1、第七章第七章数字带通传输系统数字带通传输系统第七章第七章数字带通传输系统数字带通传输系统信息与通信工程学院信息与通信工程学院无线通信系统与网络实验室 (WCSN)无线通信系统与网络实验室 (WCSN)刘刘刘刘 丹丹丹丹 谱谱谱谱刘刘刘刘 丹丹丹丹 谱谱谱谱010010010010 62282289622822896228228962282289010010 010010 - - - - 62282289622822896228228962282289什么是调制什么是调制？什么是调制什么是调制？?调制调制：用欲传输的原始信号用欲传输的原始信号m(t)去控制高频正弦波或去控制高频正弦波或?调制调制
2、：用欲传输的原始信号用欲传输的原始信号m(t)去控制高频正弦波或去控制高频正弦波或周期性脉冲信号的某一参量，使它随周期性脉冲信号的某一参量，使它随m(t)发生变化发生变化?调制信号调制信号m(t)：原始基带信号原始基带信号?调制信号调制信号m(t)：原始基带信号原始基带信号?模拟调制：调制信号取值连续模拟调制：调制信号取值连续?数字调制数字调制：调制信号取值离散调制信号取值离散?载波载波C(t)：携带调制信号的信号：携带调制信号的信号?正弦正弦波波调调制制：正弦型：正弦型信号作为载波信号作为载波数字调制数字调制调制信号取值离散调制信号取值离散波制波制信号作为载波信号作为载波?脉冲调制：脉冲序列
3、作为载波脉冲调制：脉冲序列作为载波正弦波模拟调制正弦波模拟调制：AM，FM，PM正弦波模拟调制正弦波模拟调制：AM，FM，PM正弦波数字调制：正弦波数字调制：ASK， FSK， PSK，QAM脉冲模拟调制：脉冲模拟调制：PAM，PDM，PPM2脉冲数字调制：脉冲数字调制：PCM，DPCM，ADPCM正弦波调制正弦波调制正弦波调制正弦波调制基带基带信号信号m(t)已调信号已调信号s(t)M(f)基带基带信号信号m(t)调制器调制器已调信号已调信号s(t)M(f)载波载波 C(t) =cos 2 fc t-fs0fs( () )( () )1cos2f tffff+( () )( () )cos2
4、2cccf tffff +( )( )1cos2()()2cccm ttM ffM ff + 1/ 21/ 2S()2fcfcf ?线性调制：已调信号的频谱结构与基带信线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号相同号相同只是简单的频谱搬移只是简单的频谱搬移例如例如ASK( )号相同号相同，只是简单的频谱搬移只是简单的频谱搬移，例如例如ASK?非线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号不同，有新的频率成分出现，例如非线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号不同，有新的频率成分出现，例如FSK3- fc0fc为什么要进行频带传输为什么要进行频带传输？为什么要进行频带传输为什么要进行频带传输？?一般低频分量
5、不宜于直接在信道中传输一般低频分量不宜于直接在信道中传输(衰减衰减?一般低频分量不宜于直接在信道中传输一般低频分量不宜于直接在信道中传输(衰减衰减大大)，频谱搬移适配信道传输；，频谱搬移适配信道传输；多路复用多路复用可同时传送几个信源信号可同时传送几个信源信号提高资提高资?多路复用多路复用，可同时传送几个信源信号可同时传送几个信源信号，提高资提高资源利用率；源利用率；?扩展发送信号带宽，以便在有噪声信道上传输时增加抗噪声性能，如非线性角度调制。扩展发送信号带宽，以便在有噪声信道上传输时增加抗噪声性能，如非线性角度调制。?调制方式不同，系统性能不同。调制方式不同，系统性能不同。4主要内容主要内容
6、主要内容主要内容二进制数字调制原理二进制数字调制原理?二进制数字调制原理二进制数字调制原理?二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能?二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较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?正交幅度调制正交幅度调制5二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)( ( ) )( ) ttt( () )tTt 0 ,P 概概率率为为其其中中( ( ) )0( )cosce ts tt = = ( () )cosnscna g tnTt = = ()()0 ,1,1nP
7、aP = = 概概率率为为其其中中，概率为，概率为2cfT= =sT通断键控通断键控(OOK)信号信号62ASK信号的解调信号的解调2ASK信号的解调信号的解调非相干解调非相干解调?非相干解调非相干解调?相干解调相干解调72ASK信号的频谱结构信号的频谱结构2ASK信号的频谱结构信号的频谱结构( ( ) )0( )cose ts tt = =1()()()EPfPffPff= = +( ( ) )0( )cosce ts tt ()()()4EscscPfPffPff+( )( )( () )nsns ta g tnT= 单极性不归零矩形脉冲序列单极性不归零矩形脉冲序列n()sPf()EPf(
8、 () )222.bWRWT= 信号带宽:数字基带信号带宽信号带宽:数字基带信号带宽 8( () )sT二进制移频键控二进制移频键控(2FSK)二进制移频键控二进制移频键控(2FSK)( () )( () )( () )( () )012( )coscose ta g tnTta g tnTt=+ + +( () )( () )( () )( () )012( )coscosnsnnsnnne ta g tnTta g tnTt+ ( () )0 ,1,1nPaP= 概率为其中，概率为其中，概概率率为为?模拟调频法：已调信号相位连续模拟调频法：已调信号相位连续( () )1,1P 概概率率为为
9、12?键控法：已调信号相位不连续键控法：已调信号相位不连续1212,ssffTT=92FSK信号的解调信号的解调2FSK信号的解调信号的解调?非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调?相干解调相干解调102FSK信号的解调信号的解调2FSK信号的解调信号的解调?过零检测法过零检测法过零检测法过零检测法112FSK信号的频谱结构信号的频谱结构2FSK信号的频谱结构信号的频谱结构( () )( () )( () )( () )012( )coscose ta g tnTta g tnTt=+ + +( () )( () )( () )( () )012( )coscosnsnnsnnne ta g
10、 tnTta g tnTt+ ( ( ) )( ( ) )1122coscossttstt =+=+1122112211()()()()()44EssssPfPffPffPffPff =+=+ 2bR0.8bR( () )212122.WffffWT+ +=+=+ 信号带宽:数字基带信号带宽信号带宽:数字基带信号带宽 0bfR+ +02bfR+ +0bfR 02bfR 12( () )2121sffffT二进制移相键控二进制移相键控(2PSK)二进制移相键控二进制移相键控(2PSK)( () )( ) ttTt ( () )0( )cosnscne ta g tnTt = 1,Pa+ 概率为概
11、率为其其中中( () )1,1naP= = 其其中中，概率为，概率为一个符号周期一个符号周期Ts内，内，()()()()0cos,( )coscos,1-ccnctPe tttP=+=概率为概率为=+=概率为概率为 0相位相位 相位相位绝对移相绝对移相：以载波的不同相以载波的不同相绝对移相绝对移相：以载波的不同相以载波的不同相位直接表示数字信息。接收需要固定的基准相位。位直接表示数字信息。接收需要固定的基准相位。13二进制差分相位键控二进制差分相位键控(2DPSK)二进制差分相位键控二进制差分相位键控(2DPSK)?利用前后相邻码元的相对载波相位值表示数字信息利用前后相邻码元的相对载波相位值表
12、示数字信息利用前后相邻码元的相对载波相位值表示数字信息利用前后相邻码元的相对载波相位值表示数字信息1,10 , 0nn = , 0 00 0 1 1 1 0 0 1 0 10 0 1 1 1 0 0 1 0 1信息序列信息序列信息序列信息序列0 00 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0?规则二规则二：0,02PSK :1n = ?规则二规则二：10,12DPSK :0nn = ,1 14,0 2DPSK信号波形信号波形2DPSK信号波形信号波形0011100100111001信息序列信息序列信息序列信息序列0 0 1 1 1 0 0 10 0 1 1 1 0 0 1
13、信息序列信息序列信息序列信息序列 0 0 0 0 0 0 0 02PSK2PSK 0 0 0 0 0 0 0 0 2DPSK2DPSK15绝对码和相对码绝对码和相对码绝对码和相对码绝对码和相对码?只从波形上无法区分只从波形上无法区分2PSK和和2DPSK信号信号，必须已知移必须已知移?只从波形上无法区分只从波形上无法区分2PSK和和2DPSK信号信号，必须已知移必须已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息2DPSK信号可看作是把数字信息序列信号可看作是把数字信息序列b 变换成相对码变换成相对码?2DPSK信号可看作是把数字信息序列信
14、号可看作是把数字信息序列bn变换成相对码变换成相对码序列序列an ，再根据相对码进行绝对移相而成，再根据相对码进行绝对移相而成1nnnbaa =1nnnaba = = 00111001010011100101 b b 0 0 1 1 1 0 0 1 0 10 0 1 1 1 0 0 1 0 1 b bn n a an n 0 00 00 01 10 1 1 1 0 1 1 1 0 00 0 1 1 0 00 00 0 0 0 0 00 0 16移相方式移相方式移相方式移相方式?A方式方式?参考相位参考相位：绝对移相时绝对移相时A方式方式?参考相位参考相位：绝对移相时绝对移相时代表未调制的载波相
15、位；相对移相时代表前一符代表未调制的载波相位；相对移相时代表前一符号的载波相位号的载波相位?B方式方式号的载波相位号的载波相位在在B方式下，采用相对移相时，相邻符号之间必然发方式下，采用相对移相时，相邻符号之间必然发生载波相位的跳变生载波相位的跳变，可提可提17生载波相位的跳变生载波相位的跳变，可提可提供符号定时信息。供符号定时信息。2PSK和和2DPSK信号的产生信号的产生2PSK和和2DPSK信号的产生信号的产生?模拟调制法模拟调制法?模拟调制法模拟调制法?键控法键控法182PSK信号的接收信号的接收2PSK信号的接收信号的接收?相干解调相干解调(同步检测法同步检测法)?相干解调相干解调(
16、同步检测法同步检测法)192DPSK信号的接收信号的接收2DPSK信号的接收信号的接收?相干解调相干解调(同步检测法同步检测法)()?差分相干解调差分相干解调(相位比较法相位比较法)?差分相干解调差分相干解调(相位比较法相位比较法)( () )( () )( () )( () )1coscoscncsnttT + ()()( () )11coscos 22csnnccsnnTtT=+=+20LPF( () )1cos2nn 22cscsTf Tn =发时发时222exp2bnnVVdV = 20exp2b= ( )( )( ( ) )1210eeePPPPP=+=+( () )122eePP+
17、 +P(1) = P(0)最佳判决门限最佳判决门限b*( () )( () )*fbfb2*laa bI 27?最佳判决门限最佳判决门限b*：( () )( () )10*fbfb= = 022ln2nnrI= = =2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能包络检波包络检波2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能包络检波包络检波?r 1(大信噪比大信噪比)：11exp4224errPerfc=+=+1exp24rr ?r 1(小信噪比小信噪比)：信号被噪声淹没，无法提取，产生门限效应：信号被噪声淹没，无法提取，产生门限效应282ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能同步检测同步检测2ASK系统
18、的抗噪声性能系统的抗噪声性能同步检测同步检测LPF( ( ) )x t( )( )y t抽样抽样判决判决cosct LPF判决判决( ( ) )cos1atn t + + 发发送送“ ”“ ”( ( ) )1ant + + 发发送送“ ”“ ”( ( ) )( ( ) )( )( )cos,1,0catn ty tn t + + =发发送送发送“ ”发送“ ”( ( ) )( ( ) )( )( ),1,0ccantx tnt + + =发发送送发送“ ”发送“ ”122erPerfc=11exp4rr?1experP 包包络络检检波波：22ep4r p24e包包络络检检波波：在相同的大信噪比
19、下在相同的大信噪比下对对2ASK信号进行同步检测时的误码率总信号进行同步检测时的误码率总在相同的大信噪比下在相同的大信噪比下，对对2ASK信号进行同步检测时的误码率总信号进行同步检测时的误码率总是低于包络检波时的误码率，但两者性能相差并不大，而后者在实现上较为简单。是低于包络检波时的误码率，但两者性能相差并不大，而后者在实现上较为简单。292ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能举例举例2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能举例举例62ASK4.8 10 BaudBR =设某信号的符号速率，接收端输入信=设某信号的符号速率，接收端输入信 0151mV2 10W HzBaN =号幅度，信道中加
20、性高斯白噪声的单边功率谱密度。求包络检波和同步检测解调时系统的误码率。=号幅度，信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度。求包络检波和同步检测解调时系统的误码率。?接收端接收端BPF带宽：带宽：2BBR= =69.6 10 Hz=2N B = =81 92 10 W =0nN B = =1.92 10 W=222ar = =68102 1.92 10 = =26 ( () )1?2n 2 1.92 10?包络检波：包络检波：1exp24erP=4126exp7.5 1024 =2424?同步检测：同步检测：1exp4erPr =41.66 10 =304r 2FSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能
21、2FSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能解调器解调器( ( ) )1yt( ( ) )( ( ) )11Vtxt或或解调器解调器( ( ) )y t( ( ) )( ( ) )( ( ) )11或或( ( ) )cos1atn t + + 发发送送“ ”“ ”解调器解调器( ( ) )2yt( ( ) )( ( ) )22Vtxt或或( ( ) )( ( ) )( )( )12cos,1cos,0atn ty tatn t + + =+=+发发送送发送“ ”发送“ ”?接收波形：接收波形：?解调器输入波形解调器输入波形：( )( )( ( )( )( )1111cos,1,0atntytnt
22、+=发送“ ”发送“ ”+=发送“ ”发送“ ”?解调器输入波形解调器输入波形：1exp22erP= = ( )( )( ( )( )( )2222,1cos,0ntytatnt =+发送“ ”发送“ ”=+发送“ ”发送“ ”p22e31大信噪比下，大信噪比下，2FSK信号同步检测与包络检波解调的性能相差很小信号同步检测与包络检波解调的性能相差很小2PSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能同步检测同步检测2PSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能同步检测同步检测LPF( ( ) )x t( ( ) )y t抽样抽样带通带通( )( )Tut+( ( ) ) cosct LPF( ( ) )判决判
23、决滤波器滤波器( )( )n t+( )( )( ( )( )( )cos,1cos,0ccatn ty tatn t+=+发送“ ”发送“ ”+=+发送“ ”发送“ ”( )( )( ( ) )( )( ),1,0ccantx tant + += +发送“ ”发送“ ”= +发送“ ”发送“ ”22.2ar = =其中其中( () )1e2ePrfcr= = ( () )11exp2rr?22n ( () )2e( () )2r 322DPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能2DPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能差分相干检测差分相干检测( () )1e pP?差分相干检测差分相干检测：(
24、 () )exp2ePr= = ?同步检测同步检测：( () )21eeePPP= = ( () )2Perfcr = =同步检测同步检测：( () )eeeePeP( () )2ePerfcr332DPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能举例举例2DPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能举例举例62DPSK10 BBR = =已已知知信信号号的的符符号号速速率率，接接收收机机输输入入端端的的高高斯斯白白噪噪声声10402DPSK10 B2 10W/Hz10 ,(1)(2)BeRNP=已已知知信信号号的的符符号号速速率率，接接收收机机输输入入端端的的高高斯斯白白噪噪声声的单边功率谱密度。要求试
25、求采用差分相干解调；采用相干解调时接收机输入端所需的信号功率。的单边功率谱密度。要求试求采用差分相干解调；采用相干解调时接收机输入端所需的信号功率。 ?噪声功率：噪声功率：02BN R= =20nN B = =106422 10104 10 W ?差分相干解调：差分相干解调：()()41exp102ePr =106422 10104 10 W= = = = 228.522ar =22n 228.522snaP =33.4 10 W =5.32dBm= =2?相干解调：相干解调：( () )4210eePPerfcr =227.622nar =22a3427.622snaP =33.04 10
26、W = = 4.82dBm= =主要内容主要内容主要内容主要内容二进制数字调制原理二进制数字调制原理?二进制数字调制原理二进制数字调制原理?二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能?二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较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?正交幅度调制正交幅度调制35二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较?频带宽度频带宽度频带宽度频带宽度?2ASK, 2PSK, 2DPSK: 2W( W为数字基带信号带宽，采用矩形不归零脉冲时为
27、数字基带信号带宽，采用矩形不归零脉冲时W=1/Ts)2FSK: 2W+| ff |=2/T +| ff |?2FSK: 2W+| f2- f1|=2/Ts+| f2- f1|?误码率误码率相干相干OOK1rPf非相干非相干OOK1rP?相干相干OOK：124erPerfc= =?非相干非相干OOK：1exp24erP= =11r?相干相干2FSK：122erPerfc=?非相干非相干2FSK：1exp22erP=11?相干相干2PSK：( () )12ePerfcr= =?差分相干差分相干2DPSK：( () )1exp2ePr= = 为实现相同的误码率性能为实现相同的误码率性能，在同时采用相
28、干或非相干方式时在同时采用相干或非相干方式时，要求要求为实现相同的误码率性能为实现相同的误码率性能，在同时采用相干或非相干方式时在同时采用相干或非相干方式时，要求要求3624OOKFSKPSKrrr= = =为实现相同的误码率性能为实现相同的误码率性能，在同时采用相干或非相干方式时在同时采用相干或非相干方式时，要求要求为实现相同的误码率性能为实现相同的误码率性能，在同时采用相干或非相干方式时在同时采用相干或非相干方式时，要求要求二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较3dB3dB3dB3dB37二进制数字调制系统的性能比较
29、二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较?对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性?对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性?判决门限判决门限?2ASK：a/2?2FSK：无：无?2PSK：0非相干检测非相干检测(衰落信道衰落信道)和相干检测和相干检测(发送功率受限发送功率受限)?非相干检测非相干检测(衰落信道衰落信道)和相干检测和相干检测(发送功率受限发送功率受限)?设备的复杂程度设备的复杂程度非相干非相干?相干相干?非相干非相干?相干相干?非相干方式下，非相干方式下，2ASK ?2FSK ?2DPSK应用应用?应用应用?中低速数据传输：非
30、相干中低速数据传输：非相干2FSK?高速数据传输高速数据传输：2DPSK38?高速数据传输高速数据传输：2DPSK主要内容主要内容主要内容主要内容二进制数字调制原理二进制数字调制原理?二进制数字调制原理二进制数字调制原理?二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能?二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较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?正交幅度调制正交幅度调制39多进制数字调制多进制数字调制多进制数字调制多进制数字调制?利用多进制数字基带信号去调制载波的振幅利用多进制数字基带信号去调制载波的振幅?利用多进制数字基带信
31、号去调制载波的振幅利用多进制数字基带信号去调制载波的振幅、频率或相位、频率或相位?多进制振幅键控多进制振幅键控：MASK?多进制振幅键控多进制振幅键控：MASK?多进制频移键控：多进制频移键控：MFSK?多进制相移键控多进制相移键控：MPSK多进制相移键控多进制相移键控?特点特点?在相同的符号速率下在相同的符号速率下，多进制系统具有更高的信息多进制系统具有更高的信息在相同的符号速率下在相同的符号速率下，多进制系统具有更高的信息多进制系统具有更高的信息传输速率传输速率?在相同的信息速率下，多进制系统具有更低的符号在相同的信息速率下，多进制系统具有更低的符号传输速率传输速率有利于减小有利于减小IS
32、I传输速率传输速率，有利于减小有利于减小ISI。40多进制振幅键控多进制振幅键控(MASK)多进制振幅键控多进制振幅键控(MASK)?多电平调制，载波幅度取值为多电平调制，载波幅度取值为 M 种种?基带信号是多进制单极性基带信号是多进制单极性NRZ码码11110010110101011110000t(a) 基带多电平单极性不归零信号10101011110t010110101000(b) MASK信号41多进制振幅键控多进制振幅键控(MASK)多进制振幅键控多进制振幅键控(MASK)?基基带信号是多带信号是多进进制制双双极性极性NRZ码码带信号是多制极性带信号是多制极性码码01011010101
33、111000000t( ) 基带多电平双极性不归零信号(c) 基带多电平双极性不归零信号0000010110101011110t0101101010(d) 抑制载波MASK信号MASK信号带宽与信号带宽与2ASK类似类似为基带信号带宽的为基带信号带宽的2倍倍42?MASK信号带宽与信号带宽与2ASK类似类似, 为基带信号带宽的为基带信号带宽的2倍倍(2/Ts)多进制振幅调制系统的抗噪声性能多进制振幅调制系统的抗噪声性能多进制振幅调制系统的抗噪声性能多进制振幅调制系统的抗噪声性能221311senPPerfcMM =21311erfcrMM= =43多进制数字频率调制多进制数字频率调制多进制数字
34、频率调制多进制数字频率调制?4FSK信号举例信号举例f3f1f2f44FSK信号举例信号举例TTTTt(a) 4FSK信号波形f1f2f3f4f1f2f3f400011011(b) 4FSK信号的取值12sMBRff= =+(b) 4FSK信号的取值?MFSK信号的带宽：信号的带宽：44多进制数字频率调制的抗噪声性能多进制数字频率调制的抗噪声性能多进制数字频率调制的抗噪声性能多进制数字频率调制的抗噪声性能在定在定 下下越大越大则则?在在一一定定r下下，M越大越大，则则Pe越大越大相干检测与非相干检测性相干检测与非相干检测性?相干检测与非相干检测性相干检测与非相干检测性能之间的差距随能之间的差距
35、随M增大而增大而减小减小减小减小?同一同一M下相干检测与非相下相干检测与非相干检测性能随干检测性能随r增加趋于同增加趋于同干检测性能随干检测性能随 增加趋于同增加趋于同一极限一极限45多进制数字相位调制系统多进制数字相位调制系统多进制数字相位调制系统多进制数字相位调制系统?多相制多相制，利用载波的不同相位利用载波的不同相位(或相位差或相位差)来表征数字来表征数字多相制多相制，利用载波的不同相位利用载波的不同相位(或相位差或相位差)来表征数字来表征数字信息信息( ( ) )( () )cos,1,2,kckstAtkM= =+=?+=?coscossinsinkckctt = = ( ( ) )
36、( () ), ,kck bkM 受调相位，可以有种不同取值 受调相位，可以有种不同取值kakb?多相调制的波形可以视为对两个正交载波进行多电平双边带调制所得信号之和，其带宽与多电平双边带调多相调制的波形可以视为对两个正交载波进行多电平双边带调制所得信号之和，其带宽与多电平双边带调制相同制相同(2/Ts)?绝对移相绝对移相相对移相相对移相46?相对移相相对移相四相绝对移相键控四相绝对移相键控(QPSK)四相绝对移相键控四相绝对移相键控(QPSK)?格雷编码格雷编码：相邻相位所代表的两个比特只有相邻相位所代表的两个比特只有一一位不同位不同。信息比特组信息比特组信息比特组信息比特组a ba bk
37、A方式方式k B方式方式?格雷编码格雷编码：相邻相位所代表的两个比特只有位不同相邻相位所代表的两个比特只有位不同。0 0 0 00 0 1 1090?45135?k k1 1 1 11 1 0 0180270?225315?47QPSK信号的产生信号的产生QPSK信号的产生信号的产生?调相法调相法 B方式方式?调相法调相法B方式方式cosct sinct 012345(a) 输入基带码元t( )024(b) 并行支路a码元t48135(c) 并行支路b码元tQPSK信号的产生信号的产生QPSK信号的产生信号的产生?相位选择法相位选择法?相位选择法相位选择法49QPSK信号的解调信号的解调QPS
38、K信号的解调信号的解调50偏置偏置QPSK (OQPSK)偏置偏置QPSK (OQPSK)?QPSK：恒定包络恒定包络， 相位跳变导致功率谱旁瓣较大相位跳变导致功率谱旁瓣较大QPSK：恒定包络恒定包络， 相位跳变导致功率谱旁瓣较大相位跳变导致功率谱旁瓣较大?限带限带QPSK：非恒定包络，包络起伏过大，只能采用：非恒定包络，包络起伏过大，只能采用线性功放线性功放偏置正交相移键控偏置正交相移键控OQPSK51偏置偏置QPSK (OQPSK)偏置偏置QPSK (OQPSK)?偏置偏置QPSK：限制相邻符号相位差的最大值为限制相邻符号相位差的最大值为90?偏置偏置QPSK：限制相邻符号相位差的最大值为
39、限制相邻符号相位差的最大值为90a1a3a5a7a2a4a6a84 221nnaa +1 +1 +1+1i 载波相位载波相位a1a3a5a7aaaa3454 - -1 1 + +1 1- -1 1 - -1 1a2a6a4a874 +1 +1 - -1 152 /4相移相移QPSK /4相移相移QPSK? /4相移相移QPSK：由两个相差由两个相差 4的的QPSK星座图交替产星座图交替产? /4相移相移QPSK：由两个相差由两个相差 4的的QPSK星座图交替产星座图交替产生四进制信号生四进制信号45110111011010星座图之(b)星座图之二00010010?当前符号的相位相对于前一码元的
40、相位改变当前符号的相位相对于前一码元的相位改变45或或135例如例如若连续输入若连续输入“11 11 11 11”则信则信(a)星座图之一(b)星座图之二 135。例如例如，若连续输入若连续输入“11 11 11 11”，则信则信号相位为“号相位为“45 90 45 90 ”?优点优点：相邻符号间总有相位改变相邻符号间总有相位改变、最大相移为最大相移为 13553?优点优点：相邻符号间总有相位改变相邻符号间总有相位改变、最大相移为最大相移为 135四相相对移相键控四相相对移相键控(QDPSK)四相相对移相键控四相相对移相键控(QDPSK)?利用前后码元利用前后码元之之间的相对相位变化来表示数字
41、信间的相对相位变化来表示数字信息息利用前后码元间的相对相位变化来表示数字信利用前后码元间的相对相位变化来表示数字信( )( )()()0cosckketAt =+=+ 0 00 0a ba b0? ?1kkk =0 0 0 00 0 1 11 1 1 1090180?当相对相位变化以等概出现时当相对相位变化以等概出现时相对调相信号的功相对调相信号的功1 1 0 0270? ?当相对相位变化以等概出现时当相对相位变化以等概出现时，相对调相信号的功相对调相信号的功率谱密度与绝对调相信号相同率谱密度与绝对调相信号相同54QDPSK信号的产生信号的产生QDPSK信号的产生信号的产生?码变换加调相法码变
42、换加调相法?码变换加调相法码变换加调相法0 0 0 0a ba b0? ?k 0 0 1 11 1 1 190180?551 1 0 0270? ?QDPSK信号的产生信号的产生码变换码变换QDPSK信号的产生信号的产生 码变换码变换a ba bk 11kkcd 1k k kkcd0 0 0 00? ?0 00 00 0 1 11 1 1 1135225315?0 00 00 0 1 11 1 1 1135225315?1 10 045? ?1 10 045? ?0 0 1 190? ?0 00 00 01 1135225?0 01 11 11 1225315?0 0 1 11 1 1 11
43、10 022531545?1 11 11 1 0 00 00 031545135?1 11 1180? ?0 00 00 0 1 11 1 1 1135225315?1 11 11 10 00 00 031545135?1 10 045? ?0 01 1225? ?1 10 0270? ?0 00 00 01 1135225?1 10 00 00 045135?560 0 1 11 1 1 11 10 022531545?0 0 0 00 01 11 11 1135225315?QDPSK信号的产生信号的产生QDPSK信号的产生信号的产生?码变换加相位选择法码变换加相位选择法?码变换加相位选择
44、法码变换加相位选择法57QDPSK信号的解调信号的解调QDPSK信号的解调信号的解调?极性比较法极性比较法：QPSK解调解调+码反变换码反变换?极性比较法极性比较法：QPSK解调解调+码反变换码反变换cos4ct +cos4ct 58QDPSK信号的解调信号的解调QDPSK信号的解调信号的解调?相位比较法相位比较法?相位比较法相位比较法59MPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能MPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能?M进进制制绝绝对移相对移相( )( )1MeMPfd = 制对移相制对移相?二相：二相：( () )1Perfcr= =( () )2ePerfcr= =2?四相：四相：( (
45、) )211122ePerfcr= sinPerfcr ?M相相(r足够大足够大)：60sinePerfcrM MPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能MPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能?M进制绝对移相误码率曲线进制绝对移相误码率曲线Pe61rb(dB)MDPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能MDPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能?M进进制相对移相制相对移相(MDPSK) ?r足够大：足够大：制相对移相制相对移相()2 sin2eMDPSKPerfcrM Pe62rb(dB)主要内容主要内容主要内容主要内容二进制数字调制原理二进制数字调制原理?二进制数字调制原理二进制数字调制原理?
46、二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能?二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较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?正交幅度调制正交幅度调制63正交振幅调制正交振幅调制 (QAM)正交振幅调制正交振幅调制 (QAM)?正正交振幅调制交振幅调制: 同时利用载波的不同幅度和相位来表同时利用载波的不同幅度和相位来表( ( ) )( () )( () )cos,1kkckstAtkTtkT=+=+交振幅调制交振幅调制同时利用载波的不同幅度和相位来表同时利用载波的不同幅度和相位来表征数字信息征数字信息(振幅相位联合键控振幅相位
47、联合键控)( ( ) )( () )( () )kkckcoscossinsinkkckkcAtAt = = cossinXtYt+ +cossinkckcXtYt =+=+kXkXkYkY64正交振幅调制正交振幅调制 (QAM)正交振幅调制正交振幅调制 (QAM)信号星座信号星座: 信号矢量图信号矢量图?信号星座信号星座: 信号矢量图信号矢量图coskkkXA = =sinkkkYA = = Ak4QAM(QPSK)654QAM(QPSK)16QAM正交振幅调制正交振幅调制(QAM)的信号星座的信号星座正交振幅调制正交振幅调制(QAM)的信号星座的信号星座?矩形矩形/十字形十字形QAM星座图
48、星座图矩形矩形/十字形十字形QAM星座图星座图A 最大振幅最大振幅A2A2ML= =A最大振幅最大振幅21QAMAdL= = (L-1)d66A16QAM和和16PSK16QAM和和16PSK2AP= =2maxP= =20 47AdA 0.471QAMdAL=2sin0.3916PSKdAA = =()()2max11.8LP =max1PSKP = = =()()2211.8221QAMLQAMiPi = = PSKPSKP 67PQAM= PPSK224.19dBQAMPSKdd= =星座的优化星座的优化星座的优化星座的优化?M=8：min2d= =min3avP= =3.41avP=
49、=最佳最佳8QAM星座星座683avP= =2.36avP= =改进的改进的16QAM改进的改进的16QAM16QAM改进的改进的16QAM69练习练习练习练习已知某有线信道可用的信号传输频带为已知某有线信道可用的信号传输频带为?已知某有线信道可用的信号传输频带为已知某有线信道可用的信号传输频带为600-3000Hz，取载频为，取载频为1800Hz?采用采用 =0.2的升余弦滚降基带信号的升余弦滚降基带信号QPSK调制，可以传输多少调制，可以传输多少bit/s的数据？的数据？?采用采用=0.5的升余弦滚降基带信号的升余弦滚降基带信号16QAM调制调制，可以传输多少可以传输多少bit/s的数据的
50、数据？调制调制，可以传输多少可以传输多少/ 的数据的数据?画出第画出第(2)问中问中16QAM调制的发送端框图（调制的发送端框图（采用矩形星座采用矩形星座）采用矩形星座采用矩形星座）70练习练习-答案答案练习练习-答案答案信道：信道：600Hz-3000Hz，1800Hzcf = =2400HzB =信道带宽：=信道带宽：1200HzW =基带信号带宽=基带信号带宽2RW= =2*1200= =2000Baud= =1sRW = =+ + 2000*2= =2*logbsRRM= =10.2= =+ +2000Baud= =4000bit/s21sRW =+=+ 1600*4*logRRM2*
