通信原理PPT电子课件教案-26多进制数字调制(二).ppt
- 文档编号:30844725
- 上传时间:2024-02-02
- 格式:PPT
- 页数:46
- 大小:1.20MB
通信原理PPT电子课件教案-26多进制数字调制(二).ppt
《通信原理PPT电子课件教案-26多进制数字调制(二).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《通信原理PPT电子课件教案-26多进制数字调制(二).ppt(46页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
多进制数字调制多进制数字调制现代数字调制解调技术简介现代数字调制解调技术简介通信原理第二十七讲通信原理第二十七讲第九章多进制数字调制第九章多进制数字调制多进制数字调制系统概述多进制数字调制系统概述多进制数字振幅调制多进制数字振幅调制MASK原理及抗噪声性能原理及抗噪声性能多进制数字频率调制多进制数字频率调制MFSK原理及抗噪声性能原理及抗噪声性能多进制数字相位调制多进制数字相位调制MPSK原理及抗噪声性能原理及抗噪声性能振幅相位联合调制系统振幅相位联合调制系统MAPK(MQAM、MQPR)恒包络调制问题恒包络调制问题*偏移四相相移键控偏移四相相移键控OQPSK*最小移频键控最小移频键控MSK*高斯最小移频键控高斯最小移频键控GMSK*SFSK、TFM、时频调制、时频调制*MASK/MPSKMASK/MPSKii+12/M)16()11(22LQLPeMQdQPiiesin22221,振幅相位联合调制系统振幅相位联合调制系统MASK、MPSK得出:
系统带宽一定的条件下,多得出:
系统带宽一定的条件下,多进制调制比二进制调制有较高的频带利用率进制调制比二进制调制有较高的频带利用率随随M增加,在信号空间中各信号点的最小距离减小增加,在信号空间中各信号点的最小距离减小,相应的判决区域也随之减小,受干扰后错误概率增,相应的判决区域也随之减小,受干扰后错误概率增大。
大。
单独使用振幅或相位携带信息时不能最充分地利用信单独使用振幅或相位携带信息时不能最充分地利用信号平面:
号平面:
MASK信号矢量端点在一条轴上分布;信号矢量端点在一条轴上分布;MPSK矢量端点在一园上分布。
随矢量端点在一园上分布。
随M增加,这些端点增加,这些端点间的最小距离减小。
间的最小距离减小。
为充分利用信号平面,将这些矢量端点重新合理分布为充分利用信号平面,将这些矢量端点重新合理分布,可在不减小最小距离情况下增加信号矢量端点的数,可在不减小最小距离情况下增加信号矢量端点的数目目振幅相位联合调制系统振幅相位联合调制系统星座图星座调制星座图星座调制16PSK16QAM16APKxyyyxx16PSK16QAM16APKQAM:
正交幅度调制正交幅度调制APK:
幅度相位联合键控:
幅度相位联合键控振幅相位联合调制系统振幅相位联合调制系统一般表达式一般表达式)cos()(nCnSnAPKtnTtgAssinsin)(coscos)(Cntt-nTgAtnTtgAsSnnCnnSnAPK)sin(cos)(CtnTtgYtnTtgXsSnnCnSnAPKMAPK信号信号可以看作两可以看作两个正交调制个正交调制信号之和信号之和正交振幅调制正交振幅调制QAMQAM正交振幅调制正交振幅调制QAM原理原理用两个独立的基带波形对两个互相正交的同频载用两个独立的基带波形对两个互相正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制波进行抑制载波的双边带调制(DSB-SC),利用这,利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。
两路并行的数字信息传输。
信道+tOcostOsinm(t)Im(t)Q低通低通m(t)Im(t)QtOcostOsin正交振幅调制正交振幅调制QAMQAM正交振幅调制正交振幅调制QAM原理原理当当mQ(t)是是mI(t)的希尔伯特变换时正交振幅调制的希尔伯特变换时正交振幅调制就变成了单边带调就变成了单边带调制制当当mI(t)、mQ(t)取值为取值为1时,正交振幅调制和时,正交振幅调制和QPSK完全相同完全相同基带信号为多电平时,构成多电平正交振幅调制基带信号为多电平时,构成多电平正交振幅调制MQAMttmttmscQcIQAMsin)(cos)(正交振幅调制正交振幅调制QAMQAMMQAM星座图星座图M=4,16,64,256为矩为矩形;形;M=32,128为十为十字形。
前者字形。
前者M为为2的偶次方,即每个的偶次方,即每个符号携带偶数个比符号携带偶数个比特信息;后者为特信息;后者为2的奇次方,每个符的奇次方,每个符号携带奇数个比特号携带奇数个比特信息。
信息。
M=4M=16M=32M=64M=128M=256MQAM星座图正交振幅调制正交振幅调制QAMQAMMQAM与与MPSK最小距离最小距离为便于比较,归一化为便于比较,归一化A=1M=4M=1616PSKyxiiA16QAMyxiAi1212MALAdMQAMMAdMPSKsin2QAMPSKdd4447.039.01616QAMPSKdd抗干扰能力抗干扰能力优于优于MPSK正交振幅调制正交振幅调制QAMQAMMQAM与与MPSK的最大功率与平均功率的最大功率与平均功率对于对于MQAM,可以得出:
,可以得出:
对于对于MPSK,由于其包络恒定,因此最大功率,由于其包络恒定,因此最大功率与平均功率相等与平均功率相等对于对于16QAM与与16PSK2/122)12
(2)1()(LiiLLk平均功率峰值功率最大功率)19.4(62.18.139.047.0*161616161616dbkkddddPSKQAMPSKQAMPSKQAM正交振幅调制正交振幅调制QAMQAMMQAM的调制与解调(正交调幅法)的调制与解调(正交调幅法)信道+tOcostOsin低通低通tOcostOsinLPFLPF2-L电平变换2-L电平变换串/并变换输入RbRb/2Rb/2判决L-1门限判决L-1门限定时脉冲串/并变换串/并变换Rb/2Rb/2Rb输出(b)MQAM的调制解调正交振幅调制正交振幅调制QAMQAMMQAM的调制与解调(正交调幅法)的调制与解调(正交调幅法)2L电平变换电平变换将速率为将速率为Rb/2的序列变成速率为的序列变成速率为Rb/log2M的的L电平信号。
电平信号。
与两正交载波相乘,再相加后得与两正交载波相乘,再相加后得MQAM信号。
信号。
正交相干解调方法,正交相干解调方法,L电平用电平用L-1个门限电平的判决器个门限电平的判决器判决后,分别恢复出速率为判决后,分别恢复出速率为Rb/2的二进制序列。
再并的二进制序列。
再并/串变换成串变换成Rb的序列。
的序列。
MQAM信号可看成二正交信号可看成二正交DSB-SC信号相加。
因此在信号相加。
因此在MQAM与与MPSK在相同信号点数时功率谱相同,在相同信号点数时功率谱相同,带宽带宽均为基带信号带宽的二倍均为基带信号带宽的二倍理想情况下,理想情况下,MQAM与与MPSK频带利用率为频带利用率为log2M(b/s/Hz)。
)。
收发基带滤波器合成响应为升余弦滚降特收发基带滤波器合成响应为升余弦滚降特性时,频带利用率为性时,频带利用率为)/(log112HzsbM两种形状两种形状MQAMMQAM的比较的比较方型与星型方型与星型MQAM(-2.61,0)(-4.61,0)(2.61,0)(4.61,0)(0,2.61)(0,4.61)(0,-4.61)(0,-2.61)(-3,3)(-3,1)(-3,1)(-3,-3)(3,-3)(3,1)(3,3)(-1,-1)(-1,1)(a)(b)两种形状两种形状MQAMMQAM的比较的比较信号平均功率:
信号平均功率:
两者功率相差两者功率相差1.4dB。
另外,两者的星座结构也有重要。
另外,两者的星座结构也有重要的差别。
一是星型的差别。
一是星型16QAM只有两个振幅值,而方型只有两个振幅值,而方型16QAM有三种振幅值;二是星型有三种振幅值;二是星型16QAM只有只有8种相位种相位值,而方型值,而方型16QAM有有12种相位值。
这两点使得在衰落种相位值。
这两点使得在衰落信道中,信道中,星型星型16QAM比方型比方型16QAM更具有吸引力更具有吸引力22212210)18410824(16)(AAdcMAPnMnna2222212203.14)61.4861.24(16)(AAdcMAPnMnnb方型方型星型星型正交部分响应振幅调制正交部分响应振幅调制MQPRMQPR如果多电平正交调制中,如果多电平正交调制中,I和和Q路基带信号都采路基带信号都采用部分响应信号用部分响应信号(常用和类)产生多电平幅(常用和类)产生多电平幅相联合调制构成一类特殊的调制,称正交部分响相联合调制构成一类特殊的调制,称正交部分响应幅度调制应幅度调制MQPR。
因为第和类都是奇数电。
因为第和类都是奇数电平,因此平,因此MQPR点数也为奇数。
点数也为奇数。
与与4QAM4QAM对应的对应的QPRQPR为为9QPR9QPR,因,因II和和QQ路二路二电平电平基带信号经部分基带信号经部分响应编码后变成响应编码后变成33电平,正交调电平,正交调制后成制后成99个信号的个信号的3333矩形。
同样,矩形。
同样,16QAM16QAM信号信号对应对应49QPR49QPR信号,他们的星座图为信号,他们的星座图为7777矩形。
矩形。
正交部分响应振幅调制正交部分响应振幅调制MQPRMQPR信道串/并变换输入RbRb/2Rb/22-L电平变换2-L电平变换LPF部分响应LPF部分响应+tOcostOsinBPF部分响应BPF部分响应tOcostOsinLPF部分响应LPF部分响应判决L-1门限判决L-1门限定时脉冲串/并变换Rb/2Rb/2Rb输出L电平L电平L电平L电平MQPR调制解调器9QPRMQAMMQAM与与MQPRMQPR误码率误码率MQAMMQAM和和MQPRMQPR均可看成由两个相互正交且独立的均可看成由两个相互正交且独立的多电平多电平ASKASK信号叠加而成,信号叠加而成,MQAMMQAM信号的误符号率信号的误符号率公式与公式与MASKMASK有相同形式有相同形式MQPRMQPR信号的误符号率公式由部分响应基带信号信号的误符号率公式由部分响应基带信号误符号率得到(清华书误符号率得到(清华书9-1109-110式)式)研究型作业:
两种调制方式的误码率与频谱特性研究型作业:
两种调制方式的误码率与频谱特性)(1log6)1(222ObMQAMnELLQLLP)16()11(22LQLPMASK)(1log64)1(22222ObSMQPRnELLQLLPMQAMMQAM误码性能误码性能-6-4-20246810121416182022PSKM32QAMM16QAMPSKM4PSKM16QAMM6410-625510-5210-42510-32510-22510-1PMSNR/bit/dB第九章多进制数字调制第九章多进制数字调制多进制数字调制系统概述多进制数字调制系统概述多进制数字振幅调制多进制数字振幅调制MASK原理及抗噪声性能原理及抗噪声性能多进制数字频率调制多进制数字频率调制MFSK原理及抗噪声性能原理及抗噪声性能多进制数字相位调制多进制数字相位调制MPSK原理及抗噪声性能原理及抗噪声性能振幅相位联合调制系统振幅相位联合调制系统MAPK(MQAM、MQPR)恒包络调制问题恒包络调制问题*偏移四相相移键控偏移四相相移键控OQPSK*最小移频键控最小移频键控MSK*高斯最小移频键控高斯最小移频键控GMSK*SFSK、TFM、时频调制、时频调制*恒定包络调制恒定包络调制如果每个符号包络是矩形如果每个符号包络是矩形的,则已调信号包络是恒的,则已调信号包络是恒定的,但此时已调信号频定的,但此时已调信号频谱。
谱。
实际信道是限带的,限带后如实际信道是限带的,限带后如QPSK信号已不能保持恒包络信号已不能保持恒包络。
相邻符号间发生相邻符号间发生180相移时,相移时,经限带后会出现包络为经限带后会出现包络为0的现的现象象经非线性放大后,包络中的起伏经非线性放大后,包络中的起伏虽可减弱或消除,但也使信号频虽可减弱或消除,但也使信号频谱扩展。
其旁瓣会干扰邻道信号谱扩展。
其旁瓣会干扰邻道信号,发送时的限带滤波器,将完全,发送时的限带滤波器,将完全失去作用。
失去作用。
理想的QPSK信号t滤波后的QPSK信号t偏移四相相移键控偏移四相相移键控OQPSKOQPSKIQ(a)QPSK90OIQ(b)OQPSK90OIQ(C)MSKQPSKQPSK信号点间,任何转移过信号点间,任何转移过程都可能发生即可能产生程都可能发生即可能产生180180相移,限带后造成包络起伏限带后造成包络起伏大大为避免为避免180180转移,偏移四相相移键控转移,偏移四相相移键控(OQPSK)(OQPSK)。
它只。
它只可能变化可能变化9090,即消除了相移180180的部分影响,滤波后的OQPSKOQPSK信号中包络最大值与最小值之比约为信号中包络最大值与最小值之比约为2偏移四相相移键控偏移四相相移键控OQPSKOQPSKOQPSKOQPSK的实现:
的实现:
在正交调制时在正交调制时QQ(正交)路基带信号对(正交)路基带信号对II(同相)路延迟一(同相)路延迟一个信息间隔(即符号间隔的一半)因此,相位信息只可能变个信息间隔(即符号间隔的一半)因此,相位信息只可能变化化9090OQPSKOQPSK信号表示式信号表示式g(t)为矩形函数;为矩形函数;an、bn的取值为的取值为+1或或-1对应对应1或或0;A为载波幅度;为载波幅度;Tb为输入二进制序列周期,为输入二进制序列周期,Tb=TS/2sin)(cos)()(ttQttIAtSCCOQPSKnbnnbnnTtgbtQTntgatI)2()()12()(偏移四相相移键控偏移四相相移键控OQPSKOQPSKOQPSKOQPSK信号的调制与解调:
信号的调制与解调:
串/并变换延时TS/2成形滤波成形滤波tccostcsin发送BPFOQPSK(a)OQPSK调制器二进制序列tccostcsinOQPSKLPFLPFLPF抽样判决抽样判决定时脉冲延时TS/2串/并变换二进制序列(b)OQPSK解调器偏移四相相移键控偏移四相相移键控OQPSKOQPSKOQPSKOQPSK信号功率谱密度与误码性能信号功率谱密度与误码性能OQPSKOQPSK信号功率谱密度与信号功率谱密度与QPSKQPSK相同,其表达式为相同,其表达式为因因OQPSKOQPSK相干解调与相干解调与QPSKQPSK相干解调相同。
由于相干解调相同。
由于II(t)(t)、Q(t)Q(t)互相独立,因此互相独立,因此OQPSKOQPSK相干解调的误相干解调的误码率性能也与码率性能也与QPSKQPSK相同相同bCbCbOQPSKQPSKTffTffTAfPfP)
(2)(2sin2)()(2最小频移键控最小频移键控MSKMSKOQPSKOQPSK虽消除虽消除QPSKQPSK信号中的信号中的180180相位突变,但并未解决包络起伏问题MSKMSK为一种能产生恒包络连续相位信号的调制为一种能产生恒包络连续相位信号的调制MSK称最小频移键控。
它是称最小频移键控。
它是2FSK2FSK的特殊情的特殊情况,具有正交信号的最小频差,相邻符号交况,具有正交信号的最小频差,相邻符号交界处相位保持连续,它又称为快速频移键控界处相位保持连续,它又称为快速频移键控(FFSKFFSK),连续相位频移键控(),连续相位频移键控(CPFSKCPFSK)最小频移键控最小频移键控MSKMSK1二进制序列111000000+1-1+1-1-1+1+1-1-1+1QPSK,OQPSK的I(t)QPSK的Q(t)OQPSK的Q(t)MSK的Q(t)MSK的I(t)最小频移键控最小频移键控MSKMSK表达式与特点表达式与特点cc载波角频率,载波角频率,TTSS码元宽度,码元宽度,aakk第第kk码元信息,其取值为码元信息,其取值为11,kk第第kk码元的相位常数,在码元的相位常数,在(k-1)T(k-1)TSSttkTkTSS中保持不变中保持不变)2cos()(cos)(kSkCCMSKtTatttAtSSST1)T-(,2)(ktktTatkSkIQ(a)QPSK90OIQ(b)OQPSK90OIQ(C)MSK相位随时间线性相位随时间线性增减调频增减调频在一码元间隔内,在一码元间隔内,相位变化相位变化最小频移键控最小频移键控MSKMSK表达式与特点表达式与特点当当aakk=+11时,信号频率为时,信号频率为当当aakk=-11时,信号频率为时,信号频率为调制指数为:
调制指数为:
)2cos()(cos)(kSkCCMSKtTatttAtSSCTf2212SCTf2211bSTTfff2121125.021SSSFTTfTm“最小”的调制最小”的调制指数获得正交信指数获得正交信号号最小频移键控最小频移键控MSKMSK+-fCST21SCTff412SCTff411MSK信号与普通信号与普通2FSK信号的差别在于:
选择两个频率信号的差别在于:
选择两个频率f1、f2,使这两个频率的信号在一个码元期间的相位积累严格地相差使这两个频率的信号在一个码元期间的相位积累严格地相差180。
如图,“如图,“+”信号与“信号与“-”信号在一个码元期间恰好相差信号在一个码元期间恰好相差1/2周周。
最小频移键控最小频移键控MSKMSKMSKMSK信号频率、相位的要求信号频率、相位的要求对于对于2FSK2FSK信号:
信号:
两个信号的相关系数两个信号的相关系数式中式中ffCC=(f=(f11+f+f22)/2)/2是载波频率是载波频率tTEtstTEtsSbSb2211cos2)(cos2)(dttttdttTEESSTTSbb01212S120)cos()cos(T1coscos21SCSCSSTfTfTffTff44sin)
(2)(2sin1212最小频移键控最小频移键控MSKMSK根据根据MSKMSK相关性要求相关性要求=0=0k=1k=1(“最小”移频键控)时(“最小”移频键控)时SCSCSSTfTfTffTff44sin)
(2)(2sin12122(f2-f1)Ts=k(k=1,2,.)STfff2112最小频移键控最小频移键控MSKMSK根据根据MSKMSK相关性要求相关性要求=0=0MSKMSK信号在每一码元周期内,必须包含信号在每一码元周期内,必须包含1/41/4载波周载波周期的整数倍期的整数倍SCSCSSTfTfTffTff44sin)
(2)(2sin12124fCTS=n(n=1,2,.)CSfnT1)41(SSCSSCTmNTffTmNTff1)41(411)41(41120,1,2,3)m;(N1)4(41正整数SSCTmNTnf最小频移键控最小频移键控MSKMSK根据连续性相位要求根据连续性相位要求k-1k-1(kT(kTSS)=)=kk(kT(kTSS)MSKMSK信号在第信号在第kk个码元的相位常数不仅与当前的个码元的相位常数不仅与当前的aakk有关,而且与前面的有关,而且与前面的aak-1k-1及相位常数及相位常数k-1k-1有关。
有关。
即前后码元间存在相关性。
对相干解调,即前后码元间存在相关性。
对相干解调,kk的起的起始参考值可假定为始参考值可假定为00时当时当1k11k111,)1(,)1
(2)(kkkkkkkkaakaakaa最小频移键控最小频移键控MSKMSK相位变化路径图示例相位变化路径图示例1101000111010001的相位路径如图的相位路径如图3TSTS5TS7TS22)(tt101011001最小频移键控最小频移键控MSKMSKMSKMSK信号的特点:
信号的特点:
振幅恒包络振幅恒包络频偏频偏1/4T1/4TSS,mmFF=(f=(f22-f-f11)T)TSS=1/2=1/2一码元内线性变化一码元内线性变化/2/2码元转换时相位连续变化码元转换时相位连续变化,信号波形没有突变信号波形没有突变一一码元期间码元期间,信号应包含信号应包含1/41/4载波周期的整数倍载波周期的整数倍。
最小频移键控最小频移键控MSKMSKMSKMSK信号的调制与解调:
信号的调制与解调:
tTtQtTtItTtAatTtAtTatttAtScSkcSkcSkkcSkkSkCCMSKsin2sincos2cossin2sincoscos2coscos)2cos()(cos)(串/并变换延时TS90oMSKMSK调制器二进制序列tccostcsin90oSTt2cosSTt2sin差分编码带通BPF最小频移键控最小频移键控MSKMSKMSKMSK信号的调制与解调:
信号的调制与解调:
延迟判决的相干解调延迟判决的相干解调非相干解调非相干解调载波提取LPFLPF积分积分抽样判决抽样判决定时脉冲并/串变换差分编码MSK二进制序列2iTS,2(i+1)TS(2i-1)TS,(2i+1)TS2(i+1)TSMSK相干解调(2i+1)TSBPFLPF最小频移键控最小频移键控MSKMSKMSKMSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度MSKMSK的第一个零点在0.75/T0.75/TSS,功率谱比2PSK2PSK更紧凑MSKMSK信号功率谱信号功率谱1/f1/f44,OQPSKOQPSK信号功率谱信号功率谱1/1/ff22因此,因此,MSKMSK信号功率谱的旁瓣衰减比信号功率谱的旁瓣衰减比QPSKQPSK、22PSKPSK、OQPSKOQPSK快;如按如按99%99%能量集中程度为标准,能量集中程度为标准,MSKMSK信号带宽为信号带宽为11.2/T.2/TSS,而,而QPSKQPSK、OQPSKOQPSK信号带宽约为信号带宽约为10.3/T10.3/TSS222)(161)(2cos32)(SCSCSMSKTffTffTP最小频移键控最小频移键控MSKMSKMSKMSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度-40-30-20-100sT75.0sT1sT2sT3(f-fc)/Hz/dBMSK2PSK最小频移键控最小频移键控MSKMSKMSKMSK信号的误码性能信号的误码性能采用类似采用类似QPSKQPSK进行相干解调时(利用前后码元信进行相干解调时(利用前后码元信息每隔息每隔2Ts2Ts进行延时判决)误码性能与进行延时判决)误码性能与QPSKQPSK、OQOQPSKPSK等同等同MSKMSK信号看成信号看成正交正交2FSK2FSK,采用相干解调,(每隔,采用相干解调,(每隔TsTs进行判决)比最佳接收时误码性能下降进行判决)比最佳接收时误码性能下降3dB3dBMSKMSK信号看成信号看成正交正交2FSK2FSK,但采用鉴频器方法进行,但采用鉴频器方法进行非非相干解调,相干解调,其误码性能比正交正交2FSK2FSK相干解调再再下降3dB3dB其它恒包络调制其它恒包络调制高斯最小移频键控(高斯最小移频键控(GMSKGMSK)(GaussianfilteredMinimumShiftKeying)在一些带宽受限,如移动动信中,带外辐射功率在一些带宽受限,如移动动信中
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 通信 原理 PPT 电子 课件 教案 26 多进制 数字 调制