cm-第7章 數(shù)字調(diào)制(新)

1、 制作：曹麗娜 美工設(shè)計：陳英 技術(shù)支持：張嘉等人 課 件 數(shù)字帶通傳輸 通信原理（第7版）第7章樊昌信 曹麗娜 編著二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制/解調(diào)原理 2ASK 2FSK 2PSK/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 本章內(nèi)容: 第7章 數(shù)字調(diào)制 u數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號控制載波某個參數(shù)的過程?？刂戚d波某個參數(shù)的過程。u數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)：包括調(diào)制數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)：包括調(diào)制/ /解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。 振幅鍵控 頻移鍵控 相移鍵控q模擬調(diào)制法模擬調(diào)制法 q數(shù)字鍵控法數(shù)字鍵控法q二進(jìn)制二進(jìn)制和多進(jìn)

2、制調(diào)制q基本調(diào)制基本調(diào)制和新型調(diào)制方法Amplitude Shift Keying Frequency Shift Keying Phase Shift Keying ASK PSK FSK 概 述n借用： 模擬調(diào)制 第5章的概念和方法 數(shù)字基帶傳輸 第6章的分析方法和結(jié)論n對比： 共性 個性教學(xué)策略 “借用 和 對比” 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理7.1 1 0 1 101s(t)載波2ASKt( )()snns tg tnTan 表達(dá)式： 2ASK 也稱 OOKttn 原理：n 波形：單極性單極性Tss(t)載波幅度7.1.1 二進(jìn)制振幅鍵控 （2ASK）n2ASK 產(chǎn)生u模擬調(diào)制法 u鍵控法 n

3、2ASK 解調(diào) u 包絡(luò)檢波法u 相干解調(diào)法 n 2ASK 解調(diào) u 包絡(luò)檢波法u 相干解調(diào)法 判決規(guī)則 調(diào)制規(guī)則 相呼應(yīng)n原理：n波形：n表達(dá)式： 2FSK可視為兩個不同載頻的 2ASK的疊加s(t)7.1.2 二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 模擬調(diào)頻法：相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的。 鍵控法：相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。n 2FSK 產(chǎn)生 特點特點：轉(zhuǎn)換速度快、電路簡單、 產(chǎn)生的波形好、頻率穩(wěn)定度高。u 包絡(luò)檢波法n 2FSK 解調(diào) 0101判決規(guī)則：判決規(guī)則： s1 s2 判為判為“1” s1 s2 判為判為“0”調(diào)制規(guī)則：調(diào)制規(guī)則： 1 “1” 2 “0”s1s2 其他解調(diào)方法：鑒頻法

4、、差分檢測法、過零檢測法等。鑒頻法、差分檢測法、過零檢測法等。u 相干解調(diào)法u 過零檢測法n FSK應(yīng)用：應(yīng)用： 在數(shù)字通信中應(yīng)用較為廣泛，尤其適用于衰落信道（如短波無線電信道）的場合。 國際電信聯(lián)盟（ITU）建議在數(shù)據(jù)率低于1200 b/s的場合采用2FSK體制。 n原理：n波形：n表達(dá)式：2PSK( )( )coscets tt1,1,1nPaP00,1n， 發(fā)“ ”時發(fā)“ ”時2PSKAcos,( )Acos, 1cctPettP雙極性雙極性s(t)載波相位nsnnTtgats)()(7.1.3 二進(jìn)制相移鍵控 （2PSK）n 2PSK 產(chǎn)生 u鍵控法n 2PSK 解調(diào) u模擬調(diào)制法 2

5、PSK解調(diào)原理解調(diào)原理框圖和各點波形框圖和各點波形：2PSK： DPSK Differential PSK 載波相位模糊 倒現(xiàn)象(反相工作) 利用前后相鄰碼元的載波相對相位表示信息。 1001nn“ ”“”n 矢量圖:B方式 A方式 基準(zhǔn) 2PSK前一 2DPSKn 原理：7.1.4 二進(jìn)制差分相移鍵控 （2DPSK） n 波形: 1 1 0 1 0 2DPSK0 0 0 00 0 二進(jìn)制信碼 信號相位示例:1nnnbabn 差分編碼規(guī)則：為模2加bn-1為 bn的前一碼元 最初bn-1可任意設(shè)定1001nn“ ”“”n 2DPSK 產(chǎn)生u 構(gòu)思n2DPSK 解調(diào) u 模型 （差分編碼）（1）

6、 2DPSK 相干解調(diào) + 碼反變換法相位相位模糊模糊1nnnbba消除消除影響影響（2） 2DPSK 差分相干解調(diào) (相位比較)法相乘結(jié)果 反映了前后碼元的相位差相乘器 起著相位比較的作用不需要 差分譯碼 2ASK、2FSK 2PSK/2DPSK 波形 表達(dá)式 調(diào)制器 解調(diào)器 共性 個性對比 2ASK(c)os(cs tettn 分析目的：B 和 fcn 分析方法：借助于基帶信號的功率譜Power Spectral Density7.1.5 二進(jìn)制數(shù)字已調(diào)信號的功率譜 PSD 設(shè) Ps (f) s(t) 的PSDn P2ASK (f) 2ASK信號的PSD則2ASK1( )(4(ccssP

7、fP fPfff1 2ASK可見， P2ASK (f) 是Ps (f)的線性搬移（屬線性調(diào)制）。單極性單極性基帶帶寬基帶帶寬 2ASK信號的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍。譜的主瓣帶寬（譜零點帶寬） ： 2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。含有載波分量。 Why?BfB22ASKfB = 1/TB=RB2PSK信號的頻譜與2ASK的十分相似；帶寬也是基帶信號帶寬的兩倍：區(qū)別僅在于當(dāng)P=1/2時，譜中無離散譜（即載波分量）。22PSK/2DPSK雙極性雙極性BfBB222PSKDPSK11222FSK11221( )()()41()()4ssssPfPffPffPffPff3 2FSK信號 連續(xù)譜

8、形狀隨著兩個載頻之差的大小而變化 譜零點帶寬：21212ssffffff雙峰；單峰BfffB2122FSK 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 抗噪聲性能7.2 概 述 n性能指標(biāo)性能指標(biāo)：系統(tǒng)的誤碼率 Pe：借用數(shù)字基帶系統(tǒng)的方法和結(jié)論 n分析條件分析條件：恒參信道（傳輸系數(shù)取為 K ） 信道噪聲是加性高斯白噪聲n背景知識背景知識： 窄帶噪聲 正弦波+窄帶噪聲a = kA(cos1)(0)0()cn taty tn t發(fā)“”時發(fā)“ ”時7.2.1 2ASKn 2ASK-相干解調(diào) ( )10( ),0( )ccannttxt， 發(fā)“”時發(fā)“ ”時(cos1)(0)0()cn taty tn t發(fā)“”時發(fā)“ ”

9、時( )cos( )si)n(ccscn ttttnnt( )cos( )sin( )cos( s)in()ccscccscan ttn ttn tttyntt （均值 a或 0，方差 n2），一維概率密度函數(shù)：()10 +()0ssccsxaknnTx kTkT發(fā)“”時發(fā)“ ”時2121()( )exp22nnaxf x2021( )exp22nnxfxnc(t)是高斯過程 （0， n2）抽樣抽樣：x 高斯發(fā)送“1”時發(fā)送“0”時 設(shè)判決門限為 b，則判決規(guī)則為：1(0/1)()( )bPP xbf x dx0(1/0)()( )bPP xbf x dxb x b ，判為 “1” x b ，

10、判為 “0” 咦？好像與單極性基帶系統(tǒng) 的情況類似！ 因此，借助單極性基帶系統(tǒng)的分析結(jié)果：=單極性基帶信號+高斯噪聲( )( )0( )RRntx tAnt/2dVA1()222enPerfcA2(0)ln(21)ndAAPVP等概時/2dVa1()222enPerfca2(0)ln(21)ndaaPVP等概時可方便地得到2ASK-相干相干系統(tǒng)的分析結(jié)果：借用借用： 2ASK信號相干相干解調(diào)時系統(tǒng)的總誤碼率為222narr 1時時解調(diào)器輸入端信噪比 1()22 2enPerfca/241ePer crf/41rePer 包絡(luò)檢波器（整流低通）( )V t ”時”時發(fā)“發(fā)“”時”時發(fā)“發(fā)“001

11、)()(cos)(tntntatyc ttnttntncscc sin)(cos)()( n 2ASK-包絡(luò)檢波 正弦波+窄帶高斯噪聲 窄帶高斯噪聲 當(dāng)發(fā)送“1”符號時，包絡(luò)檢波器的輸出為 當(dāng)發(fā)送“0”符號時，包絡(luò)檢波器的輸出為 廣義瑞利分布 瑞利分布222()/21022( )nVannVaVf VIe22/220( )nVnVf Ve式中，n2為窄帶高斯噪聲n(t)的方差。抽樣值 V b 時，判為“1”抽樣值 V b 時，判為“0”設(shè)判決門限為b b ，判決規(guī)則為l 發(fā)“1”錯判為“0”的概率為利用Marcum Q函數(shù)：dtettIQt2/ )(022),(nnnabVt110()( )1

12、(0/1)( )bbP Vbf V dVf V dPV baVnndVeaVIVn22222021/ )( r = a2 / 2 n2 信號噪聲功率比 b0 =b / n 歸一化門限值則 P(0/1) 可借助Marcum Q函數(shù)表示為l 發(fā)“0”錯判為“1”的概率為2/2/2/2202222bbbVneedVeVnn01(,)1( 2 ,(0 1)/nnabr bQQP 0()/0)( )(1bPP Vbf V dV)/()()/()(010101PPPPPe l 系統(tǒng)的總誤碼率為當(dāng) P(1) = P(0) 時，有包檢系統(tǒng)的包檢系統(tǒng)的Pe取決于信噪比取決于信噪比r 和歸一化門限值和歸一化門限值

13、b020200211/)(),()(bePbrQP202021/21),(21beebrQP l求最佳判決門限，令：令： 0bPe)()()()(*bfPbfP0101 )()(*bfbf01 當(dāng)P(1)=P(0)時，有最佳判決門限: : 歸一化最佳判決門限: : *0/2,121nrrbbr時，時*/2,121narbr時，時實際情況 系統(tǒng)工作在大信噪比情況下，最佳門限應(yīng)?。?此時，系統(tǒng)的總誤碼率為：2ab *421reeP當(dāng) r 時，上式的下界為： */2,121narbr時，時421reeP / 411124rerrPerfcer 222nar歸納歸納相干相干解調(diào)： 包絡(luò)包絡(luò)檢波： 條件

14、： 比較： 當(dāng) r 相同時，Pe相干 1時，兩者性能相差不大。n接收端帶通濾波器帶寬為： 帶通濾波器輸出噪聲平均功率為：信噪比為： 【7-1】 2ASK系統(tǒng)，RB = 4.8 106 波特，1、0等概，接收機(jī)輸入信號幅度 a =1 mV，信道加性高斯白噪聲的單邊PSD為n0 = 2 10-15 W/Hz。試求： (1) 相干解調(diào)時系統(tǒng)的Pe； (2) 包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的Pe 。解解例例(1) 同步檢測同步檢測法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率為(2) 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率為當(dāng) r 相同時，Pe相干相干 1 時，兩者的性能相差不大。評注評注 21cos( )01cosTAts tAt發(fā)送“”時發(fā)

15、送“ ”時 12cos( ),1cos( )0,iiiatn ty tatn t發(fā)送“”時發(fā)送“ ”時1111c( )1os( )( )0nattyttn，發(fā)“”時，發(fā)“ ”時2222( )co()s(y tatn tn t7.2.2 2FSK n 相干解調(diào) n1(t)和n2(t)是ni(t)經(jīng)過上、下帶通濾波器的輸出噪聲窄帶高斯噪聲1111122222( )( )cos( )sin( )( )cos( )sincscsn tnttnttn tnttntt均值同為0方差同為 n2只是中心頻率 不同而已發(fā)“1 1”時：經(jīng)過相干解調(diào)后，送入抽樣判決器的兩路波形分別為： 上支路 下支路 ttnttn

16、atysc11111sin)(cos)()(ttnttntysc22222sin)(cos)()(式中，n1c(t) 和 n2c(t) 均為低通型高斯噪聲，( 0， n2 )1212(0/1)()(0)-xxPP xxP x1 x2 時，判為“1” x1 x2 時，判為“0”l 發(fā) “1” 錯判為“0”的概率為0202(0)( )1()exp22zzPf z dzxadzz221rerfcz = (x1 x2) 高斯均值 a 方差 z2 = 2 n2判決規(guī)則上、下支路的對稱性， P(1/0)= P(0/1)r 1時時l 發(fā) “0” 錯判為 “1” 的概率 l 2FSK-相干解調(diào)相干解調(diào)系統(tǒng)的總

17、誤碼率為2210121rerfcxxPP)()/(221rerfcPe212rer222nar 包絡(luò) 檢波器 包絡(luò)包絡(luò) 檢波器檢波器11111( )cos)()sincsanttnyttt22222( )cos( )sin)csy tnttntt發(fā) “1” 符號（對應(yīng)1）時：n 2FSK-包絡(luò)檢波 22212/ )(210211)(naVnneaVIVVf 2222/222)(nVneVVf 廣義瑞利分布 瑞利分布一維概率密度函數(shù)分別為：上支路下支路 V1 V2 時， 判為 “1” V1 V2 時， 判為 “0”判決規(guī)則 l 發(fā)“1” 錯判為“0”的概率為12(0/1)()PP VV21211

18、02()VVf V dVf VdV1212( ) ()cf V f V dVdV 1022212102122expdV/aV-aVIVnnn nVt12naz2 02022222110dt(zt)etIe/P)/z(tz 1)(0zQ02/ )(022 dtezttIzt，根據(jù)MarcumQ函數(shù)的性質(zhì):可得：可得：令令代入上式，簡化為：222121102r/zee/P222nar對比：2FSK -相干解調(diào)相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率2212101reVVPP)()/(221reeP1/2e11222rrrPerfcer 因此，2FSK- 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波系統(tǒng)的總誤碼率為r 1l 發(fā)“0” 錯判為“1

19、”的概率為 【7-2】采用2FSK方式在等效帶寬為2400Hz的信道上傳輸二進(jìn)制數(shù)字。f1 = 980 Hz，f2 = 1580 Hz，RB = 300波特 。接收端輸入（信道輸出端）的信噪比為6dB。試求： （1）2FSK信號的帶寬； （2）包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的誤碼率； （3）同步檢測時系統(tǒng)的誤碼率。1200Hz30029801580B2FSKfffB212BB22H600 zBfR（2）上、下支路帶通濾波器(BPF)的帶寬近似為： 它僅是信道等效帶寬（2400）的1/4，故噪聲功率也減小為原來的1/4，因而BPF的輸出信噪比 比輸入信噪比提高了4倍解解例例（1）（3） 同步解調(diào)同步解調(diào)時系統(tǒng)的

20、誤碼率: 信道輸出端信噪比為 6dB（即4），帶通濾波器輸出端（解調(diào)器輸入端)的信噪比為：48107 . 1eePre21212581039. 3e321221reerP1644r因此，包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的誤碼率：在任意一個TB內(nèi)， 2PSK 和2DPSK都可表示為：2PSK 信號信號2DPSK 信號信號原始數(shù)字信息原始數(shù)字信息（絕對碼絕對碼）相對碼相對碼7.2.3 2PSK/2DPSKcos1(co)0sccTAtAtst，發(fā)送“”時， 發(fā)送“ ”時 1 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)相干解調(diào)系統(tǒng) 因此，x(t)的一維概率密度函數(shù)為:2121()( )exp122nnxaf x發(fā)“”時2021()

21、( )exp022nnxafx發(fā)“ ”時,1( )( ),0)ccn tn tx taa 發(fā)“”時發(fā)“ ”時高斯噪聲( 0， n2 )高斯噪聲( a， n2 )與雙極性基帶系統(tǒng) 的情況類似=雙極性基帶信號+高斯噪聲( )( )( )RRAntx tAnt可見可見因此，借助雙極性基帶系統(tǒng)的分析結(jié)果：0dV1()22enPerfAc2(0)ln12( )ndPAVP等概時0dV1()22enPerfac2(0)ln12( )ndPaVP等概時可方便地得到2PSK-相干相干系統(tǒng)的分析結(jié)果： 2PSK信號相干相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率：222narr 1時時解調(diào)器輸入端信噪比 1()22enPerfac1

22、2ePerrfc12erPer f點：絕對碼絕對碼序列。只需在Pe2PSK基礎(chǔ)上考慮碼反變換器 對誤碼率的影響即可。e點：相對碼相對碼序列。由2PSK誤碼率公式來確定： 2 2DPSK相干解調(diào)相干解調(diào)(極性比較) +碼反變換 2PSK1122rePerfcrer（無誤碼） （bn錯錯1個個碼碼） （bn連錯連錯2個個碼碼） （ bn連錯連錯n 個個碼碼） an 總是錯 2碼反變換器碼反變換器對誤碼的影響：對誤碼的影響：an 錯 2個 在大信噪比（r 1）時，Pe 0，判為“1”正確 x 0 ，判為“0”錯誤判決判決 l發(fā)“1”錯判為“0”的概率為：利用恒等式令上式中則0)(210) 1/0(2

23、121ssccnnnanaPxPPcnax11cnax22snay11snay22，2212122212120 1(2)()()() 0ccssccssP/Pannnnnnnn2212211)()2(ssccnnnnaR2212212)()(ssccnnnnRR12R22令令 類似 2FSK-包絡(luò)檢波 的情形 ！ 簡 化 為n由隨機(jī)信號理論可知：R1的一維分布服從廣義瑞利分布，n R2的一維分布服從瑞利分布，其概率密度函數(shù)分別為：n將以上兩式代入：n可得：102212112)()() 1/0(dRdRRfRfRRPPRRraRnnedReaRIRn212104/ )42(210212221l2

24、DPSK -差分相干解調(diào)差分相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率為：rePP 21)1/0()0/1(reeP21 l 發(fā)“0”錯判為“1”的概率為： (1) 接收端帶通濾波器的帶寬為:輸出噪聲功率: 【7-3】采用2DPSK方式在微波線路上傳送二進(jìn)制數(shù)字信息。RB = 106 波特，信道高斯白噪聲單邊功率譜密度為n0 = 2 10-10 W/Hz。若要求 Pe 10-4。試求： (1)(1)差分相干解調(diào)時，接收機(jī)輸入端所需的信號功率; (2)(2)相干解調(diào)-碼反變換時，接收機(jī)入端所需信號功率。228.522nar可得:由解解例例21()=()eePPerfrerfcr 4109999. 0101)(4re

25、rf56. 7r因此，接收機(jī)輸入端所需的信號功率為：（2）相干解調(diào)-碼反變換的2DPSK系統(tǒng)：即有：查誤差函數(shù)表，可得由 r = a2 / 2n2可得接收機(jī)輸入端所需的信號功率： 7.3 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 性能比較 相干解調(diào)非相干解調(diào)精確值精確值近似值近似值2ASK2FSK2PSK2DPSK/41err124ePerfcr/412ePere122Perfcr/212err/212ePer12ePerrfc12rer()ePerfcr1rer12erPe 1 誤碼率 可靠性 表中：注：2FSK也如此。 相干解調(diào)非相干解調(diào)精確值精確值近似值近似值2ASK2FSK2PSK2DPSK/41err12

26、4ePerfcr/412ePere122Perfcr/212err/212ePer12ePerrfc12rer()ePerfcr1rer12erPel r 一定，相同解調(diào)方式（如相干解調(diào)），抗高斯白噪聲 性能優(yōu)劣的順序：l Pe一定，所需的信噪比：2ASK2FSK2PSK2ASK2FSK2PSKr= 2r= 4rr= 2r= 4r2PSK、2DPSK、2FSK、2ASK討論討論相干解調(diào)非相干解調(diào)精確值精確值近似值近似值2ASK2FSK2PSK2DPSK/41err124ePerfcr/412ePere122Perfcr/212err/212ePer12ePerrfc12rer()ePerfcr

27、1rer12erPe討論討論l r 一定，相同調(diào)制方式 ： l Pe一定，所需的信噪比：2ASKdBdB2FSKdBdB2PSKdB(r)=3+(r)=6+(r)l r 一定，相同調(diào)制方式 ： l r 一定，相同解調(diào)方式（如相干解調(diào)），抗高斯白噪聲 性能優(yōu)劣的順序： 2PSK、2DPSK、2FSK、2ASKl 大信噪比(r 1)時, 兩者性能相差不大。討論討論 2ASK2FSK2PSK2ASK2FSK2PSKr= 2r= 4rr= 2r= 4r12.3 dB 已知包絡(luò)檢波 2ASK所需的信噪比為15.3 dB ， 若要求相同的誤碼率，則包絡(luò)檢波 2FSK所需的信噪比為多少dB ？lB2FSK不

28、僅與基帶信號帶寬有關(guān)，且與兩個載頻之差有關(guān)。l設(shè)基帶信號的譜零點帶寬為RB=1/TS，則有：l在RB一定時一定時，2FSK的頻帶利用率最低，有效性最差。 2 頻帶帶寬有效性 易受信道參數(shù)變化的影響。易受信道參數(shù)變化的影響。 不適于在變參信道中傳輸不適于在變參信道中傳輸。2ASK： （等概時）（等概時） 不不易受信道參數(shù)變化的影響。易受信道參數(shù)變化的影響。 2PSK：*0b 不需要人為地設(shè)置判決門限，因而對信道不需要人為地設(shè)置判決門限，因而對信道 的變化不敏感。的變化不敏感。適適用用于變參信道傳輸于變參信道傳輸場合場合。2FSK： 3 對信道特性變化的敏感性 通常，通常，非相干非相干方式方式 比

29、比 相干相干方式方式簡單簡單。 這是因為相干解調(diào)需要提取相干載波，這是因為相干解調(diào)需要提取相干載波， 故設(shè)備相對復(fù)雜些，成本也略高。故設(shè)備相對復(fù)雜些，成本也略高。 4 設(shè)備的復(fù)雜度總之：總之：選擇調(diào)制選擇調(diào)制/解調(diào)方式時解調(diào)方式時，需考慮的因素較多。需考慮的因素較多。 應(yīng)應(yīng)全面全面綜合綜合考慮，抓考慮，抓住住主要主要問題問題。l 以上比較結(jié)果，為選擇調(diào)制解調(diào)方式提供了一定的以上比較結(jié)果，為選擇調(diào)制解調(diào)方式提供了一定的 理論參考依據(jù)。理論參考依據(jù)。l 目前常用的是目前常用的是相干相干2DPSK方式和方式和非相干非相干2FSK方式。方式。l 相干相干2DPSK主要用于中速數(shù)據(jù)傳輸主要用于中速數(shù)據(jù)傳

30、輸l 非相干非相干2FSK則用于中低速數(shù)據(jù)傳輸中，尤其適用于則用于中低速數(shù)據(jù)傳輸中，尤其適用于 隨參（也稱變參或衰落）信道的場合。隨參（也稱變參或衰落）信道的場合。綜述綜述 多進(jìn)制 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7.4 引言二進(jìn)制進(jìn)制：每個碼元只攜帶每個碼元只攜帶 1 bit 信息信息2log MbBRR Rb一定時，增加進(jìn)制數(shù)一定時，增加進(jìn)制數(shù)M，可以降低，可以降低RB ，從而減小，從而減小信號帶寬、節(jié)約信道頻率資源。信號帶寬、節(jié)約信道頻率資源。 RB 一定時，增加進(jìn)制數(shù)一定時，增加進(jìn)制數(shù)M，可以增大，可以增大Rb ，從而在相，從而在相同帶寬同帶寬內(nèi)內(nèi)傳輸更多比特的信息，傳輸更多比特的信息， b 。u 目的：

31、提高信道的 頻帶利用率 。Mlog 2Mu 代價：誤碼率增大（判決范圍減小）; 系統(tǒng)復(fù)雜。u 種類： MASK 、MFSK、 MDPSK 、 MQAM換言之：若要保證一定的換言之：若要保證一定的誤碼率誤碼率， 則需增加發(fā)射功率，則需增加發(fā)射功率， 即信號即信號 的功率效率下降的功率效率下降。 注意：注意：MFSK信號的帶寬較寬，信號的帶寬較寬， 頻帶利用率頻帶利用率低低， 適用于頻帶資源不受限制的場合。適用于頻帶資源不受限制的場合。n MASK可看成是二進(jìn)制振幅鍵控（可看成是二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）的推廣。）的推廣。MASKsc1( )()cosMnneta g tnTt120,1,1,nM

32、PPaMP 以概率 以概率以概率且有且有11MiiP7.4.1 多進(jìn)制振幅鍵控 （MASK）n 4ASK信號振幅有信號振幅有4種取值，每個碼元含種取值，每個碼元含2bit。n MASK調(diào)制調(diào)制: 與與2ASK的產(chǎn)生方法相似，區(qū)別在于的產(chǎn)生方法相似，區(qū)別在于: :發(fā)送端輸入的發(fā)送端輸入的進(jìn)制數(shù)字基帶信號需要先經(jīng)過電平變進(jìn)制數(shù)字基帶信號需要先經(jīng)過電平變換器轉(zhuǎn)換為換器轉(zhuǎn)換為M電平的基帶脈沖，然后再去調(diào)制。電平的基帶脈沖，然后再去調(diào)制。n MASK解調(diào)解調(diào):與與2ASK信號解調(diào)也相似，有相干和非相干解調(diào)兩種。信號解調(diào)也相似，有相干和非相干解調(diào)兩種。lMASK信號的功率譜信號的功率譜 與與 2ASK信號

33、具有相似的形式信號具有相似的形式;l譜零點帶寬是譜零點帶寬是 M 進(jìn)制數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍。進(jìn)制數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍。l在在 Rb相同時，相同時，MASK信號帶寬是信號帶寬是 2ASK的的 1 / log2M 倍倍 。222logbBRBRM222logBbBTTMl MASK的抗噪聲能力差，的抗噪聲能力差，l 常用多進(jìn)制正交振幅調(diào)制（常用多進(jìn)制正交振幅調(diào)制（MQAM）來代替。）來代替。n MFSK可視為可視為2FSK方式的推廣。方式的推廣。n 4FSK采用采用 4種種不同的不同的頻率頻率分別表示分別表示雙比特雙比特信息：信息：7.4.2 多進(jìn)制頻移鍵控 （MFSK）n MFSK調(diào)制與解調(diào)

34、的原理框圖：調(diào)制與解調(diào)的原理框圖：l要求載頻之間的距離足夠大，以便用濾波器分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離不同頻率的譜。lMFSK信號占用較寬的頻帶，信道頻帶利用率不高。信號占用較寬的頻帶，信道頻帶利用率不高。lMFSK一般用于一般用于 調(diào)制速率調(diào)制速率(1/TB) 不高的不高的衰落信道衰落信道 傳輸傳輸場合。場合。n 利用載波的利用載波的M種種不同不同相位相位表示數(shù)字信息。表示數(shù)字信息。n 信號矢量圖（星座圖）：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101p多位格雷碼的編碼方法：p格雷碼又稱反射碼。 序號 格雷碼 二進(jìn)碼00 0

35、0 0000010 0 0 1000120 0 1 100103 0 0 1 000114 0 1 1 001005 0 1 1 101016 0 1 0 101107 0 1 0 001118 1 1 0 010009 1 1 0 1 100110 1 1 1 1 101011 1 1 1 0101112 1 0 1 0110013 1 0 1 1110114 1 0 0 1111015 1 0 0 01111格雷碼編碼規(guī)則格雷碼編碼規(guī)則abk0090010112701018001001011參考相位QPSK信號的矢量圖l隨著隨著M的增加，的增加，多相制多相制信號可以在相同的帶寬中傳輸信號可

36、以在相同的帶寬中傳輸更多比特更多比特的信息，從而的信息，從而提高提高頻帶利用率頻帶利用率。l隨著隨著M的增加，星座圖上的的增加，星座圖上的相鄰相鄰信號點的信號點的距離距離會逐漸會逐漸減小減小（判決范圍減?。ㄅ袥Q范圍減小/噪聲容限減小），導(dǎo)致噪聲容限減小），導(dǎo)致抗噪性能抗噪性能下降下降；設(shè)備設(shè)備復(fù)雜復(fù)雜。2 4PSK 調(diào)制l 4PSK，也稱正交相移鍵控，也稱正交相移鍵控 QPSK 利用載波的利用載波的 4 種不同相位種不同相位 來表示數(shù)字信息。來表示數(shù)字信息。l QPSK的每一種載波相位代表兩個比特的每一種載波相位代表兩個比特： （00、01、10 或或 11）l 兩個比特的組合兩個比特的組合

37、稱做稱做 雙比特雙比特 碼元，記為碼元，記為 a b1 1）雙比特與載波相位的關(guān)系）雙比特與載波相位的關(guān)系n 矢量圖 注：注：對應(yīng)關(guān)系可有不同對應(yīng)關(guān)系可有不同規(guī)定，但相鄰碼組應(yīng)符規(guī)定，但相鄰碼組應(yīng)符合合格雷碼格雷碼編碼規(guī)則編碼規(guī)則n 波形 QPSK信號可視為兩個互為信號可視為兩個互為 正交的正交的2PSK信號的合成信號的合成。n 正交調(diào)相法2） QPSK調(diào)制107 根據(jù)當(dāng)時的雙比特根據(jù)當(dāng)時的雙比特ab，選相電路從候選的選相電路從候選的4 4個相位中選擇相應(yīng)相位的載波輸出。個相位中選擇相應(yīng)相位的載波輸出。n 相位選擇法abB方式方式原理：原理：n 解決方案解決方案：采用四相采用四相相對相對相位調(diào)

38、制，即相位調(diào)制，即QDPSK。n 存在問題存在問題：存在存在900的相位模糊（的相位模糊（0, 90, 180, 270） n 原理原理：分解為兩路2PSK信號的相干解調(diào)。3 QPSK 解調(diào)110l跳變周期跳變周期 2Tbl帶寬帶寬 B=Rbl誤碼性能與誤碼性能與BPSK相同相同n QPSK 特點：特點： 發(fā)生在發(fā)生在0011或或0110交替時，交替時， 即雙比特即雙比特abab同時同時跳變時，跳變時，信號點沿信號點沿對角線對角線移動。移動。 最大相位跳變：最大相位跳變：180l相位跳變：相位跳變：0, 90, 180l最大相位跳變最大相位跳變180，使使限帶限帶的的QPSK信號包絡(luò)起伏信號包

39、絡(luò)起伏很大，并出現(xiàn)包絡(luò)零點。很大，并出現(xiàn)包絡(luò)零點。l頻譜擴(kuò)展大，旁瓣對鄰道干擾大。頻譜擴(kuò)展大，旁瓣對鄰道干擾大。n QPSK 缺點：缺點： n 改進(jìn)改進(jìn)思路：思路： QPSK 相位路徑相位路徑 最大相位跳變最大相位跳變 180n 改進(jìn)改進(jìn)思路：思路： 信號點信號點不作不作對角線移動對角線移動即雙比特即雙比特ab不不同時跳變同時跳變 OQPSK 相位路徑相位路徑 相位跳變相位跳變 0或或 904 OQPSK (偏置或交錯QPSK，Offset QPSK)n 如何實現(xiàn)？如何實現(xiàn)？ 在在QPSK調(diào)制基礎(chǔ)上，調(diào)制基礎(chǔ)上，將兩個正交分量的比特將兩個正交分量的比特a和和b錯開錯開半個碼元（半個碼元（1個比

40、特時間）個比特時間）使使 ab 不可能同時改變不可能同時改變見下圖見下圖n 改進(jìn)改進(jìn)思路：思路： 信號點信號點不作不作對角線移動對角線移動即雙比特即雙比特ab不不同時跳變同時跳變OQPSKn 限帶限帶OQPSK 與 限帶限帶QPSK 對比：對比： u最大相位跳變最大相位跳變180 包絡(luò)起伏包絡(luò)起伏大大 頻譜擴(kuò)展頻譜擴(kuò)展大大u相位跳變周期相位跳變周期 2Tb u最大相位跳變最大相位跳變90 包絡(luò)起伏包絡(luò)起伏小小 頻譜擴(kuò)展頻譜擴(kuò)展小小u相位跳變周期相位跳變周期 Tb影響影響主瓣主瓣帶寬帶寬2最大值最小值最大值最小值u功率譜形狀：相同功率譜形狀：相同u相干解調(diào)時：誤碼性能相同相干解調(diào)時：誤碼性能相同

41、u限帶限帶OQPSK比限帶比限帶QPSK信號的信號的 包絡(luò)起伏包絡(luò)起伏小小、頻譜擴(kuò)展、頻譜擴(kuò)展小小、鄰道干擾、鄰道干擾小小，u所以所以O(shè)QPSK比比QPSK應(yīng)用廣。應(yīng)用廣。l由兩個相差由兩個相差 4的的QPSK星座圖交替產(chǎn)生：星座圖交替產(chǎn)生： A方式方式: 0, 90,180 B方式方式: 45, 135u可能相位跳變：可能相位跳變： 45, 135 且且A組只能往組只能往B組跳，反之亦然組跳，反之亦然u相位跳變周期相位跳變周期 2Tb 主瓣帶寬主瓣帶寬 B=Rb，小于，小于OQPSK5 /4 - QPSK n 原理和特點原理和特點： n 4-QPSK優(yōu)勢：優(yōu)勢：u相鄰碼元間總有相位改變相鄰碼元間總有相位改變有利于接收端提取碼元同步。有利于接收端提取碼元同步。u存在多徑衰落時，存在多徑衰落時， 4-QPSK優(yōu)于優(yōu)于OQPSK。u可采用差分檢測可采用差分檢測 4-QPSK的信息蘊(yùn)含在相鄰碼元間的相位差中。的信息蘊(yùn)含在相鄰碼元間的相位差中。l 原理與原理與 2 2D DPSKPSK