通信原理基本的数字频带传输.pptx

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1、1/1332023/3/30本章讲述数字通信的基本频带传输方法，同学们学习时应注意数字调制与模拟调制的异同、几种数字调制之间的异同，有效的提高对于新内容的理解。主要内容有：掌握：2ASK，2FSK，2PSK，2DPSK、QPSK信号的调制/解调原理和技术方法，已调信号的波形特点、频谱与带宽。理解：基本系统的误码性能分析，各系统基本带宽、频带利用率与误码指标、系统特点对比，无ISI频带传输设计方法，基本多进制调制与QAM原理。了解：DQPSK、OQPSK与/4-DQPSK信号，载波同步第1页/共160页2/1332023/3/30数字频带传输技术在带通信道上传输数字信号的方法。图5.0 二元AS

2、K、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2页/共160页3/1332023/3/30本章目录：本章目录：5.1 2ASK5.2 2FSK5.3 2PSK与2DPSK5.4 QPSK与DQPSK5.5 基本频带调制的讨论5.6 *复包络、等效基带系统与无ISI传输第3页/共160页4/1332023/3/30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 信号处理信号处理基带信号基带信号第4页/共160页5/1332023/3/30调制信号已

3、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：频带调制频带调制传输媒介(信道)第5页/共160页6/1332023/3/30已调带通信号:的频谱:或功率谱:令：第6页/共160页7/1332023/3/305.1 2ASK 2ASK(2 Amplitude Shift Keying)BASK第7页/共160页8/1332023/3/305.1.1 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5.1.1 2ASK（或OOK）信号的波形 通断键控或启闭键控ON-OFF KeyingBASK第8页/共160页9

4、/1332023/3/302ASK信号也可以表示为：2ASK信号时域表示：第n个码元其中:第9页/共160页10/1332023/3/30（a）乘积法（b）开关法（键控法）乘法器单极性不归零信号图5.1.2 2ASK调制框图 载波产生 2ASK信号的产生：第10页/共160页11/1332023/3/302.包络检波解调方法 发送端信道BPF包络检波器抽样判决器定时信号输出图 5.1.3 2ASK包络检波解调框图 带宽B带宽2BB=Rb带宽2B解调方法简单易实现，成本低廉。第11页/共160页12/1332023/3/30 非相干解调1AAAA第12页/共160页13/1332023/3/30

5、系统的误码率：定义信噪比：大信噪比时，BPF的输出信噪比接收信号s(t)中“1”码对应码元的平均功率得最佳误码率理论最小带宽大于10倍以上第13页/共160页14/1332023/3/30 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。存在门限效应。，得最佳误码率Pe最佳性能指标，用于提供宏观指导第14页/共160页15/1332023/3/30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误码率。由门限效应可知，系统无法正常工作。（不再用公式计算）解：第15页/共160页16/1332

6、023/3/30例5.2 考虑基带信号为矩形NRZ信号，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误码率。由门限效应可知，系统无法正常工作。（不再用公式计算）作业：1、2第16页/共160页17/1332023/3/305.1.2 功率谱与带宽 复包络:单极性NRZ信号第17页/共160页18/1332023/3/30第18页/共160页19/1332023/3/30当作无 ISI 滤波时(如 作升余弦谱滤波）接收机须是相干解调理论最小带宽：第19页/共160页20/1332023/3/30v ASK f

7、or no ISILPF1.信道带宽足够时的相干解调第20页/共160页21/1332023/3/30LPF抽样判决总的基带系统频率特性总的射频系统频率特性射频基本脉冲基带基本脉冲2.信道带宽不够时的相干解调（要作无ISI滤波）第21页/共160页22/1332023/3/30当 满足无ISI的时域条件时或当 满足无ISI的频域条件时，数字调制系统无ISI图中各点波形如图所示：第22页/共160页23/1332023/3/30 向上频移基带接收滤波器抽样与判决BPFLPFB2B基带发送滤波器向下频移AWGN频带信道符号定时相干解调的2ASK传输系统:基带发送滤波器，基带接收滤波器:第23页/共

8、160页24/1332023/3/305.2 2FSK2FSK(2 Frequency-Shift Keying)BFSK第24页/共160页25/1332023/3/305.2.1 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 第25页/共160页26/1332023/3/30 2FSK信号时域表示（相当于两路OOK）：也可以表示为：与 “互补”：第26页/共160页27/1332023/3/30图5.2.2 2FSK信号的时域波形及其互补OOK特点 1 0 1 0 0 1第27页/共160页28/1332023/3/30单极性

9、 NRZ图5.2.1 2FSK信号的产生原理框图 2FSK信号的产生：第28页/共160页29/1332023/3/302.*相位连续性(a)(b)图5.2.3 不连续与连续相位的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：其中：k 为某固定正整数第29页/共160页30/1332023/3/302）使用压控振荡器产生即用模拟调频的方式产生FSK信号其中，是双极性NRZ信号平均载频（虚拟载频）第30页/共160页31/1332023/3/303.包络检波解调方法 两个互补OOK接收系统的组合：(非相干解调)包络检波

10、器包络检波器输出定时信号图5.2.4 FSK信号的包络检波接收框图 W=2RbW=2Rb整流整流LPFLPF抽样判决BPF(f1)BPF(f0)适合于频差较大的场合解调方法简单易实现，成本低廉。第31页/共160页32/1332023/3/30（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：；适合于频差较大的场合第32页/共160页33/1332023/3/301 0 1 0 0 1图5.2.5 包络检波器的输出 第33页/共160页34/1332023/3/30其中，BPF的输出信噪比 系统的误码率：大信噪比时，时，得最佳误码率 小信噪比时，包络检波器抗噪性能急

11、剧下降，系统无法正常工作。此称为门限效应。第34页/共160页35/1332023/3/304.*过零检测解调方法 其主要过程：(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1 (非相干解调)第35页/共160页36/1332023/3/30图5.2.6 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位同步器输出W=|f1-f0|+2Rb限幅微分整流单稳抽样判决第36页/共160页37/1332023/3/30 相干解调频差较大时适合抽样判决LPFLPFBPFBPFW=2RbW=2Rbf

12、1f0第37页/共160页38/1332023/3/30频差较小时，若 正交，则LPF换成积分器可实现最佳接收-相关接收机抽样判决BPFW=|f1-f0|+2Rb匹配滤波器第38页/共160页39/1332023/3/30波形相关系数:一般2FSK 的两个载波 时,称 在0,Tb内正交当 是满足两个波形正交的最小频差时，2FSK MSK(最小频移键控)很大时，近似正交第39页/共160页40/1332023/3/305.2.2 功率谱与带宽 两个互补的2ASK信号的功率谱的相加，传输带宽：第40页/共160页41/1332023/3/30如果 和 过于接近时，功率谱中两个2ASK频谱将发生重叠

13、。需要保持，一般：图5.2.8 FSK信号功率谱示意图 第41页/共160页42/1332023/3/30当作无 ISI 滤波时(如 作升余弦谱滤波）发1发0理论最小带宽：第42页/共160页43/1332023/3/30例5.3 Bell 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5.2.1。求两路通信的带宽与频带位置。解：两路均有 与两频带分别是：与300Hz3300Hz1800Hz第43页/共160页44/1332023/3/30作

14、业：3、4第44页/共160页45/1332023/3/305.3 2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK(2 Phase-Shift Keying)(2 Differential Phase-Shift Keying)第45页/共160页46/1332023/3/301.2PSK信号及其调制方法 5.3.1 2PSK 2PSK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）第46页/共160页47/1332023/3/30 2PSK信号时域表示：或，令序列 的双极性二元NRZ基带信号为 ，第47页/共160页48/1332023/3/3

15、0信号矢量图（星座图）：（未调载波初相）（未调载波初相）信号矢量图（星座图）：第48页/共160页49/1332023/3/30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5.3.1 2PSK及其相关信号的波形 1 1 0 1 0 0第49页/共160页50/1332023/3/30双极性NRZ 2PSK信号的产生：乘积法与选择法。开关电路第50页/共160页51/1332023/3/30复包络:双极性NRZ信号2.功率谱与带宽 第51页/共160页52/1332023/3/30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

16、，或，2ASK信号确实是2PSK信号与载波的叠加。双极性单极性第52页/共160页53/1332023/3/30当作无 ISI滤波时 (如 作升余弦谱滤波）理论最小带宽：第53页/共160页54/1332023/3/303.2PSK的相干解调 来自信道向下频移符号定时基带接收滤波器抽样与判决BPFLPF图5.3.3 2PSK相干解调框架 B中心 fcB为基带信号带宽2B注意：nc(t)的 双边功率谱密度为 N0，带宽等于BLPF 第54页/共160页55/1332023/3/30nc(t)的双边功率谱密度LPF（低通滤波器）：其中，正是窄带噪声 的同相分量，功率谱为 ，带宽等于 。仿佛是基带信

17、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 第55页/共160页56/1332023/3/30第56页/共160页57/1332023/3/302PSK调制解调过程：第57页/共160页58/1332023/3/30 双极性NRZ向上频移基带接收滤波器抽样与判决BPFLPFB2B基带发送滤波器向下频移AWGN频带信道4.误码性能 p 通过 2PSK的等效基带传输系统求误码率符号定时图5.3.4 2PSK传输系统与等效AWGN基带信道 AWGN基带信道的双边功率谱密度为 N0第58页/共160页59/1332023/3/30借助第4章中双极性2PAM信号的结

18、论：LPF接收系统（带宽 ）：匹配滤波器接收系统：双极性2PAM：基带平均码元能量 第59页/共160页60/1332023/3/302PSK信号的平均码元能量：注意：基带平均码元能量：基带2PAM:基带2PAM:（1）基带接收滤波器为 LPF 时（2）基带接收滤波器为 MF 时第60页/共160页61/1332023/3/30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61页/共160页62/1332023/3/30考虑：（1）广义的二进制（基带或带通）信号：与（2）

19、接收机为线性处理器（3）分析单个时隙上，码元的过程 二元信号 线性处理器AWGN信道 抽样判决线性滤波器p 通过通用公式求 2PSK的误码率基带时为LPF、MF，带通传输时为相干解调器和MF第62页/共160页63/1332023/3/30第四章结论：对于二进制传输系统，接收机为线性处理器（基带时为LPF、MF，带通传输时为相干解调器和MF）(1)最佳门限：(2)最小平均误码率，0、1等概发送时第63页/共160页64/1332023/3/30匹配滤波器 接收机 -最小错误概率接收机差分输入信号第64页/共160页65/1332023/3/30 双极性NRZ向上频移基带接收滤波器抽样与判决BP

20、FLPFB2B基带发送滤波器向下频移AWGN频带信道符号定时相干解调的2PSK传输系统:线性处理器第65页/共160页66/1332023/3/302PSK的平均码元能量：（1）基带接收滤波器为 LPF 时（相干解调时）（2）基带接收滤波器为 MF 时第66页/共160页 双极性NRZ向上频移基带接收滤波器抽样与判决BPFLPFB2B基带发送滤波器向下频移AWGN频带信道符号定时相干解调的2PSK传输系统:1.基带接收滤波器(LPF)2.基带接收滤波器(MF)3.收发基带接收滤波器()抗AWGN+抗ISI系统抗AWGN抗AWGN67/1332023/3/30第67页/共160页68/13320

21、23/3/30例5.4 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。匹配滤波器接收系统解：由于，于是，第68页/共160页69/1332023/3/30 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 n为任意整数，锁相环都工作在平衡稳定点：二重相位模糊平方二分频第69页/共160页70/1332023/3/30b.相位模糊对相干解调的影响低通后：抽样、判决LPF二进制代码第70页/共160页71/1

22、332023/3/305.3.2 2DPSK 2PSK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71页/共160页72/1332023/3/30取值0、12PSK相干解调器Tb模二加取值-1、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 与 绝对码 与 相对码 图5.3.5 2DPSK传输系统 1.基本原理取值0、1取值-1、1电平转换2PSK调制器Tb取值0、1模二加第72页/共160页73/1332023/3/30例:设D

23、PSK 实质：用前后码元载波相位的相对变化传数字信息传号差分编码第73页/共160页74/1332023/3/302DPSK星座图：前一码元初相（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第74页/共160页75/1332023/3/30 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+1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -0 0 -相对码 绝对码电平变换 载波相位 n例5.5 举例说明2DPSK信号产生过程中各码

24、元的变换以及与载波相位变化的关系 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75页/共160页76/1332023/3/30 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 1 0 0 1 1 相对码 2PSK解调结果n绝对码 例5.6 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（2）传输后结果反相，则差分解码的过程为：本地载波相位相反-1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 0 1 1 1 0 0

25、 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 相对码 2PSK解调结果绝对码 可见，不论是否发生反相，2DPSK都能正确收到信息。第76页/共160页77/1332023/3/30可以证明：当二元序列 独立等概出现时，2.相干解调及其误码性能 2DPSK的误码率 ：2DPSK的功率谱、带宽：与2PSK的完全一样。，LPF接收法，匹配滤波器接收法 p 功率谱与带宽 第77页/共160页78/1332023/3/30取值0、12PSK相干解调器Tb模二加取值-1、1取值0、1电平转换图5.3.5 2DPSK传输系统 取值0、1取值-1、1电平转换2PSK调制器Tb取值0、1模二加第78页/共160

26、页79/1332023/3/30表5.3.1 序列的误码情况 正确 正确 正确 错误 正确 错误 正确 错误 错误 错误 错误 正确第79页/共160页80/1332023/3/30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。3.差分检测(差分相干解调)图5.3.6 2DPSK的差分相干解调 BPFLPF延时Tb抽样判决符号定时（是一种非相干解调方法）第80页/共160页81/1332023/3/30第81页/共160页82/1332023/3/30相干解调性能实际过程中，噪声总是存在的，这种接收系统的误码性能：其中，折算为 时，差分相干解调

27、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带通滤波器的输出信噪比第82页/共160页83/1332023/3/30解：相干接收时误码率为，差分检测的误码率为 例5.7 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 。求相干接收与差分检测的误码率。第83页/共160页84/1332023/3/30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”。解：（1）0 1 1

28、 0 1 0第84页/共160页85/1332023/3/30（2）0 1 1 0 1 0 作业：7 、8(9.新)、10(11.新)作业：8(9.新)、9(10.新)、10(11.新)第85页/共160页86/1332023/3/305.4 QPSK QPSK与与DQPSKDQPSK第86页/共160页87/1332023/3/30n MPSK（多进制调相）For example:M=4第87页/共160页88/1332023/3/30信号星座图：参考矢量参考矢量未调载波初相未调载波初相第88页/共160页89/1332023/3/30 MPSK 调制器第89页/共160页90/133202

29、3/3/302/M二进制信号多电平信号 m(t)-90o信号处理器振荡器星座映射第90页/共160页91/1332023/3/30 MPSK 解调器抽样鉴相器二进制信号因为有噪声,参考矢量LPFLPF抽样第91页/共160页92/1332023/3/30取值有四种可能，以传送四元符号。5.4.1 QPSK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92页/共160页93/1332023/3/30QPSK的两种星座图：A方式：B方式：（表5.4.1 QPSK的两套相位值）后面讨论B方式。其

30、实，两种方式只相差 （即 ）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93页/共160页94/1332023/3/30串并变换：四元信息序列拆分为两个二元序列 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，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。1 0 0 1 1 1 0 1 0 11 0 1 0 0 0 1 1 1 1四元符号序列第94页/共160页95/1332023/3/30其中：B方式：第95页/共160页96/1332023/3/301 0 0 1B方式：恒包络最大相位

31、跳变为第96页/共160页97/1332023/3/30第97页/共160页98/1332023/3/30的比特率3.功率谱与带宽QPSK信号由两路2PSK信号组成，所以QPSK信号的带宽与其中任意支路的2PSK信号带宽相同的带宽为：任意支路的2PSK信号带宽为：若正交路、同相路基带信号用矩形波（双极性 NRZ)，QPSK符号速率第98页/共160页99/1332023/3/30QPSK每个时隙传输两比特，频带利用率是2PSK的两倍。第99页/共160页100/1332023/3/30 若正交路、同相路基带信号用升余弦谱波理论最小带宽：第100页/共160页101/1332023/3/30例5

32、.8 假定QPSK系统的输入二进制序列为011111011000,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.格雷编码电平序列:1 2 2 1 3 0(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:解:四元符号序列:01 11 11 01 10 00第101页/共160页102/1332023/3/305.4.2 QPSK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：QPSK信号基带脉冲成型基带脉冲成型串/并转换

33、速率减半速率减半第102页/共160页103/1332023/3/30解调器：QPSK信号载波同步并/串转换BPFLPF或MFLPF或MF符号定时抽样判决抽样判决图5.4.3 QPSK调制解调框图 同相与正交解调器彼此独立工作 第103页/共160页104/1332023/3/30例如，在上支路的相乘器之后，LPF后输出为：第104页/共160页105/1332023/3/30串/并转换基带脉冲成型抽样并/串LPFLPF第105页/共160页106/1332023/3/30QPSK的每个四元符号所包含的两个比特都独立、并行地按2PSK传输，各比特的传输误比特率均为 （相干2PSK的误比特率）。

34、所以，2.误比特性能 QPSK的误比特率为：作业：11(13.新)19(22.新)21 22第106页/共160页107/1332023/3/30*5.4.3 DQPSK信号QPSK信号的相干解调器也会出现“相位模糊”问题，同样，解决这一问题的主要方法是使用DQPSK（差分正交相移键控）。QPSK信号B方式：DQPSK信号B方式：前一码元初相（参考相位）未调载波初相（参考相位）例5.9 自学第107页/共160页108/1332023/3/30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。5.4.4 *OQPSK 与 DQPSK 限带后有了AM分量恒包络A方式：11 00

35、 10 11最大相位调变为第108页/共160页109/1332023/3/30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。经分析：相位跳变越大，限带后则AM分量越大。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,有了调幅分量。第109页/共160页11 00 10 11110/1332023/3/301.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

36、0.71.15。最大相位调变为mI(t)和 mQ(t)分量在时间上相互偏移Ts/2图5.4.7 (宽带)OQPSK信号 第110页/共160页111/1332023/3/30包络起伏：01.25恒包络的优点：允许非线性放大，效率高、易实现。包络起伏：0.71.15第111页/共160页112/1332023/3/302.DQPSK（差分正交相移键控）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。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。第112页/共160页113/1332023/3/30 例5.10

37、 假定 DQPSK系统的输入二进制序列为011010011100，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 ）。解：（1）四元符号序列：01 10 10 01 11 00 载波相位差：（2）绝对载波相位：011100101 3 3 1 2 0 第113页/共160页114/1332023/3/30QPSK延迟交替p QPSK,/4DQPSK与 OQPSK的关系调制类型最大相移AM分量bigsmallsmallestOQPSKQPSK(/4)DQPSK第114页/共160页115/1332023/3/30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

38、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。总结：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。OQPSK、的最大相位跳变都比QPSK小，从而减小了限带后波形的包络起伏。第115页/共160页116/1332023/3/305.5 基本频带调制的基本频带调制的讨论讨论第116页/共160页117/1332023/3/305.5.1 ASK与FSK的相干解调 图5.5.1 2ASK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抽样与判决BPFLPFB2B基带发送滤波器向下频移AWGN频带信道LPF或MF

39、符号定时的双边功率谱密度为1.2ASK的相干解调:第117页/共160页118/1332023/3/30(1)最佳门限：(2)最小平均误码率，LPF（相干解调时）：判决门限为 A/2MF接收时：判决门限为 AT/2 第118页/共160页119/1332023/3/30 LPF接收系统（带宽 ）：匹配滤波器接收系统：2ASK的平均码元能量：注：2ASK系统与单极性NRZ基带传输系统的抗噪性能相同第119页/共160页120/1332023/3/302.2FSK的相干解调:抽样判决LPFLPFBPFBPFW=2Bf1f0W=2B频差较大时BB第120页/共160页121/1332023/3/30

40、2B2Bpn0(f)pn1(f)第121页/共160页122/1332023/3/30抽样判决BPF MF接收时频差较小时，设 正交，。注：2FSK与2ASK的相干解调系统的误码性能相同第122页/共160页123/1332023/3/305.5.2 无码间串扰传输（如2PSK系统)双极性NRZ向上频移基带接收滤波器抽样与判决BPFLPFB2B基带发送滤波器向下频移AWGN频带信道符号定时收发基带接收滤波器()，抗AWGN+抗ISI系统fc（a）频带系统带宽0（b）基带系统带宽本振载波第123页/共160页124/1332023/3/30例5.11 电话线频带为 ,调制解调器经常取2400波特

41、率。求（1）载频为多少合理？（2）采用升余弦滤波器时，滚降系数的选取范围？（3）假定采用QPSK调制，频带利用率是多少？解：（1）载频宜于选频带的中央，（2）。因此，（3）QPSK调制下，第124页/共160页125/1332023/3/302ASK、2PSK、QPSK的已调信号谱（无ISI的升余弦谱）：QPSK时：2FSK的已调信号带宽（无ISI的升余弦谱）：第125页/共160页126/1332023/3/30解调方式频带调制制式误比特率Pb备注非相干解调2ASK2FSK2DPSK一般结论最优结果两者相同好3dB5.5.3 系统差错概率的比较表5.5.1 几种基本的频带调制信号的误比特率公

42、式 表中所有的带通滤波器带宽取理论最小值第126页/共160页127/1332023/3/30 2FSK QPSK 2ASK 2DPSK 2PSK 解调方式频带调制制式误比特率Pb备注两者相同比2PSK差 3dB表5.5.1 几种基本的频带调制信号的误比特率公式（续）MF相干解调第127页/共160页128/1332023/3/30 解调 方式相干解调 2FSK QPSK 2ASK 2DPSK 2PSK调制制式误比特率Pb带通滤波器带宽取已调信号谱零点带宽当LPF第128页/共160页129/1332023/3/30单极性基带NRZ、相干2ASK、2FSK非相干2ASK、2FSK双极性基带NR

43、Z、相干2PSK、QPSK差分相干2DPSK图 5.5.3 主要的误比特率曲线第129页/共160页130/1332023/3/30（1）误比特性能排序：（2）2PSK与QPSK性能优秀、复杂度最高的；QPSK频带最少。（3）2DPSK接近2PSK（仅 ），但没有“不确定性反相”问题。（4）2FSK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（OOK）适用于质量好的信道，设备很简单。从图中可以看到：第130页/共160页131/1332023/3/30相干解调误码率，例5.12 假定2FSK信号通过某窄带AWGN信道后采用非相干解调的误码率为 。问：（

44、1）改用相干解调的误码率是多少？（2）改用码率、载频、幅度相同的2ASK信号通过该信道时，相干与非相干解调的 是多少？（3）改用2ASK信号后，如何调整幅度，可保持 不变？解：（1）由非相干解调的 于是，第131页/共160页（2）2ASK信号的带宽比2FSK的窄，可以通过该信道。但同样幅度下 。因此，2ASK相干与相非干解调的误码率，132/1332023/3/30相同码率、载频、幅度时（3）将2ASK幅度提高为2FSK幅度的 倍可保持与2FSK同样的误码率。非相干:相干:第132页/共160页133/1332023/3/305.5.4 功率谱与带宽的讨论 功率谱有三种基本形式 (a)2AS

45、K (b)2PSK与QPSK (c)2FSK 图5.5.4 基本频带调制信号的功率谱 QPSK频带最窄f0fcf1fc1.已调信号包络为矩形时：第133页/共160页134/1332023/3/302.总的传输系统为无ISI的滤波器时：(a)2ASK (b)2PSK与QPSK (c)2FSK fcf0fcf1QPSK频带最窄f0fcf1fc功率谱有三种基本形式第134页/共160页135/1332023/3/30注意到下面几个特征：（1）有无离散载波谱线：2ASK与2FSK有，2PSK与QPSK无。（2）单载波与多载波制式：2ASK、2PSK与QPSK是单载波，2FSK信号是多载波的一种简单的

46、情形。（3）同相与正交通道：QPSK、OQPSK和 在同一个载波的同一频带上，借助相位的正交性，可以并行地传输两路信号。即QPSK、OQPSK和 在同一个频带上传输2倍于2PSK的速率。第135页/共160页136/1332023/3/30 最高频带利用率最高频带利用率（bit/s/Hz）带宽公式调制制式 2ASK2PSKQPSK2FSK表5.5.2 各种信号的带宽与与最高频带利用率取0.5Rb理论最小带宽（Hz）B：基带信号带宽第136页/共160页137/1332023/3/305.6 多元数字频带调制第137页/共160页138/1332023/3/305.6.1 MASKMASK（多元

47、幅移键控）利用正弦载波的振幅传输M元符号，是2ASK的推广。0A0A1A2A3未调载波图5.6.2 MASK信号星座图00 01 11 10第138页/共160页139/1332023/3/30图5.6.1 MASK信号的典型波形（M4）解调用包络检波器特点：比2ASK频带利用率高。但其抗噪性能更差，包络起伏大，综合性能不好。第139页/共160页140/1332023/3/30图7.4.7 MASK平均误码率曲线 第140页/共160页141/1332023/3/305.6.2 MFSK一般，M个频率要求正交如 M=4，MFSK（多元频移键控）利用正弦载波的频率传输M元符号，是2FSK的推广

48、。特点：具有恒定的包络，其频带利用率低而抗噪性能好；是M元正交调制的典型代表。第141页/共160页142/1332023/3/30图5.6.4 MFSK信号星座图（b）M=3一般，M个频率要求正交第142页/共160页143/1332023/3/30MFSK信号的波形与频谱：M=4特点：具有恒定的包络，其频带利用率低是M元正交调制的典型代表。第143页/共160页144/1332023/3/30图5.6.5 MFSK信号的包络检波器接收机图7.5.3 MFSK信号的最佳接收机M个频率正交时第144页/共160页145/1332023/3/30MFSK的误码率曲线：讨论：MFSK与MASK、M

49、PSK和QAM不同，在 一定时，误码率随M的增加反而减少。其实，当M的增加时，MFSK的带宽增大。所以，MFSK是通过利用信道带宽以换取良好的抗噪性能。抗噪性能好 第145页/共160页146/1332023/3/305.6.3 MPSKMPSK（多元相移键控）利用正弦载波的相位传输M元符号，是2PSK与4PSK的推广。特点：频带利用率高，具有恒定包络。因而，放大器的效率容易做得很高。第146页/共160页147/1332023/3/308PSK星座图：图5.6.6 MPSK的信星座图 MPSK的误码率曲线：M过大时，MPSK的误码性能下降很多。常用的主要是4PSK与8PSK系统。第147页/

50、共160页148/1332023/3/30图7.5.6 MPSK系统的误码率曲线第148页/共160页149/1332023/3/305.6.4 QAMQAM或MQAM（正交幅度调制）利用两路正交载波的多种幅度组合传输M元符号。特点：QAM 两个支路的各种幅度值彼此无关，合成信号的振幅与相位具有多种组合值，联合携带信息。QAM不具恒定包络特点。第149页/共160页150/1332023/3/30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；当M=8，16时，可以用MPSK，用其恒包络的优点当M更大时，应该首选MQA