通信原理-第8章

,通信原理,(,第,6,版,),单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,通信原理,2,通信原理,第,8,章 新型数字带通调制技术,3,第,8,章 新型数字带通调制技术,8.1,正交振幅调制,(QAM),1,、原理：,QAM,是振幅和相位联合键控调制方式,4,第,8,章 新型数字带通调制技术,5,第,8,章 新型数字带通调制技术,矢量图,在信号表示式中，若,k,值仅可以取,/4,和,-,/4,，,A,k,值仅可以取,+,A,和,-,A,，则此,QAM,信号就成为,QPSK,信号，如下图所示：,所以，,QPSK,信号就是一种最简单的,QAM,信号。,6,第,8,章 新型数字带通调制技术,有代表性的,QAM,信号是,16,进制的，记为,16QAM,，它的矢量图示于下图中：,A,k,7,第,8,章 新型数字带通调制技术,类似地，有,64QAM,和,256QAM,等,QAM,信号，如下图所示：,它们总称为,MQAM,调制。由于从其矢量图看像是星座，故又称,星座,调制。,64QAM,信号矢量图,256QAM,信号矢量图,8,第,8,章 新型数字带通调制技术,2,、产生方法（以,4QAM,信号为例）,正交调幅法：用两路独立的正交,2ASK,信号叠加，形成,4QAM,信号，如下图所示。,A,M,9,第,8,章 新型数字带通调制技术,信号表示式：,这种信号的一个码元可以表示为,式中，,k,=,整数；,A,k,和,k,分别可以取多个离散值。,X,k,=,A,k,cos,k,Y,k,=,A,k,sin,k,X,k,和,Y,k,也是可以取多个离散值的变量。从上式看出，,e,k,(,t,),可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。,10,第,8,章 新型数字带通调制技术,电平转换,电平转换,串并变换,11,第,8,章 新型数字带通调制技术,12,第,8,章 新型数字带通调制技术,3,、,QAM,的优势,16QAM,信号和,16PSK,信号的性能比较：,在下图中，按最大振幅相等，画出这两种信号的星座图。,设其最大振幅为,A,M,，则,16PSK,信号的相邻矢量端点的欧氏距离,d,1,和,16QAM,信号的相邻点欧氏距离,d,2,分别为,d,2,和,d,1,代表这,两种体制,噪声容限,的大小,A,M,d,2,(a)16QAM,A,M,d,1,(b)16PSK,13,(a),传输频带,(b)16QAM,星座,1011,1001,1110,1111,1010,1000,1100,1101,0001,0000,0100,0110,0011,0010,0101,0111,A,2400,第,8,章 新型数字带通调制技术,4,、,QAM,应用,实例,1,：,QAM,特别适用于频带资源有限的场合。例如，电话信道的带宽通常限制在,300,3400Hz,的范围内，若希望得到高的传输速率，可采用,QAM,。在下图中示出一种用于调制解调器的传输速率为,9600 b/s,的,16QAM,方案，其载频为,1650 Hz,，滤波器带宽为,2400 Hz,（,9600/4=2400,），滚降系数为,10,。,14,第,8,章 新型数字带通调制技术,实例,2,：,目前，我国的有线电视在有线电视信号传输时，一般采用,64QAM,调制方式。（每个码元传输,6bit,信息，信息速率是码元速率的,6,倍）,对于标清信号，如果符号率采用,6.875M,符号,/,秒，每个频道的最高信息传输速率为,6.875*6,41.25Mbps,，,信道编码采用,RS,编码（,204,，,188,），每个频道的有效传输速率为,41.25*,（,188/204,）,38.01Mbps,，按每套节目的速率为,6Mbps,，故每个频道可以传输的节目数量为,38.01/6,6.33,个。,作为发展趋势的,HDTV,信号，未经压缩时的数据为,663.5Mbit/s,，压缩后为,31.8Mbit/s,（压缩比,20.81,）。如果采用,64QAM,调制，传输带宽为,31.8/6,5.3MHz,（码元速率即为带宽）,，频带利用率达到,6bit/s/Hz,。,也就是说，在现有的有线电视系统中，采用,64QAM,调制方式，每个频道可以传输一路高清或,6,路标清信号，提高了信道利用率。,15,第,8,章 新型数字带通调制技术,8.2,最小频移键控和高斯最小频移键控,定义：最小频移键控（,MSK,）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的,2FSK,信号，其波形图如下：,16,第,8,章 新型数字带通调制技术,8.2.1,正交,2FSK,信号的最小频率间隔,假设,2FSK,信号码元的表示式为,保证正交的,2FSK,信号的最小频率间隔等于,1/2Ts,。,17,第,8,章 新型数字带通调制技术,8.2.2 MSK,信号的基本原理,MSK,信号的频率间隔,MSK,信号的第,k,个码元可以表示为,式中，,c,载波角载频；,a,k,=,1,（当输入码元为“,1”,时，,a,k,=,+1,；,当输入码元为“,0”,时，,a,k,=,-1,）；,T,s,码元宽度；,k,第,k,个码元的初始相位，它在一个码元宽度 中是不变的。,18,第,8,章 新型数字带通调制技术,由上式可以看出，,当输入码元为“,1”,时，,a,k,=,+1,，故码元频率,f,1,=,f,c,+1/(4,T,s,),；,当输入码元为“,0”,时，,a,k,=,-1,，故码元频率,f,0,=,f,c,-1/(4,T,s,),。,所以，,f,1,和,f,0,的差等于,1/(2,T,s,),。在,8.2.1,节已经证明，这是,2FSK,信号的最小频率间隔。,19,第,8,章 新型数字带通调制技术,MSK,信号的相位连续性,k,(,t,),称作第,k,个码元的附加相位。,20,第,8,章 新型数字带通调制技术,由上式可见，在此码元持续时间内它是,t,的直线方程。并且，在一个码元持续时间,T,s,内，它变化,a,k,/2,，即变化,/2,。每经过一个码元的持续时间，,MSK,码元的附加相位就改变,/2,；,若,a,k,=+1,，则第,k,个码元的附加相位增加,/2,；,若,a,k,=-1,，则第,k,个码元的附加相位减小,/2,。,按照这一规律，可以画出,MSK,信号附加相位,k,(,t,),的轨迹图如下：,21,第,8,章 新型数字带通调制技术,T,s,3,T,s,5,T,s,9,T,s,7T,s,11,T,s,0,a,k,=,1,1,1 -1 -1,1,1,1 -1 -1 -1 -1,22,第,8,章 新型数字带通调制技术,习题,8-1,设发送数字序列为,+1-1-1-1-1-1+1,，试画出用其调制后的,MSK,信号相位变化图。若码元速率为,1000B,，载波频率为,3000Hz,，试画出此,MSK,信号的波形。,23,+1,-1,-1,-1,-1,-1,+1,24,第,8,章 新型数字带通调制技术,习题,8-2,设有一个,MSK,信号，码元速率为,1000B,，分别用频率,f1,和,f0,表示码元“,1”,和“,0”,，若,f1=1250Hz,，试求其,f0,应为多少？并画出“,101”,的波形。,25,第,8,章 新型数字带通调制技术,MSK,信号的正交表示法,26,第,8,章 新型数字带通调制技术,考虑到有,以及,上式表示，此信号可以分解为同相（,I,）和正交（,Q,）分量两部分。,I,分量的载波为,cos,c,t,，,p,k,中包含输入码元信息，,cos(,t,/2,T,s,),是其正弦形加权函数；,Q,分量的载波为,sin,c,t,，,q,s,中包含输入码元信息，,sin(,t,/2,T,s,),是其正弦形加权函数。,27,第,8,章 新型数字带通调制技术,k,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,t,(-,T,s,0),(0,T,s,),(,T,s,2,T,s,),(2,T,s,3,T,s,),(3,T,s,4,T,s,),(4,T,s,5,T,s,),(5,T,s,6,T,s,),(6,T,s,7,T,s,),(7,T,s,8,T,s,),(8,T,s,9,T,s,),a,k,+1,+1,-1,+1,-1,-1,+1,+1,-1,1,b,k,+1,+1,-1,-1,+1,-1,-1,-1,+1,+1,k,0,0,0,0,0,0,p,k,+1,+1,-1,-1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,q,k,+1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,+1,28,第,8,章 新型数字带通调制技术,8.2.3 MSK,信号的产生和解调,MSK,信号的产生方法,MSK,信号可以用两个正交的分量表示：,差分,编码,串,/,并,变换,振荡,f,=1/4,T,振荡,f,=,f,s,移相,/2,移相,/2,cos(,t,/2,T,s,),q,k,p,k,q,k,sin(,t,/2,T,s,),sin(,t,/2,T,s,),cos,c,t,sin,c,t,a,k,b,k,带通,滤波,MSK,信号,p,k,cos(,t,/2,T,s,)cos,c,t,q,k,sin(,t,/2,T,s,)sin,c,t,p,k,cos(,t,/2,T,s,),29,第,8,章 新型数字带通调制技术,8.2.6,高斯最小频移键控,在进行,MSK,调制前将矩形信号脉冲先通过一个高斯型的低通滤波器。这样的体制称为,高斯最小频移键控,(GMSK),。,此高斯型低通滤波器的频率特性表示式为：,式中，,B,滤波器的,3 dB,带宽。,将上式作逆傅里叶变换，得到此滤波器的冲激响应,h,(,t,),：,式中,由于,h,(,t,),为高斯特性，故称为高斯型滤波器。,30,第,8,章 新型数字带通调制技术,GMSK,信号的功率谱密度很难分析计算，用计算机仿真方法得到的结果也示于上图中。仿真时采用的,BT,s,=0.3,，即滤波器的,3 dB,带宽,B,等于码元速率的,0.3,倍。在,GSM,制的蜂窝网中就是采用,BT,s,=0.3,的,GMSK,调制，这是为了得到更大的用户容量，因为在那里对带外辐射的要求非常严格。,GMSK,体制的缺点是有码间串扰。,BT,s,值越小，码间串扰越大。,31,第,8,章 新型数字带通调制技术,例题：设发送数据序列为,0010110101,，采用,MSK,方式传输，码元速率为,1200B,，载波频率为,2400Hz,试求“,0”,和“,1”,对应的频率,画出,MSK,信号时间波形,画出,MSK,信号附加相位路径图（初始相位为零）,32,第,8,章 新型数字带通调制技术,8.4,小结,QAM,MSK,