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1、课 件,数字带通传输,通信原理（第7版）,第7章,樊昌信 曹丽娜 编著,二进制数字调制/解调原理 2ASK 2FSK 2PSK/2DPSK 二进制数字调制系统抗噪声性能二进制数字调制系统的性能比较多进制数字调制原理和特点,本章内容:,第7章 数字调制,多进制 数字调制系统,7.4,引言,二进制：每个码元只携带 1 bit 信息,Rb一定时，增加进制数M，可以降低RB ，从而减小信号带宽、节约信道频率资源。,RB 一定时，增加进制数M，可以增大Rb ，从而在相同带宽内传输更多比特的信息， b 。,目的：提高信道的 频带利用率 。,M,log 2M,代价：误码率增大（判决范围减小）; 系统复杂。,
2、种类： MASK 、MFSK、 MDPSK 、 MQAM,换言之：若要保证一定的误码率， 则需增加发射功率， 即信号 的功率效率下降。,注意：MFSK信号的带宽较宽， 频带利用率低， 适用于频带资源不受限制的场合。,MASK可看成是二进制振幅键控（2ASK）的推广。,且有,7.4.1 多进制振幅键控 （MASK）,4ASK信号振幅有4种取值，每个码元含2bit。,MASK调制:,与2ASK的产生方法相似，区别在于:发送端输入的二进制数字基带信号需要先经过电平变换器转换为M电平的基带脉冲，然后再去调制。,MASK解调:,与2ASK信号解调也相似，有相干和非相干解调两种。,MASK信号的功率谱 与
3、 2ASK信号具有相似的形式;谱零点带宽是 M 进制数字基带信号带宽的两倍。在 Rb相同时，MASK信号带宽是 2ASK的 1 / log2M 倍 。,MASK的抗噪声能力差， 常用多进制正交振幅调制（MQAM）来代替。,MFSK可视为2FSK方式的推广。,4FSK采用 4种不同的频率分别表示双比特信息：,7.4.2 多进制频移键控 （MFSK）,MFSK调制与解调的原理框图：,要求载频之间的距离足够大，以便用滤波器分离不同频率的谱。,MFSK信号占用较宽的频带，信道频带利用率不高。,MFSK一般用于 调制速率(1/TB) 不高的衰落信道 传输场合。,利用载波的M种不同相位表示数字信息。,信号
4、矢量图（星座图）：,7.4.3 多进制相移键控 （MPSK）,1 基本概念,随着M的增加，多相制信号可以在相同的带宽中传输更多比特的信息，从而提高频带利用率。,随着M的增加，星座图上的相邻信号点的距离会逐渐减小（判决范围减小/噪声容限减小），导致抗噪性能下降；设备复杂。,15,2 4PSK 调制,4PSK，也称正交相移键控 QPSK 利用载波的 4 种不同相位 来表示数字信息。,QPSK的每一种载波相位代表两个比特： （00、01、10 或 11）,两个比特的组合 称做 双比特 码元，记为 a b,1）双比特与载波相位的关系,矢量图,注：对应关系可有不同规定，但相邻码组应符合格雷码编码规则,波
5、形,QPSK信号可视为两个互为 正交的2PSK信号的合成。,正交调相法,2） QPSK调制,根据当时的双比特ab，选相电路从候选的4个相位中选择相应相位的载波输出。,相位选择法,a,b,B方式,原理：,解决方案：采用四相相对相位调制，即QDPSK。,存在问题：存在900的相位模糊（0, 90, 180, 270）,原理：分解为两路2PSK信号的相干解调。,3 QPSK 解调,21,跳变周期 2Tb带宽 B=Rb误码性能与BPSK相同,QPSK 特点：,发生在0011或0110交替时， 即双比特ab同时跳变时，信号点沿对角线移动。,最大相位跳变：180,相位跳变：0, 90, 180,最大相位跳
6、变180，使限带的QPSK信号包络起伏很大，并出现包络零点。频谱扩展大，旁瓣对邻道干扰大。,QPSK 缺点：,23,改进思路：,QPSK 相位路径,最大相位跳变 180,改进思路：,信号点不作对角线移动即双比特ab不同时跳变,OQPSK 相位路径,相位跳变 0或 90,4 OQPSK (偏置或交错QPSK，Offset QPSK),如何实现？,在QPSK调制基础上，将两个正交分量的比特a和b错开半个码元（1个比特时间）使 ab 不可能同时改变,改进思路：,信号点不作对角线移动即双比特ab不同时跳变,OQPSK,限带OQPSK 与 限带QPSK 对比：,最大相位跳变180 包络起伏大 频谱扩展大
7、相位跳变周期 2Tb,最大相位跳变90 包络起伏小 频谱扩展小相位跳变周期 Tb,影响主瓣带宽,功率谱形状：相同相干解调时：误码性能相同限带OQPSK比限带QPSK信号的 包络起伏小、频谱扩展小、邻道干扰小，所以OQPSK比QPSK应用广。,由两个相差4的QPSK星座图交替产生： A方式: 0, 90,180 B方式: 45, 135,可能相位跳变： 45, 135 且A组只能往B组跳，反之亦然,相位跳变周期 2Tb 主瓣带宽 B=Rb，小于OQPSK,5 /4 - QPSK,原理和特点：,4-QPSK优势：,相邻码元间总有相位改变有利于接收端提取码元同步。,存在多径衰落时， 4-QPSK优于
8、OQPSK。,可采用差分检测4-QPSK的信息蕴含在相邻码元间的相位差中。,原理与 2DPSK 类似：利用相邻码元载波的相对相位变化 表示 数字信息。,QDPSK与QPSK的关系，如同2DPSK与2PSK关系,4DPSK 也称 QDPSK,7.4.4 多进制差分相移键控 （MDPSK ）,1 基本原理,QDPSK的矢量图与QPSK的矢量图相似只是参考相位 是前一码元的载波相位,矢量图,前一码元载波相位,波形,也有正交调相法 和 相位选择法,差分 编码,将绝对码 ab 相对码 cd,码变换+绝对调相 原理图,B方式,仅需在QPSK调制器基础上增添差分编码（码变换）,2 QDPSK调制,c,d,a
9、,b,QDPSKB方式,相干解调（极性比较）+码反变换,将相对码 cd 绝对码 ab,差分 译码,3 QDPSK解调,B,差分相干解调（相位比较法）,多进制数字调制系统的抗噪声性能,7.5,回顾：二进制调制系统的抗噪声性能,抑制载波MASK -相干解调系统的误码率:,M = 2时:,输入信噪功率比,- 噪声功率,Ps - 信号码元功率,- 解调器,MFSK 非相干解调系统的误码率:,每比特的信噪功率比,MFSK 相干解调系统的误码率:,比较相干和非相干解调 的误码率，当 log2M 7时，误码率的上界都可表示为：,MPSK(M 4) 相干解调系统的误码率:,MDPSK(M 4) 相干解调系统的误码率:,OQPSK的抗噪声性能和QPSK完全一样。,MDPSK系统的误码率,MPSK系统的误码率,配套辅导教材：,曹丽娜 樊昌信,编著,国防工业出版社,整理知识 归纳结论梳理关系 引导主线剖析难点 解惑疑点强化重点 点击考点,谢谢！,
