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多进制数字调制MASKMFSKMPSK 通信原理第二十六讲 第九章多进制数字调制 多进制数字调制系统概述多进制数字振幅调制MASK原理及抗噪声性能多进制数字频率调制MFSK原理及抗噪声性能多进制数字相位调制MPSK原理及抗噪声性能振幅相位联合调制系统MAPK MQAM MQPR 恒包络调制问题 偏移四相相移键控OQPSK 最小移频键控MSK 高斯最小移频键控GMSK SFSK TFM 时频调制 多进制数字调制系统概述 在每个符号间隔0 t TS内可发送的状态有M种S1 t SM t 称M进制 实际应用中取M 2n n 1的正整数 可有MASK MFSK MPSK 及其组合起来的MAPK MQAM M进制正交幅度调制 M进制中每个符号携带的信息量IS log2M 可提高信息传输速率 注意多进制系统的码元速率与比特速率的关系 如四进制系统 信息传输速率是二进制系统的二倍 等效于提高频带利用率 其代价是增加信号功率和实现上的复杂性相同信息速率下 多进制传输速率比二进制低 即TS加大 码元能量增加 能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响 目前多进制数字调制系统应用更为广泛 多进制数字振幅调制MASK 时域表达式g t 为基带信号波形 Ts为符号时间间隔 bn为幅度值 bn共有M种取值 通常可选择为bn 0 1 M 1 多进制数字振幅调制MASK 带宽其功率谱密度为PMASK f 1 4 G f fC G f fC 调制解调MASK与2ASK相同 不同的是基带信号由二电平 多电平 如 d 3d L 1 d 由于不同的幅度代表不同信息 只能用线性调制可用DSB SSB调制方式可用相干解调或包络捡波基带波形可用矩形 升余弦形或部分响应 与2ASK一样 带宽为基带信号的二倍 但可传送log2M信息量 如要求传送信息量相同 则可加大TS 减小带宽 AWGN下的误码率计算 信号点间的距离等效方差等概率时的误码率 多进制数字振幅调制MASK 抗噪声性能设发送端L电平的基带码元的振幅位于 A 3A L 1 A 相邻电平振幅的距离为2A 相邻信号点的距离为 多进制数字振幅调制MASK 抗噪声性能等效噪声方差为 图中星号部分的面积为 误码率为 N为噪声功率 最外侧的两个信号点 多进制数字振幅调制MASK 抗噪声性能信号功率 假定信号等概出现误码率与信噪比的关系 多进制数字振幅调制MASK 讨论 若L 2 上述信号为2PSK信号在同样误码率Pe下 4电平系统与2电平系统相比需增加约5倍功率ASK 多电平调制 方式虽然提高传输效率 但它的抗噪声能力 尤其抗衰落能力不强 因此它只能在恒参数信道中采用 多进制数字振幅调制MASK M进制数字振幅调制系统的误码率Pe性能曲线 第九章多进制数字调制 多进制数字调制系统概述多进制数字振幅调制MASK原理及抗噪声性能多进制数字频率调制MFSK原理及抗噪声性能多进制数字相位调制MPSK原理及抗噪声性能振幅相位联合调制系统MAPK MQAM MQPR 恒包络调制问题 偏移四相相移键控OQPSK 最小移频键控MSK 高斯最小移频键控GMSK SFSK TFM 时频调制 多进制数字频率调制MFSK 多进制数字频率调制是2FSK的直接推广 用多个频率的正弦波分别代表不同的多进制信号 每一码元内只发送其中一个频率 每个频率可代表一个多进制码 多进制数字频率调制MFSK 一般MFSK信号的相位不连续 它可看成是M个振幅相同 载频不同 时间上互不相容的2ASK信号的叠加MFSK的信号带宽一般定义为BMKSK fM fL ffM为最高选用载频 fL为最低选用载频 f为单个码元信号的带宽 MFSK系统的抗噪声性能MFSK系统性能分析方法可参照2FSK的方法 多进制数字频率调制MFSK MFSK非相干解调的抗噪声性能除包含发送信号的那条通道的抽样值服从广义瑞利分布 其它各条通道的抽样值服从瑞利分布若M个信号互相正交 接收模块中各通道的随机电压互不相关 发送信号等概时 非相干接收中发生错误判决的概率 Pe 1 P k i k 包含发送信号的那条通道的抽样值 i 其余 M 1 条通道所得的抽样值 i 1 2 M i k 多进制数字频率调制MFSK MFSK非相干解调的抗噪声性能MFSK相干解调的抗噪声性能 相互独立 多进制数字频率调制MFSK M一定时r越大 Pe越小一定r下 M越大 Pe越大相干和非相干的差距M增大而减小同一M下的每一对相干和非相干曲线随r增加而趋于同一极限值 第九章多进制数字调制 多进制数字调制系统概述多进制数字振幅调制MASK原理及抗噪声性能多进制数字频率调制MFSK原理及抗噪声性能多进制数字相位调制MPSK原理及抗噪声性能振幅相位联合调制系统MAPK MQAM MQPR 恒包络调制问题 偏移四相相移键控OQPSK 最小移频键控MSK 高斯最小移频键控GMSK SFSK TFM 时频调制 多进制数字相位调制MPSK 表达式式中 k 受调相位 有M种取值 ak cos k bk sin k多相调制的波形可以看作对两个正交载波进行多电平双边带调制所得信号之和 两路正交信号表示式 多进制数字相位调制MPSK 多相调制的信号矢量示意图 QPSK中 k在 0 2 内等间隔取4个相位值 若初始相位 0 0 称A方式 若初始相位 0 45 称B方式 由于正弦和余弦的互补性 其幅度ak bk只有二种取值 即 QPSKA方式 QPSKB方式 多进制数字相位调制MPSK MPSK的信号带宽由于MPSK可以分解成两个正交的双边带MASK 其带宽也与MASK相同 图中给出了信息速率相同时 2PSK 4PSK和8PSK信号的单边功率谱 M越大 功率谱主瓣越窄 从而频带利用率越高 MPSK的调制 QPSK的正交调相法 输入二进制信号经串 并变换后分成两路速率减半的序列a和b 再经电平变换成双极性二电平信号 然后进行正交调制 相加后得QPSK信号 MPSK的调制 QPSK的正交调相法 经串并转换后的同相 正交支路 MPSK的调制 8PSK的正交调相法 串 并变换每次产生三位码组b1b2b3 在b1b2b3控制下同相与正交路分别产生两个四电平基带信号c d 决定b1决定同相路极性 b2决定正交路极性 b3用于决定两路信号幅度 MPSK的调制 8PSK的正交调相法如果8PSK信号幅度为1 b3 1时 c路基带信号幅度为0 924d路基带信号幅度为0 383b3 0时 c路基带信号幅度为0 383d路基带信号幅度为0 924 同相和正交路的基带信号幅度互相关联 不能独立选取 MPSK的调制 相位选择法与四相信号的产生 MPSK的调制 QDPSK的调制DPSK在串 并变换后进行码型变换后变成多进制差分码然后再作绝对调相 可以避免多相调制相位模糊问题 MPSK的调制 DQPSK的码变换用相位变化而不用绝对相位表示传送的码元 MPSK的调制 DQPSK的码变换 MPSK的解调 QPSK的相干解调 MPSK的解调 QDPSK的相干解调 MPSK的解调 QDPSK的相干解调上下两支路的相干载波为上支路解调上 下两支路经低通滤波输出在t T时刻抽样后 MPSK的解调 QDPSK的相干解调 MPSK的解调 QDPSK的相干解调相对码到绝对码的变换 ci 1 di 1 1交叉ci 1 di 1 0直通 MPSK的解调 QDPSK的差分解调 MPSK的解调 QDPSK的差分解调与相干解调差分解调与相干解调 主要区别在于 它利用延迟一码元电路 再分别移相 4和 4 作为上下支路相干载波与输入信号相乘 此外它不需要采用码变换器 因为QDPSK信号的信息包含在前后码元的相位差中 而相位比较法解调原理是直接比较前后码元性能比相干解调略差 但实现较为简单 MPSK的抗噪声性能 由于信道噪声干扰 接收的MPSK信号幅度会有随机起伏 相位也会随机抖动 M 8时 每一信号间隔为 4 如合成波的相位 在 8 8范围内变化时 右图阴影区 不产生错误判决 如果在这个范围之外 将造成错误判决 MPSK的抗噪声性能 误码率为 M 2时 2PSKM 4时 假设发送每一信号的概率密度f 但f 很难给出 MPSK的抗噪声性能 MPSK的抗噪声性能第i点与第i 1点的距离等效噪声能量 MPSK的抗噪声性能 MPSK的抗噪声性能每一区域可以向两个方向误码 MPSK实例 对最高频率为6MHz的模拟信号进行PCM编码 量化电平数L 8 编码信号先通过a 0 2的升余弦滚降滤波器 再对载波进行调制 求 调制方式为2PSK时信号的传输带宽及频带利用率调制方式为8PSK时信号的传输带宽及频带利用率解 模拟信号的最高频率为fH 取样