数字带通传输系统教案第七章学习教案.pptx

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1、数字带通传输系统数字带通传输系统(xtng)教案第七章教案第七章第一页，共19页。2 21.1.振幅相位联合键控（振幅相位联合键控（APKAPK）2.2.正交调制模型正交调制模型3.3.正交振幅调制信号的表示正交振幅调制信号的表示4.16QAM4.16QAM产生方法产生方法5.QAM5.QAM信号和信号和PSKPSK信号的性能比较信号的性能比较6.16QAM6.16QAM实例实例(shl)(shl)7.7.例题例题7.10 新型数字带通调制新型数字带通调制(tiozh)技术技术-正交振幅调制正交振幅调制(tiozh)QAM第1页/共19页第二页，共19页。3 3振幅相位联合(linh)键控（A

2、PK）qq振幅相位联合键控（振幅相位联合键控（APKAPK）-振幅和相位都有几种取值。振幅和相位都有几种取值。qqAPKAPK信号的一般表达式：信号的一般表达式：qq e0(t)=ang(t-nTs)cos(ct+n)e0(t)=ang(t-nTs)cos(ct+n)qq =an g(t-nTs)cosn cos(ct)=an g(t-nTs)cosn cos(ct)qq -an g(t-nTs)sinn sin(ct)-an g(t-nTs)sinn sin(ct)qq令：令：an cosn=Xn,-an sinn=Ynan cosn=Xn,-an sinn=Ynqq e0(t)=Xn g(

3、t-nTs)cosct+Yn g(t-nTs)sinct e0(t)=Xn g(t-nTs)cosct+Yn g(t-nTs)sinctqq =cosct+sinct =cosct+sinctqq可见可见(kjin)APK(kjin)APK可以看作两个正交调制信号之和。可以看作两个正交调制信号之和。第2页/共19页第三页，共19页。4 4正交调制模型(mxng)两个两个(lin)(lin)独立的正交双边带振幅调制之和。独立的正交双边带振幅调制之和。对两个对两个(lin)(lin)相互正交的同频率载波进行双边带调制，合成起来就相互正交的同频率载波进行双边带调制，合成起来就得到正交双边带调制信号。

4、得到正交双边带调制信号。第3页/共19页第四页，共19页。5 5正交调制的多种形态(xngti)qq当当Q(t)Q(t)和和I(t)I(t)是模拟信号，且是模拟信号，且Q(t)Q(t)是是I(t)I(t)的希尔伯特变换时，正的希尔伯特变换时，正交调制就变成了单边带调制。交调制就变成了单边带调制。qq当当Q(t)Q(t)和和I(t)I(t)是数字基带信号，且是数字基带信号，且Q(t)Q(t)与与I(t)I(t)的取值为多幅度的取值为多幅度-即多电平时，就构成正交振幅调制即多电平时，就构成正交振幅调制(QAM-Quadrature Amplitude(QAM-Quadrature Amplitud

5、e Modulation)QAMModulation)QAMqq当当Q(t)Q(t)和和I(t)I(t)是数字基带信号，且是数字基带信号，且Q(t)Q(t)与与I(t)I(t)的取值为的取值为11时，此时，此时时(c sh)(c sh)的的4QAM4QAM就是就是QPSKQPSK。第4页/共19页第五页，共19页。6 6正交振幅(zhnf)调制(QAM-Quadrature Amplitude Modulation)信号的表示 信号信号(xnho)(xnho)的一个码元可以表示为的一个码元可以表示为式中，式中，k=k=整数；整数；AkAk和和 k k分别可以取多个离散值。分别可以取多个离散值。

6、上式可以展开为上式可以展开为令令 Xk=Akcos Xk=Akcos k Yk=-Aksink Yk=-Aksin k k则信号则信号(xnho)(xnho)表示式变为表示式变为XkXk和和YkYk也是可以取多个离散值的变量。也是可以取多个离散值的变量。sk(t)sk(t)是两个正交的振幅是两个正交的振幅(zhnf)(zhnf)键控信号之和键控信号之和-正交振幅正交振幅(zhnf)(zhnf)调调制制(QAM)(QAM)第5页/共19页第六页，共19页。7 7QAM矢量图-4QAM若：若：k-取取/4和和-/4，Ak-取取+A和和-A，则：则：Xk和和Yk-取取(2/2)-1(归一化），归一化

7、），4QAM信号信号-两个幅度为两个幅度为1的正交振幅的正交振幅(zhnf)键控信号之和键控信号之和4QAM就成为就成为QPSK-QPSK信号是一种信号是一种QAM信号信号 Xk=Akcos k Yk=-Aksin k第6页/共19页第七页，共19页。8 816QAM矢量图是两路四个幅度是两路四个幅度(fd)(fd)的正交振幅键控信号之和的正交振幅键控信号之和第7页/共19页第八页，共19页。9 964QAM和256QAM矢量图64QAM64QAM是两路八个幅度的正交振幅是两路八个幅度的正交振幅(zhnf)(zhnf)键控信号之和键控信号之和256QAM256QAM是两路十六个幅度的正交振幅是

8、两路十六个幅度的正交振幅(zhnf)(zhnf)键控信号之和键控信号之和 64QAM64QAM信号矢量图信号矢量图 256QAM256QAM信号矢量图信号矢量图第8页/共19页第九页，共19页。101016QAM产生方法(fngf)-正交调幅法两路独立两路独立(dl)(dl)的正交的正交4ASK4ASK信号叠加信号叠加第9页/共19页第十页，共19页。111116QAM产生方法(fngf)-复合相移法两路独立的两路独立的QPSK QPSK（大圆（大圆(d yun)(d yun)和小圆）信号叠加和小圆）信号叠加AMAM第10页/共19页第十一页，共19页。121216QAM16QAM信号和信号和

9、16PSK16PSK信号的性能信号的性能(xngnng)(xngnng)比较比较p在平均功率相等条件下：在平均功率相等条件下：p16PSK16PSK信号的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）；信号的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）；p16QAM16QAM信号，在等概率信号，在等概率(gil)(gil)条件下，其最大功率和平均功率之比等于条件下，其最大功率和平均功率之比等于1.81.8倍，即倍，即2.55 dB2.55 dB。p因此，因此，16QAM16QAM比比16PSK16PSK信号的噪声容限大信号的噪声容限大4.12dB4.12dB。p在最大功率（振幅）相等的条件在最大功率（振

10、幅）相等的条件(tiojin)(tiojin)下：最大振幅下：最大振幅AMAM相等，相等，16PSK16PSK信号的相邻信号的相邻矢量端点的欧氏距离矢量端点的欧氏距离p p16QAM16QAM信号的相邻点欧氏距离信号的相邻点欧氏距离pd2d2超过超过d1d1约约1.57 dB1.57 dBd2d2和和d1d1的比值的比值代表这两种体制代表这两种体制的噪声容限之比的噪声容限之比AM d2(a)16QAMAM d1(b)16PSK第11页/共19页第十二页，共19页。1313QAM信号信号(xnho)和和PSK信号信号(xnho)的性能比较的性能比较pQAM比PSK信号(xnho)的抗噪声能力更好

11、。p二者的信号(xnho)带宽相同，频带利用率相同。第12页/共19页第十三页，共19页。1414一种用于调制解调器的传输速率为一种用于调制解调器的传输速率为9600b/s9600b/s的的16QAM16QAM方案，其载频为方案，其载频为1650 Hz1650 Hz，信道带宽，信道带宽(di kun)(di kun)为为2400 Hz2400 Hz，滚降系数为，滚降系数为1010。(a)(a)传输频带传输频带(b)16QAM(b)16QAM星座星座1011100111101111101010001100110100010000010001100011001001010111A240016QAM

12、16QAM实例实例(shl)(shl)第13页/共19页第十四页，共19页。1515例例7.10-1 7.10-1 采用采用4PSK4PSK或或4QAM4QAM调制调制(tiozh)(tiozh)传输传输2400b/s2400b/s数据：数据：(1)(1)最小理论带宽最小理论带宽(di kun)(di kun)是多少？是多少？(2)(2)若传输带宽若传输带宽(di kun)(di kun)不变，而比特率加倍，则调制方式应如何改变？不变，而比特率加倍，则调制方式应如何改变？解：解：(1)M=4(1)M=4，Rb=2400b/s,RB=Rb/log2M=1200Baud;Rb=2400b/s,RB

13、=Rb/log2M=1200Baud;BMPSK=2B BMPSK=2B基，基，（B B基）基）min=RB/2=600 Hzmin=RB/2=600 Hz(时，理论上最小，为乃奎斯特带宽时，理论上最小，为乃奎斯特带宽(di kun)(di kun)最小理论带宽最小理论带宽(di kun)(di kun)是：是：BMPSK=2BBMPSK=2B基基=2RB/2=RB=2RB/2=RB B4PSK=1200 Hz B4PSK=1200 Hz(2)(2)若若BMPSK=1200 Hz BMPSK=1200 Hz 不变，不变，Rb=4800b/s(Rb=4800b/s(加倍加倍)，最小理论带宽最小理

14、论带宽(di kun)BMPSK=RB,RB=BMPSK=1200(di kun)BMPSK=RB,RB=BMPSK=1200log2M=Rb/RB=4800/1200=4,M=24=16,log2M=Rb/RB=4800/1200=4,M=24=16,应采用应采用16QPSK16QPSK本例说明：在传输带宽本例说明：在传输带宽(di kun)(di kun)不变的情况下，增加进制数可以提高信息不变的情况下，增加进制数可以提高信息速率速率第14页/共19页第十五页，共19页。1616例例7.10-2 7.10-2 采用采用(ciyng)2PSK(ciyng)2PSK调制传输调制传输2400b/

15、s2400b/s数据：数据：最小理论带宽最小理论带宽(di kun)(di kun)是多少？是多少？解：解：M=2M=2，Rb=2400b/s,RB=Rb=2400Baud;Rb=2400b/s,RB=Rb=2400Baud;最小理论带宽最小理论带宽(di kun)(di kun)是：是：B2PSK=RB=2400 HzB2PSK=RB=2400 Hz本例说明：在相同信息速率本例说明：在相同信息速率(sl)(sl)下，增加进制数可以减小带宽，减小码元速下，增加进制数可以减小带宽，减小码元速率率(sl)(sl)，提高频带利用率，提高频带利用率p比较：例比较：例7.10-17.10-1中中 采用采

16、用4PSK4PSK调制，所需带宽调制，所需带宽B B4PSK4PSK=1200 Hz,=1200 Hz,是二进制的一半。是二进制的一半。第15页/共19页第十六页，共19页。1717例例7.10-3 7.10-3 采用采用(ciyng)MPSK(ciyng)MPSK调制传输调制传输9600b/s9600b/s数据：数据：(1)(1)若若M=4M=4，最小理论带宽是多少？，最小理论带宽是多少？(2)(2)若传输若传输(chun sh)(chun sh)带宽为带宽为2400Hz 2400Hz，M=M=？解：解：(1)M=4(1)M=4，Rb=9600b/s,RB=Rb/log2M=4800Baud

17、;Rb=9600b/s,RB=Rb/log2M=4800Baud;最小理论带宽是：最小理论带宽是：BMPSK=RBBMPSK=RB B4PSK=4800 Hz B4PSK=4800 Hz(2)(2)若若BMPSK=2400 Hz BMPSK=2400 Hz，最小理论带宽最小理论带宽BMPSK=RB,RB=BMPSK=2400BMPSK=RB,RB=BMPSK=2400log2M=Rb/RB=9600/2400=4,M=24=16,log2M=Rb/RB=9600/2400=4,M=24=16,应采用应采用16QPSK16QPSK或或16QAM16QAM。第16页/共19页第十七页，共19页。1

18、818例例7.10-4 7.10-4 采用采用16PSK16PSK调制调制(tiozh)(tiozh)传输传输9600b/s9600b/s数据：数据：(1)(1)若基带信号频谱采用余弦滚降信号，滚降系数若基带信号频谱采用余弦滚降信号，滚降系数(xsh)(xsh)为为 ,16PSK16PSK信号带宽是多少？信号带宽是多少？(2)(2)若基带信号采用矩形波形（即若基带信号采用矩形波形（即100%100%占空比的占空比的NRZNRZ信号），信号），16PSK16PSK信号信号带宽是多少？带宽是多少？解：解：(1)Rb=9600b/s,RB=Rb/log2M(1)Rb=9600b/s,RB=Rb/lo

19、g2M BMPSK=2B BMPSK=2B基，基，接近接近(jijn)(jijn)理理论极值论极值第17页/共19页第十八页，共19页。1919(2)(2)若基带信号采用若基带信号采用(ciyng)(ciyng)矩形波形（矩形波形（100%100%占空比占空比NRZNRZ信号），信号），16PSK16PSK信号信号带宽是多少？带宽是多少？解：解：(2)Rb=9600b/s,RB=Rb/log2M(2)Rb=9600b/s,RB=Rb/log2M BMPSK=2B BMPSK=2B基，基，基带信号采用基带信号采用(ciyng)100%(ciyng)100%占空比的矩形波形，占空比的矩形波形，B B基基=RB=RB是理论是理论(lln)(lln)极值极值的的2 2倍倍第18页/共19页第十九页，共19页。