通信原理教学课件13

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1、通信原理第五章 数字频带传输系统 (5.4-5.5)1复习- Eb/n0与S/N Eb/n0为单位比特能量与噪声功率谱密度之比不同调制方法具有可比性；实际系统中测量到的是信号噪声功率比S/N。2复习-MPSK信号表示其中，3复习-QPSK信号矢量图参考相位11010010参考相位100001114复习-QPSK调制-1 +1+1-15复习-QPSK解调相干解调68PSK调制原理7一种8PSK星座影射关系8进制符号值0 1 2 3 4 5 6 7000 001 011 010 110 111 101 100(1, 0) (0.707, 0.707) (0, 1) (-0.707, 0.707)

2、(-1, 0) (-0.707, -0.707) (0, -1) (0.707, -0.707)8PSK调制原理85.4 多进制数字调制原理5.4.4 多进制差分相移键控(MDPSK)MPSK相干解调时载波恢复存在M重相位模糊度； MDPSK信号和MPSK信号类似，只需把 MPSK信号用的参考相位当作是前一码元的相位，把相移当作是相对于前一码元相位的 相移。 以4进制DPSK信号为例，通常记为 QDPSK。95.4 多进制数字调制原理 采用多进制差分编码：二进制 信息QDPSK信号cosct-sinct串/ 并差 分 编 码电 平 产 生电 平 产 生 QDPSK调制A. 正交调制法105.4

3、 多进制数字调制原理QDPSK信号编码规则：abnA方式B方式0002250127013511180451090315115.4 多进制数字调制原理n 码变换加相位选择法：和QPSK信号的第二种产生方法（选择法）原理相同，只是在 串/并变换后需要增加一个 “码变换器”。串/并 变换相位 选择带通 滤波4相载波 产生器1432ab码 变换cd125.4 多进制数字调制原理n QDPSK解调方法： n 相干解调法（极性比较法）：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135.4 多进制数字调制原理n 相

4、干解调过程a. 相干载波： 上支路：下支路：145.4 多进制数字调制原理b. 信号和载波相乘的结果：上支路：下支路：c. 低通滤波后：上支路：下支路：155.4 多进制数字调制原理d. 判决规则按照n的取值不同，此电压可能为正，也可能为负，故是双极性电压。在编码时规定：二进制码元“0” “1”二进制码元“1” “1”判决时，正电压判为二进制码元“0”， 负电压判为“1”，即“” 二进制码元“0” “” 二进制码元“1” 165.4 多进制数字调制原理e. 判决规则:信号码码元相位 n上支路输输出下支路输输 出判决器输输出cd 0 90 180 270 0 1 1 00 0 1 1175.4

5、多进制数字调制原理n 差分相干解调法:输出-/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 T18第7章 数字频带传输系统n5.1 二进制数字调制原理 n5.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能n5.3 二进制数字调制系统的性能比较n5.4 多进制数字调制原理n5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能主要内容195.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能5.5.1 MASK系统的抗噪声性能n 抑制载波MASK信号的基带码元电平：基带信号的M个电平t0+d-d+3d-3d+(M-1)d-(M-1)d2d2d20n 抑制载波MASK信号的表示式：5.

6、5 多进制数字调制系统的抗噪声性能21n 若接收端的解调前信号无失真，仅附加有窄带高斯噪声，忽略常数衰减因子后解调前的接收信号为5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能22n 设接收机采用相干解调，则噪声中只有和信号同相的分量有影响。信号和噪声在相干解调器中与载波相乘，并滤除高频分量之后，得到解调器输出电压为对解调器输出电压进行抽样判决。 5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能23n 对于抑制载波MASK信号，判决电平应该选择在0、2d、 、 (M-2)d。当噪声抽样值|nc| 超过d 时，会发生错误判决。 n 对于信号电平等于(M-1)d的 情况。当信号电平等于+(M- 1)d 时，若nc +

7、d，不会发生错 判； n 当信号电平等于-(M-1)d 时， 若nc d) 噪声抽样绝对值大于d的概率。nc是均值为0，方差为n2的正态随机变量，故有5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能255.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能26n 误码率和信噪比的关系对于等概率的抑制载波MASK信号，其平均功率等于当M = 2时，上式变为5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能27n 误码率曲线5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能为得到相同的误码率， 多电平调制需要比二进制 更高的信噪比。 多电平调制尽管提高 了频带利用率，但抗噪声 性能却下降了，尤其抗衰 落的能力不强，因而它一 般只适宜在恒参信道中采

8、 用。 285.5.2 MFSK系统的抗噪声性能1、非相干解调时的误码率 n 分析模型 V1(t)抽样 判决带通滤波 f1包络检波带通滤波 fM包络检波输入 输出VM(t)定时脉冲带通滤波 f2包络检波 .5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能29n 误码率分析计算A. 假设：a. 当某个码元输入时，M个带通滤波器的输出中仅有一个是信号加噪声，其它各路都只有噪声。b. M路带通滤波器中的噪声是互相独立的窄带高斯噪声，其包络服从瑞利分布。故这(M-1)路噪声的包络都不超过某个门限电平h的概率等于5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能30n P(h)是一路滤波器的输出噪声包络超过门限 h的概率，由

9、瑞利分布公式，等于5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能C. 假设这(M-1)路噪声都不超过门限电平h就不会发生错误判决，则不发生错判的概率为31n 任意一路或一路以上噪声输出的包络超过此门限就将发生错误判决，错判的概率将等于和门限值h有关。5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能32n 有信号码元输出的带通滤波器的输出电压包络服从 广义瑞利分布：n 其它路中任何路的输出电压值超过了有信号这路的 输出电压值x就将发生错判。输出信号和噪声之和x就 是门限值h。发生错误判决的概率是 5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能335.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能34n 由于一个M进制码元含有k比特信

10、息，所以每比特占有的能量等于E/k，比特信噪比：n 若用M代替(M-1)/2，不等式右端的值将增大，但是此不等式仍然成立，有5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能35n 当k 时，Pe按指数规律趋近于0，但要保证n 只要保证比特信噪比rb大于2ln2 = 1.391.42 dB ，则不断增大k，就能得到任意小的误码率。 5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能对于MFSK体制而言，就是以增大占用带宽 换取误码率的降低。36n 误码率Pe和误比特率Pb之间的关系假定当一个M进制码元发生错误 时，将随机地错成其它(M-1)个码元之一。由 于M 进制信号共有M种不同的码元，每个码 元中含有k个比特，M

11、 = 2k。在一个码元中的 任一给定比特的位置上，出现“1”和“0”的码 元各占一半，即出现信息“1”的码元有M/2种 ，出现信息“0”的码元有M/2种。5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能37实例：M=8，k=3，在任一列中均有4个 “0”和4个“1”。若一个码元错成另一个码元时，在给定的比特位置上发生错误的概率只 有4/7。 5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能码元比特00 0 010 0 120 1 030 1 141 0 051 0 161 1 071 1 138n在一个给定的码元中，任一比特位置上的信 息和其它(2k-1 1)种码元在同一位置上的信息相同，和其它2k-1种码元在同

12、一位置上的信息不同。 n 误比特率Pb和误码率Pe之间的关系为5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能N. 当k很大时39n 误码率曲线5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能(a) 非相干解调rbPe在M一定的情况下，信噪比越大，则误码率 Pe越小；在Eb/n0一定的 情况下，M 越大，则误 码率Pe也越小。 402、相干解调时的误码率n 计算结果：A. 误码率上界： 5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能41B. 误码率曲线(b) 相干解调Perb5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能42C. 比较相干和非相干解调的误码率：当k 7时，两者的区别可以忽略。(a) 非相干解调rbPe(b) 相干

13、解调Perb5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能435.5.3 MPSK系统的抗噪声性能n QPSK系统的性能A. 噪声容限 B. 误码率：设f()为接收矢量（包括信号和噪 声）相位的概率密度，则错误概率为011100109005.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能44C. 信号表示式D. 当QPSK码元的相位k等于45时，E. 信号码元相当于是互相正交的两个2PSK码元，其功率为接收信号功率的(1/2)倍。接收信号与噪声之和为5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能45F. 若把此QPSK信号当作两个2PSK信号分别进行相 干解调时，只有和2PSK信号同相的噪声才有影响。G. 根据2PSK相

14、干解调的误码率得到：H. 正确概率为5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能46I. 只有两路正交的相干检测都正确，才能保证 QPSK信号的解调输出正确。两路正交相干检测都正确的概率为J. QPSK信号解调错误的概率为n 对于任意M进制PSK信号，误码率为 5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能47A. 当M大时，MPSK误码率公式可以近似为 B. OQPSK的抗噪声性能和QPSK完全一样。 C.对于M相绝对移相方式，当信噪比r足够大时，误码率可近似为Perb (dB)5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能485.5.4 MDPSK系统的抗噪声性能n 误码率计算近似公式为 n 对于MDPSK，当

15、信噪比r足够大时，误码率可近似为Perb(dB )5.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能49小结思考题：引入新型数字调制技术的目的是什么？n QDPSK调制的原理 n MASK相干解调系统的抗噪声性能分析； n MFSK非相干解调和相干解调时的抗噪声性能分析； n QPSK系统的抗噪声性能分析； n 功率换带宽的原理。作业： 7-19，7-2050讨论目前研究热点和比较流行的调制方式有：1、TCM（格状编码调制）：在普通56kbps调 制解调器中得到应用）；2、OFDM（正交频分复用调制）：在ADSL（非对称数字用户环）系统和短波调制解调器中得到广泛应用）；3、CCK（补码键控调制）：在无线局域网（WLAN）中广泛使用。51