通信原理ch数字调制系统页.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,*,*,目标要求,一、基本要求,1、,掌握,带通调制的概念及目的；,2、,掌握,2ASK信号的调制与解调基本原理，2ASK信号的功率谱密度及误码率分析；,3、,掌握,2FSK信号的调制与解调基本原理，2FSK信号的最小频率间隔、功率谱密度及误码率分析；,4、,掌握,2PSK信号的调制与解调基本原理，2PSK信号的功率谱密度及误码率分析；,1,目标要求,二、基本要求,1、,掌握,2DPSK信号的调制与解调基本原理，2DPSK信号的功率谱密度及误码率分析；,2、,熟悉,二进制数字键控传输系统性能比较；,3、,掌握,多进制数字键控的调制与解调基本原理，以及误码率分析。,2,目标要求,三、重点、难点,1、,重点：,二进制数字键控的原理和性能的理解、分析和掌握；,4PSK、4DPSK信号产生和解调的方法的理解和掌握；,16QAM信号的产生方法的理解和掌握。,2、,难点：,数字键控系统的性能分析；,相移键控原理的理解、分析和掌握。,3,主要内容,6.1,概述,6.2,二进制振幅键控（2ASK）,6.3,二进制频移键控（2FSK）,6.4,二进制相移键控（2PSK）,6.5,二进制差分相移键控（2DPSK）,6.6,二进制数字键控传输系统性能比较,6.7,多进制数字键控,小结,思考题、习题,4,6.1 概述,一、正弦形载波表达式：,或,式中，,A,振幅(V)；,f,0,频率(Hz)；,0,=2,f,0,角频率(rad/s)；,为初始相位(rad)。,5,6.1 概述,二、3种基本的调制制度：,1、振幅键控ASK,2、频移键控FSK,3、相移键控PSK,T,T,T,“1”,“1”,“0”,“1”,“1”,“0”,T,6,三、矢量表示法和矢量图,6.1 概述,返回,7,6.2 二进制振幅键控(2ASK),一、基本原理,1、表示式：,式中，,0,2,f,0,为载波的角频率；,8,2、调制方法:,相乘电路：,包络可以是非矩形的,开关电路：,包络是矩形的,相乘器,cos,0,t,s,(,t,),A,(,t,),cos,0,t,s,(,t,),A,(,t,),6.2 二进制振幅键控(2ASK),9,6.2 二进制振幅键控(2ASK),3、解调方法：,包络检波法（非相干解调）,不利用载波相位信息：,包络检波器,全波,整流,带通,滤波,低通,滤波,抽样,判决,定时脉冲,s,(,t,),A,(,t,),10,相干解调法,利用载波相位信息,：,相干载波,cos,0,t,相乘,电路,带通滤波,低通,滤波,抽样,判决,定时脉冲,s,(,t,),A,(,t,),6.2 二进制振幅键控(2ASK),11,6.2 二进制振幅键控(2ASK),二、功率谱密度,设2ASK随机信号序列的一般表示式为：,式中，,a,n,二进制单极性随机振幅；,g,(,t,)码元波形；,T,码元持续时间。,则可以计算出：,式中，,P,s,(,f,),s,(,t,)的功率谱密度；,P,A,(,f,),A,(,t,)的功率谱密度。,若求出了,P,A,(,f,),，代入上式就可以求出,P,s,(,f,)。,12,6.2 二进制振幅键控(2ASK),功率谱密度,求,PA,(,f,)：,由式(5.5-29)p101：式中，,fc,1/,T,G,1(,f,)基带信号码元,g,1(,t,)的频谱,G,2(,f,)基带信号码元,g,2(,t,)的频谱,设：单极性二进制码；g(t)是宽度为T高度为1的门函数；,0、1等概率出现，即P=1/2,则，（P101）,13,因为：,所以：,6.2 二进制振幅键控(2ASK),功率谱密度,14,6.2 二进制振幅键控(2ASK),功率谱密度,P,A,(,f,)和,P,s,(,f,)的曲线,f/f,c,P,A,(f),(a)功率谱密度,P,A,(,f,)的曲线,(b)功率谱密度,P,s,(,f,)的曲线,结论：,1.,包含连续谱和,离散谱两部分；,2ASK,=2B,b,156.2 二进制振幅键控(2ASK),三、误码率,假设：信道噪声是均值为零的高斯白噪声（一般信,道的随机噪声均属此情况）。,设在,T,内，带通滤波后的接收信号和噪声电压等于:,式中，,n,(,t,)是一个窄带高斯过程，故有（p46）,16,将上两式代入,y,(,t,)式，得到：,或,上式为滤波后的接收电压，下面用它来计算误码率。,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,17,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,1、相干解调法的误码率：,抽样判决处的电压,x,(,t,)为,式中，,n,c,(,t,)高斯过程。,18,当发送“1”时，,x,(,t,)的概率密度等于：,当发送“0”时，,x,(,t,)的概率密度等于：,h,*,P,e,0,p,0,(,x,),p,1,(,x,),P,e,1,h,A,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,19,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,令,h,为判决门限，,则,将发送的“1”错判为“0”的概率等于：,式中(p45,2.7-17)，,将“0”错判为“1”的概率等于：,h,*,P,e,0,p,0,(,x,),p,1,(,x,),P,e,1,h,A,20,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,当,P,(1)=,P,(0)时，相干解调的总误码率为：,当h值等于最佳门限值,h,*时，,解得：,故归一化最佳门限值：,其中，r为信噪比，,h,*,P,e,0,p,0,(,x,),p,1,(,x,),P,e,1,h,A,21,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,将,代入,可得到最后结果：,当信噪比,r,1时（P44,2.7-13b），,22,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,2、包络检波法的误码率,输出是其输入电压,y,(,t,)为,故其包络可表示为,可见，发“1”时带通滤波器输出的包络服从莱斯分布，发“0”时带通滤波器输出的包络服从瑞利分布。,23,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,假定判决门限值等于,h,，并规定当,V,h,时，判为收到“1”；当,V,h,时，则判为“0”。,可以计算出，当大信噪比时，误码率为：,莱斯分布,瑞利分布,h,24,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,3.比较（r1）：,相干解调法,包络检波法,（1）相干检测比非相干检测容易设置最佳判决门限电平；,（2）大信噪比时，相干检测的误码率总低于包络检波法；,（3）相干检测要插入相干载波，故设备复杂。,r,Pe,0 5 10 15 20 25,0.4,0.3,0.2,0.1,25,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,【例6.1】,设有一个2ASK信号传输系统，其中码元速率,RB,=4.8,106 Baud，接收信号的振幅,A,=1 mV，高斯噪声的单边功率谱密度,n,0=2,10-15 W/Hz。试求：1）用包络检波法时的最佳误码率；2）用相干解调法时的最佳误码率。,解,：基带矩形脉冲的带宽为1/,T,Hz。2ASK信号的带宽应该是它的两倍，即2/,T,Hz。故接收端带通滤波器的最佳带宽应为:B,2/T=2RB=9.6,106 Hz,故带通滤波器输出噪声平均功率等于:,因此其输出信噪比等于：,26,（1）包络检波法时的误码率为：,（2）相干解调法时的误码率为：,6.2 二进制振幅键控(2ASK),误码率,27,例1：设发送的二进制信息为101011001，采用2ASK方式传输。已知码元传输速率为1200B，载波频率为2400Hz：,（1）试画出2ASK信号的时间波形；,（2）试画出2ASK信号频谱结构示意图，并计算其带宽。,6.2 二进制振幅键控(2ASK),返回,28,6.3 二进制频移键控(2FSK),一、基本原理,1、表示式：,2、产生方法：,调频法：,相位连续,开关法：,相位不连续,A(,t,),开关电路,频率源1,频率源0,s,(,t,),f,1,f,0,调频器,A,(,t,),s,(,t,),“1”,“1”,“0”,T,29,6.3 二进制频移键控(2FSK),基本原理,3、接收方法：,相干接收：,定时脉冲,低通滤波,低通滤波,抽样判决,输出,带通滤波,f,0,带通滤波,f,1,输入,相乘,相乘,cos,0,t,cos,1,t,V,0,(,t,),V,1,(,t),y,1,(,t,),y,0,(,t,),30,非相干接收：,（1）包络检波法：,带通滤波,f,0,带通滤波,f,1,包络检波,包络检波,抽样判决,定时脉冲,输入,输出,V,0,(,t,),V,1,(,t,),6.3 二进制频移键控(2FSK),基本原理,31,（2）过零点检测法,带通滤波,放大限幅,低通,微分,整流,脉冲展宽,a,b,c,e,d,f,6.3 二进制频移键控(2FSK),基本原理,32,6.3 二进制频移键控(2FSK),二、功率谱密度,开关法产生的2FSK信号可以看作是,两个不同频率2ASK信号的叠加：,式中，,2ASK信号的功率谱密度可以表示为：,2FSK信号的功率谱密度是两个不同频率2ASK信号的功率谱密度之和：,33,已知2ASK信号功率谱密度为（,矩形脉冲，P=1/2,）：,将其代入下式,得到2FSK信号的,功率谱密度,为：,6.3 二进制频移键控(2FSK),功率谱密度,由上式可以看出，前4项是连续谱部分，后4项是离散谱。,34,曲线：,带宽：,f,s,f,s,=(,f,0,+,f,1,)/2,f,f,1,+,f,c,f,0,-,f,c,f,0,f,1,2,f,c,f,1,f,s,f,f,0,f,s,=(,f,0,+,f,1,)/2,f,c,f,1,+,f,c,f,0,-,f,c,f,s,=(,f,0,+,f,1,)/2,f,1,+,f,c,f,0,f,c,6.3 二进制频移键控(2FSK),功率谱密度,35,6.3 二进制频移键控(2FSK),三、最小频率间隔,在原理上，若两个信号互相正交，就可以把它完全分离。,对于非相干接收：设:2FSK信号为,36,6.3 二进制频移键控(2FSK),最小频率间隔,为了满足正交条件，要求：,即要求：,上式积分结果为：,假设，上式左端第1和3项近似等于零，则它可以化简为,37,由于,1和,0是任意常数，故必须同时有,和,上式才等于0。即要求：,和,式中，,n,和,m,均为整数。,为了同时满足这两个要求，应当令,即令,所以，当取,m,=1时是最小频率间隔，它等于1/,T,。,6.3 二进制频移键控(2FSK),最小频率间隔,38,对于相干接收：,可以令,于是，式,化简为：,因此，要求满足：,即，最小频率间隔等于1/2,T,。,6.3 二进制频移键控(2FSK),最小频率间隔,39,6.3 二进制频移键控(2FSK),四、误码率,设：接收滤波器输出电压波形为：,1、相干检测法的误码率,定时脉冲,低通滤波,低通滤波,抽样判决,输出,带通滤波,f,0,带通滤波,f,1,输入,相乘,相乘,cos,0,t,cos,1,t,V,0,(,t,),V,1,(,t,),y,1,(,t,),y,0,(,t,),40,解调方法 相干解调,（2）大信噪比时，相干检测的误码率总低于包络检波法；,第二，信号波形长时间地为连续的正（余）弦波形时，使在接收端无法辨认码元的起止时刻。,4、2FSK与2ASK信号的误码率比较：,2PSK和2ASK信号功率谱密度比较,2 多进制频移键控(MFSK),假设：当一个M进制码元发生错误时，将随机地错成其他 (M-1)个码元之一。,2 二进制振幅键控(2ASK),2 多进制频移键控(MFSK),QDPSK码变换关系:,(d)抑制载波MASK信号,V0的均值为0，方差也为n2。,7 多进制数字键控6.,实际应用中，多采用包络检波法。,7 多进制数字键控6.,7 多进制数字键控 6.,6.3 二进制频移键控(2FSK),误码率,当发送码元“1”时，通过两个带通滤波器后的两个接收电压分别为：,它们和本地载波相乘，并经过低通滤波后，得出,和,n,1,c,(,t,)和,n,0,c,(,t,)都是高斯过程，故在抽样时刻其抽样值,V,1,和,V,0,都是正态随机变量。而且，,V,1,的均值为,A,，方差为,n,2,；,V,0,的均值为0，方差也为,n,2,。,41,6.3 二进制频移键控(2FSK),误码率,当,V,1,V,0时，将发生误码，故误码率为,令(,A,+,n,1,c,-,n,0,c,)=,z,，则,z,也是正态随机变量，其均,值等于,A,，方差为,于是，有,式中，,P,e,0,和,P,e,1,相等，故总误码率为：,42,6.3 二进制频移键控(2FSK),误码率2、包络检波法的误码率,带通滤波,f,0,带通滤波,f,1,包络检波,包络检波,抽样判决,定时脉冲,输入,输出,V,0,(,t,),V,1,(,t,),43,当发送码元“1”时，抽样判决器的两个输入电压分别为,和,式中，,V,1,(,t,)频率,f,1,的码元通路信号包络（广义瑞利分布）,V,0,(,t,)频率,f,0,的码元通路信号包络（瑞利分布）。,这时误码率为：,6.3 二进制频移键控(2FSK),误码率,44,代入上式，得到：,式中，,信噪比,当发送码元“0”时，情况一样，故2FSK的总误码率为：,6.3 二进制频移键控(2FSK),误码率,45,6.3 二进制频移键控(2FSK),误码率,3、相干检测法和包络检波法的误码率比较：,在大信噪比条件下两者相差不很大。,实际应用中，多采用包络检波法。,4、2FSK与2ASK信号的误码率比较：,包络检波,2ASK：,差 3 dB,2FSK：,相干检测,2ASK：,差 3 dB,2FSK：,46,6.3 二进制频移键控(2FSK),【例6.2】,设有一2FSK传输系统，其传输带宽等于2400 Hz。2FSK信号的频率分别等于,f,0=980 Hz，,f,1=1580 Hz。码元速率,RB,=300 Baud。接收端输入的信噪比等于6dB。试求：,1.此2FSK信号的带宽；,2.用包络检波法时的误码率；,3.用相干检测法时的误码率。解】,1.信号带宽：,47,2.包络检波法的误码率：,带通滤波器的带宽应等于：,B,=2,R,B,=600 Hz,带通滤波器输入端和输出端的带宽比：,2400/600=4,带通滤波器输出端的信噪功率比：,r,=4 4 16,6.3 二进制频移键控(2FSK),48,3.相干检测法的误码率,用查表法得出：,用近似式得出：,两者基本一样。,6.3 二进制频移键控(2FSK),返回,49,一、,基本原理,1.表示式：,式中，,或,6.4 二进制相移键控(2PSK),50,2.,例：波形“1 0 1”,整数个周期：图a和c相位不连续；,多半个周期：图b和d相位连续；,上述例子说明，相邻码元的相位是否连续与相邻码元的初始相位是否相同不可混为一谈。,只有当一个码元中包含有整数个载波周期时，相邻码元边界处的相位跳变才是由调制引起的相位变化。,T,T,T,“1”,“1”,“0”,(,c,),(,d,),T,T,T,(,a,),(,b,),“1”,“0”,“1”,6.4 二进制相移键控(2PSK),基本原理,51,6.4 二进制相移键控(2PSK),基本原理,（1）相乘法：,用二进制基带不归零矩形脉冲信号,A,(,t,)去和载波相乘。,52,（2）选择法：,用开关电路去选择相位相差,的同频载波。,6.4 二进制相移键控(2PSK),基本原理,53,必须采用相干接收法。,难点：,第一，难于确定本地载波的相位 因有,分频器的相位不确定性、信道不稳定性。,第二，信号波形长时间地为连续的正（余）弦波形时，使在接收端无法辨认码元的起止时刻。,解决办法：,采用差分相移键控(DPSK)体制。,本地载波,提取,带通滤波,低通滤波,相 乘,抽样判决,V,(,t,),6.4 二进制相移键控(2PSK),基本原理,54,二、功率谱密度,由2PSK信号码元的表示式,可知，它是一个特殊的2ASK信号，其振幅分别取,A,和-,A,。,信号码元随机序列仍可以用2ASK信号的表示式表示：,式中，,为了简化公式书写，不失一般性，下面令,A,=1。,6.4 二进制相移键控(2PSK),55,6.4 二进制相移键控(2PSK),功率谱密度,直接由2ASK信号功率谱密度计算公式：,式中，,对于2PSK信号，,g,(,t,)=-,g,(,t,)，,G,1,(,f,)=-,G,2,(,f,)，因此上式变为,56,当“1”和“0”出现概率相等时，,P,=1/2，上式变为,，代入上面,P,s,(,f,)式，得到,上式中没有离散频率分量。,不能直接从接收信号中用滤波方法提取载波频率。,6.4 二进制相移键控(2PSK),功率谱密度,57,6.4 二进制相移键控(2PSK),功率谱密度,矩形脉冲的频谱为,代入上式：,得到,2PSK信号功率谱密度的最终表示式,58,2PSK和2ASK信号功率谱密度比较,2ASK信号的功率谱密度：,2PSK信号的功率谱密度：,两者带宽相同,2PSK信号没有离散分量,(,f,+,f,0,)+,(,f,-,f,0,),6.4 二进制相移键控(2PSK),功率谱密度,59,(a)2ASK信号的功率谱密度,(b)2PSK信号的功率谱密度,6.4 二进制相移键控(2PSK),功率谱密度,60,2PSK和2ASK信号波形关系,A,2,A,A,(a)2ASK,(c)载波,(b)2PSK,6.4 二进制相移键控(2PSK),功率谱密度,61,6.4 二进制相移键控(2PSK),三、误码率,抽样判决电压为,本地载波提取,带 通,滤 波,低 通,滤 波,相 乘,抽 样,判 决,V,(,t,),62,将0”错判为“1”的概率等于,将“1”错判为“0”的概率等于,由于现在,P,e,0,=,P,e,1,，总误码率为,图中左部阴影的面积等于：,因此，总误码率等于：,或,0,A,-A,P,e0,P,e1,V,6.4 二进制相移键控(2PSK),误码率,63,误码率计算公式为,相干解调法利用载波相位信息：,2ASK信号 1 b/sHz,1 0 0 1,当 V1 0，则判为“0”，即接收正确；,若,V,0，则判为“1”，即接收错误。,所以，在当前发送码元为“0”时，错误接收概率等于,77,经计算得：,其中：,当发送码元“1”时，误码率相同，故有,总误码率为,6.5 二进制差分相移键控,-,误码率,782.相干解调（极性比较）法,由上图可见，解调过程的前半部分和相干解调方法的完全一样，故现在只需考虑由逆码变换器引入的误码率。,6.5 二进制差分相移键控,误码率,本地载波 提 取,相 乘,带 通,滤 波,低 通,滤 波,抽 样,判 决,逆 码,变 换,79,逆码变换规律：,无误码时：,输出绝对码元是相邻两个,相对码元取值的模“2”和。,有1个误码时：,将产生两个误码,有2个误码时：,仍将产生两个误码,有一串误码时：,仍将产生两个误码,1 1 1 0 0 1 1 0 1(绝对码),(0)1 0 1 1 1 0 1 1 0(相对码),1 1,0,0,1,1 1 0 1(绝对码),(0)1 0,00,1 0 1 1 0(相对码),1 1,0,1,0 1 1 0 1（绝对码）,(0)1 0,0,1 1 0 1 1 0（相对码）,1 1,0,0 0 1 1 0,0,(绝对码),(0)1 0,0,0,0,1,0,0,0（相对码）,(a)无误码时,(b)有1个误码时,(c)有2个误码时,(d)有一串误码时,6.5 二进制差分相移键控,误码率,80,6.5 二进制差分相移键控(2DPSK),误码率,经计算得到：,其中，Pe为逆码变换器输出端的误码率；,Pe为逆码变换器输入端的误码率。,当,Pe,很小时，,当,Pe,很大时，即,Pe,1/2时，,所以，Pe和Pe之比在2与1之间变化，且Pe总是大于Pe，也就是说，逆码变换器总是使误码率增大。,81,相干解调（极性比较）法的最终误码率,将2PSK信号相干解调时的误码率公式,代入,得到,或,当,P,e,很小时，有,6.5 二进制差分相移键控,误码率,82,利用恒等式,上式可以改写为,或者写为：,式中，,6.5 二进制差分相移键控,误码率,83,6.5 二进制差分相移键控(2DPSK),6.5.3 误码率,服从广义瑞利分布：,服从瑞利分布：,84,由逆码变换器引入的误码率,设：,P,n,逆码变换器输入,n,个连续错码的概率，,P,e,逆码变换器输出端的误码率，则有,P,n,是刚好连续,n,个码元出错的概率。这意味着，在这出错码元串外两端的相邻码元必须是不错的码元，,式中，,P,e,为逆码变换器输入信号的误码率。将上式代入,P,e,表示式，得到：,6.5 二进制差分相移键控(2DPSK),6.5.3 误码率,85,6.5 二进制差分相移键控,-,误码率,【例6.3】,假设要求以1Mb/s的速率用2DPSK信号传输数据，误码率不超过10-4，且在接收设备输入端的白色高斯噪声的单边功率谱密度,n,0等于1,10-12W/Hz。试求：（1）采用相位比较法时所需接收信号功率；（2）采用极性比较法时所需接收信号功率。,解：,现在码元速率为1 MB。2DPSK信号的带宽和2ASK信号的带宽一样，所以接收带通滤波器的带宽等于,B,2/,T,=2106 Hz,带通滤波器输出噪声功率等于,86,采用相位比较法时,：按照要求,从而得到要求信噪比:,及要求信号功率:,6.5 二进制差分相移键控,误码率,87,采用极性比较法时：按照同样要求,即,由误差函数表查出要求：,故要求信号功率,6.5 二进制差分相移键控(2DPSK),误码率,返回,88,6.6 二进制数字键控传输系统性能比较,-6 -3 0 3 6 9 12 15 18,信噪比,r,(dB),1,10,-1,10,-2,10,-3,10,-4,10,-5,10,-6,10,-7,P,e,非相干ASK,相干ASK,非相干FSK,相干FSK,相干DPSK,非相干DPSK,PSK,89,误码率公式,式(6.4-13),相干2PSK,式(6.5-25),相干2DPSK,式(6.5-15),非相干2DPSK,式(6.3-28),相干2FSK,式(6.3-37),非相干2FSK,式(6.2-28),相干2ASK,式(6.2-49),非相干2ASK,误码率公式,键控方式,6.6 二进制数字键控传输系统性能比较,90,例：在二进制数字调制系统中，已知码元传输速率,R,B,=1MB,，接收机输入高斯白噪声的单边功率谱密度,n,0,=4*10,-16,W/Hz,，若要求解调器输出误码率,Pe 7时，两者的,区别可以忽略。,P,e,r,b,(dB),6.7 多进制数字键控,6.7.2 多进制频移键控(,M,FSK),108,基本原理：,M,PSK信号码元可以表示为,式中，,k,受调制的相位，其值决定于基带码元的取值；,A,信号振幅，为常数；,k,=1,2,M,。,令,A,=1，然后将其展开写成,式中，,由上式看出，,M,-PSK信号码元可以看作是两个正交的,M,ASK信号码元之和。因此，其带宽和后者的带宽相同。,6.7 多进制数字键控,6.7.3 多进制相移键控(,M,PSK),109,正交相移键控(QPSK),编码规则：,A,和,B,两种编码方式,格雷(Gray)码规律：,相邻,k,之间仅差1比特。,格雷码,优点,：误比特律小。,a,b,k,A方式,B方式,0,0,0,225,1,0,90,315,1,1,180,45,0,1,270,135,序号,格雷码,二进制码,1,2,3,4,0 0,0 0,0 0,1 0,0 0,1 1,0 0,0 1,0 0 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 0 1 0,5,6,7,8,0 1 0 1,0 1 1 1,0 1 1 0,0 1 0 0,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,0 1 1 1,9,10,11,12,13,14,15,16,1 1 0 0,1 1 1 0,1 1 1 1,1 1 0 1,1 0 0 1,1 0 1 1,1 0 1 0,1 0 0 0,1 0 0 0,1 0 0 1,1 0 1 01 0 1 1,1 1 0 0,1 1 0 1,1 1 1 0,1 1 1 1,01,11,00,10,45,参考相位,00,10,11,01,参考相位,(,a,)A方式,(,b,)B方式,110,6.7 多进制数字键控,6.7.3 多进制相移键控(,M,PSK),产生方法,第一种方法：相乘法,二进制码元“1”,双极性脉冲“+1”,二进制码元“0”,双极性脉冲“-1”,B,方式编码,111,cos(,0,t,+,/2)=-sin,0,t,载波,产生,相乘,电路,相乘,电路,/2,移相,串/并,变换,相加,电路,cos,0,t,A,(,t,),s,(,t,),图6.7.8 第一种QPSK信号产生方法,a,b,01,11,00,10,a(1),a(0),b(1),b(0),6.7 多进制数字键控,6.7.3 多进制相移键控(,M,PSK),112,第二种方法：选择法,串/并,变换,串/并,变换,带通,滤波,串/并,变换,1,4,3,2,a,b,6.7 多进制数字键控,6.7.3 多进制相移键控(,M,PSK),113,解调方法 相干解调,载波,提取,相乘,低通,抽判,/2,相乘,低通,抽判,并/串,A,(,t,),s,(,t,),a,b,cos,0,t,-sin,0,t,定时,提取,6.7 多进制数字键控,6.7.3 多进制相移键控(,M,PSK),114,6.7 多进制数字键控,67.3 多进制相移键控(,M,PSK),误码率,若发送信号“11”的相位为45,，则判决门限应该设在0,和90,。,设：,f,(,)接收矢量相位的概率密度，则错误概率等于：,上式计算结果为：,115,误比特率,由解调方框图可见，,正交的两路相干解调方法和2PSK中采用的解调方法一样。所以其误比特率的计算公式也和2PSK的误码率公式一样。,01,11,00,10,90,0,6.7 多进制数字键控,6.7.3 多进制相移键控(,M,PSK),116,M,PSK信号的误码率,当信噪比,r,足够大时，,P,e,r,b,（dB）,6.7 多进制数字键控,6.7.3 多进制相移键控(,M,PSK),117,基本原理,以4进制DPSK(QDPSK)信号为例,表中,k,是相对于前一相邻码元的相位变化,a,b,k,A方式,0,0,0,1,0,90,1,1,180,0,1,270,6.7 多进制数字键控,6.7.4 多进制差分相移键控(,M,DPSK),118,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”,a,b,c,d,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,/4,A方式编码,6.7 多进制数字键控,6.7.4 多进制差分相移键控(,M,DPSK),119,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,a,k,b,k,k,c,k,-1,d,k,-1,k,-1,c,k,d,k,k,0 0,0,0 0,1 0,1 1,0 1,0,90,180,270,0,1 0,1 1,0 1,0,90,180,270,1 0,90,0 0,1 0,1 1,0 1,0,90,180,270,1 0,1 1,0 1,0 0,90,180,270,0,1 1,180,0 0,1 0,1 1,0 1,0,90,180,270,1 1,0 1,0 0,1 0,180,270,0,90,0 1,270,0 0,1 0,1 1,0 1,0,90,180,270,0 1,0 0,1 0,1 1,270,0,90,180,QDPSK码变换关系:,120,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6.7.15 A方式QDPSK信号解调方法,b,a,c,d,A,(,t,),-,/4,相乘,电路,相乘,电路,/4,s,(,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(,M,DPSK),121,6.7 多进制数字键控,6.7.4 多进制差分相移键控(,M,DPSK),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：,122,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：,6.7 多进制数字键控,6.7.4 多进制差分相移键控(,M,DPSK),123,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,c,k,和,d,k,，当前输出码元为,a,k,和,b,k,，前一输入码元为,c,k,-1,和,d,k,-1,。,信号码元相位,k,上支路输出,下支路输出,判决器输出,c,D,0,90,180,270,0,1,1,0,0,0,1,1,6.7 多进制数字键控,6.7.4 多进制差分相移键控(,M,DPSK),124,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,c,k,-1,d,k,-1,c,k,d,k,a,k,b,k,0,0,0,0,1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,0,1,1,0,0,1,0,0,1,1,0,1,1,0,1,0,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,1,0,0,QDPSK逆码变换关系,125,6.7 多进制数字键控,6.7.4 多进制差分相移键控(,M,DPSK),上表中的码元关系可以分为两类：,当 时，,当 时，,126,从上两式中画出逆码变换器的原理方框图如下：,交,叉,直,通,电,路,b,k,a,k,d,k,-1,延迟T,延迟T,d,k,c,k,d,k,-1,c,k,-1,6.7 多进制数字键控,6.7.4 多进制差分相移键控(,M,DPSK),127,相位比较法,A,(,t,),-,/4,相乘,电路,相乘,电路,/4,s,(,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,6.7 多进制数字键控,6.7.4 多进制差分相移键控(,M,DPSK),128,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,P,e,r,b,（dB）,6.7 多进制数字键控,6.7.4 多进制差分相移键控(,M,DPSK),129,6.7 多进制数字键控,6.7.5 振幅相位联合键控(APK),APK信号的振幅和相位独立地同时受到调制：,式中，,k,=整数；,A,k,和,k,分别可以取多个离散值。,上式可以展开为,令,X,k,=,A,k,cos,k,Y,k,=-,A,k,sin,k,从上式看出，,s,k,(,t,)可以看作是两个正交的振幅键控信号之和,代入上式，得到,130,若,k,值取0,和90A,k,值取+,A,和-,A,，则,APK信号,QPSK信号 4QAM信号,6.7 多进制数字键控,6.7.5 振幅相位联合键控(APK),131,M,QAM,又称星座调制,(c)64QAM信号矢量图,(d)256QAM信号矢量图,01,11,00,10,A,k,k,(a)4QAM信号矢量图,(b)16QAM信号矢量图,6.7 多进制数字键控,6.7.5 振幅相位联合键控(APK),132,16QAM信号的产生方法,正交调幅法,复合相移法,A,M,(a)正交调幅法(b)复合相移法,A,M,A,M,图6.7.20 16QAM信号的产生方法,6.7 多进制数字键控,6.7.5 振幅相位联合键控(APK),133,6.7 多进制数字键控,6.7.5 振幅相位联合键控(APK),16QAM信号和16PSK信号的误码率,图6.7.21 16QAM和16PSK信号的矢量图,A,M,A,M,(a)16QAM,(b)16PSK,134,16PSK信号的相邻点距离：,16QAM信号的相邻点距离：,6.7 多进制数字键控,6.7.5 振幅相位联合键控(APK),按上两式计算，,d,2超过,d,1约1.57 dB，但没有考虑两者的平均功率差别。,在平均功率相等条件下，16QAM比16PSK信号的噪声容限大4.12 dB。,135,6.7 多进制数字键控,6.7.6 多进制数字键控实用系统举例,几种调制解调器采用的调制体制的星座图和频谱 ：,一种改进的9600 b/s速率方案,图6.7.23 改进的16QAM方案,返回,136,小结,1.带通调制的概念及目的;,2.2ASK信号的调制与解调基本原理，,2ASK信号的功率谱密度及误码率分析;,3.2FSK信号的调制与解调基本原理，,2FSK信号的最小频率间隔、功率谱密度,及误码率分析;,4.2PSK信号的调制与解调基本原理，,2PSK信号的功率谱密度及误码率分析;,5.2DPSK信号的调制与解调基本原理，,2DPSK信号的功率谱密度及误码率分析,137,思考题、习题,习题：,138,