通信基本的数字频带传输PPT学习教案

1、会计学1通信基本的数字频带传输通信基本的数字频带传输2/1302021-12-13图5.0 二元ASK、FSK与PSK的信号波形 单极性NRZ双极性NRZASK信号PSK信号FSK信号第1页/共133页3/1302021-12-13第2页/共133页4/1302021-12-13信道噪声接收设备信源信宿格式化脉冲基带调制发送设备信源编码信道编码加密频带调制发射机格式化脉冲基带检测信源译码信道译码解密频带解调接收机数字通信系统简化模型 m t m t s t n t r t信号处理信号处理基带信号基带信号第3页/共133页5/1302021-12-13 m t m t s t r ts tn t

2、调制信号已调带通信号数字基带信号数字基带信号带通信号数字载波系统模型： n t频带调制频带调制传输媒介(信道)第4页/共133页6/1302021-12-13已调带通信号: 的频谱:( ) s t 1/2ccS fG ffGff或功率谱: 1/4 sgcgcPfPffPff G fF g t ,PSDgPfg t是的2( )( )cos2( )( )cos2( )sin2Re ( )ccccscjf ts ta tf ttx tf tx tf tg t e( )( )( )( )( )jtcsg ta t ex tjx t令：第5页/共133页7/1302021-12-13(2 Amplitu

3、de Shift Keying)第6页/共133页8/1302021-12-13基本原理 2ASK或OOK (二进制幅移键控) 键控（改变）正弦载波的振幅来传输0或1符号。 1. 2ASK信号及其调制方法 图（或OOK）信号的波形 通断键控或启闭键控 nacos2cAf t m t 2ASKst第7页/共133页9/1302021-12-13复包络:( )( )g tAm t nTbnm ta gtnT 2cos2ASKcstAm tf t1 ,p,0 ,qna依概率依概率 2cos2,0,cASKAf tst传号空号,1bbnTtnT 2ASK信号也可以表示为： 2ASK信号时域表示： Tg

4、t 基带脉冲形状第n个码元第8页/共133页10/1302021-12-13（a）乘积法 （b）开关法（键控法） tm 2 ASKstcos2cAf t乘法器单极性不归零信号cos2cAf t tm 2 ASKst图调制框图 载波产生 2ASK信号的产生：第9页/共133页11/1302021-12-132. 包络检波解调方法 2 ASKst na na发送端信道BPF包络检波器抽样判决器 n t r t y t定时信号输出图 包络检波解调框图 2 ASKir tstnt( )m t带宽B带宽2BB=Rb带宽2B y tAm t第10页/共133页12/1302021-12-131001t o

5、okstt y tAm ttt1001 tmcos2cAf tttt ookst第11页/共133页13/1302021-12-13系统的误码率： /412ePe定义信噪比： 2202(2)2BPFnAAN B niPf02NfcfcfBPFB20nBPFN B大信噪比时，小信噪比时，包络检波器抗噪性能急剧下降，系统无法正常工作。此称为门限效应。BPF的输出信噪比第12页/共133页14/1302021-12-13例5.1 2ASK系统的传输率为5Mbps，接收BPF输出幅度为223.6mV；高斯噪声的功率谱密度分别为 和 。求两种情况下包络检波器输出的最佳误码率。2229260000.223

6、62.5 1022245 10nbAANRNN 25,425419.65 102ePe0.83,由门限效应可知，系统无法正常工作。（不再用公式计算） 2002nBPFbN BNR1001 10N 903 10N 第13页/共133页15/1302021-12-13功率谱与带宽 复包络:( )( )g tAm t 2cos2ASKcstAm tf t 222sin( )44bbgbA TfTAPfffT1( )()()4sgcgcP fPffPff单极性NRZ信号第14页/共133页16/1302021-12-13 fPgf02bRbBRbRbRfcfcbfRcbfR fPsT2bBR第15页/

7、共133页17/1302021-12-13当作无 ISI 滤波时 (如 作升余弦谱滤波） eHff00f01Bf02211TbBBfRfcfcfBcfB ecHf接收机须是相干解调作业：1、2第16页/共133页18/1302021-12-13v ASK for no ISI RCHf CCHf P f p t tLPF抽样判决 TCHf eh t eHfcos2cf t cpt ecHf cos2ecechth tf t基带系统频率特性射频系统频率特性射频基本脉冲基带基本脉冲cos2cf t echt第17页/共133页19/1302021-12-13当 满足无ISI的时域条件时或当 满足无

8、ISI的频域条件时，数字调制系统无ISI eh t eHf无ISI时，图中各点波形如右图所示：010 p t cpt eh t echt第18页/共133页20/1302021-12-13(2 Frequency-Shift Keying)第19页/共133页21/1302021-12-13基本原理 2FSK或BFSK（二进制频移键控）键控正弦载波的频率来传输二元符号。 1. 2FSK信号及其调制方法 1001 tmt tsFSKt1f1f0f0f第20页/共133页22/1302021-12-13 120cos2,11cos2,0nFSKbbnAf tastnTtnTAf ta 2FSK信号

9、时域表示：也可以表示为（相当于两路OOK）： 210cos2cos2FSKstAm tf tAm tf t 与 “互补”： m t m t 1m tm t 第21页/共133页23/1302021-12-13图信号的时域波形及其互补OOK特点 na 1cos2Am tf t 2FSKst1cos2Af t0cos2Af t m t m t 0cos2Am tf t1 0 1 0 0 1第22页/共133页24/1302021-12-13单极性 NRZ 2FSK信号的产生：图2FSK信号的产生原理框图第23页/共133页25/1302021-12-132. *相位连续性 (a) (b) 图不连续

10、与连续相位的2FSK信号 相位不连续的信号占据很多的频带，应该尽量避免 相位不连续相位连续保持相位连续的方法： 1）桑德FSK信号的参数： 1(1)bfkR0,bfkR其中：k 为某固定正整数第24页/共133页26/1302021-12-13 iFMf tkm t max1max0,cicFMcffff tfkm tfff10max,2FMfffk2）使用压控振荡器产生， ( )10()/2cfff 2cos 22tFSKcFMstAf tmdk即用模拟调频的方式产生FSK信号其中， 是双极性基带信号 m t第25页/共133页27/1302021-12-133. 包络检波解调方法 两个互补

11、OOK接收系统的组合： (非相干解调)1010yy判决：若判发“”，否则 判发“ ” km t包络检波器包络检波器 2FSKst输出 1y t 0yt 0r t 1r t定时信号 na图信号的包络检波接收框图 km tW=2RbW=2Rb2FSK10s(t)m(t)cos2m(t)cos2Af tAf t整流整流LPFLPF抽样判决BPF( f1 )BPF( f0 )适合于频差较大的场合第26页/共133页28/1302021-12-13（2）判决准则为： ， 或 （1）上支路接收 部分， 下支路接收 部分； 系统必须满足： ； f1f1bfR0bfR 2FSKPf0f2FSKB 1cos2A

12、m tf t 0cos2Am tf t10bffR1100yy1100()0yy适合于频差较大的场合第27页/共133页29/1302021-12-13na 2FSKst 1r t 0r t 1y t 0yt1 0 1 0 0 1图包络检波器的输出 第28页/共133页30/1302021-12-13/212ePe其中，BPF的输出信噪比 2220(2)(2)nBPFAAN B系统的误码率： 大信噪比时，小信噪比时，包络检波器抗噪性能急剧下降，系统无法正常工作。此称为门限效应。第29页/共133页31/1302021-12-134. *过零检测解调方法 其主要过程：(1) 检测过零点；形成边沿

13、窄脉冲；(2) 将脉冲的疏密变换为电平高低；最后得到0或1 (非相干解调)第30页/共133页32/1302021-12-13图过零检测器中的主要信号波形 (1) 检测过零点；形成边沿窄脉冲；(2) 将脉冲的疏密变换为电平高低；最后得到0或1LPFBPF 2FSKsta位同步器输出bcdefW=|f1-f0|+2Rb限幅微分整流单稳抽样判决第31页/共133页33/1302021-12-13 相干解调( )FSKst1cos2f t0cos2f t1y2ycode频差较大时适合频差较小时，若 正交，则LPF换成积分器可实现最佳接收。10cos 2, cos 2f tf t”判发“，否则”判发“

14、若判决：0121yy km t km t抽样判决LPFLPFBPFBPF第32页/共133页34/1302021-12-13 1201bTbst st dtE波形相关系数:一般2FSK 的两个载波 1100cos2cos2s tAf tstAf t,(1)ssnTtnT 时 , 称 在0,Tb内正交0 10,s tst频差较大时， 的谱基本不重叠两个信号近似正交。 10,s tst当 是满足两个波形正交的最小频差时， 2FSK MSK(最小频移键控)10ff第33页/共133页35/1302021-12-13功率谱与带宽 两个互补的2ASK信号的功率谱的相加， f1f1bfR0bfR 2FSK

15、Pf0f2FSKB传输带宽：2102FSKbBffR2FSK10s(t)m(t)cos2m(t)cos2Af tAf t第34页/共133页36/1302021-12-13如果 和 过于接近时，功率谱中两个2ASK频谱将发生重叠。需要保持， 图信号功率谱示意图 一般：102bffR102bffR1f0f10bffR第35页/共133页37/1302021-12-13当作无 ISI 滤波时 (如 作升余弦谱滤波）f2fBf 2Bf 11f eHff00f01Bf21210212211TbBffBfffffR ecHf发1发0第36页/共133页38/1302021-12-13例5.2 Bell

16、103型FSK Modem是一种早期流行的电话线Modem。它通过频带为3003300Hz电话线进行全双工数字通信。两个通信方被称为主叫方与应答方，每个方向上采用300波特的2FSK调制，频率参数如表。求两路通信的带宽与频带位置。 解：两路均有 10200ffHz与300bRbps21022002 300800FSKbBffRHz 两频带分别是： (770 1570)Hz与(1725 2525)Hz300Hz3300Hz1800Hz第37页/共133页39/1302021-12-13作业：3、4第38页/共133页40/1302021-12-13(2 Phase-Shift Keying)(2

17、 Differential Phase-Shift Keying)第39页/共133页41/1302021-12-131. 2PSK信号及其调制方法 100100cos2cAf tt m tt 2PSKstt2PSK或BPSK（二进制相移键控）利用两种相位来传输二元符号。 2PSK最常用的两种相位：0(同相) 或（反相） 同一码元已调载波初相与未调载波初相之差0,1,0传传第40页/共133页42/1302021-12-13 2cos211cos20cnPSKbbcnAf tastnTtnTAf ta ， 2PSK信号时域表示： 2cos2PSKcstAm tf t或，令序列 的双极性二元NR

18、Z基带信号为 ， na( )m t第41页/共133页43/1302021-12-13信号矢量图（星座图）：（未调载波初相）cos2cf t12相“”02相“”cos2cf t01相0相0（未调载波初相）信号矢量图（星座图）： 2cos2PSKcstAm tf t第42页/共133页44/1302021-12-13cos2cAf t m t 2PSKst注意：“同相”与“反相”是相对于当前时隙的未调载波相位而言的： 图及其相关信号的波形 1 1 0 1 0 0aabb第43页/共133页45/1302021-12-13cos2cAf t双极性NRZ m t m t2( )PSKst 2PSK信

19、号的产生：乘积法与选择法。 开关电路 2cos2PSKcstAm tf t第44页/共133页46/1302021-12-13复包络:( )( )g tAm t1( )()()4sgcgcP fPffPff双极性NRZ信号2. 功率谱与带宽 22sin( )bgbbf TPfA Tf T 2cos2PSKcstAm tf t第45页/共133页47/1302021-12-13 fPgf02bR0bBRbRbRfcfcbfRcbfR 2PSKPf22PSKbBR形状与2ASK的相同，但没有离散的载波谱线。 传输带宽 2PSK又可以看作抑制载波后的2ASK信号，或，2ASK信号确实是2PSK信号与

20、载波的叠加。 cos2cos21cos2cccAm tf tAf tAm tf t双极性单极性第46页/共133页48/1302021-12-13当作无 ISI滤波时 (如 作升余弦谱滤波）02211TbBBfRfcfcfBcfB ecHff00f01Bf eHf第47页/共133页49/1302021-12-133. 2PSK的相干解调 来自信道向下频移符号定时基带接收滤波器 r t m t RGf抽样与判决BPFLPF2cos2cf t na图相干解调框架 B中心 fcB为基带信号带宽 2cos2cos2sin2PSKcccscr tstn tAm tf tntf tntf t cm tA

21、m tnt2B注意：nc(t)的 双边功率谱密度为 N0第48页/共133页50/1302021-12-13 2cos2cos22cos22cos2cccccm tLPF r tf tAm tf tf tLPFn tf tAm tntnc(t)的双边功率谱密度LPF（低通滤波器）：LPFBB其中， 正是窄带噪声 的同相分量，功率谱为 ，带宽等于 。 cnt n t0NLPFB 仿佛是基带信号通过AWGN信道的结果。因此，可用LPF(低通滤波)或MF(匹配滤波)方法接收 m t第49页/共133页51/1302021-12-13()()( )( )0ncncccsP ffP ffffP fP f

22、其它 cos2sin2ccscn tntf tntf t02Ncff nP f2B0cf0Nf cP f0BB第50页/共133页52/1302021-12-1310010coscAtt m tt 2PSKsttnatttt1001 2 PSKstcoscAt2PSK调制解调过程：0第51页/共133页53/1302021-12-13 双极性NRZ向上频移基带接收滤波器 m t 0nt抽样与判决BPFLPFcos2cAf t naB2B na基带发送滤波器向下频移2cos2cf tAWGN频带信道 CAm tnt4. 误码性能 2PSK的等效基带传输系统： Cm tAm tnt符号定时图传输系

23、统与等效AWGN基带信道 AWGN基带信道 Am t Cnt CAm tnt0/2N0N的双边功率谱密度为 N0 cnt第52页/共133页54/1302021-12-13借助第4章中双极性2PAM信号的结论：LPF接收系统（带宽 ）： 00bbEPQN1/bBT匹配滤波器接收系统： 002bbEPQN双极性2PAM：20bbEA T基带平均码元能量 第53页/共133页55/1302021-12-13LPF接收系统（带宽 ）： 匹配滤波器接收系统： 2PSK信号的平均码元能量：220cos22bTbbCA TEAf tdt0002bbbENEPQQN1/LPFbbBRT000222bbbNE

24、EPQQN002bbEPQN注意：基带平均码元能量：202bbbEA TE 基带2PAM:基带2PAM:00bbEPQN第54页/共133页56/1302021-12-13评述：(1) 2PSK系统与双极性NRZ基带传输系统的抗噪性能相同；(2) 2PSK的抗噪性能比2ASK、2FSK好，(3) 但这种系统需要进行载波同步，其复杂度要高出许多。 第55页/共133页57/1302021-12-13例5.3 假定2PSK系统的传输率为5Mbps，接收带通滤波器的输出信号的幅度为223.6mV,高斯噪声的功率谱密度为 。求相干接收的最佳误码率。 1005 10N22bbA TE 匹配滤波器接收系统

25、解：由于， 2226100000.223610222 5 105 10bbbEA TANNR N 于是， 602203.87 10bbEPQQN第56页/共133页58/1302021-12-13 中出现 分量，用锁相环提取 分量，得本地载波，保证了同频，但用锁相环恢复的载波相位为：p BPSK 信号相干解调的问题：“相位模糊”a. 相干载波的恢复 2PSKst Rct Rctccctn n为任意整数，锁相环都工作在平衡稳定点：001nn 初相为，且二种情况等可能发生初相为二重相位模糊2222( )( )cos1cos22PSKccAstAm ttt平方二分频第57页/共133页59/1302

26、021-12-13b. 相位模糊对相干解调的影响 2PSKst tv1 2vt1( )( )cos2cos( ) 1cos2cccv tAm tttAm tt 低通后：2( )( )v tAm t 2cosct抽样、判决LPF二进制代码第58页/共133页60/1302021-12-132PSK无法直接应用：本地振荡存在着“不确定性反相”的问题：“0”与“1”颠倒，而自身对此无法知道。 2DPSK（二进制差分相移键控）将差分编码与2PSK相结合，解决了“不确定性反相”的问题。 第59页/共133页61/1302021-12-13取值0、12PSK相干解调器Tbnbnd1ndna模二加取值-1、

27、1取值0、1相位模糊电平转换2DPSK信号其实是传输 的2PSK调制信号 nd 与 绝对码 nbnb 与 相对码 ndnd图传输系统 1. 基本原理nb1ndnd1nnndbd取值0、1取值-1、1电平转换2PSK调制器Tbnbnd1ndna取值0 、1模二加第60页/共133页62/1302021-12-13例: 设11 0 0 1 ,0nnbd本码元初相与前 一码元初相之差,10 ,0发发cos2cf ttnb1001t m tt 2stDPSKttnd00naDPSK 实质：用前后码元载波相位的相对变化传数字信息1nnndbd传号差分编码第61页/共133页63/1302021-12-1

28、32DPSK星座图：1 0前一码元初相00 （参考相位）（未调载波初相）2PSK星座图：（参考相位）DPSK 实质：用前后码元载波相位的相对变化传数字信息相对调相绝对调相01 0 0第62页/共133页64/1302021-12-13 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 - 0 0 - nb1nd相对码 nd绝对码电平 na相位 n1nnn例5.4 举例说明2DPSK信号产生过程中各码元的变换以及与载波相位变化的关

29、系 1nnndbd,10 ,0传传绝对相位相对相位通过相邻时隙载波相位的变化与否来“携带”信息： “1相位变化”，“0相位不变” 第63页/共133页65/1302021-12-13 0 1 2 3 4 5 6 7 8+1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 na1nd相对码 nd2PSK解调结果 nbn绝对码 上次相对码 nb1ndnd例5.5 说明2DPSK信号的接收过程。 （1）传输后结果正确，则差分解码的过程为： 本地载波相位正确传号差分译码第64页/共133页66/1302

30、021-12-13nb1ndnd（2）传输后结果反相，则差分解码的过程为： 可见，不论是否发生反相，2DPSK都能正确收到信息。 本地载波相位相反 0 1 2 3 4 5 6 7 8-1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 na1nd相对码 nd2PSK解调结果 nbn绝对码 上次相对码 第65页/共133页67/1302021-12-13可以证明：差分编码的输出序列 也是等概率的二元独立序列。2. 功率谱与带宽 3. 相干解调及其误码性能 2DPSK的误码率： ，LPF接收法，匹配

31、滤波器接收法 002222bedebEQNPPEQN eP为2PSK传输误码率 nd2DPSK的功率谱、带宽：与2PSK的完全一样。 第66页/共133页68/1302021-12-13取值0、12PSK相干解调器Tbnbnd1ndna模二加取值-1、1取值0、1电平转换图传输系统 取值0、1取值-1、1电平转换2PSK调制器Tbnbnd1ndna取值0 、1模二加( )m t( )m t第67页/共133页69/1302021-12-13说明： dn序列经2PSK传输后是否错误是彼此独立的 1111212ednnnnneeeeeeePP bPddPddPPP PPPP错误错误正确正确错误 正

32、确 正确 正确 错误 正确 错误 正确 错误 错误nb1ndnd1ndnd 错误 错误 正确nb1nd000011101110nd1 11 00 10 0第68页/共133页70/1302021-12-13另一种重要的解调方法：比较两个相邻时隙上信号的相位，还原出绝对码（信息比特） ，而不需要本地振荡。4. 差分相干接收 （非相干解调）图的差分相干解调 11cos2nncrtaAf t cos2nncr ta Af t 21112nnnny tLPF rtr ta aABPFLPF延时Tb抽样判决符号定时 nr t 1nrt y tnb2( )stDPSKnb010ny第69页/共133页71

33、/1302021-12-13 1 1 +1 -1 -1 +1 1 1 0 0 -1 +1 -1 +1 0 0 与 的关系信息比特nb y tna1nana1nanb2/2A2/2A2/2A2/2A两者相同两者不同 2112nny ta aA1nnnbddny表差分相干解调的判决准则，010ny取值0、1取值-1、1电平转换2PSK调制器Tbnbnd1ndna取值0 、1模二加( )m t第70页/共133页72/1302021-12-13tccostnb1001t m tt 2DPSKstttnd00natt相乘tt1001t nr t 1nrt y tnb010ny第71页/共133页73/

34、1302021-12-13002,22,bedbEQLPFNPEQMFN相干解调性能22bbA TE 实际过程中，噪声总是存在的，这种接收系统的误码性能： 022/11exp21222bnENeAPee其中， 2220(2)(2)nBPFAAN B折算为 时 ，0/bEN2200022bBPFbEAAN BRNN差分相干解调的性能不如相干解调的 带通滤波器的带宽取为最小理论值第72页/共133页74/1302021-12-13解： 2226100000.223610222 5 105 10bbbEA TANNR N 相干接收时误码率为， 60222207.74 10bbEPQQN差分相干接收误

35、码率为 0/105112.3 1022bENePee例5.6 假定2DPSK系统的传输率为5Mbps，接收带通滤波器的输出信号的幅度为223.6mV，高斯噪声的功率谱密度为 。求相干接收与差分相干接收的误码率。 1005 10N 作业：8、10第73页/共133页75/1302021-12-13习题5.9 设载频为1800Hz，码元速率为1200波特，发送信息为011010。试按下面两种方式画出2DPSK信号的波形。（1）若相位偏移 代表“0”， 代表“1”；（2）若相位偏移 代表“0”， 代表“1”。 018090270解： 180031200 bit2bccbTfHzTR（1） 0 1 1

36、 0 1 0 nd 2DPSKst001801374456024244第74页/共133页76/1302021-12-13（2） 0 1 1 0 1 0 2DPSKst9002701 nd374456024 244 第75页/共133页77/1302021-12-13第76页/共133页78/1302021-12-13n MPSK（多进制调相）(1) MPSK cos,1cnsss tAtnTtnT 02nm tMFor example: M=4 0000cos2cos142cos242cos34ccccAtAts tAtAt 0,1,2,3m t :0,1,1wherenm tM第77页/共

37、133页79/1302021-12-13信号星座图： 0,4 ,0,1,2,3Mm tcosct11010010 05,4 ,0,1,2,34Mm t11010010 0000cos2cos142cos242cos34ccccAtAts tAtAt 参考矢量cosct参考矢量第78页/共133页80/1302021-12-13 02,0,1,1coscoscossinsinncnncncm tnMMs tAtAtAt1tannnnyx cossinncncs txttytt MPSK 调制器11010010ncos,sinnnnnxAyA第79页/共133页81/1302021-12-132/

38、M2kM 二进制信号b/sbRbsRRk多电平信号 m(t)cf-90o MPSKst nxt nytcosctsinct cossinncncs txttytt信号处理器振荡器第80页/共133页82/1302021-12-13 MPSK 解调器 s tnxny2cosct2sinct抽样鉴相器1tannnnyx二进制信号因为有噪声,nnnn11010010 cossinncncs txttyttcosct参考矢量LPFLPF抽样第81页/共133页83/1302021-12-13 cos 21QPSKcnssstAf tnTtnT 42 ,2kMk取值有四种可能，以传送四元符号。 n 02

39、nm tM :0,1,2 3wherem t ，信号的基本原理 1. QPSK信号QPSK或4PSK（四进制相移键控）： （1）采用了4种相位； （2）采用了正交的载波。 （00 ，01，11，10 ）四元符号第82页/共133页84/1302021-12-13QPSK的两种星座图： A方式：B方式：00544345474（表的两套相位值） 0232后面讨论B方式。其实，两种方式只相差 （即 ）454格雷码好处：相邻相位对应的符号中只有1位不同，相位错误通常只导致有1个比特的损失。 第83页/共133页85/1302021-12-1301011,11,1,1,01,0nnInQnnnbbaab

40、b记：串并变换：四元信息序列拆分为两个二元序列 na0nb1nb四元符号序列2. QPSK与两路正交2PSK 四元序列 的高位比特与低位比特排成： 与 序列，那么， na1nb0nb则，QPSK是这两个序列生成的两个彼此正交(载波相差 )的2PSK信号之和。 /2第84页/共133页86/1302021-12-13 _cos2sin2cos2sin22cos 22QPSKIncQncIIPSKQPSKcQcncAstaf taf tAstsmtAtf tmttf tf其中： _cos2sin2IPSKIncQPSKQncstaf tstaf tyx011010010 _IPSKst474345

41、4101 _QPSKstnB方式：054第85页/共133页87/1302021-12-131 0 0 1374456024 244 na Imt Qmttccostcsin cosIcmtt sinQcmtt tsQPSK74yxyx cos2sin2QPSKIcQcstmtf tmtf t34B方式：054恒包络第86页/共133页88/1302021-12-13 cos2sin2QPSKIcQcstmtf tmtf t2bsRR ( )( )( )IQg tm tjmt stQPSK( )( )( )IQgmmRRR 2IQIgmmmPfPfPfPf IQmmPfPf的复包络：的符号速率

42、与 相同，均为 IQmtmt、 QPSKst3.功率谱与带宽第87页/共133页89/1302021-12-13 若正交路、同相路基带信号用矩形波（双极性 NRZ)， 则基带信号带宽为：0/2sbBRR 2sin2IsgmsfTPfPfCfT 22sinsin1144cscsQPSKcscsffTffTPfCCffTffT第88页/共133页90/1302021-12-13/2sbRR2TsBR1/ /bTRbits s HzBfcsfRcsfR QPSKPfcf0TB0 fPgfsRsRQPSK每个时隙传输两比特，频带利用率是2PSK的两倍。 第89页/共133页91/1302021-12-

43、13 若正交路、同相路基带信号用升余弦谱波 fPgf00f01f0211TsBfRf01cff QPSKPfcf01cff0212/ /1bsTsRRBRbits s HzTB第90页/共133页92/1302021-12-13例5.7 假定QPSK系统的输入二进制序列为试说明(1)相应的载波相位(B方式)序列;(2)同相与正交支路的比特序列;(3)传输速率为4800bps时需要的带宽.解: 四元符号序列: 01 11 11 01 10 00(1) 载波相位:(2) 同相支路: 1 1 1 1 0 0正交支路: 0 1 1 0 1 0(3)带宽:11010010 Im t Qmt4743454

44、10017735,444444/22400sbRRBaud24800QPSKsBRHz第91页/共133页93/1302021-12-13的调制解调方法及误比特性能 1. 调制解调方法 基于“QPSK等效于两路正交的2PSK之和”的想法：调制器： na0nb1nbcos2cf tcos22IncAaf tsin22QncAaf tQPSK信号基带脉冲成型基带脉冲成型串/并转换 cos2sin22QPSKIncQncAstaf taf t速率减半速率减半2InAa2QnAa2bR2bRbR第92页/共133页94/1302021-12-13解调器： na0nb1nbc2cos2f tQPSK信号

45、载波同步并/串转换BPFLPF或MFLPF或MF/2c2sin2f t符号定时抽样判决抽样判决 cos2sin22QPSKIncQncAstaf taf t图调制解调框图 同相与正交解调器彼此独立工作 2InAa2QnAa第93页/共133页95/1302021-12-13例如，在上支路的相乘器之后， 2cos2cos22sin2cos22co221 cos4sin42s22InccQnccIncQcncs tAAaf tf taf tf tAAaf taff ttLPF后输出为：2InAa第94页/共133页96/1302021-12-13QPSK的每个四元符号所包含的两个比特都独立、并行地

46、按2PSK传输，各比特的传输误比特率均为 （相干2PSK的误比特率）。所以， 2. 误比特性能 QPSK的误比特率为： _2bbPSKPP作业：11 19 21 22_2bPSKP第95页/共133页97/1302021-12-13矩形NRZ的QPSK在时隙边界处经常间断，使信号功率谱有很高的旁瓣。 4与 DQPSK 1 0 0 1na tsQPSK74yxyx34恒包络11010010 Im t Qmt47434541001QPSK星座,最大相位跳变为为了限制带宽，实际调制器中改用符合带限信道的无ISI基带成形脉冲。由此产生的QPSK信号不再保持恒定的包络。 第96页/共133页98/130

47、2021-12-13恒包络信号的优点：允许非线性放大，效率高、易实现。人们希望改进QPSK的包络。 有了AM分量恒包络经分析：相位跳变越大，限带后则AM分量越大。0nb1nb s t s t第97页/共133页99/1302021-12-131.OQPSK 偏移正交相移键控（Offset QPSK）两个正交支路的2PSK信号相互错开的时间，使相位改变不同时发生。可以减小相位变化，进而减少包络起伏。 计算机仿真结论：包络起伏由01.25改善为0.71.15。 bibary1100001001最大相位调变为2/11010010 Imt qmt4743454 Qmt ImtmI(t) 和 mQ(t)

48、 分量在时间上相互偏移Ts/2第98页/共133页100/1302021-12-13图宽带)OQPSK信号 0nb1nb s t最大相位调变为2/第99页/共133页101/1302021-12-132. DQPSK /4（ 差分正交相移键控）/4它是由相互旋转/4 的两个QPSK星座图交替出现而产生波形的。00/4013 /4113 /410/4 01110010符号映射规则： （1）信号的最大相位变化为 ，包络的起伏减小。（2） DQPSK是差分调制，便于接收机简化。 /43 /4第100页/共133页102/1302021-12-13 例5.9 假定 DQPSK系统的输入二进制序列为01

49、1010011100，试说明：（1）相应的载波相位差（2）相应的绝对载波相位（令初相位为 ）。 /4/4解：（1）四元符号序列： 01 10 10 01 11 00 载波相位差： 333444444，353424424， ， ，（2）绝对载波相位： 00/4013 /4113 /410/4 011100101 3 3 1 2 0 第101页/共133页103/1302021-12-13QPSKDQPSK4OQPSK延迟交替p QPSK ,/4DQPSK与 OQPSK的关系3421调制类型最大相移AM分量bigsmallsmallestOQPSKQPSK(/4)QPSK第102页/共133页10

50、4/1302021-12-13若基带用升余弦谱波限带时，已调信号会有AM分量。经分析：相位跳变越大，则AM分量越大。这使得限带后的信号不能用效率高的非线性C类放大器放大，只能用A、B类线性放大器。注：若基带用矩形波传时，它们是恒包络调制，但已调信号谱太宽；第103页/共133页105/1302021-12-13n QAMQAM1616PSK对于MASK，矢量端点在一条直线轴上分布；对于MPSK，矢量端点在一个圆周上分布；对于QAM，矢量端点在整个信号平面上分布；第104页/共133页106/1302021-12-13MQAM 调制器2bit串/并变换binary/bRb s x t y ttc

51、costcsin可引入无ISI滤波器 MQAMst22lL 22lL lllLLM22222信号点数：/2bRb s/2bRb s1644MlLexample：/2/2bbsxRRRllbsRRlttyttxtsccsin)(cos)()(2/L电平变换2/L电平变换第105页/共133页107/1302021-12-1316QAM tx ty10000111100001110111111100111011When M=4 , 4QAM=QPSKttyttxtsccsin)(cos)()(第106页/共133页108/1302021-12-13 QAM 解调器 tsQAM tx ty2cosc

52、t2sinct抽样抽样binary可引入无ISI滤波器ttyttxtsccsin)(cos)()(并/串(L-1)个门限(L-1)个门限判决判决LPFLPF第107页/共133页109/1302021-12-13第108页/共133页110/1302021-12-13ASK与FSK的相干解调 cos2cs tAm tf t图相干解调传输系统与等效AWGN基带信道 单极性NRZ向上频移基带接收滤波器 m t 0nt抽样与判决BPFLPFcos2cAf t naB2B na基带发送滤波器向下频移2cos2cf tAWGN频带信道 CAm tntLPF或MF符号定时判决门限为 A/2 (LPF)判决

53、门限为 AT/2 (MF)的双边功率谱密度为 cnt0N1. 2ASK的相干解调:第109页/共133页111/1302021-12-13借助第4章中单极性2PAM信号的结论：LPF接收系统（带宽 ）： 200042bbEAPQQN BN1/bBT匹配滤波器接收系统： 00bbEPQN单极性2PAM：20/2bbEA T基带平均码元能量 第110页/共133页112/1302021-12-13LPF接收系统（带宽 ）： 匹配滤波器接收系统： 2ASK的平均码元能量：020242bbLPFEAPQQBNN1/LPFbbBRT0002bbbENEPQQN024bAPQBN00bbEPQN注意：基带

54、平均码元能量：20/22bbbEA TE 2201cos2024bTbbcA TEAf tdt第111页/共133页113/1302021-12-13考虑：（1）广义的二进制（基带或带通）信号： 0( )0s t 1( )1s t 与（2）接收机为线性处理器（含基带的LPF、匹配滤波器02N功率谱：二元信号 s t0:tt时钟TV:门限 n tAWGN信道 抽样判决 r t y tr na( )h t线性滤波器2. 2FSK的相干解调:甚至对于带通二进制系统的相干解调器和MF ）线性处理器12FSK0cos2s(t)cos2Af tAf t第112页/共133页114/1302021-12-1

55、3(1) 最佳门限：104.3.192ssTyyV(2) 最小平均误码率，2102()4.3.204ssenyyPQ 0、1等概发送时(3) 高斯白噪声和 Match-filter的结果min001QQ4.3.212bdeEEPNN 2100TdEs tstdt其中：10()/2bbbEEE 1001,Tbs t st dtE第113页/共133页115/1302021-12-132( )FSKst1cos2f t0cos2f tcode频差较大时适合 1( )cnAm tt 2( )cnAm tt抽样判决LPFLPFBPFBPF 相干解调时10syA00syAW=2Bf1f0 10( )(

56、)cccntnntt 222100( )( )4cccE ntE ntE ntN BW=2B第114页/共133页116/1302021)(2 )44 442ssenbbyyAPQQNEBRAQQNN22210001cos2cos222bbTTbbA TEAf tdtAf tdtf0fcf1f02B2Bpn0( f )02Npn1( f )第115页/共133页117/1302021-12-132( )FSKst1cos2f t0cos2f tcode抽样判决BPF MF接收时102WffB频差较小时，设 正交， 。 10cos 2, cos 2f tf tmi

57、n001QQbbeEEPNN0第116页/共133页118/1302021-12-13匹配滤波器接收系统： 2FSK的平均码元能量：02bbEPQNLPF接收系统（带宽 ）： 1/LPFbbBRT0bbEPQN 22210001cos2cos222bbTTbbA TEAf tdtAf tdt可见， 2FSK的相干解调系统的误码性能与2ASK的相干解调系统的误码性能相同第117页/共133页119/1302021-12-13方式频带调制制式误比特率Pb备注非相干解调2ASK2FSK2DPSK/1122eeb0EN2 4/1122eeb0EN2 2/1122eeb0EN一般结论最优结果两者相同好3

58、dB系统差错概率的比较表几种基本的频带调制信号的误比特率公式 224bb ASKA TE2222bb FSKb DPSKA TEE222200222BPFnbAAARN BN表中所有的带通滤波器带宽取理论最小值第118页/共133页120/1302021-12-13 2FSK QPSK 2ASK 2DPSK 2PSK 方式频带调制制式误比特率Pb备注匹配滤波器02bQEN022bQEN0bQEN两者相同_22bPSKP比2PSK差 3dB表几种基本的频带调制信号的误比特率公式（续） MF：第119页/共133页121/1302021-12-13 方式相干解调 2FSK QPSK 2ASK 2D

59、PSK 2PSK调制制式误比特率Pb2002bBPFEAQQN BN200222bBPFEAQQN BN2004bBPFEAQQN BN一般结论最优结果带通滤波器带宽取已调信号谱零点带宽当2BPFbBR带通滤波器带宽取理论最小值当BPFbBR第120页/共133页122/1302021-12-13单极性基带NRZ相干ASK、FSK0bQEN非相干ASK、FSK0/22bENe双极性基带NRZ 相干PSK、QPSK02bQEN差分相干2DPSK0/2bENe图 主要的误比特率曲线 xQ xe第121页/共133页123/1302021-12-13（1）误比特性能排序：（2）PSK与QPSK性能优秀、复杂度最高的；QPSK频带最少。（3）DPSK接近PSK（仅 ），但没有“不确定性反相”问题。（4）FSK性能一般，非相干接收实用；它占用频带多，但比其他传输方式更“顽强”。（5）非相干ASK（或OOK）适用于质量好的信道，设备很简单。 31/()()dBdBQPSKPSKFSKASKFSKASK好好相干或非相干或1dB从图中可以看到： 第122页/共133页124/1302021-12-13502ln(2 10 )21.6413.35bEdBN 相干解调误码率，6021.641.6