第6章 调制与编码的权衡 for student.ppt

1、2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，第1、6章调制和编码权衡，6.1通信系统设计目标和约束6.1.1通信系统的设计目标最大传输位速率R；位元错误率最小化PB；所需功率最小化(最小化E0/n0)；最小化系统带宽w；最小延迟和最佳抗干扰特性；可以大大降低系统的复杂性、计算量和系统成本。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，2，6.1.2系统设计约束Nyquist最小带宽香农容量理论管理规则(频带分配原则)2020/Nyquist最小带宽：理论上，这是一个没有代码间串行(ISI)牙齿的基带系统，每秒传输R码时所需的最小带宽(ny quist带宽)为R/2 Hz。实际情况

2、奈奎斯特的最小带宽反映了系统无损检测脉冲展平的能力。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，4，M进制调制的情况下，包括K位在内的代码源(包括K位)可以表示为M级之一。因此，比特率R码元速率Rs对于固定码元速率，随着传输比特率R牙齿K的增加而增加。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，5，2，香农溶剂汉利：波段利用率C/W与Eb/N0的关系，C/W(。第二调制方式：非正交调制，生成的信号是非正交信号(例如，MPSK，可以显示为星座图)。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，7，6.2误差概率平面，误差概率曲线误差概率平面：具有误差概率曲线的平面。2020

3、/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，8，正交信号MFSK，2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，9，多信号MpSK，2020/7/29非正交，2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，11，1，正交调制(MFSK)分析2，非正交调制(MPSK)分析3，各指标易于估算的程度，2020/7/20电力限制系统：电力限制，更重要；通常会牺牲带宽。带宽限制系统：由于带宽有限，而且更重要，因此通常使用高效调制方式来牺牲功率。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，16，带宽受限地区：Eb/N0牙齿增加到一定程度后，容量极限曲线逐渐趋于水平。这意味着R/W随着Eb

4、/N0牙齿的增加而减慢。功率限制区域：Eb/N0牙齿减少到一定程度后，容量限制曲线接近垂直。要稍微减少Eb/N0，需要大量减少R/W。Eb/N0牙齿-小于1.6dB时不能进行无错误传输。4，电力限制和带宽限制区域，2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，17，6.4数字通信系统设计：满足带宽、电力和错误概率要求注意：信息位，信道位，码源，筹码(chip)之间设计阶段描述信道性能(接收功率、可用带宽、噪声系统特性和损耗等)。确定系统要求(比特率、错误性能)；提供最适合通道特性和系统性能要求的设计。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信，18，在限制系统特定方法的各种带宽受限

5、的系统中，使用高效调制方法牺牲功率，减少带宽。在功率有限的系统中，使用节能调制方法可以牺牲带宽，节省电力。在带宽和功率都有限的系统中，使用纠错编码方法，节省功耗，牺牲带宽，确保系统性能。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信，19，纠错编码的影响，实时系统中纠错编码对系统性能的影响，两个茄子相反的方面，即对性能改善的影响：2020/7/29，2020/其中，在每个码元间隔Ts内发送码元或波形，一个码元传输K位，比特率：2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，21，比特间隔T Ts内传输k=log2M位的带宽效率，2020/7/29理想的矩形基带过滤器、MPSK调制、最小调

6、制带宽：2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信，23，MPSK调制信号的带宽效率：带宽效率平面。对于MPSK，如果M牙齿增加，您可以获得更大的带宽，以换取Eb/N0的增加，如R/带宽效率平面中所示。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信，24，6.4.3非编码电力限制系统，设计的目标固定Eb/N0，带宽牺牲，PB改善PB锁定，带宽牺牲，所需Eb/N0减少。此时必须使用MFSK信号。最小调制带宽为：非干涉检测MFSK的带宽效率：2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信，25，MPSK带宽效率与MFSK带宽效率之比较：MPSK的M牙齿增加导致R/W MFSK的M牙齿增加

7、，R/W是分子和分母共同作用的结果。M牙齿在一定程度上增加，分母比分子增加得快，M牙齿增加，MFSK的R/W反而减少。MFSK以带宽牺牲为代价减少了所需的Eb/N0。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，26，大多数情况下，M进制信号被认为是波形编码技术。选择m进制调制而不是二进制调制。为了有效地替换二进制波形，请选择更好的波形。增强的带宽性能(MPSK)增强的功耗性能(MFSK)，2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信，27，6.4.4未编码带宽限制系统示例，已知条件：可用带宽：W=接收信号功率/噪声功率频谱密度位元错误率：PB 10-5。目标：选择满足性能要求的调制

8、方法。通常，如果没有满足要求的调制方法，则应选择纠错编码。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，28，数字通信系统，这里，Rb=R，Tb=T，S=Pr牙齿。所以换成分贝，2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信，29，不转换成码元，所需的最小调制系统带宽：W=R. R=9600b/s W=4000Hz是带宽有限的系统。选择调制方式？2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，30，(1)计算M的最小值在MPSK系统中。所以有。应该选择多少k？2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，31，(2)检查是否能满足错误性能PB 10-5，否则应添加错误朱正廷代

9、码。M进制调制器，M进制调制解调器，输入位R b/s，未编码调制解调器，发送方，接收方，输出波形Rs b/s，2020/7/29目标：选择调制或调制编码方法。通常，如果没有满足要求的调制方法，则应选择纠错编码。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，35，分析：W=45 kHz R=9600 b/s，计算非带宽限制系统Eb/N0，结果：Eb/N0在所需的错误比特率下相对较小，2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，36，未编码调制解调器，MFSKFSK振幅调制器，公式：M=16。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，38，16FSK能否满足错误性能PB 1

10、0-5的分析。对于不相关的MFSK，使用关系：获得：PB=7.310-6；错误的比特率可以满足系统错误性能的要求，只能使用16FSK。不需要纠错编码来满足牙齿功率限制通道的指定参数要求。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信，39，6.4.6带宽限制和功率限制编码系统示例，已知条件：可用带宽：W=4000 Hz(带宽限制)接收信号功率/噪声功率频谱密度： (位错误率：)目标：选择调制或调制编码方法。通常，如果没有满足要求的调制方法，则应选择纠错编码。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，40，分析：W=4000Hz，R=9600 b/s，带宽有限，达到8PSK的带宽限制

11、要求。Eb/N0=13.2dB，不符合10-9位错误率要求带宽限制和电源限制。为了满足要求，需要通道编码(在可用带宽内)牙齿。选择通道编码：通常选择卷积码和组码。请在这里选择BCH的尺寸。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，41，BCH码(部分类别)，2020/7/29，天津大学电子信息工程大学通信系，42，目标编码速度不能高于传输带宽。编码方法尽可能简单。普通代码书越短越简单。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，43，分析：未编码8PSK所需最小带宽：3200hz(9600/3=3200)；实际可用带宽：4000Hz:编码效率至少为3200/4000=0.8。2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，44，表格中减去代码效率低于0.8的代码，其馀代码为“带宽匹配代码”，2020/7/29，天津大学电子信息工程大学通信系，45，代码增益定义MPSK信号，G为，2020/7/29，天津大学电子信息工程学院通信系，46，通道编码调制解调器，输入R b/s，2020/7/29，天津大学电子信息工程大学通信系，47，Rc，因此，传输代码元素速度也就是说，2020/7/2