華東理工大學(xué)《通信原理》第七章(正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2)

1、1在信道頻帶受限時(shí)，為了提高頻帶利用率，可以采在信道頻帶受限時(shí)，為了提高頻帶利用率，可以采用多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)；利用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)用多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)；利用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去調(diào)制載波的振幅、頻率或相位即可實(shí)現(xiàn)多進(jìn)制數(shù)去調(diào)制載波的振幅、頻率或相位即可實(shí)現(xiàn)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制；相應(yīng)的有字調(diào)制；相應(yīng)的有多進(jìn)制數(shù)字調(diào)幅多進(jìn)制數(shù)字調(diào)幅、多進(jìn)制數(shù)字調(diào)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)頻頻和和多進(jìn)制數(shù)字調(diào)相多進(jìn)制數(shù)字調(diào)相等三種基本方式。等三種基本方式。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的特點(diǎn)：多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的特點(diǎn)：信息傳輸速率信息傳輸速率Rb (bit/s) 、碼元傳輸速率、碼元傳輸速率Rs (Baud/s)和進(jìn)和進(jìn)制數(shù)制數(shù)M之間的關(guān)系之間的關(guān)系在

2、相同的背景噪聲下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能在相同的背景噪聲下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能低于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)低于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7.4 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)MRRMRRbssb22loglog2基帶信號(hào)波形MASK信號(hào)波形y(t)sMASK(t)0123MASKMASK調(diào)制器及其波形調(diào)制器及其波形多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制也稱多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制也稱多電平調(diào)制多電平調(diào)制，它是利用多個(gè)不同，它是利用多個(gè)不同電平來(lái)表征數(shù)字信息的方法；在電平來(lái)表征數(shù)字信息的方法；在MASK信號(hào)中，每個(gè)符號(hào)信號(hào)中，每個(gè)符號(hào)時(shí)間間隔時(shí)間間隔Ts內(nèi)發(fā)送內(nèi)發(fā)送M個(gè)幅度中的一種幅度的載波信號(hào)個(gè)幅度中的一種幅度

3、的載波信號(hào)3MASK信號(hào)波形sMASK(t)MASK信號(hào)可以看成時(shí)間上不重疊的M個(gè)不同振幅的OOK信號(hào)的疊加4MASKMASK調(diào)制器及其波形調(diào)制器及其波形脈沖成形脈沖成形濾波器濾波器 bnnTtb )(snnTtga tA0cos tsMASK二進(jìn)制變二進(jìn)制變換換M進(jìn)制進(jìn)制二進(jìn)制信二進(jìn)制信息序列息序列bbTR1 M進(jìn)制幅進(jìn)制幅度序列度序列 snnTta KbsMKTT2 ssTR1 MPAM tAnTtgatsonsnMASK cos 5矩形脈沖基帶信號(hào)的矩形脈沖基帶信號(hào)的MASKMASK信號(hào)功率譜信號(hào)功率譜KRRTBbssMASK222 MASKMASK信號(hào)帶寬：信號(hào)帶寬：Sy( ) 0 c

4、- cSx( ) 02 /TSKbsMKTT2 6MASK信號(hào)的特點(diǎn)信號(hào)的特點(diǎn)v將二進(jìn)制信息序列分為n(=log2M)個(gè)一組，然后經(jīng)電平變換器轉(zhuǎn)換為M電平基帶信號(hào)后，經(jīng)調(diào)制后可得到MASK信號(hào)。vMASK信號(hào)可以看成時(shí)間上不重疊的M個(gè)不同振幅的OOK信號(hào)的疊加。v在相同碼元速率情況下，MASK已調(diào)信號(hào)的帶寬與二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控信號(hào)相同。vMASK信號(hào)的誤碼率為 NSMMMPNSMerfcMMPeNSe13exp111312127-505101520253010-810-610-410-2100SNR,dBPeMASK多電平調(diào)幅系統(tǒng)性能多電平調(diào)幅系統(tǒng)性能M=2,4,8,168MFSKMFSK調(diào)制

5、器及其波形調(diào)制器及其波形串串/ /并并變換變換邏輯邏輯電路電路f1f2fM門(mén)電路門(mén)電路門(mén)電路門(mén)電路門(mén)電路門(mén)電路相相加加器器信道信道接收接收濾波器濾波器帶通帶通f1帶通帶通f2帶通帶通fM檢波器檢波器檢波器檢波器檢波器檢波器抽抽樣樣判判決決器器邏輯邏輯電路電路9多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制MFSKvMFSK信號(hào)的帶寬近似為vMFSK調(diào)制的可靠性能為：p相干解調(diào)p非相干解調(diào)sMTffB21NSMPNSe2exp211NSerfcMPNSe221110tbnTtgtanTtgtSbatnTtgtnTtgtnTtgtScnnscnnsMPSKnnnncnnscnnsnncsPSK sin)(c

6、os)()(sincossinsin)(coscos)()cos()()( ，令令已已調(diào)調(diào)信信號(hào)號(hào) MPSKMPSK信號(hào)的正弦載波有信號(hào)的正弦載波有M M個(gè)可能的離散相位狀態(tài)，個(gè)可能的離散相位狀態(tài)，每個(gè)載波相位攜帶每個(gè)載波相位攜帶K K（M=2M=2K K）個(gè)二進(jìn)制符號(hào)，其信）個(gè)二進(jìn)制符號(hào)，其信號(hào)表示式為號(hào)表示式為 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制MPSKMPSK信號(hào)可以近似看作為兩個(gè)正交載波進(jìn)行多電平信號(hào)可以近似看作為兩個(gè)正交載波進(jìn)行多電平MASK調(diào)制后的疊加信號(hào)。調(diào)制后的疊加信號(hào)。11常用的常用的MPSK數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制v數(shù)字相位調(diào)制中多個(gè)相位通常是等間隔取值，即相0相相0相/

7、2相3/2相相0相/2相3/2相/4相-/4相3/4相-3/4相/4相相-/4相3/4相-3/4相/2相相-/2相參考相位/8相相3/8相5/8相7/8相-/8相-3/8相-5/8相-7/8相MnMnn, 1 , 0,202,000M4,000M8,000M2,9000M4,4500M8,5 .2200M12 QPSK信號(hào)的正弦載波有4個(gè)可能的離散相位狀態(tài)，每個(gè)載波相位攜帶2個(gè)二進(jìn)制符號(hào)，其信號(hào)表示式為 sTti0 4 , 3 , 2 , 1四相絕對(duì)移相鍵控（四相絕對(duì)移相鍵控（QPSK）iiiicicioicobatAbtAatetAtesin,cos),sin()cos()(),cos()(

8、13四相絕對(duì)移相鍵控（四相絕對(duì)移相鍵控（QPSK）s2(01)s1(00)s3(11)s4(10)2兩位二進(jìn)制數(shù)字兩位二進(jìn)制數(shù)字載波相位載波相位ab000o0190o11180o10270oi2)1( ii14s2(01)s1(00)s3(11)s4(10)4兩位二進(jìn)制數(shù)字兩位二進(jìn)制數(shù)字載波相位載波相位ab0045o01135o11225o10315oi /4-QPSK信號(hào)信號(hào)4)12( ii15s2(00)s1(10)s3(01)s4(11)4兩位二進(jìn)制兩位二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)字載波相位載波相位ab1045o00135o01225o11315oi16s2(01)s1(11)s3(00)s4(10)4

9、兩位二進(jìn)制兩位二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)字載波相位載波相位ab1145o01135o00225o10315oi17 /4 QPSK信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)產(chǎn)生(1) sin)(cos)(2s 21sin21cos )sinsincos(cos )cos()(ittQttIAtttAtAtscciiicicici 1)(, 1)( tQtI4) 12(ii181, 10 , 1 ,1, 11 , 1 ,1, 11 ,0,1, 10 ,0,babababa)47cos(2)sin()cos()4cos(2)sin()cos()43cos(2)sin()cos()45cos(2)sin()cos()(tttttttttttt

10、tecccccccccccco19+1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1b +1 +1 -1 -1 a +1 -1 +1 +1Tb2Tb2Tb串并轉(zhuǎn)換示意串并轉(zhuǎn)換示意Tb20 /4QPSK信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生(續(xù)續(xù))v相位選擇法串并串并變換變換四相載波發(fā)生器四相載波發(fā)生器anRb=1/TbTs=2Tba2nTs=2Tb /4QPSK信號(hào)信號(hào)帶通濾帶通濾波器波器a2n-1邏輯選邏輯選相電路相電路i21ab)sin(2)()cos(2)(ibLPFiaLPFAtrAtr22四相相對(duì)移相鍵控四相相對(duì)移相鍵控(QDPSK)v以前一碼元相位為參考，令以前一碼元相位為參考，令 代表當(dāng)前碼元代表當(dāng)前

11、碼元與前一碼元的相位差，信息編碼與載波相位與前一碼元的相位差，信息編碼與載波相位的變換關(guān)系為的變換關(guān)系為ii兩位二進(jìn)制數(shù)字兩位二進(jìn)制數(shù)字相鄰載波相位差相鄰載波相位差ab000o0190o11180o10270o23載波相位載波相位cn dn載波相位載波相位cn-1 dn-1相差相差an bn45135225 3151 0 0 00 11 1135225315 450 00 11 11 0 2701 031545135 2251 11 0 0 00 1135225315 450 00 11 11 0 1801 122531545 1350 11 11 00 0135225315 450 00 1

12、1 11 0 900 1135225315 450 00 11 11 0135225315 450 00 11 11 000 0本時(shí)刻應(yīng)出現(xiàn)的碼元狀本時(shí)刻應(yīng)出現(xiàn)的碼元狀態(tài)態(tài)前一碼元的狀態(tài)前一碼元的狀態(tài)本時(shí)刻到達(dá)的本時(shí)刻到達(dá)的ab及所需及所需求的相對(duì)相位變化求的相對(duì)相位變化24本章小結(jié)本章小結(jié)2ASK2ASK、2FSK2FSK及及2PSK2PSK已調(diào)信號(hào)波形已調(diào)信號(hào)波形調(diào)制基本原理調(diào)制基本原理解調(diào)基本原理解調(diào)基本原理2DPSK2DPSK采用采用2DPSK2DPSK調(diào)制原因？調(diào)制原因？2DPSK2DPSK波形波形調(diào)制、解調(diào)基本原理調(diào)制、解調(diào)基本原理7 7種誤碼率公式應(yīng)用（表種誤碼率公式應(yīng)用（表7-17-1）多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的特點(diǎn)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的特點(diǎn)25本章小結(jié)（續(xù)）本章小結(jié)（續(xù)）幾種二進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)性能比較：幾種二進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)性能比較：已調(diào)信號(hào)帶寬已調(diào)信號(hào)帶寬 設(shè)基帶信號(hào)為速率等于設(shè)基帶信號(hào)為速率等于r r