第7章 数字调制PPT讲稿.ppt

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1、第7章 数字调制2022/9/181第1页，共127页，编辑于2022年，星期二本章研究的问题调制器s(t)C(t)sm(t)数字基带信号正弦载波2022/9/182第2页，共127页，编辑于2022年，星期二7.1二进制数字调制原理7.1.12ASK（Amplitude shift-keying)7.1.22FSK(Frequency shift-keying)7.1.32PSK(Phase shift-keying)2022/9/183第3页，共127页，编辑于2022年，星期二7.1.1二进制振幅键控（2ASK）振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制 数字基带信号数字调制

2、信号2022/9/184第4页，共127页，编辑于2022年，星期二2ASK：调制原理图单极性的随机矩形脉冲序列 数字键控法数字键控法模拟相乘法模拟相乘法2022/9/185第5页，共127页，编辑于2022年，星期二单极性的随机矩形脉冲序列 2ASK：功率谱线性调制线性调制2022/9/186第6页，共127页，编辑于2022年，星期二n随机序列的带宽取决于连续谱，实际由单个码元的频谱函数G(f)决定，一般取该频谱的第一个零点处n单极不归零矩形信号的带宽为B=f bn单极性半占空归零信号的带宽为B=2f b 2022/9/187第7页，共127页，编辑于2022年，星期二2ASK：功率谱连续

3、谱：由基带信号波形g(t)确定 离散谱：由载波分量确定 第一旁瓣峰值比主峰衰减14dB B2ASK是基带信号码元速率的两倍 B2ASK2022/9/188第8页，共127页，编辑于2022年，星期二图 7 4 二进制振幅键控信号解调器原理框图 2022/9/189第9页，共127页，编辑于2022年，星期二图 7-52ASK信号非相干解调过程的时间波形2022/9/1810第10页，共127页，编辑于2022年，星期二7.1二进制数字调制原理7.1.12ASK（Amplitude shift-keying)7.1.22FSK(Frequency shift-keying)7.1.32PSK(P

4、hase shift-keying)2022/9/1811第11页，共127页，编辑于2022年，星期二7.1.2二进制频率键控（2FSK）一般情况下相位不连续2022/9/1812第12页，共127页，编辑于2022年，星期二2FSK：时域表达式n和n不携带信息，通常可令n和n为零 2022/9/1813第13页，共127页，编辑于2022年，星期二2FSK：信号的实现图6-6 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图 在某一个码元Tb期间只输出f1或f2两个载波中的一个 二进制移频键控信号的产生 1、采用模拟调频电路来实现，相位连续；2、采用数字键控的方法来实现，相位一般不连续。2022/

5、9/1814第14页，共127页，编辑于2022年，星期二图 7 8 二进制移频键控信号解调器原理图 (a)非相干解调;(b)相干解调2022/9/1815第15页，共127页，编辑于2022年，星期二过零点检测法带通滤波放大限幅低通微分整流脉冲展宽abcedf2FSK应用广泛，ITU建议数据速率低于1200b/s时采用。可采用非相干解调，适用于衰落信道/随参信道。abcdef2022/9/1816第16页，共127页，编辑于2022年，星期二2FSK：功率谱分析相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加，其中一个频率为f1，另一个频率为f2。P=1/2 202

6、2/9/1817第17页，共127页，编辑于2022年，星期二由上式可以看出，前4项是连续谱部分，后4项是离散谱。曲线：2022/9/1818第18页，共127页，编辑于2022年，星期二双峰单峰2022/9/1819第19页，共127页，编辑于2022年，星期二7.1二进制数字调制原理7.1.12ASK（Amplitude shift-keying)7.1.22FSK(Frequency shift-keying)7.1.32PSK(Phase shift-keying)2022/9/1820第20页，共127页，编辑于2022年，星期二7.1.3二进制相位键控（2PSK）若g(t)是脉宽为

7、Tb，高度为1的矩形脉冲 这种以载波的不同相位直接去表示相应数字信息的相位键控，通常被称为绝对移相方式 2022/9/1821第21页，共127页，编辑于2022年，星期二2PSK：信号实现2022/9/1822第22页，共127页，编辑于2022年，星期二图 2PSK相干解调器 问题：在2PSK信号的解调系统中，同步载波恢复会有180的相位模糊问题，对2PSK系统误码性能影响很大，所以2PSK方式在实际中很少采用。2022/9/1823第23页，共127页，编辑于2022年，星期二表 2PSK信号的调制和解调过程 解决方法：二进制差分相位键控（2DPSK）differential2022/9

8、/1824第24页，共127页，编辑于2022年，星期二条件：1、0等概2PSK：功率谱2022/9/1825第25页，共127页，编辑于2022年，星期二2PSK：功率谱2022/9/1826第26页，共127页，编辑于2022年，星期二 7.1.4 二进制差分相移键控(2DPSK)基本原理设为当前码元和前一码元的相位之差：则，信号可以表示为 式中，0 2 f0为载波的角频率；为前一码元的相位。例：0 0 0 0 0 0 0 0 0 2DPSK码元相位(+)0初始相位 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 11 1 1 0 0 1 1 0 1 基带信号2022/9/1827

9、第27页，共127页，编辑于2022年，星期二矢量图A方式：可能长时间无相位突跳点B方式：相邻码元之间必定有相位突跳。000/2-/2参考相位参考相位(a)A方式(b)B方式2022/9/1828第28页，共127页，编辑于2022年，星期二间接法产生2DPSK信号从接收码元观察：不能区分2DPSK和2PSK信号若码元相位为：0 0 0发2DPSK信号时:A=1 1 1 0 0 1 1 0 1（初相0）发2PSK信号时：B=1 0 1 1 1 0 1 1 0（1 ）若将待发送的序列A，先变成序列B，再对载波进行2PSK调制，结果和用A直接进行2DPSK调制一样:基带序列：A=1 1 1 0 0

10、 1 1 0 1（绝对码）变换后序列：B=(0)1 0 1 1 1 0 1 1 0（相对码）2PSK调制后的相位:(0)0 0 0变换规律：绝对码元“1”使相对码元改变；绝对码元“0”使相对码元不变。2022/9/1829第29页，共127页，编辑于2022年，星期二 差分码可取传号差分码或空号差分码。二进制差分相移键控DPSKbn-1可任意设定。传号差分码的编码规则为：（相同为0，不同为1）空号差分码的编码规则为：2022/9/1830第30页，共127页，编辑于2022年，星期二图 传号差分DPSK调制器波形 2022/9/1831第31页，共127页，编辑于2022年，星期二图 DPSK

11、调制器 DPSK实现实现2022/9/1832第32页，共127页，编辑于2022年，星期二解调端，由相对码恢复为绝对码时，按传号差分进行编码时，要按以下规则进行差分译码这样得到的绝对码只是反映了相邻两个相位的变化，所以不会发生任何倒置现象。DPSK解调对DPSK信号可以采用相干解调和延迟解调两种方式。2022/9/1833第33页，共127页，编辑于2022年，星期二图416 DPSK相干解调器及各点波形 DPSK相干解调2022/9/1834第34页，共127页，编辑于2022年，星期二表41 DPSK信号的调制和相干解调过程 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02022/9/1

12、835第35页，共127页，编辑于2022年，星期二DPSK延迟解调图417 DPSK延迟解调器及各点波形 2022/9/1836第36页，共127页，编辑于2022年，星期二表42 DPSK信号的调制和延迟解调过程 比较：延迟解调不需要相干载波，接收机结构简单，抗频率漂移抗多径干扰性能较优。但是，对于延迟单元的延时精度要求很高对于延迟单元的延时精度要求很高，较难作到，较难作到，误码性能比相干解调差3db。2022/9/1837第37页，共127页，编辑于2022年，星期二7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能1、0等概不等能量7.2.1 2ASK系统的抗噪声性能1、相干解调法（同步检测法）的系

13、统性能x(t)y(t)相干载波2cos0t相乘电路带通滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A(t)信道n(t)yi(t)y(t)2022/9/1838第38页，共127页，编辑于2022年，星期二误码率设在T内，带通滤波后的接收信号和噪声电压等于:式中，n(t)是一个窄带高斯过程，故有将上两式代入y(t)式，得到：与相干载波相乘，并经过低通滤波后：2022/9/1839第39页，共127页，编辑于2022年，星期二 相干解调法 的误码率：抽样判决处的电压x(t)为式中，nc(t)高斯过程。当发送“1”时，x(t)的概率密度等于：当发送“0”时，x(t)的概率密度等于：h*Pe0p0(x)p1(

14、x)Pe1hA2022/9/1840第40页，共127页，编辑于2022年，星期二令h为判决门限，则将发送的“1”错判为“0”的概率等于：式中，将“0”错判为“1”的概率等于：当P(1)=P(0)时，相干解调的总误码率为：当h值等于最佳门限值h*时，当信噪比r1时，h*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hA2022/9/1841第41页，共127页，编辑于2022年，星期二（包络检波法）（包络检波法）非相干接收系统非相干接收系统yi(t)+ni(t)a+nc(t)cosct-ns(t)sinct 发发“1”nc(t)cosct -ns(t)sinct 发发“0”=发发“1”发发“0”是包络检波器

15、的输出，为随机信号是包络检波器的输出，为随机信号2 fs 包络检波包络检波 带带 通通c yi(t)y(t)n(t)ni(t)抽样抽样判决判决S(t)定时脉冲定时脉冲 2022/9/1842第42页，共127页，编辑于2022年，星期二令令 最佳判决门限为最佳判决门限为 ，满足，满足 误码形式为误码形式为 P(10)、P(01)pe0=P(01)=P(v )则则 pe1=P(10)=P(v 1时2022/9/1846第46页，共127页，编辑于2022年，星期二【例7.1】设有一个2ASK信号传输系统，其中码元速率RB=4.8 106 Baud，接收信号的振幅A=1 mV，高斯噪声的单边功率谱

16、密度n0=2 10-15 W/Hz。试求：1）用包络检波法时的最佳误码率；2）用相干解调法时的最佳误码率。解：基带矩形脉冲的带宽为1/T Hz。2ASK信号的带宽应该是它的两倍，即2/T Hz。故接收端带通滤波器的最佳带宽应为:B 2/T=2RB=9.6 106 Hz 故带通滤波器输出噪声平均功率等于:因此其信噪比等于：（1）包络检波法时的误码率为：（2）相干解调法时的误码率为：2022/9/1847第47页，共127页，编辑于2022年，星期二7.2.2 2FSK系统的抗噪声性能1、相干解调法的系统性能2FSK系统采用相干解调时，分析模型如下：定时脉冲低通滤波低通滤波抽样判决输出带通滤波f0

17、带通滤波f1输入相乘相乘2cos0t2cos1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)2022/9/1848第48页，共127页，编辑于2022年，星期二设：接收滤波器输出电压波形为：当发送码元“1”时，通过两个带通滤波器后的两个接收 电压分别为：它们和本地载波相乘，并经过低通滤波后，得出 和2022/9/1849第49页，共127页，编辑于2022年，星期二观察：和n1c(t)和n0c(t)都是高斯过程，故在抽样时刻其抽样值V1和V0都是正态随机变量。而且，V1的均值为A，方差为n2；V0的均值为0，方差也为n2。当 V1 1时2022/9/1851第51页，共127页，编辑于2022年，

18、星期二带通滤波f0带通滤波f1包络检波包络检波抽样判决定时脉冲输入输出V0(t)V1(t)2、包络检波法的系统性能2FSK系统采用包络检波法时，分析模型如下：2022/9/1852第52页，共127页，编辑于2022年，星期二 当发送码元“1”时，抽样判决器的两个输入电压分别为 式中，V1(t)频率f1的码元通路信号包络（广义瑞利分布）V0(t)频率f0的码元通路信号包络（瑞利分布）。这时误码率为：令：代入上式，并简化后，得到：2022/9/1853第53页，共127页，编辑于2022年，星期二将将 代入上式，得到：代入上式，得到：式中，式中，信噪比信噪比当发送码元当发送码元当发送码元当发送码

19、元“0”“0”时，情况一样，故时，情况一样，故时，情况一样，故时，情况一样，故2FSK2FSK的总误码率为：的总误码率为：的总误码率为：的总误码率为：2022/9/1854第54页，共127页，编辑于2022年，星期二当信噪比r1时相干检测法和包络检波法的误码率比较：在大信噪比条件下两者相差不很大。实际应用中，多采用包络检波法。包络检波法，大信噪比时:相干检测法2022/9/1855第55页，共127页，编辑于2022年，星期二2FSK与2ASK信号的误码率比较：包络检波2ASK：差 3 dB2FSK：相干检测2ASK：差 3 dB2FSK：2022/9/1856第56页，共127页，编辑于2

20、022年，星期二【例7.2】设有一2FSK传输系统，其传输带宽等于2400 Hz。2FSK信号的频率分别等于f0=980 Hz，f1=1580 Hz。码元速率RB=300 Baud。接收端输入的信噪比等于6 dB。试求：1.此2FSK信号的带宽；2.用包络检波法时的误码率；3.用相干检测法时的误码率。【解】1.信号带宽：2.包络检波法的误码率：带通滤波器的带宽应等于：B=2RB=600 Hz 带通滤波器输入端和输出端的带宽比：2400/600=4 带通滤波器输出端的信噪功率比：r=4 4 16 2022/9/1857第57页，共127页，编辑于2022年，星期二 3.相干检测法的误码率用查表法

21、得出：用近似式得出：两者基本一样。2022/9/1858第58页，共127页，编辑于2022年，星期二7.2.3 2PSK和2DPSK系统的抗噪声性能1、2PSK相干解调系统性能本地载波提取带通滤波低通滤波相 乘抽样判决V(t)y(t)2022/9/1859第59页，共127页，编辑于2022年，星期二抽样判决电压为 将“0”错判为“1”的概率等于 将“1”错判为“0”的概率等于 由于现在Pe0=Pe1，总误码率为 图中左部阴影的面积等于：因此，总误码率等于：或在相干检测条件下，为了得到相同的误码率，2FSK的功率需要比2PSK的功率大3 dB；而2ASK则需大6 dB。0A-APe0Pe1V

22、2022/9/1860第60页，共127页，编辑于2022年，星期二本地载波提取相 乘带通滤波低通滤波抽样判决逆码变换2、2DPSK系统性能相干解调（极性比较）法的误码率相干解调（极性比较）法的误码率相干解调（极性比较）法的误码率相干解调（极性比较）法的误码率由上图可见，解调过程的前半部分和由上图可见，解调过程的前半部分和由上图可见，解调过程的前半部分和由上图可见，解调过程的前半部分和2PSK2PSK相干解调方法的完全一相干解调方法的完全一相干解调方法的完全一相干解调方法的完全一样，故现在只需考虑由逆码变换器引入的误码率。样，故现在只需考虑由逆码变换器引入的误码率。样，故现在只需考虑由逆码变换

23、器引入的误码率。样，故现在只需考虑由逆码变换器引入的误码率。2022/9/1861第61页，共127页，编辑于2022年，星期二逆码变换规律：无误码时：输出绝对码元是相邻两个相对码元取值的模“2”和。有1个误码时：将产生两个误码 有2个误码时：仍将产生两个误码有一串误码时：仍将产生两个误码 1 1 1 0 0 1 1 0 1(绝对码)(0)1 0 1 1 1 0 1 1 0(相对码)1 1 0 0 1 1 1 0 1(绝对码)(0)1 0 0 0 1 0 1 1 0(相对码)1 1 0 1 0 1 1 0 1（绝对码）(0)1 0 0 1 1 0 1 1 0（相对码）1 1 0 0 0 1 1

24、 0 0 (绝对码)(0)1 0 0 0 0 1 0 0 0（相对码）(a)无误码时(b)有1个误码时(c)有2个误码时(d)有一串误码时2022/9/1862第62页，共127页，编辑于2022年，星期二由逆码变换器引入的误码率设：P n 逆码变换器输入n个连续错码的概率，P e 逆码变换器输出端的误码率，则有P n是刚好连续n个码元出错的概率。这意味着，在这出错码元串外两端的相邻码元必须是不错的码元，式中，P e为逆码变换器输入信号的误码率。将上式代入P e 表示式，得到：将等比级数公式 代入上式，得到：当P e很小时，当P e很大时，即Pe1/2时，2022/9/1863第63页，共12

25、7页，编辑于2022年，星期二相干解调（极性比较）法的最终误码率将2PSK信号相干解调时的误码率公式 代入得到或当P e很小时，有 2022/9/1864第64页，共127页，编辑于2022年，星期二差分相干解调法的误码率：差分相干解调法的误码率：设连续接收两个码元“11”，则有 式中，s0(t)前一接收码元经延迟后的波形；s1(t)当前接收码元波形。s0(t)相 乘带通滤波低通滤波抽样判决V(t)延迟Ts(t)A(t)s1(t)2022/9/1865第65页，共127页，编辑于2022年，星期二这两个码元，经过相乘和低通滤波后，得到规则判决：若V 0，则判为“1”，即接收正确；若V 0，则判

26、为“0”，即接收错误。所以，在当前发送码元为“1”时，错误接收概率等于利用恒等式上式可以改写为 或者写为：式中，2022/9/1866第66页，共127页，编辑于2022年，星期二 服从广义瑞利分布：服从瑞利分布：将f(R1)式和f(R2)式代入得出积分结果等于：式中，2022/9/1867第67页，共127页，编辑于2022年，星期二 当发送码元“0”时，误码率相同，故有 当发送“0”和“1”的概率相等时，总误码率为2022/9/1868第68页，共127页，编辑于2022年，星期二【例7.3】假设要求以1 Mb/s的速率用2DPSK信号传输数据，误码率不超过10-4，且在接收设备输入端的白

27、色高斯噪声的单边功率谱密度n0等于1 10-12 W/Hz。试求：（1）采用差分相干解调法时所需接收信号功率；（2）采用相干解调法时所需接收信号功率。解：现在码元速率为1 MB。2DPSK信号的带宽和2ASK信号的带宽一样，所以接收带通滤波器的带宽等于B 2/T=2 106 Hz 带通滤波器输出噪声功率等于采用差分解调时：按照要求 从而得到要求信噪比:及要求信号功率:2022/9/1869第69页，共127页，编辑于2022年，星期二采用相干解调法时：按照同样要求 即由误差函数表查出要求：故要求信号功率2022/9/1870第70页，共127页，编辑于2022年，星期二7.3 二进制数字键控传

28、输系统性能比较误码率曲线-6 -3 0 3 6 9 12 15 18信噪比r(dB)110-110-210-310-410-510-610-7Pe非相干ASK相干ASK非相干FSK相干FSK相干DPSK非相干DPSKPSK2022/9/1871第71页，共127页，编辑于2022年，星期二二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 信号信号解调方法解调方法频频 宽宽Pe用用 途途2ASK非相干非相干2fs相干相干2FSK非相干非相干|f2-f1|+2fs中、低速数据传输中、低速数据传输相干相干2PSK2fs相干相干2DPSK非相干非相干2fs相干相干高速数据传输高速数据传输202

29、2/9/1872第72页，共127页，编辑于2022年，星期二2ASK:功率谱连续谱：由基带信号波形g(t)确定 离散谱：由载波分量确定 第一旁瓣峰值比主峰衰减14dB B2ASK是基带信号波形带宽的两倍 B2ASK2022/9/1873第73页，共127页，编辑于2022年，星期二2PSK：功率谱2022/9/1874第74页，共127页，编辑于2022年，星期二双峰单峰2FSK：功率谱2022/9/1875第75页，共127页，编辑于2022年，星期二对信道变化的敏感度：2ASK低通 滤波器1、0等概不等能量x(t)y(t)h*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hA判决门限与输入信号幅度有关

30、，对信道参数的变化敏感2022/9/1876第76页，共127页，编辑于2022年，星期二对信道变化的敏感度：2FSK定时脉冲低通滤波低通滤波抽样判决输出带通滤波f0带通滤波f1输入相乘相乘cos0tcos1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)不需要设置门限，对信道变化不敏感2022/9/1877第77页，共127页，编辑于2022年，星期二对信道变化的敏感度：2PSK本地载波提取带通滤波低通滤波相 乘抽样判决V(t)0A-APe0Pe1V判决门限为零，与输入信号幅度无关。2022/9/1878第78页，共127页，编辑于2022年，星期二7.4 多进制数字调制各种键控体制的误码率都决定

31、于码元信噪比 r：也可以认为是码元能量和噪声单边功率谱密度之比：由于：2022/9/1879第79页，共127页，编辑于2022年，星期二对于M进制，1码元中包含k比特的信息：k=log2 M码元能量E平均分配到每比特的能量Eb等于E/k，故有：式中，rb是每比特的能量和噪声单边功率谱密度之比。在研究不同M值下的误码率时，适合用rb为单位来比较。2022/9/1880第80页，共127页，编辑于2022年，星期二定义符号传输速率：对于M进制：因此信号平均功率为：对M进制每比特的能量：接收机带宽为B，则接收到的噪声功率为：因此信噪比可表示成为：为单位带宽的比特率，又称频带效率。2022/9/18

32、81第81页，共127页，编辑于2022年，星期二7.4.1 多进制振幅键控(MASK)多电平单极性不归零信号 MASK信号 （图a 图b）多电平双极性不归零信号 抑制载波MASK信号 （图c 图d）图示为4ASK信号：每码元含2比特注意：抑制载波MASK信号每个码元的载波初始相位是不同的。是振幅键控和相位键控的结合。(a)基带多电平单极性不归零信号(b)MASK信号0010110101011110000t0t0101101010111100000101101010111100000t00000t01011010101111(c)基带多电平双极性不归零信号(d)抑制载波MASK信号2022/9

33、/1882第82页，共127页，编辑于2022年，星期二MASK信号带宽 MASK信号可以看成是多个2ASK信号的叠加。两者带宽相同。MASK信号的频带利用率，超过奈奎斯特准则：基带信号 2 b/sHz2ASK信号 1 b/sHzMASK信号缺点：受信道衰落影响大。0t0101101010111100000t01011010101111000001010t10101011110000001t101010111100002022/9/1883第83页，共127页，编辑于2022年，星期二抑制载波MASK信号的误码率 式中，M 进制数，或振幅数；r 信号平均功率与噪声功率比。当M=2时，上式变成即

34、2PSK相干解调误码率公式。110-110-210-310-410-510-6Per(dB)2022/9/1884第84页，共127页，编辑于2022年，星期二7.4.2 多进制频移键控(MFSK)基本原理MFSK的码元采用M个不同频率的载波。设f1为其最低载频，fM为其最高载频，则MFSK信号的带宽近似等于fM-f1+f，其中 f是单个码元的带宽，它决定于信号传输速率。TTTTf3f1f2f42022/9/1885第85页，共127页，编辑于2022年，星期二非相干解调时的误码率MFSK信号非相干解调器的原理方框图M个带通滤波器的输出中仅有一个是信号加噪声，其他各路都是只有噪声。通常有信号的

35、一路输出电压最大，判决时按照该路检波电压判决。V0(t)带通滤波f0抽样判决包络检波带通滤波fM1包络检波定时脉冲输入输出VM1(t):2022/9/1886第86页，共127页，编辑于2022年，星期二具有较宽的频带，因而它的信道频带利用率不高相干解调要求有精确的相位参考信号，在MFSK中很少采用。2022/9/1887第87页，共127页，编辑于2022年，星期二 基本原理：MPSK信号码元可以表示为式中，k 受调制的相位，其值决定于基带码元的取值；A 信号振幅，为常数；k=1,2,M。令A=1，然后将其展开写成 式中，由上式看出，M-PSK信号码元可以看作是两个正交的MASK信号码元之和

36、。因此，其带宽和后者的带宽相同。7.4.3 多进制相移键控（MPSK）2022/9/1888第88页，共127页，编辑于2022年，星期二正交相移键控(QPSK)编码规则：A和B两种编码方式 格雷(Gray)码规律：相邻k之间仅差1比特。格雷码优点：误比特律小。ab kA方式方式B方式方式00180 225 10270 315 110 45 0190 135 序号格雷码二进制码01230 0 0 00 0 0 10 0 1 10 0 1 00 0 0 0 0 0 0 10 0 1 00 0 1 145670 1 1 00 1 1 10 1 010 1 0 00 1 0 0 0 1 0 10 1

37、 1 00 1 1 1891011121314151 1 0 01 1 0 11 1 1 11 1 1 01 0 1 01 0 1 11 0 0 11 0 0 0 1 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10111001045参考相位11010010参考相位(a)A方式(b)B方式 2022/9/1889第89页，共127页，编辑于2022年，星期二MPSK信号的矢量图表示 2022/9/1890第90页，共127页，编辑于2022年，星期二第一种方法：选择法第一种方法：选择法串/并变换相位选择带通滤波4相载波 产生器143

38、2ab0111001045参考相位11010010参考相位(a)A方式(b)B方式 2022/9/1891第91页，共127页，编辑于2022年，星期二图720 QPSK正交调制器01110010a(1)a(0)b(1)b(0)第二种方法：相乘法第二种方法：相乘法二进制码元“1”双极性脉冲“+1”二进制码元“0”双极性脉冲“-1”B方式编码方式编码 2022/9/1892第92页，共127页，编辑于2022年，星期二解调方法 相干解调载波提取相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)abcos0t-sin0t定时提取在MPSK相干解调中恢复载波时，同样存在相位模糊度问题。与BPSK一样

39、，对于M进制调相也要采用相对调相的方法。2022/9/1893第93页，共127页，编辑于2022年，星期二使用矩形脉冲的QPSK信号的功率谱密度 2PSK4PSK8PSK2022/9/1894第94页，共127页，编辑于2022年，星期二误码率 若发送信号“11”的相位为45，则判决门限应该设在0和90。设：f()接收矢量相位的概率密度，则错误概率等于：上式计算结果为：误比特率由解调方框图可见，正交的两路相干解调方法和2PSK中采用的解调方法一样。所以其误比特率的计算公式也和2PSK的误码率公式一样。011100109002022/9/1895第95页，共127页，编辑于2022年，星期二M

40、PSK信号的误码率当信噪比r足够大时，Perb（dB）2022/9/1896第96页，共127页，编辑于2022年，星期二7.4.4 交错正交（或四相）相移键控（OQPSK）调制 普通QPSK 调制信号的I 路和Q 路信号是同步的，当它们同时发生跳变时，相临QPSK 符号间会发生180相移，这时信号包络瞬时通过零点。如随后发射机放大器线性不理想，则会造成较大的频谱扩展，其旁瓣会干扰邻近频道。2022/9/1897第97页，共127页，编辑于2022年，星期二QPSK的星座图和相位转换关系2022/9/1898第98页，共127页，编辑于2022年，星期二 交错正交四相相移键控(OQPSK)技术

41、可以解决这个问题。其实现方法非常简单，就是在常规QPSK 正交调制器上将I 路或Q 路信号后移半个符号周期(即TS/2)。这样，调制信号的相角每TS/2 时间发生一次跳变，但每次只有一路信号变化，所以相角的跳变只能是90。2022/9/1899第99页，共127页，编辑于2022年，星期二 对Q通道编码延时一个bit后，波形如图所示，将QPSK的10-01-00-10-01变成了OQPSK的11-10-00-01-01-00-10-10-00-01。消除了对角线过渡。2022/9/18100第100页，共127页，编辑于2022年，星期二OQPSK的星座图和相位转换关系2022/9/18101

42、第101页，共127页，编辑于2022年，星期二OQPSK信号解调2022/9/18102第102页，共127页，编辑于2022年，星期二 须要强调的是，OQPSK 信号的相位跳变频率虽然比变形前的QPSK 信号快一倍，但它本质上仍是两路符号周期为的BPSK 信号的正交叠加，所以其频谱和QPSK 信号完全一样，在高斯白噪声信道下，采用相关解调的误码性能也相同。OQPSK克服了QPSK的l80的相位跳变，信号通过BPF后包络起伏小，性能得到了改善，因此受到了广泛重视。但是，当码元转换时，相位变化不连续，存在90的相位跳变，因而高频滚降慢，频带仍然较宽。2022/9/18103第103页，共127

43、页，编辑于2022年，星期二【例题72】已知电话信道的可用传输频带为6003000Hz。为了传输3000bit/s的数据信号，设计物理可实现的幅度键控和相移键控的传输方案。解 由数据信号的速率R b和信道带宽B c，已调信号的频带利用率b应为所以必须采用多进制调制。2022/9/18104第104页，共127页，编辑于2022年，星期二解：设基带信号是矩形波。若已调信号为4ASK和QPSK信号，已调信号的带宽Bs取谱零点带宽，即由于2000Hz2400Hz，因此方案是可行的。已知可用传输频带为6003000Hz，当B sB c时方案才是可行的。若已调信号为8ASK和8PSK信号，2022/9/

44、18105第105页，共127页，编辑于2022年，星期二【例题73】带通型信道的带宽为3000Hz，基带信号是二元NRZ码。求2PSK和QPSK信号的频带利用率和最高信息速率。解 当2PSK信号的带宽取谱零点带宽时，频带利用率为 取信号的带宽为信道带宽，得最高信息速率为 Rb=2PSKB2PSK=0.53000=1500(bit/s)2022/9/18106第106页，共127页，编辑于2022年，星期二 MPSK信号的频带利用率是2PSK信号的lgM倍，所以QPSK信号的频带利用率为 QPSK=2PSKlg4=0.52=1(bit/(s.Hz)同样，取QPSK信号的带宽为信道带宽，得最高信

45、息速率为 Rb=QPSKBQPSK=13000=3000(bit/s)可见，在带宽不变的前提下，多进制调制信号提高了信息传输速率。2022/9/18107第107页，共127页，编辑于2022年，星期二7.4.5 最小频移键控（最小频移键控（MSK）调制）调制 minimum shift keying 1.最小频移键控调制原理最小频移键控调制原理（1）问题的引入 在实际应用中，有时要求发送信号具有包络恒定、高频分量较小的特点,移相键控信号PSK(4PSK、8PSK)的缺点之一是，没能从根本上消除在码元转换处的载波相位突变，使系统产生强的旁瓣功率分量，造成对邻近波道的干扰；OQPSK虽然消除了Q

46、PSK信号中的180相位突变，但也没能从根本上解决消除信号包络起伏变化的问题。最小频移键控（MSK）。每个码元持续时间Ts内，频率恰好引起/2相移变化，而相位本身的变化是连续的。2022/9/18108第108页，共127页，编辑于2022年，星期二 最小频率间隔在原理上，若两个信号互相正交，就可以把它完全分离。对于非相干接收：设:2FSK信号为为了满足正交条件，要求：即要求：上式积分结果为：假设，上式左端第1和3项近似等于零，则它可以化简为2022/9/18109第109页，共127页，编辑于2022年，星期二由于1和0是任意常数，故必须同时有和上式才等于0。即要求：和式中，n和m均为整数。

47、为了同时满足这两个要求，应当令 即令所以，当取m=1时是最小频率间隔，它等于1/T。对于相干接收：可以令于是，式化简为：因此，要求满足：即，最小频率间隔等于1/2T。2022/9/18110第110页，共127页，编辑于2022年，星期二 MSK信号的频率间隔试求：频差和调制指数？2022/9/18111第111页，共127页，编辑于2022年，星期二2022/9/18112第112页，共127页，编辑于2022年，星期二MSK码元中波形的周期数可改写为：为了满足正交性：2022/9/18113第113页，共127页，编辑于2022年，星期二展开可得：上式左端4项分别等于零，将第三项 的条件代

48、入第一项：即要求：或：MSKMSK信号每个码元周期信号每个码元周期信号每个码元周期信号每个码元周期 包含包含包含包含1/41/4的整数倍个载波周期。的整数倍个载波周期。的整数倍个载波周期。的整数倍个载波周期。2022/9/18114第114页，共127页，编辑于2022年，星期二 MSK信号的相位连续性2022/9/18115第115页，共127页，编辑于2022年，星期二相位网格图：MSK信号的相位是分段线性变化的，在码元转换时刻相位仍然连续。相位 在每一码元结束时必定为 的整数倍.2022/9/18116第116页，共127页，编辑于2022年，星期二2022/9/18117第117页，共

49、127页，编辑于2022年，星期二 MSK信号的产生与解调2022/9/18118第118页，共127页，编辑于2022年，星期二例：输入序列 ak=+1，-1，+1，-1，-1，+1，+1，-1，+1k1 23456789T(0,T)(T,2T)(2T,3T)(3T,4T)(4T,5T)(5T,6T)(6T,7T)(7T,8T)(8T,9T)ak+11+1-1-1+1+111 k(mod 2)00 0pk11-1-1-1-1-1-11qk1-1-111-1-1112022/9/18119第119页，共127页，编辑于2022年，星期二输入序列 ak=+1，-1，+1，-1，-1，+1，+1，

50、-1，+1k(mod 2)akqkpka0a1a2a3a4a5a6a7a8qksin(t/2T)pkcos(t/2T)0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T2022/9/18120第120页，共127页，编辑于2022年，星期二MSK信号的产生方框图差分编码串/并变换振荡f=1/4T振荡f=fs移相/2移相/2cos(t/2T)qkpkpkcos(t/2T)qksin(t/2T)sin(t/2T)cosstsinstpkcos(t/2T)cosstqksin(t/2T)sinstakbk带通滤波MSK信号延迟 Tb2022/9/18121第121页，共127页，编辑于2022年，星期