.低通型/帶通型信道分別有哪些？2.為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號呢？問題原因是帶通型信道比低通型信道帶寬大得多，可以采用頻分復(fù)用技術(shù)傳輸多路信號；另外，若要利用無線電信道，必須把低頻信號“變”成高頻信號。5數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)模型數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸?shù)幕纠碚撏瑯舆m用于頻帶傳輸6基本概念數(shù)字信號的傳輸數(shù)字基帶傳輸---適用于低通通道數(shù)字頻帶傳輸---適用于帶通通道數(shù)字頻帶傳輸：對數(shù)字基帶信號先進(jìn)行調(diào)制（數(shù)字調(diào)制）變成已調(diào)信號后再傳輸數(shù)字調(diào)制調(diào)制信號：數(shù)字信號載波：正弦波（能否用其他波形呢？）數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制的比較相同點：都是以正弦載波進(jìn)行調(diào)制；都是進(jìn)行頻譜搬移；都有振幅調(diào)制AM（ASK）、頻率調(diào)制FM（FSK）、相位調(diào)制PM（PSK）數(shù)字調(diào)制可以看成模擬線性調(diào)制和角度調(diào)制的特殊情況不同點：調(diào)制信號不同，強調(diào)的問題不同2024/5/1271.二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理！重點掌握的內(nèi)容8二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)基本原理：用數(shù)字基帶信號控制載波振幅如:1

—

載波振幅有(接通)

0

—載波振幅無(斷開)信號表達(dá)式:又稱OOK(on-offkeying通斷鍵控),2ASK中使用最多最簡單的方式g(t)是幅度為1，持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖，s(t)是數(shù)字基帶信號，an是第n個符號的電平取值典型波形：其包絡(luò)反映了基帶信號的變化規(guī)律92ASK的調(diào)制與解調(diào)器調(diào)制器1）模擬調(diào)制法（相乘法）；2）OOK調(diào)制器（鍵控法）

解調(diào)器（與AM波的解調(diào)相似）2）相干解調(diào)（同步解調(diào)）包檢1）非相干解調(diào)器——整流（作用：交流電變成直流電，整流+LPF：相當(dāng)于包絡(luò)提取）102ASK信號非相干解調(diào)過程的時間波形包檢112ASK的功率譜功率譜：設(shè)Ps(f)是基帶信號s(t)

的功率譜密度若s(t)為單極性NRZ碼（+1,0），且等概，則（P183，式7.1-10）：與AM相像嗎？帶寬是基帶信號帶寬的2倍離散譜：{an}均值不為零連續(xù)譜：由基帶信號波形g(t)確定由傅立葉變換的性質(zhì)（調(diào)制性）可得：12小結(jié)：2ASK的功率譜特性2ASK的功率譜是基帶信號s(t)的功率譜平移（±fc）并乘以系數(shù)1/4，因而2ASK信號屬于線性調(diào)制（與AM對應(yīng)）由于s(t)是單極性信號，有直流，因而調(diào)制（平移）后有載波分量。故2ASK信號的功率譜包含連續(xù)譜和離散譜連續(xù)譜取決于g(t)經(jīng)線性變換后的雙邊帶譜離散譜位于載波頻率上（可用于相干解調(diào)）帶寬：頻帶利用率：2ASK應(yīng)用：Morse碼的無線電傳輸（比模擬調(diào)制更早）；無線遙控；光纖通信；13二進(jìn)制移頻鍵控2FSK基本原理：用數(shù)字基帶信號控制載波的不同頻率1→f1,0→f2波形：可分解為兩個2ASK信號之和數(shù)學(xué)表達(dá)式因2FSK信號可分解為兩個不同頻率的2ASK信號之和152FSK信號的調(diào)制與解調(diào)調(diào)制器

1）模擬調(diào)頻法：產(chǎn)生相位連續(xù)的2FSK信號，亦稱為CPFSK2）鍵控法：產(chǎn)生相位不連續(xù)的2FSK信號解調(diào)器1)非相干解調(diào)器包絡(luò)檢波器：在2FSK中功能類似于整流器r1>r2——判“1”r1<r2——判“0”誰大就取誰！2)相干解調(diào)器無需判決電平！

需要判決門限嗎？3)過零檢測法：載頻不同，過零點數(shù)就不同，通過檢測過零點數(shù)量區(qū)分不同頻率碼元abcdef增大信號的直流分量，因其大小與信號頻率成正比有何作用？功率譜：2FSK可以看成2個不同頻率（f1,f2）的幅度鍵控已調(diào)信號的功率譜之和（因?qū)儆诜蔷€性調(diào)制，直接導(dǎo)出其功率譜是很困難的）18相位不連續(xù)的2FSK信號的功率譜B與基帶信號相比，頻譜有何變化？19小結(jié)：相位不連續(xù)的2FSK的功率譜特性2FSK的功率譜包含連續(xù)譜和離散譜（f1、f2）；連續(xù)譜由兩個雙邊譜疊加而成離散譜出現(xiàn)在兩個載頻位置上若|f1-f2

|較小，則為單峰曲線；而隨|f1-f2

|的增大，逐步出現(xiàn)雙峰，2FSK屬于非線性調(diào)制（與FM對應(yīng)）

；帶寬：

頻帶利用率：2FSK應(yīng)用：ITU建議用于速率低于1200bps體制（電話線、衰落信道/隨參信道）20二進(jìn)制移相鍵控2PSK基本原理：載波（絕對）相位隨調(diào)制信號1或0改變，一般使用相位0°和180°表示1和0，即2PSK數(shù)學(xué)表達(dá)式：

波形：s(t)為雙極性NRZ波形基帶信號過零點處，載波相位180°跳變212PSK信號的調(diào)制與解調(diào)調(diào)制器模擬調(diào)制法（相乘法）：鍵控法：

0°180°與2ASK調(diào)制器有何不同？s(t)為雙極性NRZ波形由于雙極性碼在等概時無直流，故

2PSK實為DSB-SC！解調(diào)器：2PSK信號振幅、頻率恒定，只能采用相干解調(diào)相干解調(diào)（同步檢測）：與2ASK信號的相干解調(diào)一致232PSK信號的功率譜密度由于等概時的2PSK信號實為DSB-SC，因而其功率譜就對應(yīng)于2ASK信號功率譜中無沖擊項時帶寬和頻帶利用率與2ASK信號相同2PSK是線性還是非線性調(diào)制？242PSK傳輸系統(tǒng)的問題倒現(xiàn)象：相位模糊問題：恢復(fù)的本地載波與所需的相干載波可能同相或反相，存在其相位關(guān)系不確定性，可能造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反，即“1”變?yōu)椤?”，“0”變?yōu)椤?”，使解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。該現(xiàn)象稱為“倒

”現(xiàn)象位同步問題：隨機信號碼元序列中，信號波形可能出現(xiàn)長時間連續(xù)正弦波形，導(dǎo)致接收端無法確定信號碼元的起始時刻應(yīng)用：2PSK方式在實際中很少采用解決方案：采用差分相移鍵控（DPSK）體系

二進(jìn)制差分相移鍵控2DPSK設(shè)計目標(biāo)：解決2PSK的相位模糊問題和位同步問題基本原理：利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來傳遞數(shù)字信息相位關(guān)系定義：設(shè)當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差為，則：載波相位關(guān)系示例：絕對碼相對碼傳號差分碼：“1”變，“0”不變262PSK與2DPSK信號波形2PSK和2DPSK僅從波形上無法區(qū)別，必須確定是絕對相移還是相對相移；相對相移信號可以看成是對相對碼進(jìn)行絕對相移而來設(shè)計缺陷及其修正傳號差分碼方式：即“1”碼相位跳變，“0”碼相位不變）解決當(dāng)前碼元的相位可能是0或的相位模糊問題相移A方式：當(dāng)前碼元的相位相對于前一碼元的相位變化為0或。對傳號差分碼出現(xiàn)長連“0”串或空號差分碼出現(xiàn)長連“1”串時仍出現(xiàn)長連串無相位跳變現(xiàn)象，導(dǎo)致在接收端無法確定碼元起始時刻問題相移B方式：當(dāng)前碼元的相位相對于前一碼

元的相位變化為/2，在相鄰碼元之間必定

有相位跳變，在接收端

檢測此跳變就可確定碼

元起始時刻，提供碼元

定時信息。廣泛采用282DPSK信號的產(chǎn)生產(chǎn)生：表達(dá)式及功率譜：由于2PSK與2DPSK信號的差異僅在于差分編碼，故2DPSK信號表達(dá)式、功率譜與2PSK相似，帶寬相同2DPSK是ITU建議采用的一種數(shù)字調(diào)制方式29相干解調(diào)（極性比較—碼反變換法）2DPSK信號的解調(diào)2PSK信號的解調(diào)相對碼絕對碼避免了“倒”現(xiàn)象！差分相干解調(diào)器：通過延遲器Ts直接比較前后碼元之間的相位差，故又稱相位比較法。相乘器的作用相當(dāng)于鑒相。無需相干載波和碼變換器解調(diào)的同時已完成碼變換器的作用需增加延遲設(shè)備，誤碼率比2PSK高31二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)比較（1/2）類型載波受控參量對應(yīng)的模擬調(diào)制表達(dá)式功率譜2ASK（OOK）振幅AM連續(xù)譜離散譜(

fc)2FSK頻率FM連續(xù)譜離散譜(

f1,

f2)2PSK絕對相位DSB-SC連續(xù)譜2DPSK相對相位DSB-SC連續(xù)譜注：要以2ASK信號為基礎(chǔ)來理解2FSK、2PSK信號的表達(dá)式、功率譜、帶寬及產(chǎn)生和解調(diào)的方法32二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)比較（2/2）類型帶寬頻帶利用率產(chǎn)生方法解調(diào)方法誤碼率2ASK（OOK）2fs0.51.模擬調(diào)幅2.鍵控相干解調(diào)非相干解調(diào)2FSK|f2-f1|+2fs1.模擬調(diào)頻2.鍵控相干解調(diào)非相干解調(diào)2PSK2fs0.51.模擬調(diào)幅2.鍵控相干解調(diào)2DPSK2fs0.5差分編碼+2PSK調(diào)制相干解調(diào)（同步檢測）差分相干解調(diào)|f2-f1|+2fs2fs2024/5/12332.二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能！掌握的內(nèi)容34抗噪聲性能分析概述通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是指系統(tǒng)克服加性噪聲影響的能力抗噪聲性能分析的任務(wù)---系統(tǒng)由加性噪聲產(chǎn)生的誤碼率相干解調(diào)時的誤碼率非相干解調(diào)時的誤碼率352ASK相干解調(diào)抗噪聲性能分析相干解調(diào)的系統(tǒng)分析模型：

信號的表示：

OOK信號在一個碼元間隔內(nèi)的表達(dá)式：信號經(jīng)傳輸后除有固定衰減外未受到畸變ni(t)是高斯白噪聲，經(jīng)過接收濾波器后變成窄帶的高斯噪聲相乘后的波形：經(jīng)低通濾波器后的輸出：a為信號成分，nc(t)為低通型高斯噪聲，其均值為零，方差為σ2n。設(shè)對第k個符號的抽樣時刻為kTs，則x(t)在kTs時刻的抽樣值x為：nc是均值為零，方差為σ2n的高斯隨機變量。由隨機信號分析可得，發(fā)送“1”符號時的抽樣值x=a+nc(nc=x-a)的一維概率密度函數(shù)f1(x)為：發(fā)送“0”符號時的抽樣值x=nc的一維概率密度函數(shù)f0(x)為：假設(shè)抽樣判決器的判決門限為b，則發(fā)“1”時，錯誤判決的概率為：發(fā)“0”時，錯誤判決的概率為：系統(tǒng)總的誤碼率為：誤碼率Pe等于圖中陰影的面積。當(dāng)P(1),P(0)及f1(x),f0(x)一定時，系統(tǒng)總的誤碼率Pe將與判決門限b有關(guān)!當(dāng)b位于兩曲線交點時，Pe最小最佳判決門限：當(dāng)P(1)=P(0)=0.5時,392ASK包絡(luò)檢波的系統(tǒng)性能非相干解調(diào)的系統(tǒng)分析模型：

在一個碼元間隔內(nèi)，帶通濾波器輸出的包絡(luò)：42結(jié)論在大信噪比r條件下在相同信噪比下，2ASK的同步解調(diào)性能總優(yōu)于包絡(luò)檢波（誤碼率低），但性能相差不大；包絡(luò)檢波由于不需要穩(wěn)定的本地相干載波，故電路上要簡單些；同步解波較為復(fù)雜研究題目：小信噪比時非相干解調(diào)的誤碼率性能包絡(luò)檢波存在門限效應(yīng)，但同步檢測法無門限效應(yīng)例7-1:

已知OOK信號RB=4.8×106Bd，已知接收端輸入信號幅度為1mV，噪聲單邊功率譜密度n0=2×10-5W/Hz求包絡(luò)檢波法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率求同步解調(diào)法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率大信噪比！解:(式7.2-38)(式7.2-20)442FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能2FSK信號常用的解調(diào)系統(tǒng)包絡(luò)檢波同步解調(diào)在一個碼元持續(xù)時間內(nèi)信號的表示2FSK包絡(luò)檢波時的抗噪聲性能進(jìn)入抽樣判決的是兩路包絡(luò)：

因上下支路是對稱的x1(t)和x2(t)在t=kTs樣值的一維概率密度函數(shù)為2FSK同步解調(diào)時的抗噪聲性能例7-2:

2FSK在等效帶寬為2400Hz的信道上傳輸1)2FSK的帶寬2)使用包絡(luò)檢波的誤碼率3)使用相干解調(diào)的誤碼率2)上下兩個支路接收濾波器帶寬:B=2RB=600Hz它僅是信道等效帶寬2400Hz的1/4，故噪聲功率也減小為1/4，所以BPF輸出信噪比r比輸入信噪比提高了4倍:r=6+10

lg4=12dB(or:r=4×4=16)解:式7.2-64式7.2-5450512PSK系統(tǒng)的抗噪聲性能信號的表示

抽樣判決器輸入信號

2PSK相干解調(diào)2DPSK差分相干解調(diào)波形表達(dá)式：

（極性比較-碼變換法）

在碼變換器前系統(tǒng)的誤碼率（和2PSK相干解調(diào)一樣）：

碼變換器的輸入一個錯碼會帶來兩個輸出錯碼，連續(xù)的n個錯碼也只會帶來2個錯碼（Pn為連續(xù)出現(xiàn)n個錯碼的概率）

Pe

、Pe’分別為碼變換器的輸入、輸出誤碼率

2PSK信號的解調(diào)2DPSK相干解調(diào)Pe’總是大于Pe將Pe代入得：53例7-3:2DPSK，RB=106Bd，n0=2×10-10W/Hz，要求Pe不大于10-41、求差分相干解調(diào)的輸入信號功率2、采用相干——碼反變換的輸入信號功率說明，差分相干解調(diào)需要的信號功率稍高解:輸入信號功率:2024/5/12553.二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較！掌握的內(nèi)容56調(diào)制方式誤碼率條件相干解調(diào)非相干解調(diào)2ASK等概,最佳門限:2FSK無2PSK最佳門限：零2DPSK最佳門限：零二進(jìn)制系統(tǒng)誤碼率性能比較a---解調(diào)器輸入端信號振幅，

---解調(diào)器輸入端噪聲方差r>>1互補誤差函數(shù)形式指數(shù)形式57誤碼率Pe與信噪比r的關(guān)系對每種體制而言，相干解調(diào)性能優(yōu)于非相干解調(diào)，但隨r的增大兩者逐漸接近相同誤碼率下，對r的要求是：2PSK最小、2FSK其次、2ASK要求最高（都相差3dB）；相同信噪比r下，相干解調(diào)2PSK誤碼率最低58二進(jìn)制系統(tǒng)帶寬和頻帶利用率比較當(dāng)碼元寬度為Ts

結(jié)論：從頻帶利用率來看2FSK最差

59對信道特性的敏感性幅度變化的影響：2FSK不需要判決門限，直接比較兩路——對信道變化不敏感2PSK判決門限為0——不受信道變換影響2ASK判決門限為a

/2（等概時）——易受信道影響，難以實現(xiàn)衰落的影響：嚴(yán)重的衰落（此時不易提取載波），應(yīng)該使用非相干解調(diào)功率的要求：嚴(yán)格功率要求時（信噪比要求?。?，用相干解調(diào)，但載波提取困難60總結(jié)抗噪聲：相干2PSK、2DPSK優(yōu)于2FSK優(yōu)于2ASK帶寬：2PSK、2DPSK、2ASK優(yōu)于2FSK設(shè)備復(fù)雜度2DPSK>2PSK>2FSK>2ASK應(yīng)用最廣的調(diào)制：2DPSK：高速數(shù)據(jù)（可解決相位模糊問題）2FSK：中、低速數(shù)據(jù)傳輸（用于衰落信道）2024/5/12614~5.多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制及其抗噪聲性能！了解的內(nèi)容概述－1/2二進(jìn)制系統(tǒng):每個碼元只能傳輸1bit信息，其頻帶利用率不高多進(jìn)制系統(tǒng)是提高頻帶利用率的有效方法M進(jìn)制碼元信息容量：每個碼元攜帶的信息量為IS=log2M實用化M進(jìn)制取值：實際應(yīng)用中取M=2k（k>1的正整數(shù)）M進(jìn)制類型：MASK、MFSK、MPSK、MDPSK及其組合MAPK、MQAM（M進(jìn)制正交幅度調(diào)制）多進(jìn)制數(shù)字載波系統(tǒng)的利弊代價：增加信號功率和實現(xiàn)復(fù)雜性相同信息速率下，多進(jìn)制傳輸速率比二進(jìn)制低，即Ts加大，碼元能量增加，能減小由于信道特性引起的碼間干擾的影響多進(jìn)制數(shù)字載波系統(tǒng)應(yīng)用更為廣泛概述－2/2信噪比r的含義：比特能量：比特信噪比rb：評價多進(jìn)制數(shù)字載波系統(tǒng)誤碼率性能的重要參數(shù)。M進(jìn)制的碼元包含k比特信息，用碼元信噪比描述系統(tǒng)性能已不再適宜進(jìn)制MASK調(diào)制解調(diào)原理－1/3MASK的頻帶利用率據(jù)Nyquist準(zhǔn)則，二進(jìn)制基帶信號的頻帶利用率最高為2bit/s·Hz2ASK信號帶寬是基帶信號的2倍，其頻帶利用率最高為1bit/s·HzMASK信號帶寬與2ASK相同，故其頻帶利用率最高為kbit/s·HzMASK信號波形采用單極性NRZ脈沖，具有直流分量，屬不抑制載波信號采用雙極性NRZ脈沖，無直流分量，屬抑制載波信號，可節(jié)省載波功率。應(yīng)注意其每個碼元的載波初始相位不同抑制載波2ASK信號為2PSK信號抑制載波MASK信號為ASK與PSK結(jié)合的調(diào)制信號MASK調(diào)制解調(diào)原理－2/3MASK時域表達(dá)式：MASK功率譜密度與帶寬：與2ASK一樣，帶寬為基帶信號的二倍，但可傳送k=log2M信息量若要求傳送信息量相同，則可加大Ts，減小帶寬MASK調(diào)制解調(diào)原理－3/3調(diào)制解調(diào)

MASK與2ASK相同，不同的是基帶信號由二電平→多電平，如±d、±3d、…±(M-1)d由于不同的幅度代表不同信息，只能用線性調(diào)制可用相干解調(diào)或包絡(luò)撿波基帶波形可用矩形、升余弦形或部分響應(yīng)可用DSB、SSB調(diào)制方式67MASK系統(tǒng)的抗噪聲性能為了得到相同的誤碼率Pe，所需的信噪比r隨M增加而增大。例如，四電平系統(tǒng)比二電平系統(tǒng)信噪比需要增加約5倍抑制載波的MASK系統(tǒng)采用相干解調(diào)時的誤碼率：等于2PSK系統(tǒng)的誤碼率?。FSK調(diào)制解調(diào)原理－1/3MFSK概念MFSK信號碼元采用M個不同載頻的正弦載波代表M進(jìn)制信號不同載頻之間的頻率差足夠大，使不同頻率的碼元頻譜能夠采用濾波器分離，即保證不同頻率碼元相互正交MFSK調(diào)制解調(diào)MFSK調(diào)制：與2FSK基本相同MFSK解調(diào)：相關(guān)解調(diào)和非相關(guān)解調(diào)MFSK的帶寬與頻帶利用率MFSK信號帶寬：B=fM-f1+f，其中fM為MFSK最高載頻，f1為MFSK最低載頻，f為單個碼元帶寬（其決定信號傳輸速率）MASK信號的每個碼元攜帶kbit信息特點：抗衰落能力強；帶寬大，頻帶利用率低，只適用于速率要求不高的衰落信道中傳輸（如短波信道、無線尋呼FLEX系統(tǒng)采用4FSK）MFSK調(diào)制解調(diào)原理－2/3MFSK調(diào)制原理：與2FSK基本相同；MFSK信號的相位一般不連續(xù)，它可看成是M個振幅相同、載頻不同、時間上互不相容的2ASK信號的疊加MFSK解調(diào)原理非相干解調(diào)：當(dāng)某個碼元輸入時，只有其對應(yīng)的載波支路的帶通濾波器輸出為信號加噪聲，其余支路的帶通濾波器輸出均只有噪聲；判決方式與2FSK基本相同相干解調(diào)：用相關(guān)檢波器代替非相干解調(diào)的包絡(luò)檢波器即可；其實現(xiàn)復(fù)雜，應(yīng)用較少70MFSK信號的調(diào)制與解調(diào)原理-3/3二進(jìn)制碼11100100多進(jìn)制碼0001101171MFSK信號的抗噪聲性能在M一定的情況下，信噪比r越大，誤碼率Pe越??；在r一定的情況下，M越大，誤碼率Pe也越大。相干解調(diào)和非相干解調(diào)的性能差距將隨M的增大而減小。多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制MPSKMPSK概念：MPSK信號碼元采用M個不同的載波初始相位代表M進(jìn)制信號信號一般表達(dá)：正交信號表達(dá)：MPSK信號波形可看作是具有正交載頻的兩個特定MASK信號碼元之和（令A(yù)0=0）73MPSK信號矢量圖4PSK8PSK/8,3/8,5/8,7/8,9/8,11/8,13/8,15/8

2PSK0和π或/2雙比特碼元載波相位

kabA方式B方式000°45°0190°135°11180°225°10270°315°表1格雷碼，使相鄰相位所代表的2個比特只有1位不同MPSK的相位問題MPSK采用格雷碼編碼方式MPSK碼元三種相位狀況波形與相位連續(xù)波形與相位不連續(xù)：當(dāng)碼元載波周期數(shù)非整數(shù)時波形連續(xù)但相位不連續(xù)碼元邊界處相位不連續(xù)問題信號頻譜展寬信號包絡(luò)出現(xiàn)起伏隱含假設(shè)碼元包含整數(shù)個載波周期PSK碼元邊界瞬間相位連續(xù)MPSK特點及應(yīng)用特點：帶寬效率高（比MFSK好）;抗噪聲性能好（比MASK好）應(yīng)用廣泛：常用的是4PSK，8PSK，M再大就用MQAM（多電平正交振幅調(diào)制）；由于相位模糊，實際應(yīng)用的是MDPSK。但MDPSK實際就是MPSK再加上差分編譯碼，故可以簡單地說成MPSK。76四相絕對移相鍵控（4PSK或QPSK）表達(dá)式兩個正交分量的合成，故得正交相移鍵控QPSK結(jié)論：QPSK信號可以看作是兩路正交的2PSK信號之和同相支路I(t)、正交支路Q(t)比M低一級(M/2)，如對4PSK，I、Q為2PSKI(t),Q(t)為雙極性NRZ77QPSK信號的產(chǎn)生調(diào)相法（正交調(diào)制法）框圖將(a,b)變?yōu)殡p極性電平I(t),Q(t)I(t)被cos

ct調(diào)制，稱為同相支路Q(t)被-sin

ct調(diào)制，稱為正交支路相比輸入序列，I(t),Q(t)速率減半Ts=2Tb，且相互是對齊的;相位跳變僅在碼元跳變處發(fā)生將發(fā)生的最大相移78QPSK的相位邏輯關(guān)系符合格雷碼的相位邏輯：相鄰符號所對應(yīng)的雙比特碼元只相差一個比特格雷碼相位邏輯的優(yōu)點：減小誤比特率a0011b0110I支路相移180°180°0°0°Q支路相移270°90°90°270°合成相位225°135°45°315°最大相位跳變=？QPSK星座圖和相位轉(zhuǎn)意圖相位選擇法：按照串/并變換器輸出的雙比特碼元的不同，邏輯選相電路輸出相應(yīng)的載波。45°135°225°

315°雙比特碼元載波相位

kab0045°01135°11225°10315°80

QPSK信號的功率譜兩路2PSK信號功率譜密度的線性疊加當(dāng)信息速率Rb相同時，QPSK功率譜的主瓣寬度是2PSK的一半，這是多進(jìn)制帶來的好處（降低符號速率，所以所需帶寬縮小了）雙極性NRZ2PSKQPSK81QPSK信號的解調(diào)相干解調(diào)：由兩個2PSK信號相干解調(diào)器構(gòu)成QPSK信號可以看成是兩個正交的2PSK信號之和能采用非相干解調(diào)嗎?82恒定包絡(luò)和非恒定包絡(luò)的QPSK-1/2QPSK相干解調(diào)的誤比特率表達(dá)式為可見Eb越大，誤比特率越低。當(dāng)發(fā)射端的短時最大功率確定時，信號包絡(luò)起伏越小，Eb越大理想QPSK，發(fā)送（成形）濾波器的沖擊響應(yīng)為矩形脈沖包絡(luò)恒定，有最大的Eb，有最小的誤比特率但功率譜旁瓣較大（矩形脈沖的頻譜衰減很慢），帶寬較大，而信道帶寬往往是受限的83恒定包絡(luò)和非恒定包絡(luò)的QPSK-2/2實際發(fā)送的是限帶QPSK非恒定包絡(luò)（只能采用線性功放，其功率效率低;若用非線性功放就會產(chǎn)生頻譜擴散在相鄰符號的相位相差π時，在符號的邊界處，信號包絡(luò)為0（包絡(luò)起伏大），Eb減小，誤比特率增大。QPSK84解決辦法如果有改進(jìn)的QPSK調(diào)制方法，能在限帶的情況下減小信號包絡(luò)的起伏，則能增大Eb，減小誤比特率。解決辦法：偏置正交相移鍵控OQPSK85OQPSK信號的產(chǎn)生與QPSK的比較相同點：都是經(jīng)串并變換后對兩支路作正交調(diào)制速率減半，Ts=2Tb

不同點：I、Q支路碼元在時間上不再是對齊的，而是偏移了一個比特間隔（半個碼元寬度），即Tb任意時刻只有兩路比特流中的一個改變它的值，故載波的最大相移=？86QPSK與OQPSK相位轉(zhuǎn)移圖

OQPSK不會發(fā)生π的相位突變，相位變化只會是π/2或-π/2（結(jié)合信號矢量圖來理解）信號波形圖限帶的OQPSK信號的包絡(luò)起伏比較小，Eb增大大，誤碼率減小QPSKOQPSK功率譜：與QPSK相同87小結(jié)OQPSK調(diào)制器輸入的信號其正交支路比特流比同相支路比特流延遲了1個比特OQOSK信號的相位僅能產(chǎn)生

/2的跳變，而無的變化，信號包絡(luò)變化小，經(jīng)硬限幅后或非線性放大后，不會再生旁瓣，仍能保持其帶限的性質(zhì)，非常適合移動通信使用QPSK由于包絡(luò)過零點，經(jīng)硬限幅后或非線性放大后，會帶來旁瓣再生和頻譜擴散（由功率放大器“調(diào)幅-調(diào)相效應(yīng)”引起）移動通信要求：高的帶寬效率和功率效率QPSK和QQPSK信號不能采用非相干解調(diào)，只能采用相干解調(diào)

應(yīng)用：IS-95CDMA下行：QPSK；上行：OQPSK88

/4QPSK

/4-ShiftQuadraturePhaseShiftKeying

/4-QPSK調(diào)制是OQPSK和QPSK的實際最大相位變化進(jìn)行折衷在

/4-QPSK中，最大相位變化限制在

135

，而QPSK是±180

，OQPSK是±90度。因此帶限

/4-QPSK信號比帶限QPSK有更好的恒包絡(luò)性質(zhì)，但是對包絡(luò)變化方面比OQPSK要敏感

/4-QPSK可以用相干或非相干方法進(jìn)行解調(diào)非相干檢測將大大簡化接收機的設(shè)計。在采用差分編碼后，

/4-QPSK可成為

/4-DQPSK。

/4-QPSK信號具有頻譜特性好，功率效率高，抗干擾能力強等特點?？梢栽?5KHz帶寬內(nèi)傳輸32Kb/s數(shù)字信息，從而有效地提高頻譜利用率，增大了系統(tǒng)容量。對于大功率系統(tǒng)，易進(jìn)入非線性，從而破壞了線性調(diào)制的特征，因而在數(shù)字移動通信中，特別是小功率系統(tǒng)，如PHS（即小靈通系統(tǒng)）中得到了應(yīng)用89

/4DQPSK調(diào)制原理調(diào)制器Ik=Ik-1cos

k-Qk-1sin

k

Qk=Ik-1sin

k+Qk-1cos

k

k是當(dāng)前碼元的相位跳變xkyk

k00/4013/411-3/410-/4采用Gray編碼的雙比特（xk,yk）與相移

φk的關(guān)系

ykI、Q支路符號速率是輸入數(shù)據(jù)速率的一半在第k個碼元區(qū)間內(nèi)，差分相位編碼器的輸出和輸入有如下關(guān)系:Ik

和Qk共有五種取值,分別對應(yīng)于8個相位點的坐標(biāo)值相位跳變必定在“

”組和“

”組之間跳變。即在相鄰碼元，僅會出現(xiàn)從“

”組到“

”組相位點（或“

”組到“”組）的跳變，而不會在同組內(nèi)跳變相當(dāng)于由兩個相差

/4的QPSK星座圖交替產(chǎn)生91MPSK信號的功率譜密度M越大，功率譜主瓣越窄，頻帶利用率越高信息速率Rb=1/Ts相同時，2PSK,4PSK,8PSK信號的功率譜密度頻帶利用率：2PSK:0.5(b/s)/Hz，QPSK：1(b/s)/Hz，8PSK：1.5(b/s)/Hz92差分四相移相鍵控QDPSK與2PSK一樣，QPSK也存在相位模糊問題，因而實際上采用QDPSKQDPSK：利用前后碼元之間的相對相位變化

k來表示數(shù)字信息表達(dá)式：或ak、bk為絕對碼ck、dk為相對碼93QDPSK信號的調(diào)制與解調(diào)調(diào)制：是在QPSK調(diào)制的基礎(chǔ)上插入碼變換器（插在串/并變換器之后）解調(diào)：是在QPSK解調(diào)的基礎(chǔ)上插入碼反變換器（插在并/串變換器之前）。此外，也可采用差分相干解調(diào)。調(diào)制器：碼變換器+調(diào)相法采用A方式編碼碼變換器有16種可能的輸出見表7-5輸入碼元相移量

kabA方式B方式0090°135°010°45°11270°315°10180°225°表7-4QDPSK編碼規(guī)則95一種QDPSK碼變換器的邏輯功能（V.32建議）本時刻輸入碼元本時刻相移量前一時刻輸出碼元本時刻輸出碼元anbn

ncn-1dn-1

n-1cndn

n0090°0001111090°0°270°180°00011110180°90°0°270°010°0001111090°0°270°180°0111100090°0°270°180°11270°0001111090°0°270°180°

111000010°270°180°9°10180°0001111090°0°270°180°10000111270°180°90°0°？180

+90

=270

表7-5碼變換器的作用：將00變成10本時刻載波相位

n：QDPSK解調(diào)器：與QPSK一樣，只增加了碼反變換器相干解調(diào)極性比較法差分相干解調(diào)（相位比較法）97MPSK系統(tǒng)抗噪聲性能QPSK系統(tǒng)：MPSK系統(tǒng)（r>>1）：MDPSK系統(tǒng)（r>>1）：結(jié)論：當(dāng)M很大時，MDPSK系統(tǒng)比相干MPSK系統(tǒng)約損失3dB功率。當(dāng)M=4時，約損失2.3dB。98APK：同時利用載波的振幅和相位來傳送信息ASK：利用載波振幅來傳送信息PSK：利用載波相位來傳送信息APK好處：既不多占頻帶，又可以通過星座圖的合理分布來增大信號點間距離(距離小，判決區(qū)域也小，造成判決錯誤概率增加)，從而增強抗干擾能力。振幅相位聯(lián)合鍵控（APK）MPSK和MASK的問題：MPSK、MASK單獨使用都不能充分利用信號平面隨著M的增加，矢量端點的最小距離隨之減小兩系統(tǒng)所占頻帶相同！99APK信號的一般表達(dá)式表達(dá)式：若基帶信號采用矩形脈沖（NRZ），則APK信號表達(dá)式為：1）A是固定振幅，Xn、Yn為已調(diào)APK信號的振幅；2）cn、dn由輸入數(shù)據(jù)確定，它們決定了已調(diào)APK信號在信號空間中的坐標(biāo)點結(jié)論：APK信號可視為兩個正交振幅鍵控(QAM)信號之和！APK信號中，最基本的是16QAM

n=±/4,An=±A此時為QPSK100MQAM星座圖及相鄰信號點間的距離星座圖：描述信號矢量端點的分布圖，有方型和星型對16QAM：(對方型：3種振幅，12種相位，L=4)第i個信號表達(dá)式為：

對16PSK：結(jié)論：d2超過d11.64dB16QAM的抗干擾性能優(yōu)于16PSK（M>4即可滿足）A16PSK16QAM相鄰信號點間的距離：L為M個信號在x或y軸上投影的電平數(shù)(-3,-1,+1,+3)10116QAM星座圖X1X2(Y1Y2)電平01-300-110+111+3接收端判決電平有3個：+2,0,-2用于帶寬有限的場合，如電話信道上傳數(shù)字信號MQAM星座圖的特點：取矩形或十字形M=4、16、64、256...取矩形M=32、128...取十字形103數(shù)字調(diào)制分類的方法數(shù)字式調(diào)制不恒定包絡(luò)ASK（振幅鍵控）QAM（正交幅度調(diào)制）MQAM（星座調(diào)制）恒定包絡(luò)BFSK（二進(jìn)制頻移鍵控）MFSK（多進(jìn)制頻移鍵控）FSK(頻移鍵控)BPSK（二進(jìn)制相移鍵控）DPSK（差分二進(jìn)制相移鍵控）QPSK(正交四相移相鍵控)OQPSK（參差QPSK）DQPSK（差分QPSK）PSK(相移鍵控)CPM(連續(xù)相位調(diào)制)MSK（最小頻移鍵控）GMSK（高斯成型MSK）TFM（平滑調(diào)頻）104總結(jié)數(shù)字調(diào)制的概念二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制比較（見表）與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制相比，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制有效性高可靠性差三種多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制比較MASK可靠性最差，MFSK的

b增大受限；MPSK（實為MDPSK）獲得廣泛應(yīng)用，但受可靠性的限制，只用到QPSK、8PSKMQAMMPSK是MQAM的特例MPSK的信號點為一維分布，而MQAM為二維分布，故MQAM抗干擾能力比MPSK強，因而應(yīng)用廣泛MSK和GMSK屬于改進(jìn)的FSK體制105二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)比較（1/2）類型載波受控參量對應(yīng)的模擬調(diào)制表達(dá)式功率譜2ASK（OOK）振幅AM連續(xù)譜離散譜(

fc)2FSK頻率FM連續(xù)譜離散譜(

f1,

f2)2PSK絕對相位DSB-SC連續(xù)譜2DPSK相對相位DSB-SC連續(xù)譜注：要以2ASK信號為基礎(chǔ)來理解2FSK、2PSK信號的表達(dá)式、功率譜、帶寬及產(chǎn)生和解調(diào)的方法106二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)比較（2/2）類型帶寬頻帶利用率產(chǎn)生方法解調(diào)方法誤碼率2ASK（OOK）2fs0.51.模擬調(diào)幅2.鍵控相干解調(diào)非相干解調(diào)2FSK|f2-f1|+2fs1.模擬調(diào)頻2.鍵控相干解調(diào)非相干解調(diào)2PSK2fs0.51.模擬調(diào)幅2.鍵控相干解調(diào)2DPSK2fs0.5差分編碼+2PSK調(diào)制相干解調(diào)（同步檢測）差分相干解調(diào)|f2-f1|+2fsfs