现代通信原理(10-2)资料

2020/2/161现代通信原理第十章数字信号的载波传输(2)2020/2/16210.3二进制数字调制的误比特率对于二进制的数字调制2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK；采用相干解调或非相干解调的解调方式。都有不同的误码率计算公式。2020/2/163§10.3.1二进制最佳接收的误比特率假设二进制调制信号由S1(t)和S2(t)两种波形组成。再生判决前，S1(t)的均值为m1，S2(t)的均值为m2判决前的噪声功率：dHniy)(||21222020/2/164用最大似然准则判断，似然函数}2/])([exp{21}2/])([exp{2122222211ySysySysmTyfmTyf最佳判决电平221mmd2020/2/165总误码比特：2222112121)()()()(mmmmssbdyyfSPdyyfSPP令ES1、ES2分别为S1(t)、S2(t)在一个码元周期内（0tTS）的能量。dttSEdttSESSTSTS)()(022202112020/2/166为相关系数，表示两个波形的相似程度。21012)()(SSTEEdttStSS最小误比特率Pb0212122nEEEEQpSSSSb若ES1=ES2=Eb)1(0nEQpbb2020/2/1671、对于2ASKdttSEESTSS)(020221ScTttAtsts0cos)(0)(210表示两个波形的相似程度为0若ES1=ES2=Eb02,nEQpbASKb2020/2/1682、对于2PSKScSbScSbTttTEtsTttTEts0cos2)(0cos2)(211coscos2cos2cos2cos2cos202020202202202SSSSSSTcTcSbTcSbTcSbTcSbTcSbtdttdtTEtdtTEtdtTEtdtTEtdtTE2020/2/169002,2)1(nEQnEQpbbPSKb2020/2/16103、对于2FSK经过推导：02,nEQpbFSKbEb/n0是单比特的平均信号能量与单边噪声谱密度之比，与S/N有一定的换算关系。综上所述，在相同信噪比的条件下，2PSK比2ASK和2FSK的误码率小。2020/2/161110.3.3信噪比、Eb/n0和带宽1、信噪比和Eb/n0之间的关系BRnENSbb0S/N是信号平均功率与噪声平均功率之比。Rb/B是单位带宽的比特率。2020/2/16122、带宽的几种定义（1）半功率（3dB)带宽（B1）在信号功率下降到最大值一半的的两个频点之差。（2）等效噪声带宽（B2）以功率谱峰值为高度，等效噪声带宽为宽度的矩形面积应等于总的信号功率（3）谱零点带宽（B3）以功率谱的主瓣为宽度。2020/2/1613（4）功率比例带宽（B4）以带外信号功率占总功率的某一百分比来定义。（5）最低功率谱密度带宽（B5）以最小功率谱密度低于峰值多少分贝来定义。几种不同定义带宽的示意图见下页。2020/2/16142020/2/161510.4.多进制数字调制对于二进制调制，能发送的符号有两种，一个波形周期（0，TS）内只能发送一个二进制符号。频带利用率只能达到2b/S/HZ。对于高速传输，为了提高频带利用率，多采用多进制调制方法，在一个波形周期（0，TS）内发送多个二进制符号。频带利用率能成倍增加。如4PSK（QPSK），载波有（0，/2，，3/2）四种不同的初相，可以在一个波形周期（0，TS）内发送2个二进制符号（00，01，10，11）。频带利用率能达到4b/S/HZ。2020/2/16168PSK，载波有（0，/4，/2，3/4，，5/4，3/2，7/4）八种不同的初相，可以在一个波形周期（0，TS）内发送3个二进制符号（000，001，010，011，100，101，110，111）。频带利用率能达到6b/S/HZ。还有16PSK、32PSK，由于用载波的一个周期可以一次传输多位的二进制代码，提高了频带利用率，可用于高速系统。2020/2/161710.4.1多进制幅度键控(MASK)载波幅度有M种取值，（0，TS）间可以发送一种幅度的载波信号，含有n位二进制信息，M=2n2020/2/161810.4.多进制相移键控(MPSK)1、MPSK的表述：对于矩形包络的MPSK，已调信号的时域表达式：)](cos[)(2)(ntnTtretTEtScSnSSMPSKES-单位符号的信号能量TS-周期（n)为载波初相，对于不同进制调制，有不同的取制，见下图2020/2/1619PSK信号的矢量图2020/2/1620已调信号经过和角展开)(2)(sinsin)(2)(coscos)](cos[)(2)(SnSScSnSSccSnSSMPSKnTtretTEntnTtretTEntntnTtretTEtS2020/2/1621MPSK信号可看作两个正交载波进行MASK调制后信号的叠加。)(sin2)(cos2nTEbnTEaSSnSSn)(sin)(cosSnncSnncMPSKnTtretbtnTtretatS令MPSK信号可以用矢量图来描述，以00载波作为参考矢量，多进制数用一组圆周上等距的点来表示。如图10-33所示。称为星座图。2020/2/16222020/2/16232.MPSK的调制方式：主要有以下三种:1、正交调制法2、相位选择法3、脉冲插入法1、正交调制法QPSK（4PSK），是最常用的MPSK，分为/2系统和/4系统两种。各自的调制方框图如下。其中串/并变换电路将QPSK调制的两位编码按比特分开，走上下两路，各自去调制相互正交的正弦波，再进行矢量合成。2020/2/1624/2系统：四个初相为（0，/2，，3/2）2020/2/1625/4系统：四个初相为（/4，3/4，5/4，7/4）2020/2/16268PSK的调制2020/2/16273比特码被分成三路。b1,b21组合决定了合成矢量的象限，b1b2=11，合成矢量在第一象限；b1b2=01，合成矢量在第二象限。b1b2=00，合成矢量在第三象限。b1b2=10，合成矢量在第四象限。B3控制了电平产生器的输出幅度，当b3=1，I路电平幅度为0.924Q路电平幅度为0.382b3=0，I路电平幅度为0.382Q路电平幅度为0.9242020/2/1628合成结果:2020/2/16292、相位选择法2020/2/16303、脉冲插入法主振频率振荡在4倍频上，2020/2/1631推动脉冲：使第二次分频后倒相，相当于相移/2推动脉冲：使第一次分频后倒相，相当于相移/2。当b1b2=11，逻辑控制电路既不产生推动脉冲又不产生/2推动脉冲，使载波初相为0。当b1b2=10，逻辑控制电路不产生推动脉冲只产生/2推动脉冲，使载波初相为/2。当b1b2=00，逻辑控制电路将不产生/2推动脉冲只产生推动脉冲，使载波初相为。当b1b2=01，逻辑控制电路将既产生推动脉冲又产生/2推动脉冲，使载波初相为3/2。2020/2/16323.MPSK的解调（1）、QPSK的解调2020/2/1633采用了相关滤波器，上支路与同相信号匹配，下支路与正交信号匹配。位定时恢复信号确定了匹配滤波的积分界限。并/串转换电路将发送时分开的比特进行间插。2020/2/16342020/2/16358PSK的解调2020/2/16361、根据信号所在的相限来判决b1b2的值。2、根据信号在=-/4的一组正交轴上的投影来判决b3的值。2020/2/163710.4.3多进制数字调频(MFSK)SMFSK(t)=Acosωiti=0,1,…M-1发送端2020/2/1638接收端2020/2/163910.4.4幅相结合的多进制调制（MQAM）1、正交幅度调制（1）、单独的幅度键控ASK，在矢量图上只利用了坐标轴上的点。（2）、单独的相移键控PSK，在矢量图上只利用了圆周上的点。当M增多，点会越来越密，误码也会随之增加，所以要充分利用平面，将矢量点合理分布，引出幅度和相位结合的多进制调制方式MQAM。2020/2/16401、MQAM和MPSK的性能比较如图所示16PSK和16QAM。设d为星座图上两点间的距离，设在r=1的圆内有有M个点。有：)sin(2MdMPSK12MdMQAM当M=4时，MQAMMPSKMQAMMPSKdddd21422)4sin(22020/2/1641星座图当M4时，MQAMMPSKdd距离越大，抗误码性能越好。2020/2/16421.时域表达式2.多电平QAM信号的产生2020/2/1643QAM信号产生原理2、QAM信号的调制和解调方式2020/2/164416QAM的星座矢量图2020/2/164510.5几种新型数字调制方法介绍（1）偏移四相相移键控（OQPSK）由于信号输入的随机性，QPSK四个信号点的任何过渡都是可能的。00---11，11---00，10---01，01---10，都是对角线过渡（在星座图上），造成1800过渡点。当通过窄带传输后，这一点将造成最大的包络起伏，如图所示。包络起伏将造成信号频谱扩展，对相邻信道信号产生干扰，所以QPSK不是理想的调制方式。2020/2/16462020/2/1647采取恒包络调制，在QPSK中就是要消除对角线过渡。OQPSK属于恒包络调制，调制方框如图所示。2020/2/1648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。2020/2/1649（2）最小频移键控（MSK）另一种恒包络调制形式MSK，源于FSK。对于利用两个独立的振荡源产生的FSK信号，通常情况下在频率转换点上的相位不连续，如图所示。相位不连续点由于变化快（频率高），通过限带系统的滤波后将产生功率损失，在功率谱上产生包络起伏，为克服上述缺点，需控制相位的连续性。2020/2/1650MSK是2FSK的一种特殊情况，它具有正交信号的最小频差，在相邻符号交界处相位保持连续。连续相位的2FSK信号表示为：)](2cos[)(ttfAtScMSK2020/2/1651式中为随时间连续变化的相位。当脉冲时宽为TB，对于频率分别是f1和f2的2FSK，要满足连续相位条件，就要求在一个码元期间，频率差而产生的相位差为1800的整数倍。有下式成立：)(tnTffB12222020/2/1652最小频移键控（MSK）若频差产生的相移在1个脉宽内能保证是，就能保证波形的连续性。能保证波形连续的最小频差称为最小频差。n2020/2/1653即正交最小频差BTfff2112设)(2121fffCMSK信号可以表示为:bbncMSKTtTtptfAtS0)],0(22cos[)(式中1np分别表示二进制信息“1”和“0”2020/2/1654由上式可知，MSK信号在每个信息比特间隔内载波相位变化+900或-900，取决于二进制信息“1”或“0”，假设初相为0，相位随时间变化的规律可用如下图所示的网格图表示，图中粗线所对应的信息序列为1101000。2020/2/1655MSK信号也可以看成是一种特殊类型的OQPSK。在MSK中，OQPSK的两路基带信号的矩形脉冲被正弦形脉冲所取代，可以表示为：]2sin)(2