樊昌信通信原理第8章 新型数字调制(7版)资料
通信原理(第7版)-第8章新型数字调制
课件制作：曹丽娜
c1 o 0 ) s s1 i (n 0 ) T B s (1 i 0 n )[ ( 1 c 0 ) T B o 1 ] 0 s(
可化简为
sin 1(0)TB0
即仅要求
f1f0n/2TB
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§8.2.2 MSK信号的基本原理
M
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AM
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L M
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复合相移法： 用两路独立的QPSK信号叠加，即可形成 16QAM信号。
AM AM
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大圆上的4个红点表示 第一个QPSK信号矢量的 位置。
16QAM信号的产生
在 QAM 中，载波 的振幅和相位同时受基带信号控制，因此，
它的一个码元可表示为：
ek(t)A kcos(ctk) kTBt(k1)TB
展开为：
e k(t) X kc o sc t Y ks inc t
式中： 表明：
Xk = Akcosk，Yk = -Aksink Ak、k、 Xk和Yk分别可以取多个离散值
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7
3
f0 2100Hz= 4 RB
1 （一个码元周期 TBs 内画 4 周载正波弦）波）
9
1
f1 2 700Hz= 4 RB
2 （一个码元周期 TTBs 内画 4 周载正波弦）波）
（2）MSK信号时间波形如图所示：
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图 7-37 MSK 信号时间波形
通信原理第7版课件樊昌信版
? 2 F2 (x1，x2；t1, t2 ) ?x1?x2
?
f2 ( x1，x2；t1，t2 )
二维概率密度函数
大家好
? n 维分布函数 n 维概率密度函数
大家好
§3.1.2 随机过程的数字特征 ---描述随机过程的主要特性
? 均值 ---随机过程的n个样本函数曲线的摆动中心
? E ??(t)??
t1
t2
t
? 特性描述 ：
大家好
§3.1.1 随机过程的分布函数
? 一维分布函数 ---描述孤立时刻的统计特性
F1(x1，t1) ? P[t?() 1 ? x1]
?F1 (x1，t1 ) ? ?x1
f1(x1，t1 )
一维概率密度函数
? ? ? 二维分布函数 F2 (x1，x2；t1，t2 ) ? P? (t1 ) ? x1， (t2 ) ? x2 ?
—— 自变量的 递减 函数
erf (c0) ? 1 erf (?c ) ? 0
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erfc()x ? 1 ? erf ()x
erf (? x) ? ? erf (x) erf (? x)c ? 2 ? erf (x) c
利用误差函数，可将F(x)表示为：
意义：
F
(x)
?
? ?? ?
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例
解题 第1步：判断? (t)是否平稳，即求其统计平均值
思路：
若均值为常数，且自相关函数只与时间
间隔? 有关， 则? (t) 是广义平稳的。 第2步：求? (t) 的时间平均值
第3步：比较 统计平均值 和 时间平均值
解题 过程： 参见教材41页
(樊昌信第七版)通原第8章
发送端
信道
yi (t )
带通 滤波器
y1 (t )
2 cos1t
相乘器
sT (t ) ni (t )
Pe
2
x2 (t )
y2 ( t )
2 cos 2t
18
第8章 新型数字带通调制技术
sin[(1 0 )Ts 1 0 ] sin[(1 0 )Ts 1 0 ] 1 0 1 0 sin(1 0 ) sin(1 0 ) 0 1 0 1 0
通信原理
1
通信原理
第8章 新型数字带通调制技术
2
第8章 新型数字带通调制技术
8.1 正交振幅调制(QAM)
信号表示式：
这种信号的一个码元可以表示为
sk (t ) Ak cos( 0t k ) kT t (k 1)T 式中，k = 整数；Ak和k分别可以取多个离散值。
20
f1 f 0 n / 2Ts
第8章 新型数字带通调制技术
8.2.2 MSK信号的基本原理
MSK信号的频率间隔
MSK信号的第k个码元可以表示为 ak sk (t ) cos(ct t k ) (k 1)Ts t kTs 2Ts
式中，c － 载波角载频； ak = 1（当输入码元为“1”时， ak = + 1 ； 当输入码元为“0”时， ak = - 1 ）； Ts － 码元宽度； k － 第k个码元的初始相位，它在一个码元宽度 中是不变的。
收，则要求初始相位是确定的，在接收端是预知的，这时
可以令1 - 0 = 0。 于是，下式 cos(1 0 ) sin(1 0 )Ts sin(1 0 )[cos( 1 0 )Ts 1] 0
通信原理 樊昌信 第8章
f0 ( x)
1 2 n
( x A)2 ex p 2 2 n
21
上两式的曲线如下： 在-A到+A之间选择
一个适当的电平Vd作
为判决门限，根据判 决规则将会出现以下
几种情况：
当 x Vd 对 “1” 码 当 x V d 当 x V d 对 “ 0” 码 当 x Vd
(B /H z)
12
理想低通传输函数的频带利用率为2Baud/Hz 。
这是最大的频带利用率，因为如果系统用高于的码元速率 传送信码时，将存在码间串扰。若降低传码率，则系统的 频带利用率将相应降低。
但理想低通系统在实际应用中存在两个问题：
一是理想矩形特性的物理实现极为困难； 二是理想的冲激响应h(t) 的“尾巴”很长，衰减很慢，当 定时存在偏差时，可能出现严重的码间串扰。
通信原理
1
通信原理
第6章 数字基带传输系统
2
码间串扰
数字基带信号通过基带传输系统时，由于系统（主要 是信道）传输特性不理想，或者由于信道中加性噪声 的影响，使收端脉冲展宽，延伸到邻近码元中去，从 而造成对邻近码元的干扰，我们将这种现象称为码间 串扰。
3
4
(1)频带受限----乘性干扰
经频带受限信道传输的信号: 信道的带宽受限导致前后码元的波形产生畸变和 展宽。这样，前面码元的波形会出现很长的拖尾， 蔓延到当前码元的抽样时刻，对当前码元的判决 造成干扰。
26
二进制单极性基带系统
对于单极性信号, 若设它在抽样时刻的电平取值为+A或
0（分别对应信码“1”或“0” ），则只需将下图中f0(x)
曲线的分布中心由-A移到0即可。
樊昌信通信原理第7版考研笔记和课后题详解
樊昌信通信原理第7版考研笔记和课后题详解樊昌信《通信原理》（第7版）笔记和课后习题（含考研真题）详解内容简介本资料是樊昌信主编的《通信原理》（第7版）的学习辅导书，主要包括以下内容：（1）整理教材笔记，浓缩内容精华。
本书每章的复习笔记均对该章的知识点进行了整理，突出重点和考点。
（2）解析课后习题，提供详尽答案。
本书参考相关辅导资料，对教材的课后习题进行了详细的解答。
（3）精选考研真题，巩固重难点知识。
本书精选了南京大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学、北京师范大学、国防科技大学、北京邮电大学等多所名校近年的考研真题，并对所选考研真题进行了详细的解答。
•试看部分内容名校考研真题第1章绪论一、填空题通信使用的频段是按频率划分的，音频的频率范围是______，而卫星或太空通信的频率范围是______。
[同济大学2006研]【答案】0.3~3 kHz；3~30 GHz查看答案二、问答题1．数字化己成为信息社会发展的方向，从通信系统原理出发分析通信系统采用数字信号的优点，并讨论数字通信系统的主要性能指标及其关系。
[同济大学2005研]解：（1）对通信系统而言，采用数字信号的优点有①各种信源信息形式便于用统一的编码格式进行处理与存储，也便于构成进入信道或通信网进行有效与可靠传输的信号方式；②数字编码系列中可以按要求加入有关附加信息代码，以达到控制、管理、纠错等功能；③可设计不同的编码格式，表达码字的码型、波形，提高抗干扰、抗噪声能力；④按香农公式，以增加传输带宽或降低传输速率为代价，使抗噪声能力（信噪比）指数律增大；⑤便于加密与保密通信和信息存储；⑥可以适应各种信道环境进行传输，如数字基带传输；⑦可以进行时分复用、正交复用，采用数字频带传输，可利用指定或适宜的传输频带；⑧实现频分复用、码分复用多址等多用户共享通信资源，有效和可靠地传输。
（2）数字通信系统的主要性能指标及其关系①传输速率（码元传输速率R B，信息传输速率R b），；频带利用率为②差错率（误码率P e，误信率（误比特率）P b），在二进制系统中P e＝P b。
樊昌信《通信原理》(第7版)课后习题(模拟调制系统)【圣才出品】
第5章模拟调制系统思考题5-1 何谓调制？调制在通信系统中的作用是什么？答：（1）调制是指把信号转换成适合在信道中传输的一种过程。
广义的调制分为基带调制和带通调制（又称载波调制）。
（2）调制在通信系统中的作用：①将基带信号的频谱搬至较高的频率上，提高发射效率；②将多个基带信号分别搬移到不同的载频处，实现信道的多路复用，提高信道利用率；③扩展信号带宽，提高系统抗干扰能力。
5-2 什么是线性调制？常见的线性调制方式有哪些？答：（1）线性调制又称幅度调制，是指由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。
波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移（精确到常数因子）。
（2）常见的线性调制有调幅、双边带调制、单边带调制和残留边带调制。
5-3 AM信号的波形和频谱有哪些特点？答：（1）AM信号的波形特点：AM波的包络与调制信号的形状完全一样。
（2）AM信号的频谱特点：①AM信号的频谱有载频分量、上边带和下边带三部分组成；②上边带的频谱结构和原调制信号的频率结构相同，下边带是上边带的镜像；③带宽是基带信号带宽的2倍。
5-4 与未调载波的功率相比，AM信号在调制过程中功率增加了多少？答：由于AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成，而只有边带的功率才与带宽相关，也就是说载波分量并不携带信息，因此AM信号在调制过程中功率增加了调制信号的功率。
5-5 为什么要抑制载波？相对AM信号来说，抑制载波的双边带信号可以增加多少功效？答：（1）抑制载波的原因：抑制载波可以提高调制效率，节省载波功率，若不存在载波分量，信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。
（2）对于AM信号，抑制载波的双边带可以使其调制效率提高到100%。
5-6 SSB信号的产生方法有哪些？各有何技术难点？答：（1）SSB信号的产生方法：①滤波法，滤波法是指先产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号；②相移法，相移法是指利用相移网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在合成过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。
通信原理樊昌信第七版
通信原理樊昌信第七版通信原理樊昌信第七版（以下简称《樊七版》）是一本系统介绍通信原理的教材。
该教材详细介绍了通信原理的基本概念、原理、技术和应用。
第一章介绍了通信系统的基本概念和组成部分。
通信系统包括信源、信道、调制解调器、编码解码器、传输媒介和接收器等组成部分。
第二章详细介绍了信号的表示与传输。
信号是通信系统中的重要信息载体，通信系统常用的信号类型有连续信号和离散信号。
本章还介绍了常见的调制技术和调制方法。
第三章讲述了模拟调制与解调技术。
模拟调制与解调是常见的信号传输技术，包括调幅、调频和调相等技术。
本章还介绍了调制信号的频谱特性和调制电路的实现方法。
第四章介绍了脉冲调制与解调技术。
脉冲调制与解调是数字通信中常用的技术，包括脉冲编码调制和脉冲位置调制等。
本章还讨论了脉冲调制信号的频谱特性和脉冲调制电路的实现方法。
第五章讲述了数字通信系统的基本原理和技术。
数字通信系统主要包括抽样调制、调制器设计、调制技术的选择和解调器设计等内容。
本章还介绍了常见的数字通信调制技术和解调技术。
第六章详细介绍了通信信道的性质和传输介质的选择。
通信信道是信号传输的媒介，本章讲述了不同传输介质的特性和选择原则。
还讨论了信道容量和信道编码的相关知识。
第七章讨论了信道编码和纠错编码。
信道编码和纠错编码是提高通信系统可靠性和容量的重要技术手段。
本章介绍了常见的信道编码和纠错编码方法，包括奇偶校验、海明码和卷积码等。
第八章介绍了数字通信系统中的多址技术和扩频技术。
多址技术是多用户同时共享信道的重要技术，扩频技术是提高通信系统容量的有效手段。
本书还包括了其他相关的内容，如雷达系统、无线通信系统和光纤通信系统等。
《樊七版》作为通信原理领域的经典教材，系统全面地介绍了通信原理的基本知识和技术，并结合了实际应用。
樊昌信《通信原理》(第7版)配套题库【章节题库7-9章】【圣才出品】
【答案】2Pe（1－Pe） 【解析】码反变换器的功能是将相对码变为绝对码。只有当码反变换器的两个相邻输入 码元中，有一个且仅有一个码元出错时，其输出码元才会出错。设码反变换器输入信号的误 码率是 Pe，则两个码元中前面码元出错且后面码元不错的概率是 Pe（1－Pe），后面码元出 错而前面码元不错的概率也是 Pe（1－Pe）。所以，输出码元发生错码的误码率为 2Pe（1－ Pe）。
7．先将矩形基带信号采用滚降系数为 0.5 的滚降滤波器滤波，然后采用 8PSK 调制方
式实现无码间干扰传输。若传输速率为 30kb／s，需要占用的信道带宽为______。
【答案】15kHz
【解析】对滚降系数α＝0.5，8PSK 无码间干扰传输，传输速率为 30kb／s 的信号，
其需要占用的信道带宽为 B = (1+a )Rb = (1+ 0.5)30 = 15kHz 。
2ASK
在相干解调下的误码率为
Pe
=
1 2
骣
erfc
琪 琪
桫
r 4
；
( ) 2PSK
在相干解调下的误码率为
Pe
=
1 2
erfc
r；
2FSK
在相干解调下误码率为
Pe
=
1 2
骣
erfc
琪 琪
桫
r 2
；
故采用相干解调方式时，抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序是：2PSK、
2DPSK、2FSK、2ASK。
2．相同传码率条件下，下面四种方式中，（ ）的频带利用率最低。
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振幅环个数：应少，有利于实现自动增益控制；
相位的个数：应少，有利于实现载波相位跟踪。
(0,4.61) 垂直4ASK星座 (0,2.61) (-3,3) abcd (-3,1) (-2.61,0) (2.61,0) (4.61,0) (3,1) (3,3)
（-4.61,0)
(-1,-1) (0,-2.61) (-3,-3)
它的一个码元可表示为：
ek (t ) Ak cos(ct k )
展开为：
kTB t (k 1)TB
ek (t ) X k cos ct Yk sin ct
式中：
Xk = Akcos
k，Yk
= -Aksin
k
Ak、
表明：
k、
Xk和Yk分别可以取多个离散值
MQAM信号可由两路载波正交的
微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通
信等领域获得广泛应用。
举例 对比
最大振幅同为AM
最小 距离
最小 距离
16QAM信号
16PSK信号
2 AM d1 0.47 AM 3
d 2 2 AM sin 0.39 AM 16
——此最小距离代表噪声容限的大小。
MQAM信号的谱零点带宽
BMQAM
2 Rb 2RB log 2 M
∵ MQAM利用两个同频正交载波在同一带宽内实现了两
路并行的LASK信号的传输，∴ MQAM的频带利用率:
MQAM
Rb 1 1 2 log 2 L log 2 M B 2 2
(bps/Hz)
以上两式适用于其他线性数字调制信号。
复合相移法： 用两路独立的QPSK信号叠加，即可形成
16QAM信号。
AM
大圆上的4个红点表示 第一个QPSK信号矢量的 位置。 在这4个位置上可以叠 加上第二个QPSK矢量 ，后者的位置用虚线小 圆上的4个小黑点表示。
AM
16QAM信号的解调
——信号点在水平轴和垂直轴上 投影的电平数均有4个（+3、+1、-1、-3），对应低通滤 波器输出的4电平基带信号，因而4电平判决器应有3个判 决电平：+2、0、-2。 4 电平判决器对 4 电平基带信号进行判决和检测，再 经 4-2 电平转换和 并/串 变换器最终输出二进制数据。
在实际中，往往需要对2-L电平转换后的L电平基带信号 进行脉冲成形滤波，以抑制已调信号的带外辐射。
脉冲成形滤波器通常是滚降系数为
这时，MQAM信号的带宽:
的升余弦滤波器。
(1 ) Rb B (1 ) RB log 2 M
频带利用率：
log 2 M b （bps/Hz） (1 )
M ASK信号叠加而成
正交调幅法： 用两路正交的4ASK信号叠加，即可形成
16QAM信号。 方形 MQAM 利用两个同频正交载波
AM
在同一带宽内
实现了 两路并行的 L ASK信号的传输。
L M
输入的二进制序列（每4个“abcd”比特为一组）经过串/并变换器 输出速率减半的两路并行序列（上支路ac和下支路bd）；然后分别 经过2- 4电平变换，形成4电平基带信号X (t) 和Y (t)。 X (t) 和Y (t)分别与相互正交的两路载波相乘（调制），形成两路 互为正交的4ASK信号，最后将两路信号相加即可得到16QAM信号。
M=64、256时，QAM信号的星座图：
64QAM信号矢量图
256QAM信号矢量图
注： QAM星座图除方型结构外，还有星型或其他结构
星座结构影响系统性能！
星座结构
——不仅影响到已调信号的功率谱特性， ——而且影响已调信号的解调及其性能。
设计准则
若信号功率相同，选择信号点间距离最大的结构， 若最小距离相同，选择平均功率最小的星座结构。
课 件
第8章
新型数字调制
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
本章内容:
正交振幅调制 （QAM）
最小移频键控（MSK）
7章 数字调制 第8章第 新型数字调制
高斯最小移频键控（GMSK）
正交频分复用（OFDM）
§8.1
正交振幅调制 （QAM）
（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）
—— 这意味着在相同噪声条件下，系统的误码率增大
针对 问题
解决途径
M 增加，距离越来越小
解决 途径
增大相邻信号点间的距离
Q&A
如何增大距离，以减小误码率呢 ？
容易想到的一种办法：
——增大圆周半径（信号功率 ）来增大相邻信号点的
距离， -----往往会受发射功率的限制。
设计思想
一种更好的设计思想：
比较：
噪声容限越大，抗噪声性能就越强。
d1 d 2
表明：16QAM 比16PSK 的噪声容限大，抗噪能力强
。
d2超过d1约1.57 dB（最大功率(振幅)相等条件下 d2超过d1约4.12 dB（平均功率相等条件下）
）
16QAM是最具有代表性的MQAM信号，此外：
M=4时，QPSK信号就是一种最简单的QAM信号
一种振幅和相位联合键控的数字调制技术
需求背景
观察MPSK的星座图
问题引出
所有信号点（•）平均分布在同
： 一个圆周上。圆周半径等于信号幅度。
01
010 011 110 111 101 100
0
1
00 10
11
001 000
在信号幅度相同（即功率相等）条件下： ——进制数 M 增加，星座图上相邻信号点的距离越小
(-1,1)
水平4ASK星座 (3,-3)
2种振幅值 8种相位值
(0,-4.61)
星型16QAM
方型16QAM
3种振幅值 12种相位
在多径衰落信道中，信号振幅和相位取值越多，受到的 影响越大，因而星型 比方型更具有吸引力。 但方型星座的QAM信号的产生与接收更易实现。
16QAM信号的产生
在 QAM 中，载波 的振幅和相位同时受基带信号控制，因此，
——在不增大圆半径基础上（即不增加信号功率）， 重新安排信号点的位置，以增大相邻信号点的距离。 (星座结构)
这种思想的可行性方案：
一种把 ASK 和 PSK 结合起来的调制方式。 振幅 和 相位 联合键控的调制方式。
——正交振幅调制 QAM :
QAM是一种振幅和相位联合键控的调制方式，其频 谱利用率高，抗噪声性能优于MPSK，在中大容量数字