通信原理―基本的数字调制系统16讲

《通信原理课件》6.4多进制数字调制系统回顾第一章，考虑多进制通信有什么优势？与二进制调制方式相比，多进制调制方式的特点（1）在相同码元速率下，多进制数字调制系统的信息传输速率高于二进制数字调制系统；（2）在相同的信息速率下，多进制数字调制系统的码元传输速率低于二进制调制系统。采用多进制数字调制的缺点是设备复杂，判决电平增多，误码率高于二进制数字调制系统。《通信原理课件》6.4.1多进制幅移键控（MASK）1、MASK的时域表达M进制幅移键控信号中，载波幅度有M种，而在每一码元间隔sT内发送一种幅度的载波信号，MASK的时域表达式为()[()]cos()cosMASKnsccnStagtnTtstt（6.86）式中1230121nMPPaPMP概率为概率为概率为概率为且有121MPPP《通信原理课件》图6-23MASK的调制波形《通信原理课件》由于基带信号的频谱宽度与其脉冲宽度有关，而与其脉冲幅度无关，所以MASK信号的功率谱的分析同2ASK。其带宽为222MASKsBsBfRT所以，系统码元频带利用率为1(/)2BRBaudHzB系统信息频带利用率为2log[/(.)]bBRRMbitsHzBB《通信原理课件》2、MASK系统的抗噪声性能MASK抗噪声性能的分析方法与2ASK系统相同。有相干解调和非相干解调两种方式。若M个振幅出现的概率相等，当采用相干解调和最佳判决门限电平时，系统总的误码率为1/2213(1)()1eMASKPerfcrMM（6.90）式中，M为进制数或幅度数；r为信号平均功率与噪声功率之比。《通信原理课件》图6-24MASK系统的性能曲线《通信原理课件》6.4.2多进制频移键控（MFSK）多进制数字频移键控是用多个频率的正弦振荡分别代表不同的数字信息。《通信原理课件》MFSK系统可看做是M个振幅相同，载波频率不同，时间上互不相容的2ASK信号的叠加，故带宽为22MFSKHLsHLBBfffffR（6.91）式中，Hf为最高载频；Hf为最低载频；1/BsRT为多进制码元速率。MFSK抗噪声性能的分析方法与2FSK系统相同，有相干解调和非相干解调两种方式。《通信原理课件》图6-26MFSK系统的性能曲线《通信原理课件》由图可见，第一：M一定时，r越大，误码率越小；r一定时，M越大，误码率越大；第二：同一M下的每对相干和非相干曲线将随信噪比r的增加而趋于同一极限值，即相干解调与非相干解调性能之间的差距将随M的增大而减小。《通信原理课件》6.4.3多进制相移键控多进制数字相移键控又称多相制，是二进制相移键控方式的推广，也是利用载波的多个不同相位（或相位差）来代表数字信息的调制方式。它和二进制一样，也可分为绝对移相和相对移相。通常，相位数用kM2计算，分别与k位二进制码元的不同组合相对应。《通信原理课件》1、多进制绝对移相（MPSK）M相调制波形可写为如下表达式：()()cos()()cos()sinMPSKsckkksckscStgtkTtagtkTtbgtkTt（6.92）其中，k为受调相位，可以有M种不同取值。kkacos；kkbsin。从上式可见，多相制信号既可以看成是M个幅度及频率均相同、初相不同的2ASK信号之和，又可以看成是对两个正交载波进行多电平双边带调制所得的信号之和。《通信原理课件》带宽与MASK带宽相同222MPSKsBsBfRT（6.93）其中BR是多进制码元速率。此时其信息速率与MASK相同，是2ASK及2PSK系统的2logM倍。也就是说，MPSK系统的信息频带利用率是2PSK的2logM倍。《通信原理课件》图6-27多进制的两种矢量图《通信原理课件》四相相移键控4PSK(QPSK)四相制是用载波的4种不同相位来表征数字信息。由于4种不同相位可代表4种不同的数字信息，因此，对输入的二进制数字序列先进行分组，将每两个比特编为一组，可以有四种组合（00，10，11，01），然后用载波的四种相位来分别表示它们。《通信原理课件》图6-28调相法产生B方式4PSK信号4PSK的产生方法可采用调相法和相位选择法。图6-28所示为调相法产生B方式4PSK信号的原理框图。《通信原理课件》图6-29相位选择法产生4PSK信号《通信原理课件》由于四相绝对移相信号可以看作是两个正交2PSK信号的合成，对应图6-28B方式的4PSK信号的解调，可采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调。用两个正交的相干载波分别对两路2PSK进行相干解调。《通信原理课件》2、多进制的相对移相(MDPSK)以四进制相对相移信号4DPSK为例进行讨论。所谓四相相对移相调制是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。若以前一码元相位作为参考，并令k作为本码元与前一码元的初相差，信息编码与载波相位变化关系仍可采用表6.4-1来表示，它们之间的矢量关系也可用图6-27表示。不过，这时表6.4-1中的k应改为k；图6-27中的参考相位应是前一码元的相位。abkA方式00010901118001270《通信原理课件》产生方法相乘的信号应该是不归零二进制双极性矩形脉冲“+1”和“-1”，对应关系是：二进制码元“0”“＋1”二进制码元“1”“－1”abcd码变换相加电路s(t)A(t)串/并变换-/4载波产生相乘电路相乘电路/4A方式编码《通信原理课件》当前输入的一对码元及要求的相对相移前一时刻经过码变换后的一对码元及所产生的相位当前时刻应当给出的变换后一对码元和相位akbkkck-1dk-1k-1ckdkk000001011010901802701010110109018027010900010110109018027010110100901802700111800010110109018027011010010180270090012700010110109018027001001011270090180QDPSK码变换关系:《通信原理课件》解调方法极性比较法和QPSK信号极性比较法解调相似，只多一步逆码变换，将相对码变成绝对码。图6.7.15A方式QDPSK信号解调方法bacdA(t)-/4相乘电路相乘电路/4s(t)低通滤波低通滤波抽样判决抽样判决并/串变换逆码变换定时提取载波提取6.7多进制数字键控－6.7.4多进制差分相移键控(MDPSK)《通信原理课件》6.7多进制数字键控－6.7.4多进制差分相移键控(MDPSK)码变换原理设第k个接收信号码元可以表示为相乘电路的相干载波上支路：下支路：)cos()(0kkttsTktkT)1()4cos(0t)4cos(0t《通信原理课件》相乘电路输出：上支路：下支路：经过低通滤波后，上支路：下支路：)4cos(21)4(2cos21)4cos()cos(000kkkttt)4cos(21)4(2cos21)4cos()cos(000kkkttt)4cos(21k)4cos(21k6.7多进制数字键控－6.7.4多进制差分相移键控(MDPSK)《通信原理课件》判决规则：“＋”二进制码元“0”“－”二进制码元“1”判决输出将送入逆码变换器恢复出绝对码。设逆码变换器的当前输入码元为ck和dk，当前输出码元为ak和bk，前一输入码元为ck-1和dk-1。信号码元相位k上支路输出下支路输出判决器输出cD090180270＋－－＋＋＋－－011000116.7多进制数字键控－6.7.4多进制差分相移键控(MDPSK)《通信原理课件》前一时刻输入的一对码元当前时刻输入的一对码元当前时刻应当给出的逆变换后的一对码元ck-1dk-1ckdkakbk000011011000110110010011011010010011110011011011001001100011011001101100QDPSK逆码变换关系《通信原理课件》6.7多进制数字键控－6.7.4多进制差分相移键控(MDPSK)上表中的码元关系可以分为两类：当时，当时，011kkdc11kkkkkkddbcca111kkdc11kkkkkkccbdda《通信原理课件》从上两式中画出逆码变换器的原理方框图如下：6.7多进制数字键控－6.7.4多进制差分相移键控(MDPSK)交叉直通电路bkakdk-1延迟T延迟T＋＋dkckdk-1＋ck-1《通信原理课件》相位比较法6.7多进制数字键控－6.7.4多进制差分相移键控(MDPSK)A(t)-/4相乘电路相乘电路/4s(t)低通滤波低通滤波抽样判决抽样判决并/串变换定时提取延迟T《通信原理课件》误码率在大信噪比条件下，误码率计算公式为当M=4时，上式变成)2/(sin22MreeP)8/(sin22reePPerb（dB）6.7多进制数字键控－6.7.4多进制差分相移键控(MDPSK)《通信原理课件》[例6.4.1]设发送数字信息序列为101100100100，双比特码元与载波相位的关系如表6.4-1所示，已知双比特码组的宽度为sT，载波周期也为sT。请画出4PSK、4DPSK信号A、B两种方式的波形。解：根据A方式和B方式对载波相位的不同要求，可分别画出4PSK信号和4DPSK信号的两种可能波形如图6-31所示。《通信原理课件》图6-314PSK、4DPSK信号的调制波形