通信原理第7章(樊昌信第七版).ppt

课 件,数字带通传输,通信原理（第7版）,第7章,樊昌信 曹丽娜 编著,二进制数字调制/解调原理 2ASK 2FSK 2PSK/2DPSK 二进制数字调制系统抗噪声性能 二进制数字调制系统的性能比较 多进制数字调制原理和特点,本章内容:,第7章 数字调制,多进制 数字调制系统,7.4,引言,二进制：每个码元只携带 1 bit 信息,Rb一定时，增加进制数M，可以降低RB ，从而减小信号带宽、节约信道频率资源。,RB 一定时，增加进制数M，可以增大Rb ，从而在相同带宽内传输更多比特的信息， b 。,目的：提高信道的 频带利用率 。,M,log 2M,代价：误码率增大（判决范围减小）; 系统复杂。,种类： MASK 、MFSK、 MDPSK 、 MQAM,换言之：若要保证一定的误码率， 则需增加发射功率， 即信号 的功率效率下降。,注意：MFSK信号的带宽较宽， 频带利用率低， 适用于频带资源不受限制的场合。,MASK可看成是二进制振幅键控（2ASK）的推广。,且有,7.4.1 多进制振幅键控 （MASK）,4ASK信号振幅有4种取值，每个码元含2bit。,MASK调制:,与2ASK的产生方法相似，区别在于: 发送端输入的二进制数字基带信号需要先经过电平变换器转换为M电平的基带脉冲，然后再去调制。,MASK解调:,与2ASK信号解调也相似，有相干和非相干解调两种。,MASK信号的功率谱 与 2ASK信号具有相似的形式; 谱零点带宽是 M 进制数字基带信号带宽的两倍。 在 Rb相同时，MASK信号带宽是 2ASK的 1 / log2M 倍 。,MASK的抗噪声能力差， 常用多进制正交振幅调制（MQAM）来代替。,MFSK可视为2FSK方式的推广。,4FSK采用 4种不同的频率分别表示双比特信息：,7.4.2 多进制频移键控 （MFSK）,MFSK调制与解调的原理框图：,要求载频之间的距离足够大，以便用滤波器分离不同频率的谱。,MFSK信号占用较宽的频带，信道频带利用率不高。,MFSK一般用于 调制速率(1/TB) 不高的衰落信道 传输场合。,利用载波的M种不同相位表示数字信息。,信号矢量图（星座图）：,7.4.3 多进制相移键控 （MPSK）,1 基本概念,随着M的增加，多相制信号可以在相同的带宽中传输更多比特的信息，从而提高频带利用率。,随着M的增加，星座图上的相邻信号点的距离会逐渐减小（判决范围减小/噪声容限减小），导致抗噪性能下降；设备复杂。,15,2 4PSK 调制,4PSK，也称正交相移键控 QPSK 利用载波的 4 种不同相位 来表示数字信息。,QPSK的每一种载波相位代表两个比特： （00、01、10 或 11）,两个比特的组合 称做 双比特 码元，记为 a b,1）双比特与载波相位的关系,矢量图,注：对应关系可有不同规定，但相邻码组应符合格雷码编码规则,波形,QPSK信号可视为两个互为 正交的2PSK信号的合成。,正交调相法,2） QPSK调制,根据当时的双比特ab，选相电路从候选的4个相位中选择相应相位的载波输出。,相位选择法,a,b,B方式,原理：,解决方案：采用四相相对相位调制，即QDPSK。,存在问题：存在900的相位模糊（0, 90, 180, 270）,原理：分解为两路2PSK信号的相干解调。,3 QPSK 解调,21,跳变周期 2Tb 带宽 B=Rb 误码性能与BPSK相同,QPSK 特点：,发生在0011或0110交替时， 即双比特ab同时跳变时，信号点沿对角线移动。,最大相位跳变：180,相位跳变：0, 90, 180,最大相位跳变180，使限带的QPSK信号包络起伏很大，并出现包络零点。 频谱扩展大，旁瓣对邻道干扰大。,QPSK 缺点：,23,改进思路：,QPSK 相位路径,最大相位跳变 180,改进思路：,信号点不作对角线移动 即双比特ab不同时跳变,OQPSK 相位路径,相位跳变 0或 90,4 OQPSK (偏置或交错QPSK，Offset QPSK),如何实现？,在QPSK调制基础上， 将两个正交分量的比特a和b 错开半个码元（1个比特时间） 使 ab 不可能同时改变,改进思路：,信号点不作对角线移动 即双比特ab不同时跳变,OQPSK,限带OQPSK 与 限带QPSK 对比：,最大相位跳变180 包络起伏大 频谱扩展大 相位跳变周期 2Tb,最大相位跳变90 包络起伏小 频谱扩展小 相位跳变周期 Tb,影响 主瓣 带宽,功率谱形状：相同 相干解调时：误码性能相同 限带OQPSK比限带QPSK信号的 包络起伏小、频谱扩展小、邻道干扰小， 所以OQPSK比QPSK应用广。,由两个相差4的QPSK星座图交替产生： A方式: 0, 90,180 B方式: 45, 135,可能相位跳变： 45, 135 且A组只能往B组跳，反之亦然,相位跳变周期 2Tb 主瓣带宽 B=Rb，小于OQPSK,5 /4 - QPSK,原理和特点：,4-QPSK优势：,相邻码元间总有相位改变 有利于接收端提取码元同步。,存在多径衰落时， 4-QPSK优于OQPSK。,可采用差分检测 4-QPSK的信息蕴含在相邻码元间的相位差中。,原理与 2DPSK 类似：利用相邻码元载波的相对相位变化 表示 数字信息。,QDPSK与QPSK的关系，如同2DPSK与2PSK关系,4DPSK 也称 QDPSK,7.4.4 多进制差分相移键控 （MDPSK ）,1 基本原理,QDPSK的矢量图与QPSK的矢量图相似 只是参考相位 是前一码元的载波相位,矢量图,前一码元 载波相位,波形,也有正交调相法 和 相位选择法,差分 编码,将绝对码 ab 相对码 cd,码变换+绝对调相 原理图,B方式,仅需在QPSK调制器基础上增添差分编码（码变换）,2 QDPSK调制,c,d,a,b,QDPSKB方式,相干解调（极性比较）+码反变换,将相对码 cd 绝对码 ab,差分 译码,3 QDPSK解调,B,差分相干解调（相位比较法）,多进制数字调制系统的抗噪声性能,7.5,回顾：二进制调制系统的抗噪声性能,抑制载波MASK -相干解调系统的误码率:,M = 2时:,输入信噪功率比,- 噪声功率,Ps - 信号码元功率,- 解调器,MFSK 非相干解调系统的误码率:,每比特的信噪功率比,MFSK 相干解调系统的误码率:,比较相干和非相干解调 的 误码率，当 log2M 7时， 误码率的上界都可表示为：,MPSK(M 4) 相干解调系统的误码率:,MDPSK(M 4) 相干解调系统的误码率:,OQPSK的抗噪声性能和QPSK完全一样。,MDPSK系统的误码率,MPSK系统的误码率,配套辅导教材：,曹丽娜 樊昌信,编著,国防工业出版社,整理知识 归纳结论 梳理关系 引导主线 剖析难点 解惑疑点 强化重点 点击考点,谢谢！,