通信原理-第7章-數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng).doc資料

1、通信原理-第7章-數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng).第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)l7.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理n7.1.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK）u基本原理：p“通-斷鍵控(OOK)”信號(hào)表達(dá)式 p波形”時(shí)發(fā)送“以概率，”時(shí)發(fā)送“以概率0P101Pt,Acos)(cOOKte第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u2ASK信號(hào)產(chǎn)生方法模擬調(diào)制法（相乘器法）鍵控法乘法器)(2teASK二進(jìn)制不歸零信號(hào)tccos)(tstccos)(ts)(2teASK開關(guān)電路第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u2ASK信號(hào)解調(diào)方法 p非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法) p相干解調(diào)(同步檢測(cè)法) 帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(

2、2teASKabcd帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2teASKtccos第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形 第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u功率譜密度 2ASK信號(hào)可以表示成 式中 s(t) 二進(jìn)制單極性隨機(jī)矩形脈沖序列設(shè)：Ps (f) s(t)的功率譜密度 P2ASK (f) 2ASK信號(hào)的功率譜密度則由上式可得由上式可見，2ASK信號(hào)的功率譜是基帶信號(hào)功率譜Ps (f)的線性搬移（屬線性調(diào)制）。 知道了Ps (f)即可確定P2ASK (f) 。 ttsteccos)(2ASK)()(41)(2ASKcscsffPffPfP第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p2ASK信號(hào)的功

3、率譜密度示意圖 第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p從以上分析及上圖可以看出： 2ASK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成；連續(xù)譜取決于g(t)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜，而離散譜由載波分量確定。 2ASK信號(hào)的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，若只計(jì)譜的主瓣（第一個(gè)譜零點(diǎn)位置），則有式中 fs = 1/Ts即，2ASK信號(hào)的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。 sASKfB22第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n7.1.2 二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）u基本原理 p表達(dá)式：在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為 ”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“0),cos(A1),cos(A)(212FSKnnttte

4、第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p典型波形：p由圖可見，2FSK 信號(hào)的波形(a)可以分解為波形(b)和波形（c），也就是說，一個(gè)2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法 p采用模擬調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn)：信號(hào)在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的。p采用鍵控法來實(shí)現(xiàn)：相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。振蕩器1f1反相器振蕩器2f2選通開關(guān)選通開關(guān)相加器基帶信號(hào))(2teFSK第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u2FSK信號(hào)的解調(diào)方法p非相干解調(diào)帶通濾波器帶通濾波器抽樣判決器輸出包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器12)(2teFSK定時(shí)脈沖第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p相干解調(diào)帶通濾波器帶通濾

5、波器抽樣判決器輸出低通濾波器低通濾波器12)(2teFSK定時(shí)脈沖相乘器相乘器t1cost2cos第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p其他解調(diào)方法：比如鑒頻法、差分檢測(cè)法、過零檢測(cè)法等。下圖給出了過零檢測(cè)法過零檢測(cè)法的原理方框圖及各點(diǎn)時(shí)間波形。 限幅微分整流脈沖展寬輸出低通)(2teFSKabcdef第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u功率譜密度對(duì)相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)，可以看成由兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加，它可以表示為 其中，s1(t)和s2(t)為兩路二進(jìn)制基帶信號(hào)。據(jù)2ASK信號(hào)功率譜密度的表示式，不難寫出這種2FSK信號(hào)的功率譜密度的表示式：令概率P = ，只需將2ASK信號(hào)頻譜中的fc分別替換為f1

6、和f2，然后代入上式，即可得到下式： ttsttsteFSK22112cos)(cos)()()()(41)()(41)(221122211ffPffPffPffPfPssssFSK第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 其曲線如下：2112112FSK)()(sin)()(sin16)(sssssTffTffTffTffTfP222222)()(sin)()(sin16sssssTffTffTffTffT)()()()(1612211ffffffff第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)由上圖可以看出：p相位不連續(xù)2FSK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于f1和f2處的雙邊譜疊加而成，離散譜位于兩

7、個(gè)載頻f1和f2處；p連續(xù)譜的形狀隨著兩個(gè)載頻之差的大小而變化，若| f1 f2 | fs ，則出現(xiàn)雙峰；p若以功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔計(jì)算2FSK信號(hào)的帶寬，則其帶寬近似為其中，fs = 1/Ts為基帶信號(hào)的帶寬。圖中的fc為兩個(gè)載頻的中心頻率。sfffB2122FSK第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n7.1.3 二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） u2PSK信號(hào)的表達(dá)式：在2PSK中，通常用初始相位0和分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。因此，2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 式中，n表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：因此，上式可以改寫為)cos(A)(2PSKnctte”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“，1,00nPtPttecc1

8、,cosA,cosA)(2PSK概率為概率為第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號(hào)可以表述為一個(gè)雙極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘：式中這里，g(t)是脈寬為Ts的單個(gè)矩形脈沖，而an的統(tǒng)計(jì)特性為即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“0”時(shí)（an取+1），e2PSK(t)取0相位；發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“1”時(shí)（ an取 -1）， e2PSK(t)取相位。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)相移絕對(duì)相移方式方式。 ttsteccos)(2PSKnsnnTtgats)()(PPan1, 1, 1概率為概率為第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u典型波形第7章

9、數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u2PSK信號(hào)的調(diào)制器原理方框圖p模擬調(diào)制的方法 p鍵控法 乘法器)(2tePSK雙極性不歸零tccos)(ts碼型變換tccos)(ts)(2tePSK開關(guān)電路移相01800第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u2PSK信號(hào)的解調(diào)器原理方框圖和波形圖：帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2tePSKtccosabcde第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)波形圖中，假設(shè)相干載波的基準(zhǔn)相位與2PSK信號(hào)的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相位一致（通常默認(rèn)為0相位）。但是，由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過程中存在著的相位模糊，即恢復(fù)的本地載波與所需的相干載波可能同相，也可能反相，這種相位關(guān)系的不確定性將會(huì)造成解調(diào)

10、出的數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好相反，即“1”變?yōu)椤?”，“0”變?yōu)椤?”，判決器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為2PSK 方式的“倒倒”現(xiàn)象現(xiàn)象或“反相工作反相工作”。這也是2PSK方式在實(shí)際中很少采用的主要原因。另外，在隨機(jī)信號(hào)碼元序列中，信號(hào)波形有可能出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的正弦波形，致使在接收端無(wú)法辨認(rèn)信號(hào)碼元的起止時(shí)刻。 為了解決上述問題，可以采用7.1.4節(jié)中將要討論的差分相移鍵控（DPSK）體制。第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u功率譜密度比較2ASK信號(hào)的表達(dá)式和2PSK信號(hào)的表達(dá)式：2ASK：2PSK：可知，兩者的表示形式完全一樣，區(qū)別僅在于基帶信號(hào)s(t)不同（an不同），前者為單

11、極性，后者為雙極性。因此，我們可以直接引用2ASK信號(hào)功率譜密度的公式來表述2PSK信號(hào)的功率譜，即應(yīng)當(dāng)注意，這里的Ps(f)是雙極性矩形脈沖序列的功率譜。 ttsteccos)(2ASKPtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概率為概率為)()(41)(2cscsPSKffPffPfP第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p功率譜密度曲線從以上分析可見，二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的頻譜特性與2ASK的十分相似，帶寬也是基帶信號(hào)帶寬的兩倍。區(qū)別僅在于當(dāng)P=1/2時(shí)，其譜中無(wú)離散譜（即載波分量），此時(shí)2PSK信號(hào)實(shí)際上相當(dāng)于抑制載波的雙邊帶信號(hào)。因此，它可以看作是雙極性基帶信號(hào)作用下的調(diào)幅信號(hào)。第7章數(shù)字帶通

12、傳輸系統(tǒng)n7.1.4 二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）u2DPSK原理p2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化傳遞數(shù)字信息，所以又稱相對(duì)相移鍵控相對(duì)相移鍵控。p假設(shè)為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差，定義數(shù)字信息與 之間的關(guān)系為于是可以將一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對(duì)應(yīng)的2DPSK信號(hào)的載波相位關(guān)系示例如下： ”表示數(shù)字信息“，”表示數(shù)字信息“10, 0 0 0 0 00 0 0 0 0 02DPSK01 1 0 0 1 0 1 1或信號(hào)相位：二進(jìn)制數(shù)字信息：第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)相應(yīng)的2DPSK信號(hào)的波形如下：由此例可知，對(duì)于相同的基帶信號(hào)，由于初始相位不同，2DPSK信號(hào)的相位可以不同。即

13、2DPSK信號(hào)的相位并不直接代表基帶信號(hào)，而前后碼元的相對(duì)相位才決定信息符號(hào)。 0 0 0 00 0 0 0 0 02DPSK01 1 0 0 1 0 1 1或信號(hào)相位：二進(jìn)制數(shù)字信息：第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p數(shù)字信息與之間的關(guān)系也可定義為p2DPSK信號(hào)的矢量圖在B方式中，當(dāng)前碼元的相位相對(duì)于前一碼元的相位改變/2。因此，在相鄰碼元之間必定有相位突跳。在接收端檢測(cè)此相位突跳就能確定每個(gè)碼元的起止時(shí)刻?！北硎緮?shù)字信息“，”表示數(shù)字信息“01, 0參考相位參考相位/2/2(a) A方式 參考相位參考相位/2/2(b) B方式 第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法由上圖可見，先對(duì)二進(jìn)制

14、數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，即把表示數(shù)字信息序列的絕對(duì)碼變換成相對(duì)碼（差分相對(duì)碼（差分碼）碼），然后再根據(jù)相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相，從而產(chǎn)生二進(jìn)制差分相移鍵控信號(hào)。上圖中使用的是傳號(hào)差分碼，即載波的相位遇到原數(shù)字信息“1”變化，遇到“0”則不變。第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p2DPSK信號(hào)調(diào)制器原理方框圖差分碼可取傳號(hào)差分碼或空號(hào)差分碼。其中，傳號(hào)差分碼的編碼規(guī)則為式中， 為模2加，bn-1為bn的前一碼元，最初的bn-1可任意設(shè)定。 上式的逆過程稱為差分譯碼（碼反變換），即tccos)(ts)(2teDPSK開關(guān)電路移相01800碼變換1nnnbab1nnnbba第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u2DPSK信號(hào)的解

15、調(diào)方法之一 p相干解調(diào)(極性比較法)加碼反變換法原理：先對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對(duì)碼，再經(jīng)碼反變換器變換為絕對(duì)碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中，由于載波相位模糊性的影響，使得解調(diào)出的相對(duì)碼也可能是“1”和“0”倒置，但經(jīng)差分譯碼（碼反變換）得到的絕對(duì)碼不會(huì)發(fā)生任何倒置的現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊性帶來的問題。 第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p2DPSK的相干解調(diào)器原理圖和各點(diǎn)波形 帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(DPSK2tetccos碼反變換器abcdef第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u2DPSK信號(hào)的解調(diào)方法之二：差分相干解調(diào)(相位比較）法 帶通濾波器相

16、乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(DPSK2te延遲Tsabcde第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p用這種方法解調(diào)時(shí)不需要專門的相干載波，只需由收到的2DPSK信號(hào)延時(shí)一個(gè)碼元間隔，然后與2DPSK信號(hào)本身相乘。相乘器起著相位比較的作用，相乘結(jié)果反映了前后碼元的相位差，經(jīng)低通濾波后再抽樣判決，即可直接恢復(fù)出原始數(shù)字信息，故解調(diào)器中不需要碼反變換器。u2DPSK系統(tǒng)是一種實(shí)用的數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)，但其抗加性白噪聲性能比2PSK的要差。第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u功率譜密度 從前面討論的2DPSK信號(hào)的調(diào)制過程及其波形可以知道，2DPSK可以與2PSK具有相同形式的表達(dá)式。所不同的是2PSK中的基帶信號(hào)s(t)

17、對(duì)應(yīng)的是絕對(duì)碼序列；而2DPSK中的基帶信號(hào)s(t)對(duì)應(yīng)的是碼變換后的相對(duì)碼序列。因此，2DPSK信號(hào)和2PSK信號(hào)的功率譜密度是完全一樣的。信號(hào)帶寬為與2ASK的相同，也是碼元速率的兩倍。sfB2B2PSKDPSK2l7.3 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較n誤碼率2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解調(diào)相干解調(diào)421rerfc421re221rerfc221rererfc21rerfcre21第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n誤碼率曲線第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n頻帶寬度u2ASK系統(tǒng)和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬度u 2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度sPS

18、KASKTBB222sFSKTffB2122第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n對(duì)信道特性變化的敏感性u(píng)在2FSK系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個(gè)支路解調(diào)輸出樣值的大小來作出判決，不需要人為地設(shè)置判決門限，因而對(duì)信道的變化不敏感。 u在2PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為零，與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)。因此，接收機(jī)總能保持工作在最佳判決門限狀態(tài)。 u對(duì)于2ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)，對(duì)信道特性變化敏感，性能最差。第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)l7.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理n概述u為了提高頻帶利用率，最有效的辦法是使一個(gè)碼元傳輸多個(gè)比特的信息。u由7.3節(jié)中的討論得知，各

19、種鍵控體制的誤碼率都決定于信噪比r：它還可以改寫為碼元能量E和噪聲單邊功率譜密度n0之比：u設(shè)多進(jìn)制碼元的進(jìn)制數(shù)為M，碼元能量為E，一個(gè)碼元中包含信息k比特，則有k = log2 M u若碼元能量E平均分配給每個(gè)比特，則每比特的能量Eb等于E / k。故有u在研究不同M值下的錯(cuò)誤率時(shí)，適合用r b為單位來比較不同體制的性能優(yōu)略。 222/nar0nEr/b00brkrnkEnE第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n7.4.1 多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)u概述p多進(jìn)制振幅鍵控又稱多電平調(diào)制p優(yōu)點(diǎn)：MASK信號(hào)的帶寬和2ASK信號(hào)的帶寬相同，故單位頻帶的信息傳輸速率高，即頻帶利用率高。第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u舉

20、例p基帶信號(hào)是多進(jìn)制單極性不歸零脈沖 (b) MASK信號(hào)(a) 基帶多電平單極性不歸零信號(hào)0010110101011110000t0t0101101010111100第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p基帶信號(hào)是多進(jìn)制雙極性不歸零脈沖 二進(jìn)制抑制載波雙邊帶信號(hào)就是2PSK信號(hào)。 0101101010111100000t(c) 基帶多電平雙極性不歸零信號(hào)00000t01011010101111(d) 抑制載波MASK信號(hào)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n7.4.2 多進(jìn)制頻移鍵控(MFSK)u4FSK信號(hào)波形舉例 (a) 4FSK信號(hào)波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b) 4FSK信號(hào)

21、的取值第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)uMFSK信號(hào)的帶寬：B = fM - f1 + f式中f1 最低載頻fM 最高載頻f 單個(gè)碼元的帶寬 第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)uMFSK非相干解調(diào)器的原理方框圖 V1(t)抽樣判決帶通濾波f1包絡(luò)檢波帶通濾波fM包絡(luò)檢波輸入輸出VM(t)定時(shí)脈沖帶通濾波f2包絡(luò)檢波.第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n7.4.3 多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)u基本原理一個(gè)MPSK信號(hào)碼元可以表示為式中，A 常數(shù)， k 一組間隔均勻的受調(diào)制相位它可以寫為通常M取2的某次冪：M = 2k， k = 正整數(shù) MktAtskk, 2 , 1)cos()(0MkkMk, 2 , 1),1(2第7章數(shù)字帶通

22、傳輸系統(tǒng)在下圖中示出當(dāng)k = 3時(shí)，k取值的一例。圖中示出當(dāng)發(fā)送信號(hào)的相位為1 = 0時(shí)，能夠正確接收的相位范圍在/8內(nèi)。對(duì)于多進(jìn)制PSK信號(hào)，不能簡(jiǎn)單地采用一個(gè)相干載波進(jìn)行相干解調(diào)。例如，若用cos2f0t作為相干載波時(shí)，因?yàn)閏osk = cos(2-k)，使解調(diào)存在模糊。這時(shí)需要用兩個(gè)正交的相干載波解調(diào)。 圖7-34 8PSK信號(hào)相位第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)可以將MPSK信號(hào)碼元表示式展開寫成 式中上式表明，MPSK信號(hào)碼元sk(t)可以看作是由正弦和余弦兩個(gè)正交分量合成的信號(hào)，并且ak2 + bk2 = 1 。因此，其帶寬和MASK信號(hào)的帶寬相同。本節(jié)下面主要以M = 4為例，對(duì)4PSK作

23、進(jìn)一步的分析。 tbtattskkkk000sincos)cos()(kkacoskkbsin第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n正交相移鍵控(QPSK)u4PSK常稱為正交相移鍵控(QPSK)u格雷(Gray)碼p4PSK信號(hào)每個(gè)碼元含有2 比特的信息，現(xiàn)用ab代表這兩個(gè)比特。p兩個(gè)比特有4種組合，即00、01、10和11。它們和相位k之間的關(guān)系通常都按格雷碼的規(guī)律安排，如下表所示。 QPSK信號(hào)的編碼 abk00900101127010180第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)pQPSK信號(hào)矢量圖p格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個(gè)比特只有一位不同。由于因相位誤差造成錯(cuò)判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼使之僅造

24、成一個(gè)比特誤碼的概率最大。 01001011參考相位圖7-35 QPSK信號(hào)的矢量圖第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p多位格雷碼的編碼方法：格雷碼又稱反射碼。 序號(hào) 格雷碼 二進(jìn)碼00 0 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表表

25、7.4.2 格雷碼編碼規(guī)則格雷碼編碼規(guī)則第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u碼元相位關(guān)系pk稱為初始相位，常簡(jiǎn)稱為相位，而把(0t + k)稱為信號(hào)的瞬時(shí)相位。p當(dāng)碼元中包含整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)，初始相位相同的相鄰碼元的波形和瞬時(shí)相位才是連續(xù)的，如下圖：(a) 波形和相位連續(xù)TT第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p若每個(gè)碼元中的載波周期數(shù)不是整數(shù)，則即使初始相位相同，波形和瞬時(shí)相位也可能不連續(xù)，如下圖 或者波形連續(xù)而相位不連續(xù)，如下圖 (b) 波形和相位不連續(xù)TT(c) 波形連續(xù)相位不連續(xù)TT第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)p在碼元邊界，當(dāng)相位不連續(xù)時(shí)，信號(hào)的頻譜將展寬，包絡(luò)也將出現(xiàn)起伏。 p在后面討論各種調(diào)制體制時(shí)，還將遇到這個(gè)

26、問題。并且有時(shí)將碼元中包含整數(shù)個(gè)載波周期的假設(shè)隱含不提，認(rèn)為PSK信號(hào)的初始相位相同，則碼元邊界的瞬時(shí)相位一定連續(xù)。 第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)uQPSK調(diào)制p兩種產(chǎn)生方法:相乘電路法 -sin0t相干載波產(chǎn)生相乘電路相乘電路/2相移串/并變換相加電路cos0tA(t)s(t)圖7-37 第一種QPSK信號(hào)產(chǎn)生方法ab第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼元串并變換：012345(a) 輸入基帶碼元t024(b) 并行支路a碼元t135(c) 并行支路b碼元t圖7-38 碼元串/并變換第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)矢量圖：二進(jìn)制信號(hào)碼元“0”和“1在相乘電路中與不歸零雙極性矩形脈沖振幅的關(guān)系如下：二進(jìn)制碼元“1” 雙極

27、性脈沖“+1”；二進(jìn)制碼元“0” 雙極性脈沖“-1”。符合上述關(guān)系才能得到第6章中的B方式編碼規(guī)則。 01110010a(1)a(0)b(1)b(0)圖7-39 QPSK矢量的產(chǎn)生第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)選擇法 串/并變換相位選擇帶通濾波4相載波產(chǎn)生器1432ab圖7-40 選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)uQPSK解調(diào)p原理方框圖用兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易地分離這兩路正交的2PSK信號(hào)。相干解調(diào)后的兩路并行碼元a和b，經(jīng)過并/串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。載波提取相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)abcos0t-sin0t定時(shí)提取圖7-41 QPSK信號(hào)解

28、調(diào)原理方框圖第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n偏置QPSK(OQPSK)uQPSK體制的缺點(diǎn)：它的相鄰碼元最大相位差達(dá)到180，這在頻帶受限的系統(tǒng)中會(huì)引起信號(hào)包絡(luò)的很大起伏。u偏置QPSK的改進(jìn)：為了減小此相位突變，將兩個(gè)正交分量的兩個(gè)比特a和b在時(shí)間上錯(cuò)開半個(gè)碼元，使之不可能同時(shí)改變。這樣安排后相鄰碼元相位差的最大值僅為90（見下表），從而減小了信號(hào)振幅的起伏。uOQPSK和QPSK的唯一區(qū)別在于：對(duì)于QPSK，上表中的兩個(gè)比特a和b的持續(xù)時(shí)間原則上可以不同；而對(duì)于OQPSK，a和b的持續(xù)時(shí)間必須相同。abk00900101127010180第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)uOQPSK信號(hào)的波形與QPSK信號(hào)波

29、形的比較 a1a3a5a7a2a6a4a8a2a4a1a3a5a7a6a8第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n/4相移QPSK u4相移QPSK信號(hào)是由兩個(gè)相差4的QPSK星座圖交替產(chǎn)生的，它也是一個(gè)4進(jìn)制信號(hào)：u當(dāng)前碼元的相位相對(duì)于前一碼元的相位改變45或135。例如，若連續(xù)輸入“11 11 11 11”，則信號(hào)碼元相位為“45 90 45 90 ” u優(yōu)點(diǎn)：這種體制中相鄰碼元間總有相位改變、最大相移為135，比QPSK的最大相移小。 4 51110(a)星座圖之一(b)星座圖之二010011010010第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)n7.4.4 多進(jìn)制差分相移鍵控(MDPSK)u基本原理pMDPSK信號(hào)和MP

30、SK信號(hào)類似，只需把MPSK信號(hào)用的參考相位當(dāng)作是前一碼元的相位，把相移k當(dāng)作是相對(duì)于前一碼元相位的相移。p這里仍以4進(jìn)制DPSK信號(hào)為例作進(jìn)一步的討論。4進(jìn)制DPSK通常記為QDPSK。p QDPSK信號(hào)編碼方式：abkA方式B方式0090135010451127031510180225第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u產(chǎn)生方法p第一種方法圖中a和b為經(jīng)過串/并變換后的一對(duì)碼元，它需要再經(jīng)過碼變換器變換成相對(duì)碼c和d后才與載波相乘。 c 和d 對(duì)載波的相乘實(shí)際是完成絕對(duì)相移鍵控。 abcd碼變換相加電路s(t)圖7-43 第一種QDPSK信號(hào)產(chǎn)生方法A(t)串/并變換-/4載波產(chǎn)生相乘電路相乘電路/4

31、第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼變換器：輸入ab和輸出cd間的16種可能關(guān)系(A方式)：當(dāng)前輸入的一對(duì)碼元及要求的相對(duì)相移前一時(shí)刻經(jīng)過碼變換后的一對(duì)碼元及所產(chǎn)生的相位當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的變換后一對(duì)碼元和相位ak bkkck-1 dk-1k-1ck dkk0 090 0 00 11 11 0900270180 00 11 11 018090 0270 0 100 00 11 11 09002701800 11 11 00 090 02701801 12700 00 11 11 090 02701801 11 00 00 1 0270180901 01800 00 11 11 090 02701801 00

32、 00 11 1270180 90 0第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼變換器的電路二進(jìn)制碼元“0” 和“1”與相乘電路輸入電壓關(guān)系：二進(jìn)制碼元“0” “1”二進(jìn)制碼元“1” “1”p第二種方法：第二種產(chǎn)生方法和QPSK信號(hào)的第二種產(chǎn)生方法（選擇法）原理相同，只是在串/并變換后需要增加一個(gè) “碼變換器”。只讀存儲(chǔ)器TTakbkckdkdk-1ck-1圖7-44 碼變換器第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)u解調(diào)方法：有極性比較法和相位比較法兩種。 p極性比較法：原理方框圖（A方式）原理和QPSK信號(hào)的一樣，只是多一步逆碼變換。 圖7-45 A方式QDPSK信號(hào)解調(diào)方法bacdA(t)-/4相乘電路相乘電路/4s(t)

33、低通濾波低通濾波抽樣判決抽樣判決并/串變換逆碼變換定時(shí)提取載波提取第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)相干解調(diào)過程設(shè)第k個(gè)接收信號(hào)碼元可以表示為 相干載波： 上支路： 下支路：信號(hào)和載波相乘的結(jié)果：上支路：下支路：低通濾波后：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(21k第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)低通濾波后：上支路： 下支路：判決規(guī)則按照k的取值不同，此電壓可能為正，也可能為負(fù)，故是雙極性電壓。在編碼時(shí)曾經(jīng)規(guī)定：二進(jìn)