《通信原理》第7章数字调制系统(7.45)解析ppt课件.ppt
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1、通信原理通信原理第第7 7章章 数字带通传输(数字带通传输(7.4-57.4-5)主 讲:江金龙E-mail:九江学院电子工程学院第1页,共52页。第7章 数字带通传输概要:概要:7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理 7.4.1 多进制振幅键控(多进制振幅键控(MASK)7.4.2 多进制频移键控(多进制频移键控(MFSK)7.4.3 多进制相移键控(多进制相移键控(MPSK)7.4.4 多进制差分相移键控(多进制差分相移键控(MDPSK)7.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能多进制数字调制系统的抗噪声性能 第2页,共52页。第7章 数字带通传输7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制
2、原理 为了提高频带利用率,最有效的办法是为了提高频带利用率,最有效的办法是使一个码元传输多使一个码元传输多个比特的信息。个比特的信息。由由7.3节中的讨论得知,各种键控体制的节中的讨论得知,各种键控体制的误码率误码率都决定都决定于信噪比于信噪比r。它还可以改写为它还可以改写为码元能量码元能量E和噪声单边功率谱密度和噪声单边功率谱密度n0之比:之比:0nEr/推理如下:推理如下:第3页,共52页。第7章 数字带通传输 222nar20nn B代入:代入:1sBT2002saTErnn带通系统:带通系统:(带宽码元速率)(带宽码元速率)基带系统:基带系统:(带宽(带宽1/2码元速率)码元速率)第4
3、页,共52页。第7章 数字带通传输 设多进制码元的进制数为设多进制码元的进制数为M,码元能量为,码元能量为E,一个码元中包,一个码元中包含信息含信息k比特,则有比特,则有k=log2M 若码元能量若码元能量E平均分配给每个比特,则平均分配给每个比特,则每比特的能量每比特的能量Eb等于等于E/k。故有。故有00/bbEE krrnnk 在研究不同在研究不同M值下的错误率时,适合用值下的错误率时,适合用rb为单位来为单位来比较不比较不同体制的性能优劣同体制的性能优劣。比特信噪比比特信噪比第5页,共52页。第7章 数字带通传输7.4.1 多进制振幅键控多进制振幅键控(MASK)多进制振幅键控又称多进
4、制振幅键控又称多电平调制多电平调制优点:优点:MASK信号的带宽和信号的带宽和2ASK信号的信号的带宽相同带宽相同,故单位频带,故单位频带的信息传输速率高,即的信息传输速率高,即频带利用率高。频带利用率高。如:如:基带信号是基带信号是多进制多进制单极性单极性不归零脉冲不归零脉冲:第6页,共52页。第7章 数字带通传输(b)MASK信号(a)基带多电平单极性不归零信号0010110101011110000t0t0101101010111100第7页,共52页。第7章 数字带通传输基带信号是基带信号是多进制多进制双极性双极性不归零脉冲:不归零脉冲:0101101010111100000t(c)基带
5、多电平双极性不归零信号00000t01011010101111(d)抑制载波MASK信号第8页,共52页。第7章 数字带通传输7.4.2 多进制频移键控多进制频移键控(MFSK)4FSK信号波形举例信号波形举例(a)4FSK信号波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b)4FSK信号的取值第9页,共52页。第7章 数字带通传输MFSK信号的带宽信号的带宽式中式中:f1 最低载频 fM 最高载频 f 单个码元的带宽B=fM-f1+f第10页,共52页。第7章 数字带通传输MFSK非相干解调器的原理方框图非相干解调器的原理方框图V1(t)抽样判决带通滤波f1包络检波带通滤波
6、fM包络检波输入输出VM(t)定时脉冲带通滤波f2包络检波.第11页,共52页。第7章 数字带通传输7.4.3 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)基本原理基本原理一个一个MPSK信号码元可以表示为信号码元可以表示为式中,式中,A 常数,常数,k 一组间隔均匀的受调制相位一组间隔均匀的受调制相位它可以写为它可以写为通常通常M 取取2的整数次幂。的整数次幂。MktAtskk,2,1)cos()(0MkkMk,2,1),1(22pM 第12页,共52页。第7章 数字带通传输 在下图中示出当在下图中示出当M=8时,时,k取值的一例。图中示出当发取值的一例。图中示出当发送信号的相位为送信号的相位为
7、 1=0时,能够正确接收的相位范围在时,能够正确接收的相位范围在/8内。内。图7-34 8PSK信号相位MkkMk,2,1),1(2第13页,共52页。第7章 数字带通传输 对于对于MPSK信号,信号,不能简单地不能简单地采用一个采用一个相干载波相干载波进行相进行相干解调。例如,若用干解调。例如,若用cos2 f0t作为相干载波时,因为作为相干载波时,因为cos k=cos(2-k),使,使解调存在模糊解调存在模糊。这时。这时需要用两个正交的相干载需要用两个正交的相干载波解调波解调.第14页,共52页。第7章 数字带通传输可以将可以将MPSK信号码元表示式展开写成信号码元表示式展开写成0000
8、0()cos()coscossinsincossinkkkkkksttttatbtcoskkakkbsin式中式中 上式表明,上式表明,MPSK信号码元信号码元sk(t)可以看作是由正弦和余弦可以看作是由正弦和余弦两个正交分量合成的信号两个正交分量合成的信号,并且,并且ak2+bk2=1。因此,其。因此,其带宽带宽和和MASK信号的带宽相同信号的带宽相同。第15页,共52页。第7章 数字带通传输本节下面主要以本节下面主要以M=4为例,对为例,对4PSK作进一步的分析作进一步的分析.(1)正交相移键控)正交相移键控(QPSK)先介绍先介绍格雷格雷(Gray)码码 4PSK信号每个码元含有信号每个
9、码元含有2 比特的信息,现比特的信息,现用用ab代表这两个比特代表这两个比特。两两个比特有个比特有4种组合种组合,即,即00、01、10和和11。它们。它们和相位和相位 k之间的关系之间的关系通常都通常都按格雷码的规律安排,如下表所示按格雷码的规律安排,如下表所示第16页,共52页。第7章 数字带通传输 abk0090010112701018001001011参考相位图7-35 QPSK信号的矢量图QPSK信号矢量图信号矢量图QPSK信号的编码信号的编码(格雷码)(格雷码)第17页,共52页。第7章 数字带通传输 格雷码的好处格雷码的好处在于在于相邻相位所代表的两个比特只有一位相邻相位所代表的
10、两个比特只有一位不同不同。由于因相位误差造成错判至相邻相位上的概率最大,。由于因相位误差造成错判至相邻相位上的概率最大,故这样编码使之故这样编码使之仅造成一个比特误码的概率最大仅造成一个比特误码的概率最大。第18页,共52页。第7章 数字带通传输多位格雷码的编码方法:多位格雷码的编码方法:序号 格雷码 二进码00 0 0 0000010 0 0 1000120 0 1 100103 0 0 1 000114 0 1 1 001005 0 1 1 101016 0 1 0 101107 0 1 0 001118 1 1 0 010009 1 1 0 1 100110 1 1 1 1 101011
11、 1 1 1 0101112 1 0 1 0110013 1 0 1 1110114 1 0 0 1111015 1 0 0 01111格雷码又称反射码。格雷码又称反射码。第19页,共52页。第7章 数字带通传输码元相位关系:码元相位关系:k称为称为初始相位初始相位,常简称为相位,而把,常简称为相位,而把(0t+k)称为信号称为信号的的瞬时相位瞬时相位 当码元中当码元中包含整数个载波周期包含整数个载波周期时,时,初始相位相同的相初始相位相同的相邻码元邻码元的的波形和瞬时相位才是连续的波形和瞬时相位才是连续的,如下图:,如下图:(a)波形和相位连续TT第20页,共52页。第7章 数字带通传输 若
12、每个码元中的若每个码元中的载波周期数不是整数载波周期数不是整数,则,则即使初始相位即使初始相位相同相同,波形和瞬时相位也可能不连续波形和瞬时相位也可能不连续,如左图:,如左图:(b)波形和相位不连续TT或者波形连续而相位不连续,如右图。或者波形连续而相位不连续,如右图。(c)波形连续相位不连续TT第21页,共52页。第7章 数字带通传输 在码元边界,当在码元边界,当相位不连续时相位不连续时,信号的,信号的频谱将展宽频谱将展宽,包包络也将出现起伏络也将出现起伏。在后面讨论各种调制体制时,还将遇到这个问题。并且有在后面讨论各种调制体制时,还将遇到这个问题。并且有时将时将码元中包含整数个载波周期的假
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