通信原理第8章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù).ppt

1、1,通信原理,第八章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù) (8.1-8.2),2,第8章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù),8.1 正交振幅調(diào)制(QAM) 8.2 最小頻移鍵控和高斯最小 頻移鍵控 8.3 正交頻分復(fù)用,主要內(nèi)容,3,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),問題的提出： 多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）的頻帶利用率高，功率利用率較高； 隨著M的增大，相鄰相位的距離逐漸變小，噪聲容限減小，可靠性降低； 需要改善在M取值較大時(shí)的噪聲容限。,4,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),解決方法： 單獨(dú)使用幅度或相位攜帶信息時(shí)，不能充分利用信號平面，上MASK 的信號點(diǎn)只能分布在一個(gè)軸上， MPSK的信號點(diǎn)只能分布在一個(gè)圓。振幅和相

2、位聯(lián)合調(diào)制（APK），以正交幅度調(diào)制（QAM）為主。,5,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),兩個(gè)相互正交的振幅鍵控信號之和。,信號表達(dá)式：,正交幅度調(diào)制(QAM)的另一種理解,Xk,Yk,6,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)組成：,7,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),矩形星座圖 M為2的偶數(shù)次冪 十字形星座圖 M為2的奇數(shù)次冪 QPSK與4QAM相同,MQAM星座圖,8,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),16QAM信號的產(chǎn)生方法 正交調(diào)幅法：用兩路獨(dú)立的正交4ASK信號疊 加，形成16QAM信號。,9,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),復(fù)合相移法：它用兩路獨(dú)立的QPSK信號疊加，形

3、成16QAM信號。,10,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),16QAM信號和16PSK信號的性能比較： 按最大振幅相等，畫出這兩種信號的星座圖,11,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),設(shè)其最大振幅為A，則16PSK信號的相鄰信號點(diǎn)的最小距離為 16QAM的相鄰信號點(diǎn)最小歐式距離為 d2超過d1約1.57 dB。,12,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),這時(shí)是在最大功率（振幅）相等的條件下比較的，沒有考慮這兩種體制的平均功率差別。16PSK信號的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。 16QAM信號，在等概率出現(xiàn)條件下，可以計(jì)算出其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55 dB。 在平均功率

4、相等條件下，16QAM的相鄰信號距離超過16PSK約4.12 dB。,13,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),MQAM的頻帶利用率,理想情況下MQAM與MPSK最高頻帶利 用率均為： 基帶傳輸系統(tǒng)為升余弦滾降時(shí)，頻帶利 用率為：,14,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),實(shí)例：一種用于調(diào)制解調(diào)器的傳輸速率為9600 b/s的16QAM方案，其載頻為1650 Hz，濾波器帶寬為2400 Hz，滾降系數(shù)為10。,15,8.1 正交振幅調(diào)制(QAM),16QAM方案的改進(jìn)： QAM的星座形狀并不是正方形最好，實(shí)際上以 邊界越接近圓形越好。 實(shí)例：,16,第6章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù),8.1 正交振幅調(diào)制(

5、QAM) 8.2 最小頻移鍵控和高斯最小 頻移鍵控 8.3 正交頻分復(fù)用,主要內(nèi)容,17,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,OQPSK和/4QPSK雖然消除了QPSK信號中180的相位突變，改善了包絡(luò)的起伏，但并沒有從根本上解決包絡(luò)起伏問題。 包絡(luò)起伏是由相位的非連續(xù)變化引起的，很自然會(huì)想到使用相位連續(xù)變化的調(diào)制方式。 本節(jié)討論的最小頻移鍵控（MSK）和高斯最小頻移鍵控（GMSK ）就是恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制。,調(diào)制指數(shù)：,18,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,定義：最小頻移鍵控（MSK）信號是一種包絡(luò) 恒定、相位連續(xù)、帶寬最小并且嚴(yán)格正 交的2FSK信號。波形圖如下：,19,8.2

6、 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,8.2.1 正交2FSK信號的最小頻率間隔 假設(shè)2FSK信號碼元的表示式為 為了滿足正交條件，要求,20,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,假設(shè)1+0 1，上式左端第1和3項(xiàng)近似等于零，則它可以化簡為,21,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,由于1和0是任意常數(shù)，故必須同時(shí)有 當(dāng)m = 1時(shí)是最小頻率間隔，最小頻率間隔等于 1/Ts。,22,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,對于相干解調(diào)，則要求初始相位是確定的，在接收端是預(yù)知的，這時(shí)可以令1 - 0 = 0。 對于相干解調(diào)，保證正交的2FSK信號的最小頻 率間隔等于1 / (2Ts)。,23

7、,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,MSK信號的時(shí)域表達(dá)式,表示未調(diào)載波頻率；,Ts 表示碼元寬度；,A 表示已調(diào)信號振幅；,ak 表示第k個(gè)碼元中的信息，其取值為,表示直到 時(shí)刻的累積相位值。,8.2.2 最小頻移鍵控的原理,24,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,令,MSK信號可以表示成在時(shí)間間隔 內(nèi)具有兩個(gè)頻率之一的正弦波。,定義：,25,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,頻率間隔：,MSK的調(diào)制指數(shù) ：,滿足正交條件的最小頻移指數(shù)。,26,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,MSK的相位分析,定義：,=,27,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,28,8.2

8、最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,MSK的相位網(wǎng)格圖,QPSK信號的相位改變量,29,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,MSK信號特點(diǎn),（1）已調(diào)信號的振幅是恒定的； （2）信號的頻率偏移嚴(yán)格地等于 相應(yīng)的調(diào)制指數(shù) ；,（3）以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個(gè)碼 元期間內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化 ；,（4）在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻信號的相位是連續(xù)的， 或者說，信號的波形沒有突跳。,30,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,MSK信號的調(diào)制,8.2.3 MSK信號的產(chǎn)生和解調(diào),31,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,MSK信號的解調(diào)方法 延時(shí)判決相干解調(diào)法,32,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,

9、設(shè) ，MSK信號相位 的變化規(guī)律,在t 2T 時(shí)，k(t)的相位可能為0或。,33,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,在解調(diào)時(shí)，若用cos(ct + /2)作為相干載波與MSK信號相乘，則得到 上式右端第二項(xiàng)的頻率為2c。將它用低通濾波器濾除，并省略掉常數(shù)(1/2)后，得到輸出電壓,34,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,按照輸入碼元ak的取值不同，輸出電壓v(t)的軌 跡圖： 若輸入的兩個(gè)碼元為“1, +1”或“1, -1”，則 k(t)的值在0 t 2Ts 期間始終為正。 若輸入的一對碼元為“1，+1”或“1，1”， 則k(t)的值始終為負(fù)。,35,8.2 最小頻移鍵控和高斯最

10、小頻移鍵控,若在此2Ts期間對上式積分，則積分結(jié)果為正值時(shí)，說明第一個(gè)接收碼元為“1”； 若積分結(jié)果為負(fù)值，則說明第1個(gè)接收碼元為“1”。 按照此法，在Ts t 3Ts期間積分，就能判斷第2個(gè)接收碼元的值，依此類推。 用這種方法解調(diào)，由于利用了前后兩個(gè)碼元的信息對于前一個(gè)碼元作判決，故可以提高數(shù)據(jù)接收的可靠性。,36,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,兩個(gè)積分判決器的積分時(shí)間長度均為2Ts，但是錯(cuò)開時(shí)間Ts。上支路的積分判決器先給出第2i個(gè)碼元輸出，然后下支路給出第(2i+1)個(gè)碼元輸出。,37,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,8.2.4 MSK信號的功率譜 MSK信號的歸一化（

11、平均功率1 W時(shí)）單邊 功率譜密度,與頻率f 4成反比,與頻率f 2成反比,MSK能量集中在頻率較低處,能量集中在頻率較高處,38,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,討論：,與BPSK信號相比，MSK信號的功率譜密度更為 集中，即其旁瓣下降得更快。故它對于相鄰頻道 的干擾較小。 計(jì)算表明，包含99信號功率的帶寬近似值為： 對于 MSK： B 1.2/Ts Hz 對于 BPSK：B 9/Ts Hz 由此可見，MSK信號的帶外功率下降非?？臁?39,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,8.2.5 MSK信號的誤碼率性能 MSK信號是用極性相反的半個(gè)正（余）弦波形去調(diào)制兩個(gè)正交的載波。當(dāng)用

12、匹配濾波器分別接收每個(gè)正交分量時(shí)，MSK信號的誤比特率性能和2PSK、QPSK及OQPSK等的性能一樣。 若把它當(dāng)作FSK信號用相干解調(diào)法在每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間Ts內(nèi)解調(diào)，則其性能將比2PSK信號的性能差3dB。,40,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,8.2.6 高斯最小頻移鍵控 在進(jìn)行MSK調(diào)制前將矩形信號脈沖 先通過一個(gè)高斯型的低通濾波器。這 樣的體制稱為高斯最小頻移鍵控 (GMSK)。,41,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,高斯型低通濾波器的設(shè)計(jì)要求： （1）窄的帶寬和尖銳的過渡帶； （2）低峰突的沖激響應(yīng)； （3）保持輸出脈沖的面積不變，以保證/2 的相移。,高斯低通濾波器的歸一化3dB帶寬 與碼元長度的乘積。,42,8.2 最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控,用計(jì)算機(jī)仿真方法得到的功率譜,當(dāng)BT乘積減小時(shí)，旁瓣電平衰減非常快,第二個(gè)旁瓣的峰值比主瓣低30dB還多,第二個(gè)旁瓣的峰值比主瓣低20dB,BT乘積愈小，所對應(yīng)的GMSK信號