通信原理 第8章.ppt

1,通信原理,2,通信原理,第8章 新型数字带通调制技术,3,第8章 新型数字带通调制技术,8.1 正交振幅调制(QAM) 1、原理：QAM是振幅和相位联合键控调制方式,,,4,第8章 新型数字带通调制技术,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5,第8章 新型数字带通调制技术,矢量图 在信号表示式中，若k值仅可以取/4和-/4，Ak值仅可以取+A和-A，则此QAM信号就成为QPSK信号，如下图所示： 所以，QPSK信号就是一种最简单的QAM信号6,第8章 新型数字带通调制技术,有代表性的QAM信号是16进制的，记为16QAM，它的矢量图示于下图中：,7,第8章 新型数字带通调制技术,类似地，有64QAM和256QAM等QAM信号，如下图所示： 它们总称为MQAM调制由于从其矢量图看像是星座，故又称星座调制8,第8章 新型数字带通调制技术,2、产生方法（以4QAM信号为例） 正交调幅法：用两路独立的正交2ASK信号叠加，形成4QAM信号，如下图所示9,第8章 新型数字带通调制技术,信号表示式： 这种信号的一个码元可以表示为 式中，k = 整数；Ak和k分别可以取多个离散值。

Xk = Akcosk Yk = Aksink Xk和Yk也是可以取多个离散值的变量从上式看出，ek(t)可以看作是两个正交的振幅键控信号之和10,第8章 新型数字带通调制技术,11,第8章 新型数字带通调制技术,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,12,第8章 新型数字带通调制技术,3、QAM的优势 16QAM信号和16PSK信号的性能比较： 在下图中，按最大振幅相等，画出这两种信号的星座图 设其最大振幅为AM，则16PSK信号的相邻矢量端点的欧氏距离d1 和16QAM信号的相邻点欧氏距离d2分别为 d2和d1代表这 两种体制 噪声容限 的大小,,13,第8章 新型数字带通调制技术,4、QAM应用 实例1：QAM特别适用于频带资源有限的场合例如，信道的带宽通常限制在300～3400Hz的范围内，若希望得到高的传输速率，可采用QAM在下图中示出一种用于调制解调器的传输速率为9600 b/s的16QAM方案，其载频为1650 Hz，滤波器带宽为2400 Hz（9600/4=2400），滚降系数为10％14,第8章 新型数字带通调制技术,实例2： 目前，我国的有线电视在有线电视信号传输时，一般采用64QAM调制方式。

每个码元传输6bit信息，信息速率是码元速率的6倍） 对于标清信号，如果符号率采用6.875M符号/秒，每个频道的最高信息传输速率为6.875*6＝41.25Mbps，信道编码采用RS编码（204，188），每个频道的有效传输速率为41.25*（188/204）＝38.01Mbps，按每套节目的速率为6Mbps，故每个频道可以传输的节目数量为38.01/6＝6.33个 作为发展趋势的HDTV信号，未经压缩时的数据为663.5Mbit/s，压缩后为31.8Mbit/s（压缩比20.8∶1）如果采用64QAM调制，传输带宽为31.8/6＝5.3MHz（码元速率即为带宽），频带利用率达到6bit/s/Hz 也就是说，在现有的有线电视系统中，采用64QAM调制方式，每个频道可以传输一路高清或6路标清信号，提高了信道利用率15,第8章 新型数字带通调制技术,8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控 定义：最小频移键控（MSK）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，其波形图如下：,16,第8章 新型数字带通调制技术,8.2.1 正交2FSK信号的最小频率间隔 假设2FSK信号码元的表示式为 保证正交的2FSK信号的最小频率间隔等于1 / 2Ts。

17,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 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18,第8章 新型数字带通调制技术,由上式可以看出， 当输入码元为“1”时， ak = +1 ，故码元频率f1=fc + 1/(4Ts)； 当输入码元为“0”时， ak = -1 ，故码元频率f0=fc - 1/(4Ts) 所以， f1 和f0的差等于1 / (2Ts)在8.2.1节已经证明，这是2FSK信号的最小频率间隔19,第8章 新型数字带通调制技术,MSK信号的相位连续性 k(t)称作第k个码元的附加相位20,第8章 新型数字带通调制技术,由上式可见，在此码元持续时间内它是t的直线方程并且，在一个码元持续时间Ts内，它变化ak/2，即变化/2每经过一个码元的持续时间，MSK码元的附加相位就改变/2 ； 若ak =+1，则第k个码元的附加相位增加/2； 若ak = -1 ，则第k个码元的附加相位减小/2。

按照这一规律，可以画出MSK信号附加相位k(t)的轨迹图如下：,21,第8章 新型数字带通调制技术,,Ts,3Ts,5Ts,9Ts,7Ts,11Ts,0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ak =＋1 ＋1 ＋1 -1 -1 ＋1 ＋1 ＋1 -1 -1 -1 -1,,,,,,,,,,,,,,,,22,第8章 新型数字带通调制技术,习题8-1 设发送数字序列为+1-1-1-1-1-1+1，试画出用其调制后的MSK信号相位变化图若码元速率为1000B，载波频率为3000Hz，试画出此MSK信号的波形23,,,,,,,,,,,,,,24,第8章 新型数字带通调制技术,习题8-2 设有一个MSK信号，码元速率为1000B，分别用频率f1和f0表示码元“1”和“0”，若f1=1250Hz，试求其f0应为多少？并画出“101”的波形25,第8章 新型数字带通调制技术,MSK信号的正交表示法,,,26,第8章 新型数字带通调制技术,考虑到有 以及 上式表示，此信号可以分解为同相（I）和正交（Q）分量两部分I分量的载波为cosct，pk中包含输入码元信息，cos(t/2Ts)是其正弦形加权函数；Q分量的载波为sin ct ，qs中包含输入码元信息， sin(t/2Ts)是其正弦形加权函数。

27,第8章 新型数字带通调制技术,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,28,第8章 新型数字带通调制技术,8.2.3 MSK信号的产生和解调 MSK信号的产生方法 MSK信号可以用两个正交的分量表示：,29,第8章 新型数字带通调制技术,8.2.6 高斯最小频移键控 在进行MSK调制前将矩形信号脉冲先通过一个高斯型的低通滤波器这样的体制称为高斯最小频移键控(GMSK) 此高斯型低通滤波器的频率特性表示式为： 式中，B － 滤波器的3 dB带宽 将上式作逆傅里叶变换，得到此滤波器的冲激响应h(t)： 式中 由于h(t)为高斯特性，故称为高斯型滤波器30,第8章 新型数字带通调制技术,GMSK信号的功率谱密度很难分析计算，用计算机仿真方法得到的结果也示于上图中仿真时采用的BTs = 0.3，即滤波器的3 dB带宽B等于码元速率的0.3倍在GSM制的蜂窝网中就是采用BTs = 0.3的GMSK调制，这是为了得到更大的用户容量，因为在那里对带外辐射的要求非常严格GMSK体制的缺点是有码间串扰BTs值越小，码间串扰越大31,第8章 新型数字带通调制技术,例题：设发送数据序列为0010110101，采用MSK方式传输，码元速率为1200B，载波频率为2400Hz 试求“0”和“1”对应的频率 画出MSK信号时间波形 画出MSK信号附加相位路径图（初始相位为零）,32,第8章 新型数字带通调制技术,8.4小结 QAM MSK,。