通信原理多进制数字调制系统)
多进制数字调制系统PPT课件(通信原理)
13
8PSK信号点
14
在L=8 的5种信号星座图可以看 出,(4) 是最佳的一种方案
在同样的性能下,即在保证信 号状态点之间的最小距离为2 的情况下,(4)方案所用的平 均信号功率最小.
15
1
6.4.1 MASK
L电平的调制信号
可看成由时间上不重叠的L个不同振幅值 的OOK信号的叠加,因而,其功率谱密度便是这L 个信号的功率谱密度之和,尽管叠加后的谱结构 很复杂,但就带宽而言,L电平调制信号的带宽与 二电平的相同.
2
A(t)
×
x(t)
A(t)
BPF
× LPF 抽样判决
… 门限电平
每个四进制码元又被称为双比特码元
ab
(A方式) (B方式)
00 10 11 01
0° 90° 180° 270°
225° 315° 45° 135°
8
10
01
11
11
00
参考相位
参考相位
00
10
01
QPSK信号的矢量图
9
a
×
输入
串/并变换
-π/2
b
×
输出
+
调制
×
LPF
抽样判决
a
-π/2
并/串
×
多进制数字调制系统
特点 1. 在相同的码元传输速率下，信息传输速
率比二进制系统高。 Rb=RBN㏒2N b/s 2. 在相同的信息传输速率下，多进制码元
传输速率比二进制低。增大码元宽度， 会增加码元的能量，并能减少由于信道 特性引起的码间干扰的影响。 3. 在相同的噪声下，多进制数字调制系统 的抗噪声性能低于二进制数字调制系统。
通信原理教程7-8数字调制系统详解
将上两式代入y(t)式，得到： A cos0 t nc (t ) cos0 t ns (t ) sin 0 t y(t ) nc (t ) cos0 t ns (t ) sin 0 t 或
[ A nc (t )]cos0 t ns (t ) sin 0 t y (t ) nc (t ) cos0 t ns (t ) sin 0 t
14
第16讲 基本的数字调制系统之一
二进制频移键控（2FSK）
基本原理
表示式：
A cos(1t 1 ) s(t ) A cos( 0 t 0 ) 当发送“ 1”时 当发送“ 0”时
调频器 s(t)
产生方法：
调频法： 相位连续
A(t)
频率源0
开关电路
开关法： 相位不连续
“1” “0” “1” “ 1” “ 0” “ 1”
T
2019/3/7 第16讲 基本的数字调制系统之一
T
T
T
3
二进制振幅键控(2ASK)
基本原理
0t T 表示式： s(t ) A(t ) cos(0t ) 式中，0 ＝ 2f0为载波的角频率； 当发送“ 1”时, A A(t ) 当发送“0”时。 0
假定判决门限值等于h，并规定当V > h时，判为 收到“1”；当V h时，则判为“0”。 可以计算出，
1 当大信噪比时，误码率为： P e
e r / 4
2
2019/3/7
第16讲 基本的数字调制系统之一
13
【例】设有一个2ASK信号传输系统，其中码元速率RB = 4.8 106 Baud，接收信号的振幅A = 1 mV，高斯噪声的单 边功率谱密度n0 =2 10-15 W / Hz。试求：1）用包络检波 法时的最佳误码率；2）用相干解调法时的最佳误码率。 解：基带矩形脉冲的带宽为1/T Hz。2ASK信号的带宽应该 是它的两倍，即2/T Hz。故接收端带通滤波器的最佳带宽应 为: B 2/T = 2RB =9.6 106 Hz 2 8 n B 1 . 92 10 W 故带通滤波器输出噪声平均功率等于: n 0 2 6 A 10 因此其输出信噪比等于： r 26 1
通信原理复习题(含答案)
1.与二进制系统相比，多进制调制的特点是什么答：①在相同的码元传输速率下，多进制数字调制系统的信息传输速率高于二进制数字调制系统；②在相同的信息传输速率下，多进制数字调制系统的码元传输速率低于二进制数字调制系统；③在相同噪声情况下，多进制数字调制系统的抗噪声性能低于二进制数字调制系统。
2.一般的复用形式有哪几种什么是时分多路复用答：频分复用、时分复用和码分复用。
时分多路复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同时间的时间区间。
在同一信道上同时传送的基带信号具有相同的抽样频率，但抽样脉冲在时间上交替出现占据不同的时隙3.什么是加性高斯窄带白噪声答：高斯窄带白噪声是指一个噪声概率密度服从正态分布（即高斯噪声），其功率谱密度在整个频域内均匀分布，且其还满足窄带条件，即其带宽远远小于中心频率，而且中心频率偏离零频很远，这样的噪声称为高斯窄带白噪声。
4.试画出二进制确定信号的最佳接收结构。
5.简单增量调制的主要优缺点是什么优点：①低比特率时,量化信噪比高于PCM.②抗误码性能好,能在误码率较高的信道里工作③便译码器比PCM 简单.缺点：存在斜率过载和动态范围问题。
6.数字通信系统中编码分为哪两类并简述其各自的作用。
信源编码和信道编码两类。
①信源编码完成的是将模拟信号转换为数字信号，目的是提高传输的有效性。
②信道编码完成是将信源编码输出的数字信号变换成适合于信道传输的码型，目的是提高传输的可靠性。
7.为什么简单增量调制的抗误码性能优于线性脉冲编码调制答：增量调制是用一位二进制码表示相邻抽样的相对大小，用相邻抽样值的相对变化来反应模拟信号的变化规律，且在接收端只需要用一个线性网络便可以恢复模拟信号，而线性脉冲编码调制是将模拟信号抽样值变成二进制码组的过程，为减少量化噪声，一般需要较长的代码及教复杂编译码设备。
8.在模拟调制中改善门限效应的方法及原理。
答：当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后，检波器的输出信噪比出现急剧恶化的一种现象，该特定的输入信噪比称为门限，由包络检波器的非线性解调引起的。
通信原理简答题题库
简答题：1、数字通信有何优点？答案：差错可控；抗干扰能力强，可消除噪声积累；便于加密处理，且保密性好；便于与各种数字终端接口，可用现代化计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储；便于集成化，从而使通信设备微型化。
难度：较难2、在PCM 系统中，信号量噪比和信号（系统）带宽有什么关系？答案： )/(22/H f B q N S =，所以PCM 系统的输出信号量噪比随系统的带宽B 按指数规律增长。
难度：难3、非均匀量化的目的是什么？答案：首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。
难度：较难3、 什么是奈奎斯特准则？什么是奈奎斯特速率？答案：为了得到无码间串扰的传输特性，系统传输函数不必须为矩形，而容许具有缓慢下降边沿的任何形状，只要此传输函数是实函数并且在f=W 处奇对称，称为奈奎斯特准则。
同时系统达到的单位带宽速率，称为奈奎斯特速率。
难度：难4、 什么是带通调制？带通调制的目的是什么？答案：用调制信号去调制一个载波，使载波的某个（些）参数随基带信号的变化规律去变化的过程称为带通调制。
调制的目的是实现信号的频谱搬移，使信号适合信道的传输特性。
难度：难5、 若消息码序列为1101001000001，试写出AMI 和HDB3码的相应序列。
答案：AMI ：+1-10+100-100000+1（-1+10-100+100000-1）HDB3：+1-10+100-1000-v0+1（-1+10-100+1000+v00-1）难度：难6、 什么是多径效应？答案：在随参信道当中进行信号的传输过程中，由于多径传播的影响，会使信号的包络产生起伏，即衰落；会使信号由单一频率变成窄带信号，即频率弥散现象；还会使信号的某些频率成分消失，即频率选择性衰落。
这种由于多径传播对信号的影响称为多径效应。
通信原理-数字调制_5
Pe
M
1e
A2
/
4
2 n
2
rb
(b) 相干解调
MPSK(M≥ 4) 相r sin
M
OQPSK的抗噪声性能和QPSK完全一样。
MDPSK(M≥ 4) 相干解调系统的误码率:
Pe
erfc
2r sin
2M
Pe
Pe
rb (dB)
MPSK系统的误码率
rb(dB)
MDPSK系统的误码率
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1 erfc 2
r
r (dB)
MFSK –非相干解调系统的误码率:
Pe
M 1 er/2 2
Pe
rb r / log 2 M
——每比特的信噪功率比
rb
(a) 非相干解调
MFSK –相干解调系统的误码率:
Pe (M 1)erfc( r )
比较相干和非相干解调 的 Pe 误码率，当 log2M > 7时，
§7.5
多进制数字调制系统 的抗噪声性能
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:
Pe
1
1 M
erf
c
M
3
2
1
r
r
Ps
/
2 n
- 解调器
输入信噪功率比
Ps - 信号码元功率
通信原理(樊昌信)第7章 数字调制
谱零点带宽：
§7.2 二进制数字调制系统 抗噪声性能
概述
性能指标：系统的误码率 Pe 分析方法：借用数字基带系统的方法和结论 分析条件：恒参信道（传输系数取为 K ） 信道噪声是加性高斯白噪声
背景知识： 窄带噪声 正弦波+窄带噪声
§7.2.1 2ASK系统的抗噪声性能
2ASK---相干解调
基带信号
反相器 振荡器2
f2
s (t )
相加器
e2FSK (t )
选通开关
特点：转换速度快、电路简单、 产生的波形好、频率稳定度高。
ak a b c s(t ) s(t )
1
0
1
1
0
0
1 t t t
d
t
e
t
f
t
g
2 FS K信 号
t
图 二进制移频键控信号的时间波形
三、2FSK信号的解调 1、非相干解调，如图（b）； 2、相干解调，如图（a）。 3、过零检测法；
e2 DPSK (t ) 带通
滤波器 延迟TB a 相乘器 b c 低通 滤波器 d 抽样 判决器 定时 脉冲 e 输出
相乘器 起着 相位比较的作用
带通 滤波 器
a
相乘 器 b
c
低通 滤波 器
d
抽样 判决 器 定时 脉冲
e
延迟 Ts
参考
(a )
DPSK信号 a b
c d 二进 制信息 反相 e
0
0
§7.1.1 二进制振幅键控 （2ASK）
原理： s(t)载波幅度
表达式：
单极性
波形：
1 0 1 1 0 1 t
通信原理期末考试重要知识点2
多进制数字调制系统多进制数字调制具有以下两个特点：（1）在相同的码元传输速率下，多进制数字调制系统的信息传输速率比二进制高。
Rb=RB2 bit/sRb=logN bit/s(2) 在相同的信息传输速率下，多进制数字调制系统的码元传输速率比二进制低，, BN＜B2可增加码元的能量,减小干扰的影响。
1. 多进制数字振幅调制(MASK)(1)多进制数字振幅调制的原理。
——多进制数字振幅调制又称多电平调制。
*MASK表示式: (波形)eASK=bn=P1+P2+……..PM=1(2) 系统的带宽: BASK =(3)单位频带内有超过2bit/s.Hz的信息传输速率。
2. 进制数字频率调制(MFSK)(1)多进制数字频率调制的原理——MFSK调制简称多频制,是二进制数字频率键控方式的直接推广。
(2) 一个多频制系统的组成方框如图:●带通滤波器的中心频率就是多个载频的频率。
●抽样判决器-----在给定时刻上比较各包络。
(3) MFSK系统带宽:BFSK=|fM-fl|+ΔfΔf单个码元宽度。
3. 多进制数字相位调制(MPSK)(1) 多进制数字相位调制的原理——多进制数字相位调制又称多相制。
*利用载波的多种不同相位(或相位差)表征数字信息的调制方式。
也可分为绝对移相(MPSK)和相对(差分)移相(MDPSK)两种。
*多进制相位调制: M=2k K位码元。
一个相位表示K位二进码元.*以四相制为例(2) QPSK(QDPSK)信号调制的原理(A)QPSK:定义:用载波的四种不同相位来表征数列中的信息。
两个信息比特与载波相位关系如下,分为A方式, B方式。
(B) QDSK:定义:利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。
以前一码元相位作为参考,并令Δ为本码元与前一码元的初相差。
信息比特与载波相位变化Δ的关系如上所示,分为A方式, B方式。
(C) 波形:(D) 表达式:ePSK ==式中：——受调相位。
M进制用M种不同相位来表征。
通信原理第四、第六章习题
第六章 数字调制系统1． 已知电话信道可用的信号传输频带为600-3000Hz ，取载频为1800Hz ，试说明：(1) 采用α=1余弦滚降基带信号时，QPSK 调制可以传输2400b/s 数据；(2) 采用α=0.5余弦滚降基带信号时，8PSK 调制可以传输4800b/s 数据；解：(1) R b =2400b/s , R B =1200(B) , 基带奈氏带宽W 1= R B / 2 = 600Hz ,信道带宽为 B = 3000 – 600 = 2400Hz = (1+α) 2W 1 = (1+α) R B α=1时，QPSK 系统的频带利用率为数据传输速率为（2）α=0.5时，8PSK 系统的频带利用率为数据传输速率为2．设有一个2PSK 信号，其码元传输速率为1000B ，载波波形 为A cos ( 4 π ⨯ 10 6 t )。
(1) 试问每个码元中包含多少个载波周期？(2) 若发送“0”和“1”的概率分别是0.6和0.4，试求此信号的功率谱密度的表达式。
解：(1)由载波波形可知已调信号载频为2⨯106 Hz ，因此每个码元中包含2⨯106 / 1000 = 2000个载波周期。
222log log log 4 1 //(1)(1)11b B b B R R M M b s Hz B R ηαα=====+++240012400 /b b R B b sη==⨯=22log log 8 2 //(1)10.5b M b s Hz ηα===++240024800 /b b R B b sη==⨯=(2) 2PSK 功率谱密度为因为P s （f ）为基带信号双极性矩形脉冲的功率谱密度，因此有：注：因为先验不等概，所以P s ( f )的离散谱中只有m = 0一项不为零， 故P 2PSK ( f )存在离散载波f c 分量。
3．设有一个2DPSK 传输系统对信号采用A 方式编码，其码元速率为1200B ，载波频率为2400Hz ，已知输入码元序列为011010， 试画出此2DPSK 信号序列的波形图。
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联合战术通信教研室 张伟明
理工大学通信工程学院
5.5 多进制数字调制系统
5.5.1 多进制振幅键控（MASK） 5.5.2 多进制频移键控（MFSK） 5.5.3 多进制相移键控（MPSK） 5.5.4 多进制差分相移键控（MDPSK） 5.5.5 振幅相位联合键控系统（APK）
5.5 多进制数字调制系统
进制振幅调制信号叠加。
11 10
11
11
10
10
• 在符号速率（码元速率）相 01
01
00
00
01
0
等的情况下
t
BMASK＝ B2ASK
11
11
11
10
10
10
01
01
01
00
00
0
t
11
11
11
10
10
10
01
01
01
00
00
0
t
5.5.1 多进制振幅键控
五、MASK信号解调
对于M元确知信号的最佳接收可以描述为，在观察时间(0，Tb)内收到的波 形r(t)将包含M个信号si(t)（i=1，2，，M）中的一个
2
6
M＝2
E
1 4
h2Eg
M＝4
E
7 4
h2Eg
h' 7h
结论
➢ 在相邻幅值间距相等的情况下，平均能量随进制数的增加 而增加
➢ 在平均能量相等的情况下，进制数越大，则相邻幅值的间 距越小
➢ 因此在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大
MASK与2ASK比较
平均功率相同
11
01
00 10 01
研究对象：多进制数字调制系统 研究目的：在信道频带受限时多进制数字调制是如
何增加信息的传输速率（即比特率），提高系统的 频带利用率从而提高数字传输系统有效性，或者通 过牺牲频带资源从而提高系统可靠性的。 研究方法：原理及抗噪声性能结论
5.5 多进制数字调制系统
定义：在码元间隔0≤t≤TS内，可能发送的码元有 M种：si(t)，i=1，2，，M。实际应用中，通 常取M=2k（k>1为整数）。
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用。
5.5 多进制数字调制系统
5.5.1 多进制振幅键控（MASK） 5.5.2 多进制频移键控（MFSK） 5.5.3 多进制相移键控（MPSK） 5.5.4 多进制差分相移键控（MDPSK） 5.5.5 振幅相位联合键控系统（APK）
5.5.2 多进制频移键控
一、信号数学表达式
si
(t)
a
cos
2
fct
i
Ts
t
fc=nc/(2Ts)， nc是 某个固定的整数
Ts是符号间隔
假设
M个频移键控信号具有相同的能量、先验等概； 信号间彼此正交，信号之间的频率间隔为1/(2Ts)Hz
Ts
0
si
(t)s
j
(t)dt
E0i
i j i j
5.5.1 多进制振幅键控
一、MASK的波形
11
11
10
10
10
01
01
0
00
00
11 01
11
10
01
01
0
10 00
11 00
11 10
01
11
10
10
0 01
01
00
11 10
00
11 01
01 10 0
11
00
01
10
00 11 10
11 01
•定义：M进制幅度键 t 控（MASK）是使用M
发送M个电平的可能性相同时，MASK相干解调时误码率为
Pe 1 10-1
Pe
(
M M
1)erf
c
M
3r 2
1
r=Eav/n0为 信噪比
10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
0
M=2
M=4
M=16 M=8
5 10 15 20 25 30 r/dB
结论
在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大; 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；
s(t)
r(t)
n(t)
s1 (t ) sM (t)
Tb ( )dt 0
Tb ( )dt 0
r1
选 择 最
rM 大
者
相关接收
ak'
Pe 1
1
e dx
y2
E
n0
1
2
x2 2
M 1
2
1
y2
e 2 dy
2
码元信噪比 E kEb n0 n0
Eb 比特信噪比 n0
5.5.1 多进制振幅键控
4ASK
1 1 010010 01
2ASK
MASK与2ASK比较
载波振幅间隔相同
11
01
00 10 01
4ASK
1 1 010010 01
2ASK
5.5.1 多进制振幅键控
11
11
11
10
10
10
• 四、MASK信号带宽
01
01
01
00
00
0
t
• M进制振幅调制信号可以看
成由M个时间上不重叠的二
AM ,
发送概率为P1 发送概率为P2
M 发送概率为PM
M
Pi 1
i 1
5.5.1 多进制振幅键控
三、MASK的能量与抗噪声性能间的关系
在一个码元间隔内 t(0,Tb]，只能发射某一特定幅度的信号
si (t) Aig(t)cos2 fct
Ai表示与M=2k个可能的k个比特码元对应的 M个可能的离散幅值
每个码元可以携带log2M比特信息，因此在信道频 带受限时可以增加信息的传输速率（即比特率）， 提高频带的利用率。（有例外）
5.5 多进制数字调制系统
5.5.1 多进制振幅键控（MASK） 5.5.2 多进制频移键控（MFSK） 5.5.3 多进制相移键控（MPSK） 5.5.4 多进制差分相移键控（MDPSK） 5.5.5 振幅相位联合键控系统（APK）
如果相邻幅值之间的差值为h Ai ih i 0,1,..., M -1
单个码元内信号的能量
Ei
Ts 0
si2 (t)dt
1 2
Ai2
Ts 0
g 2 (t)dt
1 2
Ai2 Eg
MASK信号的平均能量
E
1 2
h2
2M
2
3M 61Fra bibliotekEg认为g(t)具有 单位能量
5.5.1 多进制振幅键控
E 1 h2 2M 2 3M 1
5.5.2 多进制频移键控
二、信号带宽
B
fM
f1
2 Ts
三、抗噪声性能
非相干解调 相干解调
Pe
M 2
1
e
r 2
r=E/n0为平均接收 信号的信噪比
Pe
M 1 2
erfc
r 2
5.5.2 多进制频移键控
MFSK相干解调性能
Pe
M 1 2
erfc
r 2
5.5.2 多进制频移键控
种可能取值的多电平基 带信号对载波幅度进行
t
键控而得到的信号。
•特点：在相同信道传 t 输速率下M电平调制与
二电平调制具有相同的 信号带宽。
t
5.5.1 多进制振幅键控
二、MASK的数学表达式
eMASK t an gt nTs cosct
n
基带 信号 波形
码元 间隔
A1,
an
A2 ,