通信原理 第六章 數(shù)字信號(hào)調(diào)制傳輸

1、第六章第六章 數(shù)字信號(hào)調(diào)制傳輸數(shù)字信號(hào)調(diào)制傳輸 6.1 概述概述q正弦形載波正弦形載波 ： A 振幅振幅 (V); 0 角頻率角頻率 (rad/s)； 為初始相位為初始相位 (rad)。q3種基本的調(diào)制制度：種基本的調(diào)制制度：n振幅鍵控振幅鍵控ASK n頻移鍵控頻移鍵控FSK n相移鍵控相移鍵控PSK )cos()(0tAtsTTT“1”“1”“0”“1”“1”“0”T6.2 二進(jìn)制振幅鍵控二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK) 6.2.1 基本原理基本原理n表示式：表示式：式中，式中， 0 2 f0為載波的角頻率；為載波的角頻率； n調(diào)制方法調(diào)制方法 :l相乘電路相乘電路 包絡(luò)可以是非矩形的包絡(luò)可以是非

2、矩形的l開關(guān)電路開關(guān)電路 包絡(luò)是矩形的包絡(luò)是矩形的TtttAts0)cos()()(0”時(shí)。當(dāng)發(fā)送“”時(shí)當(dāng)發(fā)送“00,1)(AtA相乘器cos0ts(t)A(t)cos0ts(t)A(t)n解調(diào)方法：解調(diào)方法：q包絡(luò)檢波法（非相干解調(diào)）包絡(luò)檢波法（非相干解調(diào)） 不利用載波相位信息不利用載波相位信息 q相干解調(diào)法相干解調(diào)法 利用載波相位信息利用載波相位信息包絡(luò)檢波器全波整流帶通濾波低通濾波抽樣判決定時(shí)脈沖s(t)A(t)相干載波cos0t相乘電路帶通濾波低通濾波抽樣判決定時(shí)脈沖s(t)A(t)6.2.2 功率譜密度功率譜密度設(shè)設(shè)2ASK隨機(jī)信號(hào)序列的一般表示式為隨機(jī)信號(hào)序列的一般表示式為 ：式中

3、，式中，an 二進(jìn)制單極性隨機(jī)振幅；二進(jìn)制單極性隨機(jī)振幅； g(t) 碼元波形；碼元波形； T 碼元持續(xù)時(shí)間。碼元持續(xù)時(shí)間。 設(shè)設(shè) A(t)的功率譜密度為的功率譜密度為PA(f) 則則s(t)的功率譜密度為的功率譜密度為 Ps(f) tnTtgattAtsnn00cos)(cos)()()()(41)(00ffPffPfPAAsPA(f)為為例：設(shè)基帶信號(hào)為單極性非歸零碼，則例：設(shè)基帶信號(hào)為單極性非歸零碼，則若若0和和1等概率出現(xiàn)，即等概率出現(xiàn)，即當(dāng)P = 1/2時(shí)，Ps(f)為最終得出：最終得出： mcccccAmffmfGPmfPGffGfGPPffP)()()1 ()()()()1 ()

4、(221221)()0()1 ()()1 ()(2222fGPffGPPffPccA)()()0(161)()(161)(00222020ffffGfffGffGffPccs)()(161)()(sin)()(sin16)(00200200ffffTffTffTffTffTfPsPA(f)和和Ps(f)的曲線的曲線 帶寬帶寬 B = 2fcf / fcPA(f)(a) 功率譜密度PA(f)的曲線(b) 功率譜密度Ps(f)的曲線6.2.3 誤碼率誤碼率設(shè)在設(shè)在T內(nèi)，帶通濾波后的接收信號(hào)和噪聲電壓等于內(nèi)，帶通濾波后的接收信號(hào)和噪聲電壓等于:式中，式中，n(t)是一個(gè)窄帶高斯過(guò)程是一個(gè)窄帶高斯過(guò)程

5、 ，故有，故有將上兩式代入將上兩式代入y(t)式，得到：式，得到：Tttntsty0)()()(”時(shí)。當(dāng)發(fā)送“”時(shí)，當(dāng)發(fā)送“001cos)(0tAtsttnttntnsc00sin)(cos)()(”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“0sin)(cos)(1sin)(cos)()(0000ttnttnttnttnAtyscscq 相干解調(diào)法相干解調(diào)法 的誤碼率：的誤碼率：抽樣判決處的電壓抽樣判決處的電壓x(t) 為為式中，式中，nc(t) 高斯過(guò)程。高斯過(guò)程。當(dāng)發(fā)送當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)，時(shí)，x(t)的概率密度等于：的概率密度等于：當(dāng)發(fā)送當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)，時(shí)，x(t)的概率的概率 密度等于密度等于： ”時(shí)當(dāng)發(fā)送“”時(shí)當(dāng)

6、發(fā)送“0)(1)()(tntnAtxcc2212/)(exp21)(nnAxxp2202/exp21)(nnxxph*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hA令令h為判決門限，則將發(fā)送的為判決門限，則將發(fā)送的“1”錯(cuò)判為錯(cuò)判為“0”的概率等于：的概率等于：式中，式中， 將將“0”錯(cuò)判為錯(cuò)判為“1”的概率等于：的概率等于：當(dāng)當(dāng)P(1) = P(0) 時(shí)，相干解調(diào)的總誤碼率為：時(shí)，相干解調(diào)的總誤碼率為：當(dāng)當(dāng)h值等于最佳門限值值等于最佳門限值h*時(shí)，時(shí)，h*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hAhneAherfdxxpP21121211)(duexerfxu022)(hneherfdxxpP2002121

7、)(nneeeherfAherfPPP21412141212101*)(*)(01xpxp2/21rerfcPe當(dāng)信噪比當(dāng)信噪比r1時(shí)，時(shí)，q包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法 的誤碼率的誤碼率 輸出是其輸入電壓輸出是其輸入電壓y(t)的包絡(luò)，故有的包絡(luò)，故有 當(dāng)當(dāng)V h時(shí)，判為收到時(shí)，判為收到“1”； 當(dāng)當(dāng)V h時(shí)，則判為時(shí)，則判為“0”。 可以計(jì)算出，當(dāng)大信噪比時(shí)，誤碼率為：可以計(jì)算出，當(dāng)大信噪比時(shí)，誤碼率為：”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“0)()(1)()()(2222tntntntnAtVscsc4/21reeP4/1reerP【例【例6.1】設(shè)有一個(gè)設(shè)有一個(gè)2ASK信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其中碼元速率信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其

8、中碼元速率RB = 4.8 106 Baud，接收信號(hào)的振幅，接收信號(hào)的振幅A = 1 mV，高斯噪聲的單邊功率，高斯噪聲的單邊功率譜密度譜密度n0 =2 10-15 W / Hz。試求：。試求：1）用包絡(luò)檢波法時(shí)的最佳）用包絡(luò)檢波法時(shí)的最佳誤碼率；誤碼率；2）用相干解調(diào)法時(shí)的最佳誤碼率。）用相干解調(diào)法時(shí)的最佳誤碼率。解：解：基帶矩形脈沖的帶寬為基帶矩形脈沖的帶寬為1/T Hz。2ASK信號(hào)的帶寬應(yīng)該是它信號(hào)的帶寬應(yīng)該是它的兩倍，即的兩倍，即2/T Hz。故接收端帶通濾波器的最佳帶寬應(yīng)為。故接收端帶通濾波器的最佳帶寬應(yīng)為:B 2/T = 2RB =9.6 106 Hz故帶通濾波器輸出噪聲平均功

9、率等于故帶通濾波器輸出噪聲平均功率等于:因此其輸出信噪比等于：因此其輸出信噪比等于：（1）包絡(luò)檢波法時(shí)的誤碼率為：）包絡(luò)檢波法時(shí)的誤碼率為：（2）相干解調(diào)法時(shí)的誤碼率為：）相干解調(diào)法時(shí)的誤碼率為：WBnn8021092. 11261092. 121028622nAr45 .64105 .72121eePre45 . 641066. 1261416. 311eerPre6.3 二進(jìn)制頻移鍵控二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK) 6.3.1 基本原理基本原理n表示式：表示式：n產(chǎn)生方法：產(chǎn)生方法：l調(diào)頻法：調(diào)頻法：相位連續(xù)相位連續(xù)l開關(guān)法：開關(guān)法：相位不連續(xù)相位不連續(xù)”時(shí)當(dāng)發(fā)送“”時(shí)當(dāng)發(fā)送“0)cos(1)

10、cos()(0011tAtAtsA(t)開關(guān)電路頻率源1頻率源0s(t)f1f0調(diào)頻器A(t)s(t)n接收方法：接收方法：q相干接收：相干接收：q非相干接收：非相干接收：包絡(luò)檢波法：包絡(luò)檢波法：定時(shí)脈沖低通濾波低通濾波抽樣判決輸出帶通濾波f0帶通濾波f1輸入相乘相乘cos0tcos1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)帶通濾波f0帶通濾波f1包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波抽樣判決定時(shí)脈沖輸入輸出V0(t)V1(t)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法帶通濾波放大限幅低通微分整流脈沖展寬abcedf6.3.2 功率譜密度功率譜密度開關(guān)法產(chǎn)生的開關(guān)法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)可看作兩個(gè)不同頻率信號(hào)可看作兩個(gè)不同頻率2ASK

11、信號(hào)的疊加信號(hào)的疊加式中，式中，則則2FSK信號(hào)功率譜密度是兩個(gè)不同頻率信號(hào)功率譜密度是兩個(gè)不同頻率2ASK功率譜密度之和功率譜密度之和 若發(fā)送若發(fā)送“1”和和 “0”的概率相等，概率的概率相等，概率P = 1/2，基帶信號(hào)為單，基帶信號(hào)為單極性歸零碼，則極性歸零碼，則ttAttAts0011cos)(cos)()(nnatA)(1nnatA)(01nnaa)()(41)()(41)(00001111ffPffPffPffPfPAAAAs)()()()(161)()(sin)()(sin)()(sin)()(sin161)(0011200200211211ffffffffTffTffTffTf

12、fTffTffTffTfffPsn功率譜：功率譜：n帶寬：帶寬：fsfs = (f0 +f1) / 2ff1 + fcf0 - fcf0f12fcf1fsff0fs = (f0 +f1) / 2fcf1 + fcf0 - fcfs = (f0 +f1) / 2f1 + fcf0 - fccfffB2016.3.3 誤碼率誤碼率設(shè)：接收濾波器輸出電壓波形為：設(shè)：接收濾波器輸出電壓波形為：q相干檢測(cè)法的誤碼率相干檢測(cè)法的誤碼率當(dāng)發(fā)送碼元當(dāng)發(fā)送碼元“1”時(shí)，時(shí)， 輸出為輸出為 ”時(shí)當(dāng)發(fā)送“”時(shí)當(dāng)發(fā)送“0)(cos1)(cos)(01tntAtntAty定時(shí)脈沖低通濾波低通濾波抽樣判決輸出帶通濾波f0

13、帶通濾波f1輸入相乘相乘cos0tcos1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)ttnttnAtysc11111sin)(cos)()(ttnttntysc00000sin)(cos)()()()(11tnAtVc)()(00tntVc當(dāng)當(dāng) V1 7時(shí)，兩者的時(shí)，兩者的區(qū)別可以忽略。區(qū)別可以忽略。 )()1(rerfcMPePerb(dB)6.7.3 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)n基本原理：基本原理： MPSK信號(hào)碼元可以表示為信號(hào)碼元可以表示為式中，式中， k 受調(diào)制的相位，其值決定于基帶碼元的取值；受調(diào)制的相位，其值決定于基帶碼元的取值； A 信號(hào)振幅，為常數(shù)；信號(hào)振幅，為

14、常數(shù)； k = 1, 2, M。令令A(yù)=1，然后將其展開寫成，然后將其展開寫成 式中，式中，由上式看出，由上式看出，M-PSK信號(hào)碼元可以看作是兩個(gè)正交的信號(hào)碼元可以看作是兩個(gè)正交的MASK信信號(hào)碼元之和。因此，其帶寬和后者的帶寬相同。號(hào)碼元之和。因此，其帶寬和后者的帶寬相同。)cos()(0kktAtstbtattskkkk000sincos)cos()(kkacoskkbsinn正交相移鍵控正交相移鍵控(QPSK) q編碼規(guī)則：編碼規(guī)則：A和和B兩種編碼方式兩種編碼方式 q格雷格雷(Gray)碼規(guī)律：碼規(guī)律： 相鄰相鄰 k之間僅差之間僅差1比特。比特。q格雷碼優(yōu)點(diǎn)：誤比特率小。格雷碼優(yōu)點(diǎn)：

15、誤比特率小。ab kA方式方式B方式方式000 225 1090 315 11180 45 01270 135 序號(hào)格雷碼二進(jìn)制碼12340 0 0 00 0 1 00 0 1 10 0 0 10 0 0 0 0 0 0 10 0 1 00 0 1 056780 1 0 10 1 1 10 1 1 00 1 0 00 1 0 0 0 1 0 10 1 1 00 1 1 19101112131415161 1 0 01 1 1 01 1 1 11 1 0 11 0 0 11 0 1 11 0 1 01 0 0 0 1 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0

16、11 1 1 01 1 1 10111001045參考相位00101101參考相位 (a) A方式 (b)B方式 q產(chǎn)生方法產(chǎn)生方法相乘法相乘法二進(jìn)制碼元二進(jìn)制碼元“1” 雙極性脈沖雙極性脈沖“+1” 二進(jìn)制碼元二進(jìn)制碼元“0” 雙極性脈沖雙極性脈沖“-1”cos (0t+/2) = -sin0t載波產(chǎn)生相乘電路相乘電路/2移相串/并變換相加電路cos0tA(t)s(t)相乘法產(chǎn)生QPSK信號(hào)ab01110010a(1)a(0)b(1)b(0)B方式編碼方式編碼 n選擇法選擇法串/并變換串/并變換帶通濾波串/并變換1432abq 解調(diào)方法解調(diào)方法 相干解調(diào)相干解調(diào)載波提取相乘低通抽判/2相乘低

17、通抽判并/串A(t)s(t)abcos0t-sin0t定時(shí)提取q誤碼率誤碼率 若發(fā)送信號(hào)若發(fā)送信號(hào)“11”的相位為的相位為45 ，則判決門限應(yīng)該設(shè)在，則判決門限應(yīng)該設(shè)在0 和和90 。 設(shè)：設(shè)：f ( ) 接收矢量相位的概率密度，則錯(cuò)誤概率等于：接收矢量相位的概率密度，則錯(cuò)誤概率等于：上式計(jì)算結(jié)果為：上式計(jì)算結(jié)果為：q誤比特率誤比特率 正交的兩路相干解調(diào)方法和正交的兩路相干解調(diào)方法和2PSK中采用的解調(diào)方法中采用的解調(diào)方法一樣。所以其誤比特率的計(jì)算公式也和一樣。所以其誤比特率的計(jì)算公式也和2PSK的誤碼率公的誤碼率公式一樣。式一樣。011100109002/0)(1dfPe22/2111rer

18、fcPenMPSK信號(hào)的誤碼率信號(hào)的誤碼率當(dāng)信噪比當(dāng)信噪比r足夠大時(shí)，足夠大時(shí)， )/(sin2MreePPerb （dB）6.7.4 多進(jìn)制差分相移鍵控多進(jìn)制差分相移鍵控(MDPSK)n基本原理基本原理以以4進(jìn)制進(jìn)制DPSK(QDPSK )信號(hào)為例信號(hào)為例 表中表中k是相對(duì)于前一相鄰碼元的相位變化是相對(duì)于前一相鄰碼元的相位變化 abkA方式方式000 1090 11180 01270 n產(chǎn)生方法產(chǎn)生方法相乘的信號(hào)應(yīng)該是不歸零二進(jìn)制雙極性矩形脈沖相乘的信號(hào)應(yīng)該是不歸零二進(jìn)制雙極性矩形脈沖“+1”和和“-1”， 對(duì)應(yīng)關(guān)系是：對(duì)應(yīng)關(guān)系是： 二進(jìn)制碼元二進(jìn)制碼元“0” “1”二進(jìn)制碼元二進(jìn)制碼元“1

19、” “1”abcd碼變換相加電路s(t)A(t)串/并變換-/4載波產(chǎn)生相乘電路相乘電路/4A方式編碼方式編碼當(dāng)前輸入的一對(duì)碼元及當(dāng)前輸入的一對(duì)碼元及要求的相對(duì)相移要求的相對(duì)相移前一時(shí)刻經(jīng)過(guò)碼變換后的前一時(shí)刻經(jīng)過(guò)碼變換后的一對(duì)碼元及所產(chǎn)生的相位一對(duì)碼元及所產(chǎn)生的相位當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的變換后一對(duì)碼元和相位變換后一對(duì)碼元和相位ak bkkck-1 dk-1 k-1ck dk k0 00 0 01 01 10 10 90 180 270 0 01 01 10 10 90 180 270 1 0900 01 01 10 10 90 180270 1 01 10 10 090 180

20、27001 1180 0 01 01 10 10 90 180 270 1 10 10 01 0180 270 0 90 0 1270 0 01 01 10 10 90 180 270 0 10 01 01 1270 0 90 180 n QDPSK碼變換關(guān)系碼變換關(guān)系: n解調(diào)方法解調(diào)方法l極性比較法極性比較法 和和QPSK信號(hào)極性比較法解調(diào)相似，只多一步逆碼變換，將信號(hào)極性比較法解調(diào)相似，只多一步逆碼變換，將相對(duì)碼變成絕對(duì)碼。相對(duì)碼變成絕對(duì)碼。 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)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n

21、碼變換原理碼變換原理設(shè)第設(shè)第k個(gè)接收信號(hào)碼元可以表示為個(gè)接收信號(hào)碼元可以表示為相乘電路的相干載波相乘電路的相干載波 上支路：上支路：下支路：下支路：相乘電路輸出：相乘電路輸出：上支路：上支路：下支路：下支路：經(jīng)過(guò)低通濾波后，上支路：經(jīng)過(guò)低通濾波后，上支路： 下支路：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判決規(guī)則：判決規(guī)則：“” 二進(jìn)制碼元二進(jìn)制碼元“0” “” 二進(jìn)

22、制碼元二進(jìn)制碼元“1” 判決輸出將送入逆碼變換器恢復(fù)出絕對(duì)碼。判決輸出將送入逆碼變換器恢復(fù)出絕對(duì)碼。設(shè)逆碼變換器的當(dāng)前輸入碼元為設(shè)逆碼變換器的當(dāng)前輸入碼元為ck和和dk，當(dāng)前輸出碼元為，當(dāng)前輸出碼元為ak和和bk，前一輸入碼元為，前一輸入碼元為ck-1和和dk-1 。信號(hào)碼元相位信號(hào)碼元相位 k上支路輸出上支路輸出下支路輸出下支路輸出判決器輸出判決器輸出cD0 90 180 270 01100011前一時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元前一時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的逆當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的逆變換后的一對(duì)碼元變換后的一對(duì)碼元ck-1dk-1ck dkakbk00

23、0011011000110110010011011010010011110011011011001001100011011001101100QDPSK逆碼變換關(guān)系逆碼變換關(guān)系 上表中的碼元關(guān)系可以分為兩類：上表中的碼元關(guān)系可以分為兩類：當(dāng)當(dāng) 當(dāng)當(dāng) 從上兩式中畫出逆碼變換器的原理方框圖如下：從上兩式中畫出逆碼變換器的原理方框圖如下：011kkdc11kkkkkkddbcca111kkdc11kkkkkkccbdda交叉直通電路bkakdk-1延遲T延遲Tdkckdk-1ck-1q相位比較法相位比較法 A(t)-/4相乘電路相乘電路/4s(t)低通濾波低通濾波抽樣判決抽樣判決并/串變換定時(shí)提取延遲

24、Tn 誤碼率誤碼率 在大信噪比條件下，誤碼率計(jì)算公式為在大信噪比條件下，誤碼率計(jì)算公式為 當(dāng)當(dāng)M = 4時(shí)，上式變成時(shí)，上式變成)2/(sin22MreeP)8/(sin22reePPerb（dB）6.7.5 振幅相位聯(lián)合鍵控振幅相位聯(lián)合鍵控(APK)qAPK信號(hào)的振幅和相位獨(dú)立地同時(shí)受到調(diào)制信號(hào)的振幅和相位獨(dú)立地同時(shí)受到調(diào)制 ：式中，式中，k = 整數(shù)；整數(shù)；Ak和和 k分別可以取多個(gè)離散值。分別可以取多個(gè)離散值。上式可以展開為上式可以展開為令令 Xk = Akcos k Yk = -Aksin k從上式看出，從上式看出，sk(t)可以看作是兩個(gè)正交的振幅鍵控信號(hào)之和可以看作是兩個(gè)正交的振幅

25、鍵控信號(hào)之和若若 k值取值取0 和和90 ，Ak值取值取+A和和-A，則，則APK信號(hào)信號(hào) QPSK信號(hào)信號(hào) 4QAM信號(hào)信號(hào) )cos()(0kkktAtsTktkT) 1( tAtAtskkkkk00sinsincoscos)(tYtXtskkk00sincos)(代入上式，得到代入上式，得到 MQAM又稱星座調(diào)制又稱星座調(diào)制(c) 64QAM信號(hào)矢量圖 (d) 256QAM信號(hào)矢量圖 01110010Akk(a) 4QAM信號(hào)矢量圖 (b) 16QAM信號(hào)矢量圖q16QAM信號(hào)的產(chǎn)生方法信號(hào)的產(chǎn)生方法 n正交調(diào)幅法正交調(diào)幅法 n復(fù)合相移法復(fù)合相移法 AM(a) 正交調(diào)幅法(b) 復(fù)合相移

26、法AMAM 16QAM信號(hào)的產(chǎn)生方法q16QAM信號(hào)和信號(hào)和16PSK信號(hào)的誤碼率信號(hào)的誤碼率n16PSK信號(hào)的相鄰點(diǎn)距離：信號(hào)的相鄰點(diǎn)距離：n16QAM信號(hào)的相鄰點(diǎn)距離：信號(hào)的相鄰點(diǎn)距離： 16QAM和16PSK信號(hào)的矢量圖AMAM(a) 16QAM (b) 16PSKMMAAd393. 081MMAAd471. 03222-L電平轉(zhuǎn)換載波發(fā)生2-L電平轉(zhuǎn)換串-并轉(zhuǎn)換90相移+已調(diào)信號(hào)tfAc2costfAc2sinLPFLPFMQAM的調(diào)制的調(diào)制MQAM的解調(diào)的解調(diào)載波發(fā)生并-串轉(zhuǎn)換90相移tfc2costfc2sinLPF判決（L-1 ）門限LPF接收信號(hào)數(shù)據(jù)輸出定時(shí)定時(shí)判決（L-1 ）

27、門限6.7.6 多進(jìn)制數(shù)字鍵控實(shí)用系統(tǒng)舉例多進(jìn)制數(shù)字鍵控實(shí)用系統(tǒng)舉例n幾種調(diào)制解調(diào)器采用的調(diào)制體制的星座圖和頻譜幾種調(diào)制解調(diào)器采用的調(diào)制體制的星座圖和頻譜 n一種改進(jìn)的一種改進(jìn)的9600 b/s速率方案速率方案 改進(jìn)的16QAM方案 改進(jìn)方法：改進(jìn)方法： 將同相和正交兩支路的碼流在時(shí)間上錯(cuò)開了半個(gè)碼元周將同相和正交兩支路的碼流在時(shí)間上錯(cuò)開了半個(gè)碼元周期。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發(fā)生期。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生兩支路碼元同時(shí)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。極性翻轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生兩支路碼元同時(shí)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。 OQPSK信號(hào)相位只能跳變信號(hào)相位只能跳變00，士，士

28、900，不會(huì)出現(xiàn)，不會(huì)出現(xiàn)1800的相的相位跳變。位跳變。 OQPSK調(diào)制電路調(diào)制電路 輸入SOQPSK(t)cosctLPF串/并變換LPF90 延遲Tb2QIBPF圖5-54OQPSK波形及矢量圖波形及矢量圖 士 6.8.2最小移頻鍵控最小移頻鍵控(MSK)及高斯最小移頻鍵控及高斯最小移頻鍵控(GMSK)1.最小移頻鍵控最小移頻鍵控(MSK) 一般移頻鍵控信號(hào)相位不連續(xù)、頻偏較大等原因，使其頻一般移頻鍵控信號(hào)相位不連續(xù)、頻偏較大等原因，使其頻譜利用率較低。譜利用率較低。最小移頻鍵控最小移頻鍵控(MSK)是連續(xù)相位是連續(xù)相位2FSK的一種特殊形式的一種特殊形式;所謂所謂“最小最小”是指這種調(diào)

29、制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)是指這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)(0.5)獲得獲得正交信號(hào)；正交信號(hào)；MSK能比能比2PSK的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，且在帶外的頻譜分量要的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，且在帶外的頻譜分量要比比2PSK衰減得快。衰減得快。1. MSK信號(hào)的基本原理信號(hào)的基本原理 MSK是恒定包絡(luò)連續(xù)相位頻率調(diào)制，其信號(hào)的表示式為是恒定包絡(luò)連續(xù)相位頻率調(diào)制，其信號(hào)的表示式為 兩個(gè)頻率為兩個(gè)頻率為)2cos()(kksMSKtTattSkksKtTatt2)(Tffs410Tffs411Tadttdksk2)(Ts21kaTs21kaTfff21015 . 02121TTTfhMSK頻率間隔為頻率間隔為

30、帶寬為帶寬為 B 2 fc + 1/2TMSK調(diào)頻指數(shù)為調(diào)頻指數(shù)為碼元持續(xù)時(shí)間碼元持續(xù)時(shí)間T MSK信號(hào)每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間信號(hào)每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間 T 內(nèi)包含的載波周期數(shù)必須是內(nèi)包含的載波周期數(shù)必須是1 / 4的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。由上式可以得知：由上式可以得知：sfnT4/TmNTffTmNTffss141411414101014141TmNTmNT 無(wú)論兩個(gè)信號(hào)頻率無(wú)論兩個(gè)信號(hào)頻率f1和和f0等于何值，這兩種碼元包含的正等于何值，這兩種碼元包含的正弦波數(shù)均相差弦波數(shù)均相差1/2個(gè)周期。個(gè)周期。例如例如: 當(dāng)當(dāng)N =1，m = 3時(shí)，對(duì)于比特時(shí)，對(duì)于比特“1”和和“0”，一個(gè)碼元，一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)

31、分別有持續(xù)時(shí)間內(nèi)分別有2個(gè)和個(gè)和1.5個(gè)正弦波周期，如下圖所示：個(gè)正弦波周期，如下圖所示：2Tb0(0)/23/22/23/2204Tb6Tb8Tbt(t)2. MSK信號(hào)的相位連續(xù)性信號(hào)的相位連續(xù)性 第第K個(gè)碼元信號(hào)的附加相位為個(gè)碼元信號(hào)的附加相位為 k k(t) = a(t) = ak kt/2T + t/2T + k k在一個(gè)碼元內(nèi)，在一個(gè)碼元內(nèi)，MSK信號(hào)的附加相位改變信號(hào)的附加相位改變/2MSK信號(hào)相位網(wǎng)格圖信號(hào)相位網(wǎng)格圖ak+1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 MSK信號(hào)的特點(diǎn)：信號(hào)的特點(diǎn)： (1) MSK信號(hào)是正交信號(hào)；信號(hào)是正交信號(hào)； (2)在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，信號(hào)的相位

32、是連續(xù)的，或者在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，信號(hào)的相位是連續(xù)的，或者 說(shuō)，信號(hào)的波形沒有突跳。說(shuō)，信號(hào)的波形沒有突跳。 (3)已調(diào)信號(hào)的振幅是恒定的；已調(diào)信號(hào)的振幅是恒定的； (4)以載波相位為基準(zhǔn)的信號(hào)相位在一個(gè)碼元期間以載波相位為基準(zhǔn)的信號(hào)相位在一個(gè)碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化/2; (5)信號(hào)的頻率偏移嚴(yán)格地等于信號(hào)的頻率偏移嚴(yán)格地等于1/(4T)，相應(yīng)的，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)h=1/2; （6）在一個(gè)碼元期間內(nèi)，信號(hào)應(yīng)包括四分之一載）在一個(gè)碼元期間內(nèi)，信號(hào)應(yīng)包括四分之一載波周期的整數(shù)倍；波周期的整數(shù)倍；3. MSK信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào) MSK調(diào)制器方框圖調(diào)制器方框圖由下式可

33、以畫出由下式可以畫出MSK信號(hào)產(chǎn)生的方框圖信號(hào)產(chǎn)生的方框圖差分編碼串/并變換振蕩f=1/4T振蕩f=fs移相/2移相/2cos(t/2T)qkpkpkcos(t/2T)qksin(t/2T)sin(t/2T)cosstsinstpkcos(t/2T)cosstqksin(t/2T)sinstakbk帶通濾波MSK信號(hào)tTtqtTtptsskskksin2sincos2cos)(kTtTk )1(90相移模2乘載波提取積分判決抽樣保持積分判決抽樣保持cosst-sinstMSK信號(hào)2iT, 2(i+1)T(2i-1)T, (2i+1)Tpq(MSK信號(hào)解調(diào)器原理方框圖解調(diào)輸出 MSK信號(hào)的解調(diào)信

34、號(hào)的解調(diào)如同如同2FSK信號(hào)，可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)方法。信號(hào)，可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)方法。延時(shí)判決相干解調(diào)法延時(shí)判決相干解調(diào)法 另一種解調(diào)方法另一種解調(diào)方法基本原理：采用基本原理：采用QPSK信號(hào)的解調(diào)原理信號(hào)的解調(diào)原理)(2cos)(161 32)(22222TffTffTfPssMSK4. MSK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜 過(guò)零點(diǎn)位置過(guò)零點(diǎn)位置 0.75/T 90%信號(hào)功率帶寬信號(hào)功率帶寬 1/T 99%信號(hào)功率帶寬信號(hào)功率帶寬 1.2/T MSK信號(hào)能量集中，帶外衰減快。信號(hào)能量集中，帶外衰減快。403020100sT75. 0sT1sT2sT3( f fc ) / Hz功率

35、譜密度 / dBMSK2PSK5. MSK信號(hào)的誤碼率性能信號(hào)的誤碼率性能 當(dāng)用匹配濾波器分別接收每個(gè)正交分量時(shí)，當(dāng)用匹配濾波器分別接收每個(gè)正交分量時(shí)，MSK信號(hào)的誤比特率性能和信號(hào)的誤比特率性能和2PSK、QPSK及及OQPSK等的性能一樣。等的性能一樣。 若把它當(dāng)作若把它當(dāng)作FSK信號(hào)用相干解調(diào)法在每個(gè)碼信號(hào)用相干解調(diào)法在每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間元持續(xù)時(shí)間T內(nèi)解調(diào)，則其性能將比內(nèi)解調(diào)，則其性能將比2PSK信號(hào)的信號(hào)的性能差性能差3dB。2.高斯最小頻移鍵控高斯最小頻移鍵控(GMSK) 為了有效地抑制為了有效地抑制MSK信號(hào)的帶外功率輻射，加入預(yù)調(diào)制濾信號(hào)的帶外功率輻射，加入預(yù)調(diào)制濾波器，該濾波器為

36、高斯型的低通濾波器，則稱為高斯最小頻波器，該濾波器為高斯型的低通濾波器，則稱為高斯最小頻移鍵控移鍵控(GMSK)高斯低通濾波器傳輸函數(shù)為高斯低通濾波器傳輸函數(shù)為H(f) = exp(-2 f 2 ) 式中式中,是與高斯濾波器的是與高斯濾波器的3dB帶寬帶寬B有關(guān)有關(guān)的參數(shù)，它們之間的關(guān)系為的參數(shù)，它們之間的關(guān)系為 B = 0.5887 預(yù)調(diào)制濾波器MSK調(diào)制器輸入輸出2ln21高斯低通濾波器的單位沖激響應(yīng)為高斯低通濾波器的單位沖激響應(yīng)為優(yōu)點(diǎn)：對(duì)鄰道干擾小。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)鄰道干擾小。缺點(diǎn)：有碼間串?dāng)_缺點(diǎn)：有碼間串?dāng)_(ISI)。應(yīng)用：在應(yīng)用：在GSM制的蜂窩網(wǎng)中采用制的蜂窩網(wǎng)中采用BT = 0.3的的G

37、MSK調(diào)制，調(diào)制，以得到更大的用戶容量。以得到更大的用戶容量。BT值越小，碼間串?dāng)_越大。值越小，碼間串?dāng)_越大。exp)(2tthMSKGMSKTb2Tb3Tb02320223t(t)GMSK信號(hào)的相位路徑信號(hào)的相位路徑1200.160.20.30.5BbTb: TFMQPSKBbTb(MSK)11010090807060504030201001000.51.01.52.02.5功率譜密度 / dBGMSK信號(hào)的功率譜密度信號(hào)的功率譜密度 BbTb 90% 99% 99.9% 99.99% 0.2 0.52Rb 0.79Rb0.99Rb1.22Rb0.25 0.57Rb0.86Rb1.09Rb1

38、.37Rb0. 50.69Rb1.04Rb1.33Rb2.08Rb 0.78Rb1.20Rb2.76Rb6.00RbGMSK信號(hào)中包含給定功率百分比的射頻帶寬信號(hào)中包含給定功率百分比的射頻帶寬6.8.3正交頻分調(diào)制（正交頻分調(diào)制（OFDM）并行體制：并行體制： 將高速率的信息數(shù)據(jù)流經(jīng)串將高速率的信息數(shù)據(jù)流經(jīng)串/并變換，分割為若干路低速率并變換，分割為若干路低速率并行數(shù)據(jù)流，然后每路低速率數(shù)據(jù)采用一個(gè)獨(dú)立的載波調(diào)制并并行數(shù)據(jù)流，然后每路低速率數(shù)據(jù)采用一個(gè)獨(dú)立的載波調(diào)制并疊加在一起構(gòu)成發(fā)送信號(hào)，這種系統(tǒng)也稱為多載波傳輸系統(tǒng)。疊加在一起構(gòu)成發(fā)送信號(hào)，這種系統(tǒng)也稱為多載波傳輸系統(tǒng)。 正交頻分復(fù)用正交頻分復(fù)用(OFDM)方式是一種多載波并行調(diào)制體制，它方式是一種多載波并行調(diào)制體制，它具有較強(qiáng)的抗多徑傳播和頻率選擇性衰落的能力以及較高的頻具有較強(qiáng)的抗多徑傳播和頻率選擇性衰落的能力以及較高的頻譜利用率。譜利用率。 OFDM系統(tǒng)已成