通信原理多进制数字调制系统课件

联合战术通信教研室张伟明理理 工工 大大 学学 通通 信信 工工 程程 学学 院院数字通信原理联合战术通信教研室张伟明理工大学通信工程学院第五章 正弦载5.55.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统5.5.15.5.1多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（MASKMASK）5.5.25.5.2多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（MFSKMFSK）5.5.35.5.3多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（MPSKMPSK）5.5.4 5.5.4 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSKMDPSK）5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（APKAPK）5.5多进制数字调制系统5.5.1多进制振幅键控（MAS5.55.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统n n研究对象研究对象研究对象研究对象：多进制数字调制系统：多进制数字调制系统：多进制数字调制系统：多进制数字调制系统n n研究目的研究目的研究目的研究目的：在信道频带受限时多进制数字调制是如：在信道频带受限时多进制数字调制是如：在信道频带受限时多进制数字调制是如：在信道频带受限时多进制数字调制是如何增加信息的传输速率（即比特率），提高系统的何增加信息的传输速率（即比特率），提高系统的何增加信息的传输速率（即比特率），提高系统的何增加信息的传输速率（即比特率），提高系统的频带利用率从而提高数字传输系统有效性，或者通频带利用率从而提高数字传输系统有效性，或者通频带利用率从而提高数字传输系统有效性，或者通频带利用率从而提高数字传输系统有效性，或者通过牺牲频带资源从而提高系统可靠性的。过牺牲频带资源从而提高系统可靠性的。过牺牲频带资源从而提高系统可靠性的。过牺牲频带资源从而提高系统可靠性的。n n研究方法研究方法研究方法研究方法：原理及抗噪声性能结论：原理及抗噪声性能结论：原理及抗噪声性能结论：原理及抗噪声性能结论5.5多进制数字调制系统研究对象：多进制数字调制系统5.55.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统n n定义：在码元间隔定义：在码元间隔定义：在码元间隔定义：在码元间隔0tT0tTS S内，可能发送的码元有内，可能发送的码元有内，可能发送的码元有内，可能发送的码元有MM种：种：种：种：s si i(t)(t)，i=1i=1，2 2，MM。实际应用中，通常。实际应用中，通常。实际应用中，通常。实际应用中，通常取取取取M=2M=2k k（k1k1为整数）。为整数）。为整数）。为整数）。n n每个码元可以携带每个码元可以携带每个码元可以携带每个码元可以携带loglog2 2MM比特信息，因此在信道频比特信息，因此在信道频比特信息，因此在信道频比特信息，因此在信道频带受限时带受限时带受限时带受限时可以可以可以可以增加信息的传输速率（即比特率），增加信息的传输速率（即比特率），增加信息的传输速率（即比特率），增加信息的传输速率（即比特率），提高频带的利用率。提高频带的利用率。提高频带的利用率。提高频带的利用率。（有例外有例外有例外有例外）5.5多进制数字调制系统定义：在码元间隔0tTS内，可5.55.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统5.5.15.5.1多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（MASKMASK）5.5.25.5.2多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（MFSKMFSK）5.5.35.5.3多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（MPSKMPSK）5.5.4 5.5.4 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSKMDPSK）5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（APKAPK）5.5多进制数字调制系统5.5.1多进制振幅键控（MAS5.5.15.5.1多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控定义：M进制幅度键控（MASK）是使用M种可能取值的多电平基带信号对载波幅度进行键控而得到的信号。特点：在相同信道传输速率下M电平调制与二电平调制具有相同的信号带宽。n n一、一、一、一、MASKMASK的波形的波形的波形的波形5.5.1多进制振幅键控定义：M进制幅度键控（MASK）是5.5.15.5.1多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控基带信号波形 码元间隔 n n二、二、二、二、MASKMASK的数学表达式的数学表达式的数学表达式的数学表达式5.5.1多进制振幅键控基带信号波形 码元间隔 二、MAS5.5.15.5.1多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控n n三、三、三、三、MASKMASK的能量与抗噪声性能间的关系的能量与抗噪声性能间的关系的能量与抗噪声性能间的关系的能量与抗噪声性能间的关系在一个码元间隔内在一个码元间隔内 t(0,Tb，只能发射某一特定幅度的信号，只能发射某一特定幅度的信号 Ai表示与表示与M=2k个可能的个可能的k个比特码元对应的个比特码元对应的M个可能的离散幅值个可能的离散幅值 如果相邻幅值之间的差值为如果相邻幅值之间的差值为h 单个码元内信号的能量单个码元内信号的能量 MASK信号的平均能量信号的平均能量 认为认为g(t)具有具有单位能量单位能量 5.5.1多进制振幅键控三、MASK的能量与抗噪声性能间的5.5.15.5.1多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控uu结论结论结论结论在相邻幅值间距相等的情况下，平均能量随进制数的增加在相邻幅值间距相等的情况下，平均能量随进制数的增加在相邻幅值间距相等的情况下，平均能量随进制数的增加在相邻幅值间距相等的情况下，平均能量随进制数的增加而增加而增加而增加而增加在平均能量相等的情况下，进制数越大，则相邻幅值的间在平均能量相等的情况下，进制数越大，则相邻幅值的间在平均能量相等的情况下，进制数越大，则相邻幅值的间在平均能量相等的情况下，进制数越大，则相邻幅值的间距越小距越小距越小距越小因此因此因此因此在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大M2 M4 5.5.1多进制振幅键控结论M2 M4 MASKMASK与与与与2ASK2ASK比较比较比较比较n n平均功率相同平均功率相同平均功率相同平均功率相同11 01 00 10 011 1 0 1 0 0 1 0 0 14ASK2ASKMASK与2ASK比较平均功率相同11 01MASK与与2ASK比较比较n n载波振幅间隔相同载波振幅间隔相同载波振幅间隔相同载波振幅间隔相同11 01 00 10 011 1 0 1 0 0 1 0 0 14ASK2ASKMASK与2ASK比较载波振幅间隔相同11 5.5.15.5.1多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控 四、四、四、四、MASKMASK信号带宽信号带宽信号带宽信号带宽 MM进制振幅调制信号可以看进制振幅调制信号可以看进制振幅调制信号可以看进制振幅调制信号可以看成由成由成由成由MM个时间上不重叠的二个时间上不重叠的二个时间上不重叠的二个时间上不重叠的二进制振幅调制信号叠加。进制振幅调制信号叠加。进制振幅调制信号叠加。进制振幅调制信号叠加。在符号速率（码元速率）相在符号速率（码元速率）相在符号速率（码元速率）相在符号速率（码元速率）相等的情况下等的情况下等的情况下等的情况下B BMASKMASK B B2ASK2ASK5.5.1多进制振幅键控四、MASK信号带宽5.5.15.5.1多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控n n五、五、五、五、MASKMASK信号解调信号解调信号解调信号解调n n对于对于对于对于MM元确知信号的最佳接收可以描述为，在观察时间元确知信号的最佳接收可以描述为，在观察时间元确知信号的最佳接收可以描述为，在观察时间元确知信号的最佳接收可以描述为，在观察时间(0(0，T Tb b)内收到的波内收到的波内收到的波内收到的波形形形形r r(t t)将包含将包含将包含将包含MM个信号个信号个信号个信号s si i(t t)（i i=1=1，2 2，MM）中的一个）中的一个）中的一个）中的一个码元信噪比码元信噪比比特信噪比比特信噪比5.5.1多进制振幅键控五、MASK信号解调码元信噪比比特5.5.15.5.1多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控多进制振幅键控发送发送M个电平的可能性相同时，个电平的可能性相同时，MASK相干解调时误码率为相干解调时误码率为r=Eav/n0为为信噪比信噪比 n n结论结论结论结论n n在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大;n n为得到相同的误码率，多电平调制需要比二进制更高的信噪比；为得到相同的误码率，多电平调制需要比二进制更高的信噪比；为得到相同的误码率，多电平调制需要比二进制更高的信噪比；为得到相同的误码率，多电平调制需要比二进制更高的信噪比；n n多电平调制尽管提高了频带利用率，但抗噪声性能却下降了，尤多电平调制尽管提高了频带利用率，但抗噪声性能却下降了，尤多电平调制尽管提高了频带利用率，但抗噪声性能却下降了，尤多电平调制尽管提高了频带利用率，但抗噪声性能却下降了，尤其抗衰落的能力不强，因而它一般只适宜在恒参信道中采用。其抗衰落的能力不强，因而它一般只适宜在恒参信道中采用。其抗衰落的能力不强，因而它一般只适宜在恒参信道中采用。其抗衰落的能力不强，因而它一般只适宜在恒参信道中采用。M=16M=2M=4M=85.5.1多进制振幅键控发送M个电平的可能性相同时，MAS5.55.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统5.5.15.5.1多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（MASKMASK）5.5.25.5.2多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（MFSKMFSK）5.5.35.5.3多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（MPSKMPSK）5.5.4 5.5.4 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSKMDPSK）5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（APKAPK）5.5多进制数字调制系统5.5.1多进制振幅键控（MAS5.5.25.5.2多进制频移键控多进制频移键控多进制频移键控多进制频移键控n n一、信号数学表达式一、信号数学表达式一、信号数学表达式一、信号数学表达式n n假设假设假设假设n nMM个频移键控信号具有相同的能量、先验等概；个频移键控信号具有相同的能量、先验等概；个频移键控信号具有相同的能量、先验等概；个频移键控信号具有相同的能量、先验等概；n n信号间彼此正交，信号之间的频率间隔为信号间彼此正交，信号之间的频率间隔为信号间彼此正交，信号之间的频率间隔为信号间彼此正交，信号之间的频率间隔为1/(2Ts)Hz1/(2Ts)HzTs是符号间隔是符号间隔fc=nc/(2Ts)，nc是是某个固定的整数某个固定的整数 5.5.2多进制频移键控一、信号数学表达式Ts是符号间隔f5.5.25.5.2多进制频移键控多进制频移键控多进制频移键控多进制频移键控r=E/n0为平均接收为平均接收信号的信噪比信号的信噪比 n n二、信号带宽二、信号带宽二、信号带宽二、信号带宽n n三、抗噪声性能三、抗噪声性能三、抗噪声性能三、抗噪声性能n n非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调n n相干解调相干解调相干解调相干解调5.5.2多进制频移键控r=E/n0为平均接收信号的信噪比5.5.2多进制频移键控多进制频移键控n nMFSKMFSK相干解调性能相干解调性能相干解调性能相干解调性能5.5.2多进制频移键控MFSK相干解调性能5.5.2多进制频移键控多进制频移键控n nMFSKMFSK非相干解调性能非相干解调性能非相干解调性能非相干解调性能5.5.2多进制频移键控MFSK非相干解调性能MFSK与与2FSK的比较的比较n n功率谱密度功率谱密度功率谱密度功率谱密度fbfS2FSK8FSKf0f1f0f1f0f0f1f1f0f0f0f1f1f0f1f2f4f6f1f50 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 12FSK8FSKMFSK与2FSK的比较功率谱密度fbfS2FSK8FSKf5.5.25.5.2多进制频移键控多进制频移键控多进制频移键控多进制频移键控n n问题问题问题问题1 1：MASKMASK和和和和MFSKMFSK调制是如何利用信号波形携带信息调制是如何利用信号波形携带信息调制是如何利用信号波形携带信息调制是如何利用信号波形携带信息？n n问题问题问题问题2 2：MASKMASK与与与与2ASK2ASK在通信系统质量指标方面有什么差在通信系统质量指标方面有什么差在通信系统质量指标方面有什么差在通信系统质量指标方面有什么差别？别？别？别？5.5.2多进制频移键控问题1：MASK和MFSK调制是如5.55.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统5.5.15.5.1多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（MASKMASK）5.5.25.5.2多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（MFSKMFSK）5.5.35.5.3多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（MPSKMPSK）5.5.4 5.5.4 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSKMDPSK）5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（APKAPK）5.5多进制数字调制系统5.5.1多进制振幅键控（MAS5.5.3多进制相移键控多进制相移键控n nMPSKMPSK信号信号信号信号n nMPSKMPSK信号的一般原理信号的一般原理信号的一般原理信号的一般原理n nQPSKQPSK信号的波形信号的波形信号的波形信号的波形n n QPSKQPSK信号的产生信号的产生信号的产生信号的产生n n QPSKQPSK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽n n QPSKQPSK信号的解调信号的解调信号的解调信号的解调n n QPSKQPSK信号的抗噪声性能信号的抗噪声性能信号的抗噪声性能信号的抗噪声性能5.5.3多进制相移键控MPSK信号5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控图6-28 二进制数字相位调制信号矢量图以0载波相位作为参考相位 载波相位只有0和两种取值 载波相位只有/2两种取值 载波相位四种取值 图6-29 四进制数字相位调制信号矢量图 n n一、一、一、一、MPSKMPSK信号的一般原理信号的一般原理信号的一般原理信号的一般原理5.5.3多进制相移键控图6-28 二进制数字相位调制信号5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控图6-30 八进制数字相位调制信号矢量图以载波相位的以载波相位的M种不同取值分别表示数字信息种不同取值分别表示数字信息 信号包络波形，通信号包络波形，通常为矩形波，幅度常为矩形波，幅度为为1 码元码元间隔间隔第第n个码元个码元对应的相对应的相位，共有位，共有M种取值种取值 M进制数字相位调制信号的正交形式进制数字相位调制信号的正交形式 5.5.3多进制相移键控图6-30 八进制数字相位调制信号5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控 MPSK信号信号串串/并变并变换器换器电平变电平变换器换器电平变电平变换器换器 相移相移 900输入二进输入二进制序列制序列同相支路同相支路正交支路正交支路接收到两位信息接收到两位信息后，后，同时同时送到两送到两个支路，每个支个支路，每个支路各送一位路各送一位5.5.3多进制相移键控 MPSK信号串/并变换器电平变当数字基带信号为当数字基带信号为11时，载波为：时，载波为：当数字基带信号为当数字基带信号为01时，载波为：时，载波为：当数字基带信号为当数字基带信号为00时，载波为：时，载波为：当数字基带信号为当数字基带信号为10时，载波为：时，载波为：(11)(01)(00)(10)相位配置相位配置XY5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控n n二、二、二、二、QPSKQPSK信号的波形信号的波形信号的波形信号的波形当数字基带信号为11时，载波为：(11)(01)(00)(11111000tt10t参考载波参考载波数字信息数字信息QPSK波形波形QPSK波形特点：波形特点：（1）相邻码元载波相位不连续）相邻码元载波相位不连续（2）相邻码元载波相位最大跳变）相邻码元载波相位最大跳变180度，出现在度，出现在01与与10，00与与11 的变化时。的变化时。5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控1111000tt10t参考载波数字信息QPSK波形QPSK5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控n n三、三、三、三、QPSKQPSK信号的产生信号的产生信号的产生信号的产生串串/并并变换变换二进制信息二进制信息QPSK信号信号同相支路同相支路正交支路正交支路设第设第n个码元内的数字信息为个码元内的数字信息为 ，QPSK信号的载信号的载波相位为波相位为 。5.5.3多进制相移键控三、QPSK信号的产生串/并二进制5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控输入信息与同相分量及正交分量之间的关系输入信息与同相分量及正交分量之间的关系 1 10 10 01 0+-+-+-电平电平变换变换输入输入输出输出t1100输入输入t输出输出5.5.3多进制相移键控输入信息与同相分量及正交分量之间的5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控n nQPSKQPSK调制器方框图调制器方框图调制器方框图调制器方框图 QPSK信号信号串串/并变并变换器换器电平变电平变换器换器电平变电平变换器换器 相移相移 900输入二进输入二进制序列制序列同相支路同相支路正交支路正交支路接收到两位信息接收到两位信息后，后，同时同时送到两送到两个支路，每个支个支路，每个支路各送一位路各送一位QPSK由两个由两个2PSK信号相加而成。信号相加而成。5.5.3多进制相移键控QPSK调制器方框图 QPSK信QPSK信号频带利用率为信号频带利用率为2PSK信号频带利用率为信号频带利用率为四、四、四、四、QPSKQPSK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽n nQPSKQPSK信号由两路信号由两路信号由两路信号由两路2PSK2PSK信号相加而成。当两路信号相加而成。当两路信号相加而成。当两路信号相加而成。当两路2PSK2PSK信号独立时，信号独立时，信号独立时，信号独立时，QPSKQPSK信号的功率谱等于两个信号的功率谱等于两个信号的功率谱等于两个信号的功率谱等于两个2PSK2PSK信号的功率谱相加。信号的功率谱相加。信号的功率谱相加。信号的功率谱相加。5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控QPSK信号频带利用率为2PSK信号频带利用率为四、QPSK900相移相移抽样判决抽样判决抽样判决抽样判决并并/串串变换变换接收接收QPSK恢复的二恢复的二进制序列进制序列同相支路同相支路正交支路正交支路QPSK信号的解调方框图信号的解调方框图位定时位定时5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控n n五、五、五、五、QPSKQPSK信号的解调信号的解调信号的解调信号的解调900相移抽样判决抽样判决并/串变换接收QPSK恢复的二进制同相支路：同相支路：正交支路：正交支路：n n解调器各点的数学表达式解调器各点的数学表达式解调器各点的数学表达式解调器各点的数学表达式n n设接收信号为：设接收信号为：设接收信号为：设接收信号为：5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控同相支路：正交支路：解调器各点的数学表达式5.5.3多进制 同相、正交支路的判决规则为：同相、正交支路的判决规则为：取样值大于取样值大于0，判，判1 取样值小于取样值小于0，判，判01 10 10 01 0+-5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控 5.5.35.5.3多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控多进制相移键控n n六、抗噪声性能六、抗噪声性能六、抗噪声性能六、抗噪声性能n n1 1、QPSKQPSKn n2 2、MPSKMPSK：对于任意对于任意对于任意对于任意MM进制进制进制进制PSKPSK信号，当信噪比信号，当信噪比信号，当信噪比信号，当信噪比r r足够大时足够大时足够大时足够大时 QPSK的误比特性能与的误比特性能与2PSK相同。相同。5.5.3多进制相移键控六、抗噪声性能QPSK的误比特性能5.55.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统5.5.15.5.1多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（MASKMASK）5.5.25.5.2多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（MFSKMFSK）5.5.35.5.3多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（MPSKMPSK）5.5.4 5.5.4 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSKMDPSK）5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（APKAPK）5.5多进制数字调制系统5.5.1多进制振幅键控（MAS型取值型取值型取值型取值DQPSK(4DPSK)DQPSKn n(DQPSK)(DQPSK)n nDifferential Quadrature Phase-Shift KeyingDifferential Quadrature Phase-Shift Keying5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控(11)(11)(01)(00)(10)(01)(00)(10)型取值型取值DQPSK(4DPSK)D（00）（11）（01）（10）DQPSK 信号波形图信号波形图参考载波参考载波二进制信息二进制信息101t01010sDQPSK(t)t特点：特点：2、已调波有、已调波有4种相位种相位3、相位跳变的绝对值最大为、相位跳变的绝对值最大为180度度1、信息携带在相邻载波的相位差上、信息携带在相邻载波的相位差上5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控n n一、一、DQPSKDQPSK信号的波形信号的波形（00）（11）（01）（10）DQPSK 信号波形图参考载5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控二、二、DQPSKDQPSK信号的产生信号的产生n n设第设第设第设第n n个码元内的数字信息为个码元内的数字信息为个码元内的数字信息为个码元内的数字信息为 ，DQPSKDQPSK信号的载波相位为信号的载波相位为信号的载波相位为信号的载波相位为 。串串/并并变换变换二进制信息二进制信息DQPSK信号信号同相支路同相支路正交支路正交支路信号变换（映射）信号变换（映射）5.5.4多进制差分相移键控二、DQPSK信号的产生串/并5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控n n调制后载波的相位有几种？调制后载波的相位有几种？调制后载波的相位有几种？调制后载波的相位有几种？初始初始相位相位n n结论：对于，无论初始相位是哪个体系，结论：对于，无论初始相位是哪个体系，结论：对于，无论初始相位是哪个体系，结论：对于，无论初始相位是哪个体系，最终载波相位只有四种可能性。最终载波相位只有四种可能性。最终载波相位只有四种可能性。最终载波相位只有四种可能性。5.5.4多进制差分相移键控调制后载波的相位有几种？5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控n n调制后载波的相位有几种？调制后载波的相位有几种？调制后载波的相位有几种？调制后载波的相位有几种？n n结论：对于，无论初始相位是哪个体系，结论：对于，无论初始相位是哪个体系，结论：对于，无论初始相位是哪个体系，结论：对于，无论初始相位是哪个体系，最终载波相位却有八种可能性，在两种体系间跳变。最终载波相位却有八种可能性，在两种体系间跳变。最终载波相位却有八种可能性，在两种体系间跳变。最终载波相位却有八种可能性，在两种体系间跳变。初始初始相位相位5.5.4多进制差分相移键控调制后载波的相位有几种？5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控前一双比特码元的载波相位有四种可能，前一双比特码元的载波相位有四种可能，现设它为现设它为180（对应（对应cndn=00）此时的载波相位应为此时的载波相位应为180+90=270cndn应为应为10 码换器应将输入数据码换器应将输入数据01（ab）变成）变成10（cd）表表表表 6-7 Q6-7 QDPSKDPSK信号信号信号信号载载波相位波相位波相位波相位编码逻辑编码逻辑关系关系关系关系双比特双比特双比特双比特码码元元元元载载波相位波相位波相位波相位 n nc cd d1 11 1000 01 190900 00 01801801 10 0270270anbn为为01 方法：码变换方法：码变换QPSK调制（调制（/2体系体系）01111000相位配置关系图相位配置关系图 n n /2 DQPSK/2 DQPSK原理框图与具体实现原理框图与具体实现原理框图与具体实现原理框图与具体实现5.5.4多进制差分相移键控前一双比特码元的载波相位有四种5.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控n n码变换关系表（码变换关系表（码变换关系表（码变换关系表（c cn nd dn n产生）产生）产生）产生）000001011111101000001111101001011010000011111010cn-1dn-1anbn01111000QDPSKQDPSK信号信号信号信号载波相位编码逻辑关系载波相位编码逻辑关系载波相位编码逻辑关系载波相位编码逻辑关系双比特双比特双比特双比特码码元元元元载载波相位波相位波相位波相位 n nc cd d1 11 1000 01 190900 00 01801801 10 0270270相位配置关系图相位配置关系图 000001010101111100000101111110100101111110100000 n-1180900270180900270n n5.5.4多进制差分相移键控码变换关系表（cndn产生）05.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控对应关系对应关系对应关系对应关系an组合逻辑TbTbbncn-1dndn-1cn5.5.4多进制差分相移键控对应关系an组合逻辑TbTbbDQPSK信号频带利用率为信号频带利用率为2DPSK信号频带利用率为信号频带利用率为5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控三、三、DQPSKDQPSK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽特别：特别：/4 DQPSK与与/2 DQPSK相比，在带限非线性信道上带外辐射较小。相比，在带限非线性信道上带外辐射较小。DQPSK信号频带利用率为2DPSK信号频带利用率为5.5.同相支路同相支路正交支路正交支路并并/串串变换变换DQPSK信号信号输出信息输出信息取样取样取样取样位定时位定时5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控四、四、DQPSKDQPSK信号的解调信号的解调1 1、相干解调、相干解调、相干解调、相干解调同相支路正交支路并/串DQPSK信号输出信息取样取样位定时5n n积分器输出与载波相位的关系积分器输出与载波相位的关系积分器输出与载波相位的关系积分器输出与载波相位的关系 +-结论结论:由同相支路及正交支路低通滤波器的输出由同相支路及正交支路低通滤波器的输出 和和 的取样值极性可的取样值极性可确定确定 ，这是一个，这是一个QPSK信号的解调。信号的解调。5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控积分器输出与载波相位的关系 5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控图6-35 4DPSK信号相干解调加码反变换器原理图信号信号信号信号码码元元元元相位相位相位相位上支路上支路上支路上支路输输出出出出下支路下支路下支路下支路输输出出出出判决器判决器判决器判决器输输出出出出c cd d009090180180270270+-+-1 10 00 01 11 11 10 00 0表6-9判决规则5.5.4多进制差分相移键控图6-35 4DPSK信号相DQPSK错误概率近似为错误概率近似为QPSK的两倍。的两倍。解调器中由解调器中由 及及 计算计算 的过程则是差分译码的过程。的过程则是差分译码的过程。如：出现反相工作时，确定的如：出现反相工作时，确定的 ，此时前一码元内确定，此时前一码元内确定的的 。计算。计算 （2）一个）一个 的错误，会引起的错误，会引起 及及 的错误。的错误。5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控差分译码的特点：差分译码的特点：差分译码的特点：差分译码的特点：（1 1）消除了由载波相位模糊引起的反向工作问题。）消除了由载波相位模糊引起的反向工作问题。）消除了由载波相位模糊引起的反向工作问题。）消除了由载波相位模糊引起的反向工作问题。DQPSK错误概率近似为QPSK的两倍。解调器中由 5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控判决器是按极性来判决判决器是按极性来判决的。正取样值判为的。正取样值判为1，负，负取样值判为取样值判为0。四、四、四、四、DQPSKDQPSK信号的解调信号的解调信号的解调信号的解调2 2、差分相干解调、差分相干解调、差分相干解调、差分相干解调TsTs 5.5.4多进制差分相移键控判决器是按极性来判决的。正取5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控表表6-10差分正交解差分正交解调的判决准的判决准则判决器判决器输输出出A AB B1 11 1/2/20 01 1 0 00 03 3/2/21 10 0同相、正交支路的判决规则为：同相、正交支路的判决规则为：取样值大于取样值大于0，判，判1 取样值小于取样值小于0，判，判0抗噪声性比抗噪声性比QPSK差约差约2.3dB。5.5.4多进制差分相移键控表6-10差分正交解调的判决准5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控在在M值很大时，差分移相和相值很大时，差分移相和相干移相相比约损失干移相相比约损失3dB的功率。的功率。在四相时，大约损失在四相时，大约损失2.3dB的功的功率率 五、五、五、五、DQPSKDQPSK信号的抗噪声性能信号的抗噪声性能信号的抗噪声性能信号的抗噪声性能n n对于对于对于对于MM相绝对移相方式，当信噪比相绝对移相方式，当信噪比相绝对移相方式，当信噪比相绝对移相方式，当信噪比r r足够大时，误码率可近似为足够大时，误码率可近似为足够大时，误码率可近似为足够大时，误码率可近似为n n对于对于对于对于MM相相对移相方式，当信噪比相相对移相方式，当信噪比相相对移相方式，当信噪比相相对移相方式，当信噪比r r足够大时，误码率可近似为足够大时，误码率可近似为足够大时，误码率可近似为足够大时，误码率可近似为5.5.4多进制差分相移键控在M值很大时，差分移相和相干移5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控六、六、六、六、/4 DQPSK/4 DQPSK调制调制(11)(01)(00)(10)的四种取值的四种取值/4/4 DQPSK 信号波形图信号波形图参考载波参考载波二进制信息二进制信息101t01010ts/4D/4DQPSK(t)特点：特点：2、已调波有、已调波有8种相位种相位3、相位跳变的绝对值最大为、相位跳变的绝对值最大为135度度1、信息携带在相邻载波的、信息携带在相邻载波的 位差上位差上5.5.4多进制差分相移键控六、/4 DQPSK调制(1多进制差分相移键控多进制差分相移键控/4 Differential Quadrature Phase-Shift Keying （/4 DQPSK）(11)(01)(00)(10)的四种取值特点：特点：2、已调波有、已调波有8种相位种相位3、相位跳变的绝对值最大为、相位跳变的绝对值最大为135度度1、信息携带在相邻载波的、信息携带在相邻载波的 位差上位差上多进制差分相移键控/4 Differential Quad5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控/4 DQPSK/4 DQPSK信号的星座图信号的星座图/2 DQPSK/2 DQPSK信号的星座图信号的星座图5.5.4多进制差分相移键控/4 DQPSK信号的星座图5.5.45.5.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控多进制差分相移键控串串/并并变换变换二进制信息二进制信息/4/4 DQPSK 信号信号同相支路同相支路正交支路正交支路 设第设第n个码元内的数字信息为个码元内的数字信息为 ，/4/4 DQPSK信号的载信号的载波相位为波相位为 。5.5.4多进制差分相移键控串/并二进制信息/4 DQP/4 DQPSK信号的产生信号的产生迭代法迭代法串/并变换二进制信息/4 DQPSK 信号同相支路正交支路/4 DQPSK信号的产生迭代法串/并二进制信息/4 D/4 DQPSK信号的解调信号的解调1、中频差分解调、中频差分解调(与与DQPSK的差分解调相同的差分解调相同)2、基带差分解调基带差分解调 是是/4 DQPSK常采用的解调方法。常采用的解调方法。相移相移 900取样取样判决判决取样取样判决判决并并/串串变换变换正交支路正交支路位定时位定时延迟延迟接收信号接收信号恢复的二恢复的二进制信号进制信号同相支路同相支路/4 DQPSK信号的解调1、中频差分解调(与DQPSK的 /4 DQPSK/4 DQPSK信号的基带差分解调信号的基带差分解调信号的基带差分解调信号的基带差分解调接收信号接收信号低通滤低通滤波器波器取取样样判判决决低通滤低通滤波器波器取取样样判判决决串串/并并信号信号输出输出/4 DQPSK信号的基带差分解调接收信号低通滤波器取样判 /4 DQPSK/4 DQPSK信号的基带差分解调信号的基带差分解调信号的基带差分解调信号的基带差分解调/4 DQPSK信号的基带差分解调 /4 DQPSK/4 DQPSK信号的基带差分解调信号的基带差分解调信号的基带差分解调信号的基带差分解调 1 10 10 01 0+-判决规则判决规则：、大于大于0，判，判1 、小于小于0，判，判0用于判决的样值与信息的关系用于判决的样值与信息的关系用于判决的样值与信息的关系用于判决的样值与信息的关系误比特率：误比特率：/4 DQPSK信号的基带差分解调 5.55.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统多进制数字调制系统5.5.15.5.1多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（多进制振幅键控（MASKMASK）5.5.25.5.2多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（多进制频移键控（MFSKMFSK）5.5.35.5.3多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（多进制相移键控（MPSKMPSK）5.5.4 5.5.4 多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（多进制差分相移键控（MDPSKMDPSK）5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（APKAPK）5.5多进制数字调制系统5.5.1多进制振幅键控（MAS5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（APKAPK）n n在系统带宽一定的情况下，多进制调制（幅移或相在系统带宽一定的情况下，多进制调制（幅移或相在系统带宽一定的情况下，多进制调制（幅移或相在系统带宽一定的情况下，多进制调制（幅移或相移键控）的信息传输速率比二进制高，也就是说，移键控）的信息传输速率比二进制高，也就是说，移键控）的信息传输速率比二进制高，也就是说，移键控）的信息传输速率比二进制高，也就是说，多进制调制系统的频带利用率高，提高了有效性多进制调制系统的频带利用率高，提高了有效性多进制调制系统的频带利用率高，提高了有效性多进制调制系统的频带利用率高，提高了有效性 n n多进制调制系统频带利用率的提高是通过牺牲功率多进制调制系统频带利用率的提高是通过牺牲功率多进制调制系统频带利用率的提高是通过牺牲功率多进制调制系统频带利用率的提高是通过牺牲功率利用率来换取的利用率来换取的利用率来换取的利用率来换取的 ，降低了可靠性。，降低了可靠性。，降低了可靠性。，降低了可靠性。解决方法：解决方法：解决方法：解决方法：n n振幅相位联合键控（振幅相位联合键控（振幅相位联合键控（振幅相位联合键控（APKAPK）5.5.5振幅相位联合键控系统（APK）在系统带宽一定的情5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（振幅相位联合键控系统（APKAPK）振幅相位联合键控信号的一般表示式为振幅相位联合键控信号的一般表示式为 基带信号幅度 宽度为Ts的单个基带信号波形 APK信号可看作两个正交调制信号之和 基本原理基本原理基本原理基本原理5.5.5振幅相位联合键控系统（APK）振幅相位联合键控信同时向上、下同时向上、下两支路输出，两支路输出，与与QPSK、DQPSK等相同等相同时，时，4QAM就是就是QPSK5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统一、一、QAMQAM调制器调制器同时向上、下两支路输出，与QPSK、DQPSK等相同时，4Q-1-3+1+3101100015.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统16QAM16QAM调制器调制器-1-3+1+3101100015.5.5振幅相位联合键控5.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统n n支路波形支路波形支路波形支路波形11 01 01 00 00 10 10 01 01 11同相支路同相支路-1-3+1+310110001同相支路同相支路5.5.5振幅相位联合键控系统支路波形11 01 0-1-3+1+310110001设信息设信息 ，5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统二、二、QAMQAM波形的特点波形的特点-1-3+1+310110001-1-3+1+310110001设信息 5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统-1-3+1+310110001设信息设信息 ，-1-3+1+3101100015.5.5振幅相位联合键控系统-1-3+1+3101100000000100011000110001010101110011100111011111101010001010110011116QAM波形的特点：波形的特点：1、有三种幅度、有三种幅度、12种相种相 位位2、非恒包络调制，不适、非恒包络调制，不适 合非线性信道合非线性信道5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统16QAM16QAM星座图星座图00000010001100011000101010111016QAM16QAM信号频带利用率为信号频带利用率为结论：结论：QAM调制频带利用率高调制频带利用率高5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统三、三、QAMQAM信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽16QAM信号频带利用率为结论：QAM调制频带利用率高5.5判决器有三个门限电平判决器有三个门限电平-1-3+1+310110001-202判决规则：判决规则：1、小于、小于-2，判，判-32、大于、大于-2，小于，小于0，判，判-13、大于、大于0，小于，小于2，判，判+14、大于、大于2，判，判+3结论：结论：M越大，频越大，频带利用率越高，但带利用率越高，但误码性能也越差。误码性能也越差。四、四、四、四、QAMQAM信号的解调信号的解调信号的解调信号的解调判决器有三个门限电平-1-3+1+310110001-2025.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统五、五、五、五、16QAM16QAM与与与与16PSK16PSK比较比较比较比较16QAM和16PSK的信号星座图 16QAM信号表达式最大功率（或振幅）相等16PSK相邻信号点的距离 16QAM相邻信号点的距离 L是在两个正交方向（x或y）上信号的电平数，M为进制数 d2超过d11.64dB即在最大功率（峰值功率）相等最大功率（峰值功率）相等的情况下，16QAM信号比16PSK信号性能好1.64dB5.5.5振幅相位联合键控系统五、16QAM与16PSK比5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统16QAM16QAM与与与与16PSK16PSK比较（平均功率相同）比较（平均功率相同）比较（平均功率相同）比较（平均功率相同）在最大功率相等情况下比较是不实际的，应该以信号的平均功率相等为条件在最大功率相等情况下比较是不实际的，应该以信号的平均功率相等为条件来比较上述信号的距离才是合理的来比较上述信号的距离才是合理的 QAM信号的峰值功率与平均功率之比信号的峰值功率与平均功率之比 L=4PSK信号的峰值功率与平均功率之比信号的峰值功率与平均功率之比 16QAM比16PSK约大2.55dB 在平均功率相等的情况下，在平均功率相等的情况下，16QAM的相邻信号最小距离超过的相邻信号最小距离超过16PSK约约4.19dB，也就是抗干扰的能力更强。，也就是抗干扰的能力更强。5.5.5振幅相位联合键控系统16QAM与16PSK比较（5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统六、方型与星型六、方型与星型六、方型与星型六、方型与星型QAMQAM比较比较比较比较若信号点之间的最若信号点之间的最小距离为小距离为2A，且所有信，且所有信号点等概出现，则平均号点等概出现，则平均发射信号功率为发射信号功率为星型16QAM星座 方型16QAM星座 只有两个振幅值 有三种振幅值 8种相位 12种相位 在衰落信道中星型在衰落信道中星型16QAM比方型比方型16QAM星座更具有吸引力星座更具有吸引力 5.5.5振幅相位联合键控系统六、方型与星型QAM比较5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统MPSK信号星座图上信号点间的最小距离为 MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离为 若已调信号的最大幅度为1M=4 时，d4PSK=d4QAM，实际上，4PSK和4QAM的星座图相同。M=16时，d16QAM=0.47，而d16PSK=0.39；当M大于4时，MQAM的抗噪声性能优于MPSK，且随着M的增加，这种优势越明显 M64时，d64QAM=0.202，d64PSK=0.098不同进制之间不同进制之间不同进制之间不同进制之间QAMQAM与与与与MPSKMPSK比较比较比较比较5.5.5振幅相位联合键控系统MPSK信号星座图上信号点间5.5.55.5.5振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统当M大于4时，MQAM的抗噪声性能优于MPSK，且随着M的增加，这种优势越明显 在平均功率相等平均功率相等的情况下，16QAM的相邻信号最小距离超过16PSK约4.19dB，也就是抗干扰的能力更强。16QAM最小距离2B16PSK性能比较总结性能比较总结性能比较总结性能比较总结5.5.5振幅相位联合键控系统当M大于4时，MQAM的抗噪