1、2018/10/29,1,现代通信原理,西南科技大学信控学院 YAOYCH263.NET,2018/10/29,2,现代通信原理,第十章 数字信号的载波传输(2),2018/10/29,3,10.3 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。,2018/10/29,4,10.3.1 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：,2018/10/29,5,似然函数,最
2、佳判决电平,2018/10/29,6,总误码比特：,令ES1、ES2分别为S1(t)、 S2(t)在一个码元周期内 （0tTS）的能量。,2018/10/29,7,为相关系数，表示两个波形的相似程度。,最小误比特率Pb,若ES1=ES2=Eb,2018/10/29,8,1、对于2ASK,表示两个波形的相似程度为0,若ES1=ES2=Eb,2018/10/29,9,2、对于2PSK,2018/10/29,10,2018/10/29,11,3、对于2FSK经过推导：,Eb/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
3、 和2FSK的误码率小。,2018/10/29,12,10.3.3 信噪比、 Eb/n0和带宽1、信噪比和 Eb/n0之间的关系,S/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。,2018/10/29,13,2、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。,2018/10/29,14,（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
4、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。,2018/10/29,15,2018/10/29,16,10.4.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。,2018/10/
5、29,17,8PSK，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。,2018/10/29,18,10.4.1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=2n,2018/10/29,19,10.4.多进制相移键控(MPSK
6、),1、MPSK的表述： 对于矩形包络的MPSK，已调信号的时域表达式：,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,2018/10/29,20,PSK 信号的矢量图,2018/10/29,21,已调信号经过和角展开,2018/10/29,22,MPSK信号可看作两个正交载波进行MASK调制后信号 的叠加。,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。,2018/10/29,23,2018/10/29,24,2.MPSK的调制方式：主要有以下三种:1、正
7、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。,2018/10/29,25,/2系统：四个初相为（0， /2， ， 3/2）,2018/10/29,26,/4系统：四个初相为（ /4 ， 3/4， 5/4， 7/4）,2018/10/29,27,8PSK的调制,2018/10/29,28,3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；b1
8、b2=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0.924,2018/10/29,29,合成结果:,2018/10/29,30,2、相位选择法,2018/10/29,31,3、脉冲插入法,主振频率振荡在4倍频上，,2018/10/29,32,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
9、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 。,2018/10/29,33,3.MPSK的解调 （1）、QPSK的解调,2018/10/29,34,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。,2018/10/29,35,2018/10/29,36,8PSK的解调,2018/
10、10/29,37,1、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。,2018/10/29,38,10.4.3多进制数字调频(MFSK),SMFSK(t)=Acosit i=0,1,M-1,发送端,2018/10/29,39,接收端,2018/10/29,40,10.4.4 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
11、位结合的多进制调制方式MQAM。,2018/10/29,41,1、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：,当M=4时，,2018/10/29,42,星座图,当M4时，,距离越大，抗误码性能越好。,2018/10/29,43,1.时域表达式,2.多电平QAM信号的产生,2018/10/29,44,QAM信号产生原理,2、QAM信号的调制和解调方式,2018/10/29,45,16QAM的星座矢量图,2018/10/29,46,10.5 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
12、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。,2018/10/29,47,2018/10/29,48,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。,2018/10/29,49,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11-10-00-01-01-0
13、0-10-10-00-01。消除了对角线过渡。,2018/10/29,50,（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。,2018/10/29,51,MSK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：,2018/10/29,52,式中 为随时间连续变化的相位。当脉冲时宽为TB，对于频率
14、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：,2018/10/29,53,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。,2018/10/29,54,即正交最小频差,设,MSK信号可以表示为:,式中,分别表示二进制信息“1”和“0”,2018/10/29,55,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
15、的信息序列为1101000。,2018/10/29,56,MSK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：,设an,bn为信息经过串并变换后的两个序列，取值为双极性（+/-1），rect为矩形函数。,2018/10/29,57,MSK调制器方框图如图所示：,2018/10/29,58,MSK的调制过程,先将输入的基带信号进行差分编码，然后将其分成I、Q两路，并互相交错一个码元宽度，再用加权函数cos（t/2Tb）和sin（t/2Tb）分别对I、Q两路数据加权，最后将两路数据分别用正交载波调制。,2018/10/29,
16、59,MSK解调器方框图如图所示,2018/10/29,60,QPSK、OQPSK和MSK信号中的同相和正交信号比较图,2018/10/29,61,（3）高斯滤波最小频移键控（GMSK）为了使MSK的带外频谱特性衰减的更快，GMSK调制在MSK调制的基础上作了改进，二进制矩形脉冲先通过高斯滤波，使其变成高斯形脉冲，然后进入MSK调制器。GMSK调制在公共移动通信系统中被广泛应用，并且被确定为欧洲新一代移动通信的标准调制方式。GMSK的的相位轨迹如图所示。,2018/10/29,62,GMSK的的相位轨迹图,2018/10/29,63,自测题,（1） 二进制绝对调相与相对调相的区别是什么？（2）
17、 二进制相对调相（2DPSK）采用相干解调和差分相干解调的区别是什么？误比特性能有什么差别？（3） 比较2ASK、2FSK和BPSK的误比特率性能和频带利用率。（4） 举出BPSK相干解调时的一种载波恢复电路。（5） 为什么要采用匹配滤波器？,2018/10/29,64,（6） EB/NO的含义是什么？写出它与S/N之间的关系式。 （7） 画出8PSK信号的星座图。 （8） 画出QPSK信号的调制器方框图。 （9） MPSK和MQAM的频谱利用率是2ASK的几倍？ （10） 比较MPSK与MQAM的优缺点。,2018/10/29,65,（11） OQPSK与QPSK相比有什么特点？（12） 全球通GSM移动通信中采用的GMSK有什么特点？（13） 传输信道的非线性对多电平调制有什么影响？（14） 设计一个滚降系数为0.4的限带QPSK系统，画出系统方框图。（15） 已知信道带宽为10MHZ，要求传输34MB/S数字信号，设计一个数字调制系统，画出方框图。（16） BPSK与QPSK调制的误比特率EB/NO曲线相同，这是否意味着在相同信道、相同传输速率和相同发射功率情况下，两者的误比特率性能相同？,
