通信原理教程620141115

1、2022-5-91通信原理主講：?jiǎn)谓瓥|（第六章）2022-5-92基本要求：基本要求：了解數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)制的概念和目的，數(shù)字信號(hào)調(diào)制解調(diào)的基本原理和一般方法；掌握二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的時(shí)域表示和頻譜特性；掌握二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理、時(shí)域波形和系統(tǒng)抗噪聲性能分析；掌握二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理、時(shí)域波形和系統(tǒng)抗噪聲性能分析；掌握二進(jìn)制相移鍵控（2PSK或2DPSK）信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理、時(shí)域波形和系統(tǒng)抗噪聲性能分析；了解多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的概念和目的；了解多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（PSK、4DPSK）信號(hào)的星座圖組成、調(diào)制解調(diào)原理。第六章 基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2022-5-9

2、36.1 概述l正弦形載波 ： 或式中，A 振幅 (V)； f0 頻率 (Hz)； 0 = 2 f0 角頻率 (rad/s)； 為初始相位 (rad)。l3種基本的調(diào)制制度：振幅調(diào)制調(diào)幅信號(hào)頻率調(diào)制調(diào)頻信號(hào)相位調(diào)制調(diào)相信號(hào) )cos()(0tAts)2cos()(0tfAts2022-5-94l二進(jìn)制基帶數(shù)字信號(hào)基本的調(diào)制制度：振幅鍵控ASK 頻移鍵控FSK 相移鍵控PSK TTT“1”“1”“0”“1”“1”“0”Tl根據(jù)已調(diào)信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)n線性調(diào)制：振幅鍵控n非線性調(diào)制：頻移鍵控和相移鍵控2022-5-95l矢量表示法和矢量圖tjtetjsincos稱為正弦波 的復(fù)數(shù)形式。 可以用一個(gè)

3、角速度為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的單位矢量表示。tcostje如圖所示，當(dāng)t=t1時(shí)， 的水平分量等于 ，垂直分量等于 。當(dāng)t=t00時(shí)， 。1tje1cost1sintjn矢量圖和波形圖在討論調(diào)制和解調(diào)中都被廣泛采用。0cos0tetj2022-5-966.2 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK) 6.2.1 基本原理表示式：式中，0 2f0為載波的角頻率； 調(diào)制方法 :相乘電路：包絡(luò)可以是非矩形的，A(t)必須具有直流分量開關(guān)電路：包絡(luò)是矩形的TtttAts0)cos()()(0”時(shí)。當(dāng)發(fā)送“”時(shí)當(dāng)發(fā)送“00,1)(AtA相乘器cos0ts(t)A(t)cos0ts(t)A(t)2022-5-97解調(diào)方法：包絡(luò)檢

4、波法（非相干解調(diào)） 不利用載波相位信息 ：包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器全波全波整流整流帶通帶通濾波濾波低通低通濾波濾波抽樣抽樣判決判決定時(shí)脈沖定時(shí)脈沖s(t)A(t)相干載波相干載波cos 0t相乘相乘電路電路帶通帶通濾波濾波低通低通濾波濾波抽樣抽樣判決判決定時(shí)脈沖定時(shí)脈沖s(t)A(t)相干解調(diào)法 利用載波相位信息：2022-5-986.2.2 功率譜密度設(shè)2ASK隨機(jī)信號(hào)序列的一般表示式為 ：式中，an 二進(jìn)制單極性隨機(jī)振幅； g(t) 碼元波形； T 碼元持續(xù)時(shí)間。則可以計(jì)算出：式中， Ps(f) s(t)的功率譜密度； PA(f) A(t)的功率譜密度。若求出了PA(f) ，代入上式就可以求出

5、Ps(f) 。tnTtgattAtsnn00cos)(cos)()()()(41)(00ffPffPfPAAs2022-5-99l求PA(f)：由式(5.5-29)：式中，fc 1/T G1(f) 基帶信號(hào)碼元 g1(t) 的頻譜 G2(f) 基帶信號(hào)碼元 g2(t) 的頻譜現(xiàn)在，g1(t) = 0 ，上式變成：式中，G(f) = G2(f) 現(xiàn)在基帶信號(hào)是矩形脈沖，故由圖2.2.2和式(2.2-9)可知，對(duì)于所有n 0的整數(shù)，G(nfc) = 0。所以上式變成將PA(f)代入Ps(f)式中，得到mcccccAmffmfGPmfPGffGfGPPffP)()()1 ()()()()1 ()(2

6、21221nccccAnffnfGPffGPPffP)()()1 ()()1 ()(2222)()0()1 ()()1 ()(2222fGPffGPPffPccA)()() 0 ()1 (41| )(| )(| )1 (41)(002222020ffffGPfffGffGPPffPccs2022-5-910l求Ps(f)：由上式當(dāng)P = 1/2時(shí)，上式變?yōu)槭街校?，有最終得出：)()() 0 ()1 (41| )(| )(| )1 (41)(002222020ffffGPfffGffGPPffPccs)()()0(161)()(161)(00222020ffffGfffGffGffPccsf

7、TfTTfGsin)(TG | )0(|TffTffTffG)()(sin| )(|000TffTffTffG)()(sin)(000)()(161)()(sin)()(sin16)(00200200ffffTffTffTffTffTfPs2022-5-911PA(f)和Ps(f)的曲線f / fcPA(f)(a) 功率譜密度功率譜密度PA(f)的曲線的曲線1、2ASK信號(hào)的功率譜密度Ps(f)中包含離散譜和功率譜兩部分，連續(xù)譜決定于基帶調(diào)制信號(hào)的譜，而離散譜決定于載頻f0；2、2ASK信號(hào)的帶寬等于基帶調(diào)制信號(hào)帶寬的2倍。n結(jié)論：(b) 功率譜密度功率譜密度Ps(f)的曲線的曲線2022-5

8、-9126.2.3 誤碼率（在加性白色高斯噪聲信道中）誤碼率（在加性白色高斯噪聲信道中）設(shè)在設(shè)在T內(nèi)，帶通濾波后的接收信號(hào)和噪聲電壓等于內(nèi)，帶通濾波后的接收信號(hào)和噪聲電壓等于:式中，式中，n(t)是一個(gè)窄帶高斯過(guò)程是一個(gè)窄帶高斯過(guò)程 ，故有，故有將上兩式代入將上兩式代入y(t)式，得到：式，得到：或或上式為濾波后的接收電壓，下面用它來(lái)計(jì)算誤碼率。上式為濾波后的接收電壓，下面用它來(lái)計(jì)算誤碼率。Tttntsty0)()()(”時(shí)。當(dāng)發(fā)送“”時(shí)，當(dāng)發(fā)送“001cos)(0tAtsttnttntnsc00sin)(cos)()(”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“0sin)(cos)(1sin)(cos)(cos)(

9、00000ttnttnttnttntAtyscsc”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“0sin)(cos)(1sin)(cos)()(0000ttnttnttnttnAtyscsc2022-5-913l 相干解調(diào)法 的誤碼率：抽樣判決處的電壓x(t) 為式中，nc(t) 高斯過(guò)程。當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)，x(t)的概率密度等于：當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)，x(t)的概率密度等于： ”時(shí)當(dāng)發(fā)送“”時(shí)當(dāng)發(fā)送“0)(1)()(tntnAtxcc2212/)(exp21)(nnAxxp2202/exp21)(nnxxph*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hA2022-5-914l令h為判決門限，則將發(fā)送的“1”錯(cuò)判為“0”的概率等于：式

10、中， 將“0”錯(cuò)判為“1”的概率等于：當(dāng)P(1) = P(0)=1/2 時(shí)，相干解調(diào)的總誤碼率為：當(dāng)h值等于最佳門限值h*時(shí)，當(dāng)信噪比r1時(shí)， h*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hAhneAherfdxxpP21121211)(duexerfxu022)(hneherfdxxpP2002121)(nneeeherfaherfPPP21412141212101*)(*)(01xpxp2/21rerfcPe4/1reerP2022-5-915l包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法 的誤碼率的誤碼率 輸出是其輸入電壓輸出是其輸入電壓y(t)的包絡(luò)，故有的包絡(luò)，故有 假定判決門限值等于假定判決門限值等于h，并規(guī)定當(dāng)

11、，并規(guī)定當(dāng)V h時(shí)，判為收到時(shí)，判為收到“1”；當(dāng)當(dāng)V h時(shí)，則判為時(shí)，則判為“0”。 可以計(jì)算出，當(dāng)大信噪比時(shí)，誤碼可以計(jì)算出，當(dāng)大信噪比時(shí)，誤碼率為：率為：”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“0)()(1)()()(2222tntntntnAtVscsc4/21reeP2022-5-916【例例6.1】設(shè)有一個(gè)設(shè)有一個(gè)2ASK信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其中碼元速率信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其中碼元速率RB = 4.8 106 Baud，接收信號(hào)的振幅，接收信號(hào)的振幅A = 1 mV，高斯噪聲的單，高斯噪聲的單邊功率譜密度邊功率譜密度n0 =2 10-15 W / Hz。試求：。試求：1）用包絡(luò)檢波法時(shí)的）用包絡(luò)檢波法時(shí)的最佳誤碼

12、率；最佳誤碼率；2）用相干解調(diào)法時(shí)的最佳誤碼率。）用相干解調(diào)法時(shí)的最佳誤碼率。 解：解：基帶矩形脈沖的帶寬為基帶矩形脈沖的帶寬為1/T Hz。2ASK信號(hào)的帶寬應(yīng)該是信號(hào)的帶寬應(yīng)該是它的兩倍，即它的兩倍，即2/T Hz。故接收端帶通濾波器的最佳帶寬應(yīng)為。故接收端帶通濾波器的最佳帶寬應(yīng)為:B 2/T = 2RB =9.6 106 Hz 故帶通濾波器輸出噪聲平均功率等于故帶通濾波器輸出噪聲平均功率等于:因此其輸出信噪比等于：因此其輸出信噪比等于：（1）包絡(luò)檢波法時(shí)的誤碼率為：）包絡(luò)檢波法時(shí)的誤碼率為： （2）相干解調(diào)法時(shí)的誤碼率為：）相干解調(diào)法時(shí)的誤碼率為：WBnn8021092. 1126109

13、2. 121028622nAr45 .64105 .72121eePre45 . 641066. 1261416. 311eerPre2022-5-9176.3 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK) 6.3.1 基本原理表示式：產(chǎn)生方法：調(diào)頻法：相位連續(xù)開關(guān)法：相位不連續(xù)”時(shí)當(dāng)發(fā)送“”時(shí)當(dāng)發(fā)送“0)cos(1)cos()(0011tAtAtsA(t)開關(guān)電路開關(guān)電路頻率源頻率源1頻率源頻率源0s(t) f1 f 0調(diào)頻器調(diào)頻器A(t)s(t)2022-5-918接收方法：相干接收：非相干接收：包絡(luò)檢波法：定時(shí)脈沖定時(shí)脈沖低通濾波低通濾波低通濾波低通濾波抽樣判決抽樣判決輸出輸出帶通濾波帶通濾波f0帶通濾波

14、帶通濾波f1輸入輸入相乘相乘相乘相乘cos 0tcos 1tV0(t) V1(t)y1(t)y0(t)帶通濾波帶通濾波f0帶通濾波帶通濾波f1包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波抽樣判決抽樣判決定時(shí)脈沖定時(shí)脈沖輸入輸入輸出輸出V0(t) V1(t)2022-5-919過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法帶通濾波帶通濾波放大限幅放大限幅低通低通微分微分整流整流脈沖展寬脈沖展寬abcedf2022-5-9206.3.2功率譜密度功率譜密度 開關(guān)法產(chǎn)生的開關(guān)法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)可以看作是信號(hào)可以看作是兩個(gè)不同頻率兩個(gè)不同頻率2ASK信號(hào)的疊加信號(hào)的疊加： 式中，式中， 2ASK信號(hào)的功率譜密度可以表示為：信號(hào)的功率譜密度可以表

15、示為：2FSK信號(hào)的功率譜密度是兩個(gè)不同頻率信號(hào)的功率譜密度是兩個(gè)不同頻率2ASK信號(hào)的功率信號(hào)的功率譜密度之和：譜密度之和：已知已知2ASK信號(hào)功率譜密度為：信號(hào)功率譜密度為：將其代入上式，得到將其代入上式，得到2FSK信號(hào)的功率譜密度為：信號(hào)的功率譜密度為：ttAttAts0011cos)(cos)()(nnatA)(1nnatA)(01nnaa)()(41)(00ffPffPfPAAs)()(41)()(41)(00001111ffPffPffPffPfPAAAAs)()0()1 ()()1 ()(2222fGPffGPPffPccA2022-5-921當(dāng)發(fā)送“1”和發(fā)送“0”的概率相等

16、時(shí)，概率P = 1/2，上式可以化簡(jiǎn)為：式中，G(f)為基帶脈沖的頻譜： 及將G(f)代入上式，得到2FSK信號(hào)功率譜密度最終表示式為：)()()0(41)()()0()1 (41)()()1 (41)()()1 (41)(002221122220202121ffffGPfffffGPfffGffGPPfffGffGPPffPccccs)()()()()0(161)()()()(161)(00112220202121fffffffffGfffGffGffGffGffPccsfTfTTfGsin)(TG)0()()()()(161)()(sin)()(sin)()(sin)()(sin161)(

17、0011200200211211ffffffffTffTffTffTffTffTffTffTfffPs2022-5-922由上式可以看出，前4項(xiàng)是連續(xù)譜部分，后4項(xiàng)是離散譜。n功率譜密度曲線（正頻率部分）)()()()(161)()(sin)()(sin)()(sin)()(sin161)(0011200200211211ffffffffTffTffTffTffTffTffTffTfffPsfsfs = (f0 +f1) / 2ff1 + fcf0 - fcf0f12fcf1fsff0fs = (f0 +f1) / 2fcf1 + fcf0 - fcfs = (f0 +f1) / 2f1 +

18、fcf0 - fccffff201n帶寬：2/)(10fffs中心頻率（視在頻率）2022-5-9236.3.3 最小頻率間隔在原理上，若兩個(gè)信號(hào)互相正交，就可以把它完全分離 。對(duì)于非相干接收：設(shè): 2FSK信號(hào)為為了滿足正交條件，要求 ：即要求：上式積分結(jié)果為：假設(shè)，上式左端第1和3項(xiàng)近似等于零，則它可以化簡(jiǎn)為”時(shí)當(dāng)發(fā)送“”時(shí)當(dāng)發(fā)送“0)cos(1)cos()(0011tAtAtsTdttt000110)cos()cos(Tdttt0010101010)cos()cos(210)()sin()()sin()sin()sin(01010101010101010101TT0 1)cos(sin(

19、)sin()cos(01010101TT2022-5-924由于1和0是任意常數(shù)，故必須同時(shí)有和上式才等于0。即要求：和式中，n和m均為整數(shù)。 為了同時(shí)滿足這兩個(gè)要求，應(yīng)當(dāng)令 即令所以，當(dāng)取m = 1時(shí)是最小頻率間隔，它等于1 / T。l對(duì)于相干接收：初始相位是確定的，可以令于是，式化簡(jiǎn)為： 因此，要求滿足：即，最小頻率間隔等于1 / 2T 。0 1)cos(sin()sin()cos(01010101TT0)sin(01T1)cos(01TnT )(01mT2)(01mT2)(01Tmff/010010)sin(01T0 1)cos(sin()sin()cos(01010101TTTnff2

20、/012022-5-9256.3.3 誤碼率設(shè)：接收濾波器輸出電壓波形為：l相干檢測(cè)法的誤碼率當(dāng)發(fā)送碼元“1”時(shí)，通過(guò)兩個(gè)帶通濾波器后的兩個(gè)接收電壓分別為：它們和本地載波相乘，并經(jīng)過(guò)低通濾波后，得出 和”時(shí)當(dāng)發(fā)送“”時(shí)當(dāng)發(fā)送“0)(cos1)(cos)(01tntAtntAty定時(shí)脈沖定時(shí)脈沖低通濾波低通濾波低通濾波低通濾波抽樣判決抽樣判決輸出輸出帶通濾波帶通濾波f0帶通濾波帶通濾波f1輸入輸入相乘相乘相乘相乘cos 0tcos 1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)ttnttnAtysc11111sin)(cos)()(ttnttntysc00000sin)(cos)()()()(11

21、tnAtVc)()(00tntVc2022-5-926和n1c(t)和n0c(t)都是高斯過(guò)程，故在抽樣時(shí)刻其抽樣值V1和V0都是正態(tài)隨機(jī)變量。而且，V1的均值為A，方差為n2；V0的均值為0，方差也為n2 。當(dāng) V1 0，則判為“0”，即接收正確；若V 7時(shí)，兩者的區(qū)別可以忽略。dAdueePMrAuAe122/2/2221211)()1(rerfcMPePerb(dB)2022-5-9756.7.3 多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)基本原理： MPSK信號(hào)碼元可以表示為式中，k 受調(diào)制的相位，其值決定于基帶碼元的取值； A 信號(hào)振幅，為常數(shù)； k = 1, 2, M。令A(yù)=1，然后將其展開寫成

22、式中，由上式看出，MPSK信號(hào)碼元可以看作是兩個(gè)正交的MASK信號(hào)碼元之和。因此，其帶寬和后者的帶寬相同。)cos()(0kktAtstbtattskkkk000sincos)cos()(kkacoskkbsin2022-5-976正交相移鍵控(QPSK) 編碼規(guī)則：A和B兩種編碼方式 abkA方式B方式0002251090315111804501270135序號(hào)格雷碼二進(jìn)制碼01230 0 0 00 0 1 00 0 1 10 0 0 10 0 0 0 0 0 0 10 0 1 00 0 1 045670 1 0 10 1 1 10 1 1 00 1 0 00 1 0 0 0 1 0 10

23、1 1 00 1 1 1891011121314151 1 0 01 1 1 01 1 1 11 1 0 11 0 0 11 0 1 11 0 1 01 0 0 0 1 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10111001045 參考相位參考相位00101101參考相位參考相位 (a) A方式方式 (b)B方式方式 格雷(Gray)碼規(guī)律：相鄰k之間僅差1比特。格雷碼優(yōu)點(diǎn)：誤比特率小。2022-5-977產(chǎn)生方法第一種方法：相乘法二進(jìn)制碼元“1” 雙極性脈沖“+1” 二進(jìn)制碼元“0” 雙極性脈沖“-1”cos ( 0t+ /

24、2) = -sin 0t載波載波產(chǎn)生產(chǎn)生相乘相乘電路電路相乘相乘電路電路 /2移相移相串串/并并變換變換相加相加電路電路cos 0tA(t)s(t)圖圖6.7.9 6.7.9 第一種第一種QPSKQPSK信號(hào)產(chǎn)生方法信號(hào)產(chǎn)生方法ab01110010a(1)a(0)b(1)b(0)B方式編碼方式編碼 圖圖6.7.10 QPSK6.7.10 QPSK矢量圖矢量圖2022-5-978第二種方法：選擇法串串/并并變換變換相位相位選擇選擇帶通帶通濾波濾波四相位載四相位載波發(fā)生波發(fā)生 1 4 3 2abn候選的四個(gè)相位也可以是A方式或B方式。2022-5-979解調(diào)方法 相干解調(diào)載波載波提取提取相乘相乘低

25、通低通抽判抽判 /2相乘相乘低通低通抽判抽判并并/串串A(t)s(t)abcos 0t-sin 0t定時(shí)定時(shí)提取提取2022-5-980誤碼率 若發(fā)送信號(hào)“11”的相位為45，則判決門限應(yīng)該設(shè)在0和90。 設(shè)：f() 接收矢量相位的概率密度，則錯(cuò)誤概率等于：上式計(jì)算結(jié)果為：誤比特率由解調(diào)方框圖可見， 正交的兩路相干解調(diào)方法和2PSK中采用的解調(diào)方法一樣。所以其誤比特率的計(jì)算公式也和2PSK的誤碼率公式一樣。0111001090 0 2/0)(1dfPe22/2111rerfcPe2022-5-981MPSK信號(hào)的誤碼率當(dāng)信噪比r足夠大時(shí)， )/(sin2MreePPerb （dB）2022-5

26、-9826.7.4 多進(jìn)制差分相移鍵控(MDPSK)基本原理以4進(jìn)制DPSK(QDPSK )信號(hào)為例 表中k是相對(duì)于前一相鄰碼元的相位變化 abkA方式方式000 1090 11180 01270 2022-5-983產(chǎn)生方法相乘的信號(hào)應(yīng)該是不歸零二進(jìn)制雙極性矩形脈沖“+1”和“-1”， 對(duì)應(yīng)關(guān)系是： 二進(jìn)制碼元“0” “1”二進(jìn)制碼元“1” “1”abcd碼碼變換變換相加相加電路電路s(t)A(t)串串/并并變換變換- /4載波載波產(chǎn)生產(chǎn)生相乘相乘電路電路相乘相乘電路電路 /4A A方式編碼方式編碼2022-5-984當(dāng)前輸入的一對(duì)碼元及當(dāng)前輸入的一對(duì)碼元及要求的相對(duì)相移要求的相對(duì)相移前一時(shí)

27、刻經(jīng)過(guò)碼變換后的前一時(shí)刻經(jīng)過(guò)碼變換后的一對(duì)碼元及所產(chǎn)生的相位一對(duì)碼元及所產(chǎn)生的相位當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的變換后一對(duì)碼元和相位變換后一對(duì)碼元和相位ak bkkck-1 dk-1 k-1ck dk k0 00 0 01 01 10 10 90 180 270 0 01 01 10 10 90 180 270 1 090 0 01 01 10 10 90 180 270 1 01 10 10 090 180 270 0 1 1180 0 01 01 10 10 90 180 270 1 10 10 01 0180 270 0 90 0 1270 0 01 01 10 10 90 180

28、 270 0 10 01 01 1270 0 90 180 QDPSK碼變換關(guān)系碼變換關(guān)系:2022-5-985解調(diào)方法極性比較法和QPSK信號(hào)極性比較法解調(diào)相似，只多一步逆碼變換，將相對(duì)碼變成絕對(duì)碼。 圖圖6.7.15 A方式方式QDPSK信號(hào)解調(diào)方法信號(hào)解調(diào)方法bacdA(t)- /4相乘相乘電路電路相乘相乘電路電路 /4s(t)低通低通濾波濾波低通低通濾波濾波抽樣抽樣判決判決抽樣抽樣判決判決并并/串串變換變換逆碼逆碼變換變換定時(shí)定時(shí)提取提取載波載波提取提取2022-5-986碼變換原理設(shè)第k個(gè)接收信號(hào)碼元可以表示為相乘電路的相干載波 上支路：下支路：相乘電路輸出：上支路：下支路：經(jīng)過(guò)低通

29、濾波后，上支路： 下支路：)cos()(0kkttsTktkT) 1( )4cos(0t)4cos(0t)4cos(21)4(2cos21)4cos()cos(000kkkttt)4cos(21)4(2cos21)4cos()cos(000kkkttt)4cos(21k)4cos(21k2022-5-987判決規(guī)則：“” 二進(jìn)制碼元“0” “” 二進(jìn)制碼元“1” 判決輸出將送入逆碼變換器恢復(fù)出絕對(duì)碼。設(shè)逆碼變換器的當(dāng)前輸入碼元為ck和dk，當(dāng)前輸出碼元為ak和bk，前一輸入碼元為ck-1和dk-1 。信號(hào)碼元相位k上支路輸出下支路輸出判決器輸出cD090180270011000112022-5

30、-988前一時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的逆變換后的一對(duì)碼元ck-1dk-1ck dkakbk000011011000110110010011011010010011110011011011001001100011011001101100QDPSK逆碼變換關(guān)系逆碼變換關(guān)系2022-5-989上表中的碼元關(guān)系可以分為兩類：當(dāng) 時(shí)，當(dāng) 時(shí)，從上兩式中畫出逆碼變換器的原理方框圖如下：011kkdc11kkkkkkddbcca111kkdc11kkkkkkccbdda交交叉叉直直通通電電路路bkakdk-1延遲延遲T延遲延遲Tdkckdk-1ck-12022-5-990相位

31、比較法 A(t)- /4相乘相乘電路電路相乘相乘電路電路 /4s(t)低通低通濾波濾波低通低通濾波濾波抽樣抽樣判決判決抽樣抽樣判決判決并并/串串變換變換定時(shí)定時(shí)提取提取延遲延遲TnQDPSK信號(hào)相位比較法解調(diào)的原理與2DPSK信號(hào)相位比較法解調(diào)的原理基本一樣。不同的是接收信號(hào)包含正交兩路已調(diào)載波，需用兩個(gè)支路差分相干解調(diào)。 2022-5-991 誤碼率 在大信噪比條件下，誤碼率計(jì)算公式為 當(dāng)M = 4時(shí)，上式變成)2/(sin22MreeP)8/(sin22reePPerb（dB）2022-5-992u補(bǔ)充內(nèi)容：八相絕對(duì)調(diào)相（8PSK）l基本原理：有8種可能的輸出相位，解調(diào)時(shí)要對(duì)8種不同的相位

32、進(jìn)行解碼。l產(chǎn)生方法：利用正交法。2022-5-993lA、B兩路2-4電平變換及8PSK相位真值表AC輸出00-0.382701-0.923911+0.923910+0.3827BC輸出01-0.923900-0.382710+ 0.382711+ 0.9239ABC8PSK相位11122.5o11067.5o010112.5o011157.5o001-157.5o000-112.5o100-67.5o101-22.5o2022-5-994l8PSK相位矢量及星座圖2022-5-995l8PSK信號(hào)的解調(diào)解調(diào)過(guò)程是調(diào)制的逆過(guò)程，原理與QPSK類似。2022-5-996lMPSK的特點(diǎn)1.在碼

33、元速率相同時(shí)，多相制的帶寬與二相制帶寬相同，但信息速率是二相制的log2M倍，因此頻帶利用率也是二進(jìn)制的log2M倍。2.多相制的誤碼率高于二相制，并且隨M的增大而增加。3.多相制屬恒包絡(luò)調(diào)制，發(fā)信機(jī)功率得到了充分利用。4.與MASK相比，帶寬、信息速率及頻帶利用率相同。MPSK是恒包絡(luò)調(diào)制，平均功率大于MASK，相應(yīng)地誤碼率也比MASK小。5.在衛(wèi)星通信、微波通信等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。2022-5-9976.7.5 振幅相位聯(lián)合鍵控(APK)l原因：M的增大，噪聲容限逐漸減小，使誤碼率難于保證。lAPK信號(hào)的振幅和相位獨(dú)立地同時(shí)受到調(diào)制 ：式中，k = 整數(shù)；Ak和k分別可以取多個(gè)離散值。上式可

34、以展開為令 Xk = Akcosk Yk = -Aksink從上式看出，sk(t)可以看作是兩個(gè)正交的振幅鍵控信號(hào)之和若k值取0和90，Ak值取+A和-A，則APK信號(hào) QPSK信號(hào) 4QAM信號(hào) )cos()(0kkktAtsTktkT) 1( tAtAtskkkkk00sinsincoscos)(tYtXtskkk00sincos)(代入上式，得到代入上式，得到2022-5-998 MQAM又稱星座調(diào)制(c) 64QAM信號(hào)矢量圖信號(hào)矢量圖 (d) 256QAM信號(hào)矢量圖信號(hào)矢量圖 01110010Ak k(a) 4QAM信號(hào)矢量圖信號(hào)矢量圖 (b) 16QAM信號(hào)矢量圖信號(hào)矢量圖2022

35、-5-999u補(bǔ)充內(nèi)容：8QAMl基本原理：八進(jìn)制正交振幅調(diào)制。l產(chǎn)生方法：正交法 說(shuō)明：8QAM的框圖與8PSK相比，唯一的差別是C支路和B支路之間少了反相器2022-5-9100lA、B兩路2-4電平變換及8QAM相位真值表A（B）C輸出00-0.382701-0.923911+0.923910+0.3827ABC8QAM幅度相位1111.3066+45o1100.5412+45o0100.5412+135o0111.3066+135o0011.3066-135o0000.5412-135o1000.5412-45o1011.3066-45o2022-5-9101l8QAM相移圖及星座圖說(shuō)

36、明：8QAM已調(diào)信號(hào)是幅度與相位均在變化的高頻載波，輸入的二進(jìn)制碼流每3比特分為一組。 AB決定相位：01 135o，00 -135o，11 45o，10 -45o C比特決定幅度：1 1.3066，0 0.54122022-5-9102l16QAM信號(hào)的產(chǎn)生方法 正交調(diào)幅法：用兩路獨(dú)立的正交4ASK信號(hào)疊加。（a）圖 復(fù)合相移法 ：用兩路獨(dú)立的QPSK信號(hào)疊加。（b）圖AM(a) 正交調(diào)幅法正交調(diào)幅法(b) 復(fù)合相移法復(fù)合相移法AMAM圖圖6.7.20 16QAM信號(hào)的產(chǎn)生方法信號(hào)的產(chǎn)生方法l16QAM的方型星座圖與星型星座圖2022-5-9103l16QAM信號(hào)和16PSK信號(hào)的誤碼率16

37、PSK信號(hào)的相鄰點(diǎn)距離：16QAM信號(hào)的相鄰點(diǎn)距離： 圖圖6.7.21 16QAM和和16PSK信號(hào)的矢量圖信號(hào)的矢量圖AMAM(a) 16QAM (b) 16PSKMMAAd393. 081MMAAd471. 03222022-5-9104ld1，d2代表不同調(diào)制方式的噪聲容限。在最大功率相等的條件下：d2超過(guò)d1約1.57 dB。在平均功率相等條件下：16QAM比16PSK信號(hào)的噪聲容限大4.12 dB。2022-5-91056.7.6 多進(jìn)制數(shù)字鍵控實(shí)用系統(tǒng)舉例幾種調(diào)制解調(diào)器采用的調(diào)制體制的星座圖和頻譜 ：一種改進(jìn)的9600 b/s速率方案 圖6.7.23 改進(jìn)的16QAM方案2022-

38、5-91066.8 小結(jié)小結(jié)基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2ASK2FSK多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)二進(jìn)制與多進(jìn)制調(diào)制的比較調(diào)制與解調(diào)原理、信號(hào)波形及頻譜計(jì)算帶寬、頻帶利用率、誤碼率2PSK2DPSKMASKMFSKMPSK4PSK/4DPSKAPK頻帶利用率、抗噪性能等2022-5-9107習(xí)題一：習(xí)題一：解：解： （1）數(shù)字基帶信號(hào)）數(shù)字基帶信號(hào)A(t)應(yīng)是單極性不歸零波形。根據(jù)題中已知條件，應(yīng)是單極性不歸零波形。根據(jù)題中已知條件，碼元傳輸速率為碼元傳輸速率為1200Bd，載波頻率為，載波頻率為2400Hz。因此，在。因此，在2ASK信號(hào)的時(shí)信號(hào)的時(shí)間波形中，每個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)共有兩個(gè)周期的載波

39、。數(shù)字基帶信號(hào)間波形中，每個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)共有兩個(gè)周期的載波。數(shù)字基帶信號(hào)A(t)和和2ASK信號(hào)的時(shí)間波形如下圖所示信號(hào)的時(shí)間波形如下圖所示 ： 設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制信息為設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制信息為101100011，采用，采用2ASK方式傳輸。已知碼元傳輸速方式傳輸。已知碼元傳輸速率為率為1200Bd，載頻為，載頻為2400Hz。 （1）畫出）畫出2ASK信號(hào)的時(shí)間波形；信號(hào)的時(shí)間波形； （2）試畫出）試畫出2ASK信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)示意圖，并計(jì)算其帶寬。信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)示意圖，并計(jì)算其帶寬。 2022-5-9108習(xí)題一：習(xí)題一：（2）2ASK信號(hào)是一種雙邊帶調(diào)制信號(hào)，其功率譜結(jié)構(gòu)是將數(shù)字基帶信號(hào)信號(hào)是一種雙邊帶

40、調(diào)制信號(hào)，其功率譜結(jié)構(gòu)是將數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜線性搬移到載頻位置。的功率譜線性搬移到載頻位置。2ASK信號(hào)功率譜密度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：信號(hào)功率譜密度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： )()(41)(2cscsASKffPffPfP式中，式中， 是二進(jìn)制基帶信號(hào)是二進(jìn)制基帶信號(hào)s(t)的功率譜密度。由第五章可知，的功率譜密度。由第五章可知，s(t)的功的功率譜密度為：率譜密度為： )( fPsmsssssmffmfGPPfGPPffP)()()1 ()()1 ()(22在發(fā)送在發(fā)送“0”和和“1”符號(hào)的概率相等，即符號(hào)的概率相等，即P=1/2時(shí)，有時(shí)，有 )(41)(4)(2ffTSaTfPsss將上式代入上述將

41、上式代入上述 的表達(dá)式中，可得的表達(dá)式中，可得 )(2fPASK)()(161)()(sin)()(sin16)()()0(161(161)(2222222ccscscscscsccsccsASKffffTffTffTffTffTffffGfffGffGffP式中，式中， BdTfHzfssc1200/1,24002022-5-9109習(xí)題一：習(xí)題一： 2ASK信號(hào)的功率譜密度結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，其由離散譜和連續(xù)譜兩信號(hào)的功率譜密度結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，其由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號(hào)部分組成。離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號(hào)A(t)波形確定。由波形確定。由圖可以看出，圖可以看出，2ASK信號(hào)的功率譜分布在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)，若以功率譜主瓣信號(hào)的功率譜分布在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)，若以功率譜主瓣寬度計(jì)算帶寬，則寬度計(jì)算帶寬，則2ASK信號(hào)的頻帶寬度為：信號(hào)的頻帶寬度為： 說(shuō)明：本例的目的在于掌握說(shuō)明：本例的目的在于掌握2ASK信號(hào)的波形及頻譜組成，計(jì)算信號(hào)的波形及頻譜組成，計(jì)算2ASK信號(hào)信號(hào)的頻帶寬度。的頻帶寬度。 HzfBsASK240012002222022-5-9110習(xí)題二：習(xí)題二：解：（解：（1）以載頻）以載頻1000Hz代表信號(hào)代表信號(hào)“0”，以載頻，以載頻2000Hz代表信號(hào)代表信