《通信原理教程》(第3版) 樊昌信 编著第十一章PPT课件

1、1 11.2.1偏置正交相移键控（偏置正交相移键控（OQPSK ） OQPSK信号的波形与信号的波形与QPSK信号波形的比较信号波形的比较 OQPSK优点：优点： 相邻码元相位差的相邻码元相位差的 最大值仅为最大值仅为90 OQPSK的抗噪声性的抗噪声性 能和能和QPSK完全一样。完全一样。 a2a4 a1a3a5a7 a6 a8 a1 a3 a5 a7 a2 a6a4a8 2 11.2.2 4正交差分相移键控正交差分相移键控( 4 QDPSK) 由两个相差由两个相差 4的的QPSK星座图交替产生的。星座图交替产生的。 当前码元的相位相对于前一码元的相位改变当前码元的相位相对于前一码元的相位改

2、变 45或或 135。 优点：优点： n由于相邻码元间总有相位改变，故有利于在接收端提取码由于相邻码元间总有相位改变，故有利于在接收端提取码 元同步。元同步。 n最大相移为最大相移为 135，比，比QPSK的最大相移小。的最大相移小。 4 QDPSK信号的抗噪声性能和信号的抗噪声性能和QDPSK信号的相同。信号的相同。 4 QDPSK体制已经用于北美第二代蜂窝网体制已经用于北美第二代蜂窝网(IS-136)。 45 输入二进制数字输入二进制数字相位改变相位改变 1 145 0 1135 0 0-135 1 0-45 3 MSK和和FSK比较：比较： n相位连续相位连续 n包络恒定包络恒定 n占用

3、带宽最小占用带宽最小 n严格正交严格正交 11.3.1 MSK信号的基本原理信号的基本原理 表示式表示式 式中，式中， （当输入码元为（当输入码元为“1”时，时，ak =+1；当输入码元为；当输入码元为“0”时，时，ak = -1） T 码元持续时间；码元持续时间； k 第第k个码元的确定的初始相位。个码元的确定的初始相位。 ) 2 cos()( k k sk t T a tts kTtTk ) 1( ss f2 1 k a 4 由上式可以看出由上式可以看出: n当当ak =+1时，码元频率时，码元频率 f1等于等于 fs+1/(4T)； 当当ak = -1时，码元频率时，码元频率 f0等于等

4、于 fs - 1/(4T)。 故故 f1 和和 f2 的距离等于的距离等于1 / (2T) FSK信号的最小频率间隔信号的最小频率间隔 上式可以改写为上式可以改写为 式中，式中， ) 2 cos()( k k sk t T a tts kTtTk ) 1( 1),2cos( 1),2cos( )( 0 1 kk kk k atf atf ts 当 当 kTtTk ) 1( )4/(1 )4/(1 0 1 Tff Tff s s 5 码元持续时间码元持续时间T n由于它是一个正交由于它是一个正交FSK信号，所以它应当满足式信号，所以它应当满足式(6-3-10)： 即有，即有， 上式左端上式左端4

5、项应分别等于零，所以将第项应分别等于零，所以将第3项项 sin(2k) = 0 的条件代入第的条件代入第1项，得到要求：项，得到要求：sin(2sT) = 0 即要求：即要求： 或或 上式表示，上式表示，MSK信号每个码元持续时间信号每个码元持续时间 T 内包含的载内包含的载 波周期数必须是波周期数必须是1 / 4的整数倍。的整数倍。 0 )( )0sin( )( )2sin()sin(2)sin( 010101 01 01 01 kk TT 0 )( )sin( )( )sin()sin()sin( 01 01 01 01 01 0101 01 0101 TT ., 3, 2, 1,4nnT

6、f s s fnT4/ 6 即上式可以改写为即上式可以改写为 式中，式中，N为正整数；为正整数； m = 0, 1, 2, 3 以及有以及有 由上式可以得知：由上式可以得知： 式中，式中，T1 = 1 / f1；T0 = 1 / f0 T m N T n f s 1 ) 4 ( 4 s fnT4/ T m N T ff T m N T ff s s 1 4 1 4 1 1 4 1 4 1 0 1 01 4 1 4 1 T m NT m NT 7 上式给出一个码元持续时间上式给出一个码元持续时间 T 内包含的正弦波周期数。内包含的正弦波周期数。 由此式看出，无论两个信号频率由此式看出，无论两个信

7、号频率f1和和f0等于何值，这两种码元等于何值，这两种码元 包含的正弦波数均相差包含的正弦波数均相差1/2个周期。例如，当个周期。例如，当N =1，m = 3时，时， 对于比特对于比特“1”和和“0”，一个码元持续时间内分别有，一个码元持续时间内分别有2个和个和1.5个个 正弦波周期，如下图所示：正弦波周期，如下图所示： 01 4 1 4 1 T m NT m NT 8 11.3.2 MSK信号的相位连续性信号的相位连续性 码元相位的含义码元相位的含义 设：设： 式中，式中， s 载波角频率；载波角频率； k 码元初始相位。码元初始相位。 n仅当一个码元中包含整数个载波周期时，初始相位相同的仅

8、当一个码元中包含整数个载波周期时，初始相位相同的 相邻码元间相位才是连续的，即波形是连续的；否则，即相邻码元间相位才是连续的，即波形是连续的；否则，即 使初始相位使初始相位 k相同，波形也不连续。如下图所示：相同，波形也不连续。如下图所示： kTtTktts ksk )1(),cos()( 9 波形连续的一般条件：前一码元末尾的总相位等于后一码元波形连续的一般条件：前一码元末尾的总相位等于后一码元 开始时的总相位，即开始时的总相位，即 MSK信号的相位连续条件信号的相位连续条件 n相位连续的相位连续的MSK信号要求前一码元末尾的相位等于后一码信号要求前一码元末尾的相位等于后一码 元的初始相位。

9、元的初始相位。 由由MSK信号的表示式：信号的表示式： 和上式可知，这是要求和上式可知，这是要求 由上式可以容易地写出下列递归条件：由上式可以容易地写出下列递归条件： 由上式可以看出，第由上式可以看出，第(k+1)个码元的相位不仅和当前的输入个码元的相位不仅和当前的输入 有关，而且和前一码元的相位有关。有关，而且和前一码元的相位有关。 1 ksks kTkT ) 2 cos()( k k sk t T a tts kTtTk )1( 1 1 22 k k k k kT T a kT T a 时。当 时当 1k 1 11 , , )( 2 kk kkk kkkk aak aa aa k 10 M

10、SK信号的附加相位信号的附加相位 设：设： k的初始参考值等于的初始参考值等于0。 这时，由这时，由 可知，可知， 而而MSK信号信号 可以改写为可以改写为 式中，式中， 第第k个码元信号的附加相位。个码元信号的附加相位。 它是它是 t 的直线方程。并且，在一个码元持续时间的直线方程。并且，在一个码元持续时间T 内，它变化内，它变化 + /2 或或 - /2。 时。当 时当 1k 1 11 , , )( 2 kk kkk kkkk aak aa aa k )2(mod,0 1 或 k ) 2 cos()( k k sk t T a tts kTtTk )1( )(cos)(ttts ksk k

11、TtTk )1( k k k t T a t 2 )( 11 附加相位附加相位 (t)的轨迹图的轨迹图 设：输入数据序列设：输入数据序列 ak =+1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,-1 则由则由 得到得到 k k k t T a t 2 )( T3T5T9T7T11T 0 (b)附加相位的可能路径附加相位的可能路径 k(t) T3T5T9T7T11T 0 (a)附加相位轨迹附加相位轨迹 k (t) T3T5T9T7T11T0 (c)模模2运算后的附加相位运算后的附加相位 k(t) 12 11.3.3 MSK信号的正交表示法信号的正交表示法 MSK信号表示式

12、信号表示式 可以变换为如下两个正交分量：可以变换为如下两个正交分量： 式中，式中， ) 2 cos()( k k sk t T a tts kTtTk )1( t T t qt T t pts skskk sin 2 sincos 2 cos)( kTtTk )1( 1cos kk p1cos kkk aq 13 例：输入序列例：输入序列 ak =+1，-1，+1，-1，-1，+1，+1，-1，+1 k0 12345678 T (-T, 0)(0, T)(2T, 3T) (3T, 4T) (4T, 5T) (5T, 6T) (6T, 7T) (7T, 8T) (8T, 9T) ak+11+1-

13、1-1+1+111 k (mod 2 ) 00 0 pk11-1-1-1-1-1-11 qk1-1-111-1-111 14 输入序列输入序列 ak =+1，-1，+1，-1，-1，+1，+1，-1，+1 k (mod 2 ) ak qk pk a0a1a2a3a4a5a6a7a8 qksin( t/2 T) pkcos( t/2T) 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 15 11.3.4 MSK信号的产生和解调信号的产生和解调 MSK信号的产生信号的产生 由下式由下式 可以画出可以画出MSK信号产生的方框图如下：信号产生的方框图如下： 差分差分 编码编码 串串/并并 变换变换

14、振荡振荡 f=1/4T 振荡振荡 f=fs 移相移相 /2 移相移相 /2 cos( t/2T) qk pk pkcos( t/2T) qksin( t/2T) sin( t/2T) cos st sin st pkcos( t/2T)cos st qksin( t/2T)sin st akbk 带通带通 滤波滤波 MSK信号信号 t T t qt T t pts skskk sin 2 sincos 2 cos)( kTtTk )1( 16 MSK信号的解调信号的解调 n如同如同2FSK信号，可以采用相干解调或非相干解调方法。信号，可以采用相干解调或非相干解调方法。 n延时判决相干解调法延时

15、判决相干解调法 另一种解调方法另一种解调方法 p基本原理：采用基本原理：采用QPSK信号的解调原理信号的解调原理 接收信号分别用提取的相干载波接收信号分别用提取的相干载波cos st 和和-sin st 相乘：相乘： sk(t)cosst = pkcos(t/2T)cosst - qksin(t/2T) sinstcosst = (1/2) pkcos(t/2T) sk(t)(-sinst) = pkcos(t/2T)cosst - qksin(t/2T) sinst(-sinst) = (1/2)qksin(t/2T) 上两式和原上两式和原MSK信号的两个正交分量的振幅相同。它们经过信号的两

16、个正交分量的振幅相同。它们经过 积分判决后，得到积分判决后，得到pk和和qk。 再作模再作模2乘。乘。 90 相移相移 模模2乘乘 载波提取载波提取 积分判决积分判决抽样保持抽样保持 积分判决积分判决抽样保持抽样保持 cos st -sin st MSK 信号信号 2iT, 2(i+1)T (2i-1)T, (2i+1)T p q (MSK信号解调器原理方框图信号解调器原理方框图 解调解调 输出输出 17 p当输入序列当输入序列 ak = +1, -1, +1, -1, -1, +1, +1, -1, +1时，解调时，解调 波形如下：波形如下： MSK信号解调波形图信号解调波形图 t t t

17、0 0 0 p q p q 11 11 +1+1+1+1+1 18 11.3.5 MSK信号的功率谱信号的功率谱 MSK信号的归一化功率谱密度信号的归一化功率谱密度Ps(f)计算结果如下：计算结果如下： 式中，式中，fs 信号载频；信号载频； T 码元持续时间。码元持续时间。 功率谱曲线：功率谱曲线： 2 222 )(161 )(2cos32 )( Tff TffT fP s s s 19 11.3.6 MSK信号的误码率性能信号的误码率性能 当用匹配滤波器分别接收每个正交分量时，当用匹配滤波器分别接收每个正交分量时，MSK信号的误比信号的误比 特率性能和特率性能和2PSK、QPSK及及OQP

18、SK等的性能一样。等的性能一样。 若把它当作若把它当作FSK信号用相干解调法在每个码元持续时间信号用相干解调法在每个码元持续时间T内解内解 调，则其性能将比调，则其性能将比2PSK信号的性能差信号的性能差3dB。 11.3.7 高斯最小频移键控高斯最小频移键控(GMSK) 先将矩形码元通过一个高斯型低通滤波器，再作先将矩形码元通过一个高斯型低通滤波器，再作MSK调制。调制。 高斯型低通滤波器特性：高斯型低通滤波器特性： 式中，式中，B 滤波器的滤波器的3 dB带宽。带宽。 优点：对邻道干扰小。优点：对邻道干扰小。 缺点：有码间串扰缺点：有码间串扰(ISI)。 应用：在应用：在GSM制的蜂窝网中

19、采用制的蜂窝网中采用BT = 0.3的的GMSK调制，以调制，以 得到更大的用户容量。得到更大的用户容量。 BT值越小，码间串扰越大。值越小，码间串扰越大。 )/)(2/2(lnexp)( 2 BffH 20 11.4.1 概述概述 OFDM是一类多（子）载波并行调制的体制。是一类多（子）载波并行调制的体制。 特点：特点： n 为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调 信号频谱有部分重叠；信号频谱有部分重叠； n 各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各 路信号；路信号； n

20、 每路子载波的调制是多进制调制；每路子载波的调制是多进制调制； n 每路子载波的调制制度可以不同，并且可以为适应信道的每路子载波的调制制度可以不同，并且可以为适应信道的 变化而自适应地改变。变化而自适应地改变。 应用：应用： 非对称数字用户环路非对称数字用户环路(ADSL)、高清晰度电视、高清晰度电视(HDTV) 信号传输、数字视频广播（信号传输、数字视频广播（DVB）、无线局域网）、无线局域网(WLAN)等等 领域，并且开始应用于无线广域网领域，并且开始应用于无线广域网(WWAN)和正在研究将其和正在研究将其 应用在下一代蜂窝网中。应用在下一代蜂窝网中。 21 11.4.2 OFDM的基本原

21、理的基本原理 OFDM系统的正交性系统的正交性 设：在一个设：在一个OFDM系统中有系统中有N个子信道，子信道的子载波为个子信道，子信道的子载波为 式中，式中， Bk 第第k路子载波振幅，决定于输入码元的值，路子载波振幅，决定于输入码元的值， fk 第第k路子信道的子载频，路子信道的子载频， k 第第k路子信道的载波初始相位，路子信道的载波初始相位， 则在此系统中的则在此系统中的N 路子信号之和可以表示为路子信号之和可以表示为 上式还可以改写成复数形式如下：上式还可以改写成复数形式如下： 式中，式中， 第第 k 路子信道中的复输入数据。路子信道中的复输入数据。 1, 1, 0)2cos()(N

22、ktfBtx kkkk 1 0 )2cos()( N k kkk tfBts 1 0 2 )( N k tfj k kk eBts k B 22 若各相邻子载波的频率间隔若各相邻子载波的频率间隔 f = 1/T 且子载频且子载频 则可以证明，在码元持续时间则可以证明，在码元持续时间T 内任意两个子载波都是正交的，内任意两个子载波都是正交的， 即有：即有： 式中，式中， 并且，正交性和并且，正交性和 k与与 i的取值无关。的取值无关。 故将这种多子载波系统称为正交频分复用（故将这种多子载波系统称为正交频分复用（OFDM）。）。 , 2, 1, 0, 2 m T mk fk 0)2cos()2co

23、s( 0 dttftf ii T kk , 2, 1,/|nTnff ik 23 OFDM系统在频域中的特点系统在频域中的特点 n设子载波的频率为设子载波的频率为fk、码元持续时间为、码元持续时间为T，则此码元的波形，则此码元的波形 和频谱密度为和频谱密度为 n由于各相邻子载波的频率间隔等于由于各相邻子载波的频率间隔等于 f = 1/T，故各子载波故各子载波 合成后的频谱密度曲线为合成后的频谱密度曲线为 n优点：优点： p子信道间不需要保护频带间隔，因此能够充分利用频带子信道间不需要保护频带间隔，因此能够充分利用频带 p各路子载波的调制制度可以不同，具有很大的灵活性。各路子载波的调制制度可以不

24、同，具有很大的灵活性。 T f fk fk+1/T 24 OFDM系统的频带利用率系统的频带利用率 设：设：N OFDM系统中路子载波数目，系统中路子载波数目， T 码元持续时间，码元持续时间， M 每路子载波采用调制的进制数；每路子载波采用调制的进制数； 则它占用的频带宽度等于则它占用的频带宽度等于 频带利用率为单位带宽传输的比特率：频带利用率为单位带宽传输的比特率： 当当 N 很大时，很大时， 若用单个载波的若用单个载波的M进制码元传输，为得到相同的传输速率进制码元传输，为得到相同的传输速率, 需需 两者相比，两者相比，OFDM的频带利用率大约可以增至两倍。的频带利用率大约可以增至两倍。

25、HzsbM OFDMB /log2 / HzsbM N N BT MN OFDM OFDMB /log 1 1log 2 2 / )( 1 Hz T N BOFDM M N T T MN MB2 2 / log 2 1 2 log 25 11.4.3 OFDM的实现的实现 实现原理：由于实现原理：由于OFDM信号表示式的形式如同信号表示式的形式如同IDFT式，所以式，所以 可以用计算可以用计算IDFT和和DFT的方法进行的方法进行OFDM调制和解调。调制和解调。 DFT公式复习公式复习 设：设：s(k) 时间信号时间信号s(t)的抽样函数，的抽样函数， 其中，其中，k = 0, 1, 2, ,

26、 K 1， 则则 s(k)的离散傅里叶变换的离散傅里叶变换(DFT)定义为：定义为： 并且并且S(n)的逆离散傅里叶变换的逆离散傅里叶变换(IDFT)为：为： 若信号的抽样函数若信号的抽样函数s(k)是实函数，则其是实函数，则其K点点DFT的值的值S(n) 一定满足对称性条件：一定满足对称性条件： 式中式中S*(k)是是S(k)的复共轭。的复共轭。 1 0 )/2( )( 1 )( K k nkKj eks K nS ) 1, 2, 1, 0(Kn 1 0 )/2( )( 1 )( K n nkKj enS K ks ) 1, 2, 1, 0(Kk ()*( )S KkSk) 1, 2, 1,

27、 0(Kk 26 OFDM信号和信号和IDFT式的关系式的关系 令令OFDM信号表示式信号表示式 中的中的 k0，则上式变为，则上式变为 而而IDFT的表示式为的表示式为 比较上两式可见，可以将上式中的比较上两式可见，可以将上式中的K个离散值个离散值S(n)当作是当作是 K路并行子信道中的输入信号码元取值路并行子信道中的输入信号码元取值 而上式的左端而上式的左端s(k)就相当于就相当于OFDM信号信号s(t)。 这就是说，可以用计算这就是说，可以用计算IDFT的方法来获得的方法来获得OFDM信号。信号。 1 0 2 )( N k tfj k kk eBts 1 0 2 )( N k tfj k

28、 k eBts 1 0 )/2( )( 1 )( K n nkKj enS K ks ) 1, 2, 1, 0(Kk k B 27 OFDM信号的产生：先将输入分帧信号的产生：先将输入分帧 n设：设： Ts 输入串行二进制码元的持续时间；输入串行二进制码元的持续时间； F 每帧中的码元数（比特数）；每帧中的码元数（比特数）； N 每帧中的组数；每帧中的组数； bi 第第 i 组中的比特数组中的比特数 则有则有 1帧帧F 比特比特 b3b2b1bN b3b2b1bN T N i i bF 1 28 n将每组中的将每组中的bi 个比特看作是一个个比特看作是一个Mi 进制码元进制码元Bi，其中，其中

29、bi log2 Mi，并且经过串，并且经过串/并变换将串行码元并变换将串行码元Bi变为变为N路并行码路并行码 元元Bi。各路并行码元。各路并行码元Bi持续时间相同，均为一帧时间持续时间相同，均为一帧时间T = F Ts，但是各路码元，但是各路码元Bi包含的比特数不同。这样得到的包含的比特数不同。这样得到的N路路 并行码元并行码元Bi用来对于用来对于N个子载波进行不同的个子载波进行不同的MQAM调制。调制。 n这时的码元这时的码元Bi 是是Mi 进制的，在进制的，在 MQAM调制中它可以用平面上调制中它可以用平面上 的一个点表示。而平面上的一的一个点表示。而平面上的一 个点可以用一个矢量或复数表

30、示。在下面我们用复数个点可以用一个矢量或复数表示。在下面我们用复数 表示此点。表示此点。 nBi变成一一对应的复数变成一一对应的复数 的过程称为映射。的过程称为映射。 b3b2b1bN t 1帧帧T B1 B2 B3 BN 1帧帧T i B i B 29 n用用IDFT实现实现OFDM p令令OFDM的最低子载波频率等于的最低子载波频率等于0，以满足，以满足IDFT式式 右端第一项（即右端第一项（即n = 0时）的指数因子等于时）的指数因子等于1。 p令令K = 2N，使，使IDFT的项数等于子信道数目的项数等于子信道数目N的两倍的两倍 p并用对称性条件并用对称性条件 由由N个个 生成生成K2

31、N个个 即令即令 这样生成了新码元序列这样生成了新码元序列 1 0 )/2( )( 1 )( K n nkKj enS K ks ) 1, 2, 1, 0(Kk )(*) 1(kSkKS) 1, 2, 1, 0(Kk i B k B 1, 2, 1, * 1 NkBB kkK 22, 2, 1, 1 NNNNkBB kkK )Re( 00 BB )Im( 0121 BBB NK k B 30 p将生成的新码元序列将生成的新码元序列 作为作为S(n)，代入，代入IDFT公式公式 式中，式中， s(k)相当于相当于OFDM信号信号s(t)的抽样值，故它经过的抽样值，故它经过D/A变换变换 后就可以

32、得出后就可以得出 s(t)： 子载波频率子载波频率fk = n / T, n = 0, 1, 2, , N-1 1 0 )/2( 1 )( K n nkKj K eB K ks k B ) 1, 2, 1, 0(Kk )/()(KnTsks 1 0 )/2( 1 )( K n ntTj K eB K ts )0 (Tt 31 OFDM调制原理方框图调制原理方框图 分帧分帧 分组分组 串串/并并 变换变换 编码编码 映射映射 . . . . . . IDFT . . . 并并/串串 变换变换 D/A 变换变换 上上 变变 频频 OFDM 信号信号 二进制二进制 输入信号输入信号 32 11.5.

33、1网格编码调制基本概念网格编码调制基本概念 TCM的特点：的特点： n纠错编码和调制相结合纠错编码和调制相结合 n能同时节省功率和带宽能同时节省功率和带宽 TCM举例举例 n8PSK，每个码元可以传输，每个码元可以传输3 b信息。信息。 n仍然令每个码元传输仍然令每个码元传输2 b信息，第信息，第3 比特用于纠错码。比特用于纠错码。 n利用卷积码编码和维特比解码利用卷积码编码和维特比解码 n接收端解调和解码一步完成，不像传统作法，先解调得到接收端解调和解码一步完成，不像传统作法，先解调得到 基带信号后再为纠错去解码。基带信号后再为纠错去解码。 n直接对已调信号解码，码元之间的差别是载波相位之差

34、，直接对已调信号解码，码元之间的差别是载波相位之差， 这个差别是欧氏距离，不是汉明距离。这个差别是欧氏距离，不是汉明距离。 n TCM维特比解码网格图中的各状态是波形的状态。维特比解码网格图中的各状态是波形的状态。 d0 = 2sin( /8) = 0.765 d1 = 2 1 33 11.5.2 TCM信号的产生信号的产生 8PSK信号星座图的划分信号星座图的划分 34 卷积码卷积码 编码器编码器 选择选择 子集子集 选择选择 子集子集 中的点中的点 k1 k2 n1 信号点信号点 TCM编码器方框图举例编码器方框图举例 n编码器输出的前两个比特编码器输出的前两个比特c1和和c2用来选择星座

35、图划分的用来选择星座图划分的 路径，最后路径，最后1个比特个比特c3用于选定星座图第用于选定星座图第3级（最低级）级（最低级） 中的信号点。中的信号点。 TCM编码器一般结构编码器一般结构 b1 12 b2 未编码比特未编码比特 c2 c1 c3 编码输出编码输出 输入输入 k1 k2 35 00 10 图图11.5.5 8PSK编码器网格图编码器网格图 01 11 c1 c2 c3 0 0 0 011 010 011 010 101 000 001 100 100 110 111 110 111 101 b1 b2 ti +1时刻时刻ti 时刻时刻 a b c d 0 0 1 状态状态 TC

36、M系统的网格图系统的网格图 n8PSK n初始状态初始状态: b1 b2 = 00， k1 = k2 = 0 k1b1b2 状状 态态 c1c2 00a00 000a00 100a01 110b11 011d11 101c00 010b10 001c01 000a00 实线表示输入信息位实线表示输入信息位k1为为“0”， 虚线表示输入信息位虚线表示输入信息位k1为为“1”。 36 网格图和星座图之间的对应关系网格图和星座图之间的对应关系 n每对平行转移必须对应最下一级划分同一子集中的两个信每对平行转移必须对应最下一级划分同一子集中的两个信 号点。号点。 n从某一状态出发的所有转移，或到达某一状

37、态的所有转移，从某一状态出发的所有转移，或到达某一状态的所有转移， 必须属于同一上级子集。必须属于同一上级子集。 00 10 图图11.5.5 8PSK编码器网格图编码器网格图 01 11 c1 c2 c3 0 0 0 011 010 011 010 101 000 001 100 100 110 111 110 111 101 b1 b2 ti +1时刻时刻ti 时刻时刻 a b c d 0 0 1 状态状态 37 11.5.3 TCM信号的解调信号的解调 通常采用维特比算法通常采用维特比算法 解码器：计算接收序列路径和编码网格各可能路径间的距离解码器：计算接收序列路径和编码网格各可能路径间

38、的距离, 判定与接收序列距离最小的可能路径为发送序列。判定与接收序列距离最小的可能路径为发送序列。 选用全选用全“0”序列作为测试序列序列作为测试序列 自由欧氏距离自由欧氏距离(Fed)：许用波形序列集合中各元素之间的最小：许用波形序列集合中各元素之间的最小 欧氏距离。欧氏距离。 10 01 11 00 b1 b2 a b c d 状态状态 U0U1U2U3U4 V0 V1 V2 V3 V4 W 38 例：例： n计算计算U和和V两条路径间的欧氏距离两条路径间的欧氏距离d： n计算计算U1WU3和和U的距离：的距离： n可以逐个验证，这是和路径可以逐个验证，这是和路径U距离最小的许用序列的路径

39、距离最小的许用序列的路径, 故有自由欧氏距离：故有自由欧氏距离： 10 01 11 00 b1 b2 a b c d 状态状态 U0U1U2U3U4 V0 V1 V2 V3 V4 W 585. 42585. 022)765. 0(2 )010000()100000()010000( ),(),(),( 2 2 2 222 33 2 22 2 11 22 ，ddd VUdVUdVUdd 14. 2585. 4d 40)2(0 )010000()001000()000000( ),(),(),( 2 222 33 2 2 2 11 22 ，ddd UUdWUdUUdd d = 2 dFed = 2

40、 39 自由欧氏距离自由欧氏距离(dFed)决定了产生错误判决的概率。决定了产生错误判决的概率。dFed越大，错越大，错 误判决概率越小。误判决概率越小。 n以未编码的以未编码的QPSK信号的信号的dref为参考：由图可见为参考：由图可见 n8PSK的的TCM系统的系统的 编码增益为：编码增益为： d0 = 2sin( /8) = 0.765 d1 = 2 1 2 1 dd ref 01. 3)/(log20 10/8 refFedQPSKPSK ddG 40 8PSK/TCM的编码增益的编码增益 仿真结果：仿真结果： 状态数目状态数目kG8PSK/QPSK 413.01 823.60 162

41、4.13 3224.59 6425.01 12825.17 25625.75 41 11.6.1 概述概述 什么是扩展频谱调制？什么是扩展频谱调制？ 已调信号带宽远大于调制信号带宽的任何调制体制。已调信号带宽远大于调制信号带宽的任何调制体制。 扩谱调制的目的：扩谱调制的目的： n提高抗窄带干扰的能力。提高抗窄带干扰的能力。 n将发射信号掩藏在背景噪声中，以防止窃听。将发射信号掩藏在背景噪声中，以防止窃听。 n提高抗多径传输效应的能力。提高抗多径传输效应的能力。 n提供多个用户共用同一频带的可能。提供多个用户共用同一频带的可能。 n提供测距能力。提供测距能力。 扩谱技术的种类：扩谱技术的种类：

42、n直接序列扩谱直接序列扩谱(DSSS) n跳频跳频(FH) n线性调频线性调频(LFM) 42 11.6.2 直接序列扩谱直接序列扩谱(DSSS) BPSK调制的调制的DSSS通信系统原理方框图。通信系统原理方框图。 n信号码元持续时间信号码元持续时间 = T n扩谱码扩谱码c(t)通常采用通常采用m序列序列 n扩谱码的码元称为码片扩谱码的码元称为码片(chip) n码片持续时间码片持续时间 = Tc，通常通常Tc T 43 DSSS系统波形图系统波形图 44 解扩原理解扩原理 (b) 解扩后的功率谱解扩后的功率谱 f 有用信号有用信号s1(t)功率谱密度功率谱密度 窄带干扰功率谱密度窄带干扰

43、功率谱密度 白噪声功率谱密度白噪声功率谱密度 宽带干扰功率谱密度宽带干扰功率谱密度 2BcBc f 宽带干扰功率谱密度宽带干扰功率谱密度 白噪声功率谱密度白噪声功率谱密度 窄带干扰功率谱密度窄带干扰功率谱密度 有用信号有用信号s1(t)功率谱密度功率谱密度 Bc2Bc (a) 解扩前的功率谱解扩前的功率谱 f0 45 n例例 设：基带码元速率设：基带码元速率 = 5 k波特波特 则则码元持续时间码元持续时间 = 0.2 ms，带宽约等于，带宽约等于5 kHz。 若选用的扩谱码片持续时间若选用的扩谱码片持续时间 = 0.2 s， 则扩谱后的基带信号带宽则扩谱后的基带信号带宽 5 MHz。 扩谱使

44、信号带宽增大至扩谱使信号带宽增大至1000倍，故信号功率谱密度将倍，故信号功率谱密度将 降低至降低至1/1000。 因此，因此， p将信号隐藏在噪声和干扰下将信号隐藏在噪声和干扰下 p若小部分的频谱分量受到衰落影响，将不会引起信号产若小部分的频谱分量受到衰落影响，将不会引起信号产 生严重的失真，故具有抗频率选择性衰落的能力。生严重的失真，故具有抗频率选择性衰落的能力。 p选择不同的扩谱码，可以使各个系统的用户在同一频段选择不同的扩谱码，可以使各个系统的用户在同一频段 上工作而互不干扰，实现码分复用和码分多址。上工作而互不干扰，实现码分复用和码分多址。 46 11.6.3 跳频扩谱跳频扩谱(FH

45、SS) FHSS系统的种类：系统的种类： n快跳频快跳频 在在 1 跳内，仅包含跳内，仅包含 1 比特或不到比特或不到 1 比特比特 n慢跳频慢跳频 在在 1 跳内，包含若干比特跳内，包含若干比特 原理方框图原理方框图 调制通常采用非相干调制，例如调制通常采用非相干调制，例如FSK或或DPSK。 47 11.6.4 扩谱码的同步扩谱码的同步 DSSS系统系统 FHSS系统系统 48 11.6.5 分离多径技术分离多径技术 分离多径目的：在接收端将多径信号中的各径分离，分别校分离多径目的：在接收端将多径信号中的各径分离，分别校 正各径信号的相位，使之按同相相加，从而克服衰落现象。正各径信号的相位，使之按同相相加，从而克服衰落现象。 基本原理：基本原理： 设：发射信号码元设：发射信号码元 = M(t)cos(t + ) 式中，式中，M(t) m序列的波形，取值序列的波形，取值 1。 各条路径的时延等间隔地相差各条路径的时延等间隔地相差 秒，秒， 则在经过多径传输后，接收（中频）码元为则在经过多径传输后，接收（中频）码元为 式中，式中，n 路径数目，路径数目， Aj 第第j条路径信号的振幅，条路径信号的振幅， - 各相邻路径的相对延迟时间，各相邻路径的相对延迟时间， i 中频角频率中频角频率 i 载波附加的随机相位。载波附加的随机相位。 上式中，