通信原理(第8章)
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移动通信原理与系统——第八章 第五代移动通信
NFV基础设施（NFVI）
虚拟计算
虚拟存储
虚拟网络
虚拟化层
计算
存储
网络
图6 NFV架构
NFV 管理
和 编排
NFV优势
✓ NFV 是从运营商角度出发 提出的一种软件和硬件分 离的架构，将虚拟化技术 引入到电信领域，采用通 用平台来完成专用平台的 功能。
✓ NFV 能 实 现 软 件 的灵 活 加 载，从而可以在数据中心 、网络节点和用户端等不 同位置灵活地部署配置， 加快网络部署和调整的速 度，降低业务部署的复杂 度，提高网络设备的统一 化、通用化、适配性等。
同发展，实现网络变革。 ✓ 新型基础设施平台将引入互联网和虚拟化技术，设计实现基于通用设
施的新型基础设施平台，关键技术是NFV和SDN。 ✓ 新型的5G网络架构包含接入、控制和转发三个功能平面。
核心网 接入网
转发功能 控制功能 接入功能
5G网络逻辑架构
分布式组网 集中式组网 动态自组织网
Mesh网 Wi-Fi
➢ 增强移动宽带（Enhanced Mobile Broadband, eMBB）场景 ➢ 海量机器通信（Massive Machine Type Communications, mMTC）
场景 ➢ 超 高 可 靠 、 低 时 延 通 信 （ Ultra Reliable and Low Latency
➢ mMTC应用场景
• mMTC主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感 和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特 点。这类终端分布范围广、数量众多，不仅要求网络具备超密集连接的 支持能力，满足每平方公里100万连接数密度的指标要求，而且还要保 证终端的超低功耗和超低成本。
通信原理(第八章新型数字带通调制技术)PPT课件
实例分析
QPSK（四相相移键控调制）
在PSK的基础上，将相位划分为四个不同的状态，每个状态表示两个 比特的信息，提高了频谱利用率和传输速率。
16-QAM（十六进制正交幅度调制）
在QAM的基础上，将幅度划分为16个不同的状态，每个状态表示4个 比特的信息，进一步提高了频谱利用率和传输速率。
OFDM（正交频分复用调制）
20世纪70年代，随着数字信号处理技 术的发展，多种新型数字带通调制技 术如QPSK、QAM等开始出现。
02
数字带通调制技术的基本原理
数字信号的调制过程
调制概念
调制是将低频信号（如声音、图像等）转换成高频信号的过程， 以便传输。
数字信号的调制方式
数字信号的调制方式主要有振幅键控（ASK）、频率键控（FSK） 和相位键控（PSK）等。
通信原理(第八章新型数字带 通调制技术)ppt课件
• 引言 • 数字带通调制技术的基本原理 • 新型数字带通调制技术介绍 • 新型数字带通调制技术的应用场景
• 新型数字带通调制技术的优势与挑 战
• 新型数字带通调制技术的实现方法 与实例分析
01
引言
新型数字带通调制技术的定义与重要性
定义
新型数字带通调制技术是指利用数字 信号调制载波的幅度、频率或相位， 以实现信号传输的技术。
光纤通信系统
在光纤通信系统中，新型数字带通调制技术如偏振复用正交频分复用（PD-OFDM） 被用于实现高速、大容量的数据传输，满足不断增长的网络流量需求。
卫星通信系统
广播卫星
在广播卫星中，新型数字带通调制技术如正交频分复用（OFDM）被用于发送多路电视信号和其他多媒 体内容，提供高质量的广播服务。
将高速数据流分割成多个低速数据流，在多个子载波上进行调制，提 高了频谱利用率和抗多径干扰能力。
通信原理课件第八章 时分复用(一)
基带信号 m1(t)
m2(t)
信道
低通滤波器 1 低通滤波器 2
m1 ′(t ) m２′(t )
mn -1 (t ) mn(t)
发送端
接收端
低通滤波器 n－1 低通滤波器 n
mn -1 ′(t ) mn ′(t )
图 6-4 时分复用系统示意图
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
8
1路 2路 3路 4路
同步时分复用原理
4 32 1
D CB A d cb a
cC3 bB2 aA1
帧3
帧2
帧1
2
1
B
A
b
a
异步时分复用原理
2b B a A 1
帧6 帧5 帧4 帧3 帧2 帧1
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
12
TDM方式的优点（相对与FDM）
❖ 1、多路信号的汇合和分路都是数字电路，比 FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。
❖ 把基群数据流采用同步(SDH)或准同步数字复接 技术汇合成更高速的数据(称为高次群)，高次群 的复接结构称为高次群的复接帧。
❖ 对帧的研究是时分复用系统研究的重点，相当于 对频分复用系统中频道的研究。
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
17
E1帧结构源于语音通信：
❖ 抽样频率：
fs=8000Hz
❖ 空分复用方式（SDM，space division multiplex ） 无线通信中(包括卫星通信)的位置复用 有线通信中的同缆多芯复用。
❖ 码分复用方式（CDM，code division multiplex ） 编码发射、相关接收技术。
通信原理 樊昌信 第8章
密度函数为
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。
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。
周炯盘《通信原理》第3版名校考研真题(信道)【圣才出品】
周炯槃《通信原理》第3版名校考研真题第8章信道一、选择题1．恒参信道特性不理想，会引起信号的（）畸变和（）畸变。
[南京邮电大学2007研] A．低频，甚高频B．高频，相频C．幅频，相频D．码间，倒相【答案】C【解析】恒参信道不理想会引起信号的幅度和相位畸变，因此会造成幅频畸变和相频畸变。
2．以下不属于随参信道中多径效应的是（）。
[南京邮电大学2007研]A．瑞利衰落B．频率选择性衰落C．频率畸变D．幅度频率畸变【答案】D【解析】随参信道中的多径效率有：瑞利衰落；频率选择性衰落；频率弥散。
二、填空题1．对于900MHz的移动无线通信GSM系统，信号传输环境受到很多因素限制，其信道特性为______，且限制带外辐射和移动终端（手机）的信号功率尽可能小，因此调制方式中GSM不宜采用______等调制方式；又因信道拥挤，也不宜采用______调制方式，较适宜的调制方式有______等，现普遍采用______调制。
[同济大学2006研]【答案】衰落特性、多径特性、非线性；ASK、MASK；FSK、MFSK；QAM、MSK、QPSK、OQPSK；GMSK调制2．在数字通信中，当信号带宽超过多径传播随参信道的相干带宽时，会产生衰落。
为了对抗此衰落，在TDMA系统中常用的措施是，在CDMA系统中常用的措施是。
[北京邮电大学2005研]【答案】频率选择性；均衡；Rake接收3．恒参信道对信号传输的影响主要表现在：______，______，______。
[南京邮电大学2003研]【答案】幅频畸变；相频畸变；多径传播【解析】所谓幅度-频率畸变，是指信道的幅度-频率特性偏离如图8-1所示关系所引起的畸变。
图8-1所谓相位-频率畸变，是指信道的相位-频率特性或群迟延-频率特性偏离如图8-2所示关系而引起的畸变。
图8-24．宽频带信号在短波电离层反射信道中传输时，可能遇到的主要衰落类型是。
[西安电子科技大学2002研]【答案】频率选择性衰落【解析】因为传输信号的频谱宽于信道的相关带宽△f，则该信号传输将产生明显的频率选择性衰落，指的就是发生在一小组频率上的信号衰落，它是由频率中的多路径成分引起的。
精品文档-数字通信原理(李白萍)-第8章
11
第 8 章 同步原理
平方变换法实现载波提取的原理方框图如图8-1所示。
图 8-1 平方变换法提取同步载波原理方框图
12
第 8 章 同步原理
如果基带信号m(t)=±1， 那么该抑制载波的双边带信号为 二进制相移键控信号(2PSK信号)， 这时已调信号sm(t)经过平方 律部件后得
sm2
(t)
1 2
1 2
cos
2ct
(8-3)
13
第 8 章 同步原理
(2) 平方环法。 为了改善平方变换法的性能， 使恢复的相 干载波更为纯净， 可以在平方变换法的基础上， 把窄带滤波器 改为锁相环， 这种实现的载波同步的方法就是平方环法。 其原 理方框图如图8-2所示。 由于锁相环具有良好的跟踪、 窄带滤 波和记忆功能， 因此平方环法比一般的平方变换法具有 更好的性能， 在载波提取中得到了广泛的应用。
v6
1 2
m(t ) s in
v5、v6经过乘法器后得到
(8-6)
v7
v5
v6
1 m2(t)sin
4
cos
1 m2(t)sin 2
8
(8-7)
20
第 8 章 同步原理
当θ较小时， (t)
(8-8)
式中，v7的大小与相位误差θ成正比。v7相当于一个鉴相器的 输出， 通过环路滤波器后就可以控制压控振荡器的输出相位，
图 8-6 DSB信号的导频插入示意图
28
第 8 章 同步原理
图 8-7 (a) 发送端; (b) 接收端
29
第 8 章 同步原理
设基带信号为m(t)， 且无直流分量; 被调载波为acsinωct;
插入导频为被调载波移相90°形成的， 为－accosωct。 其中
数据通信原理及应用教程与实训第8章 差错控制技术
● 8.3常用检错码
● 8.3.4正反码
3．举例： 4．编码特点 正反码编码简单，有一定的纠错能力，但信息码位不能太长。
● 8.4线性分组码
● 8.4.1线性分组码的基本概念
线性分组码（Linear Block Codes）的构成是将信息序列划分为等长（k 位）的序列段，共有2个不同的序列段。在每一个信息段之后附加r位监 督码元（Parity Chcck bits） 构成长度为n=k+r的分组码（n，k），当监督码元与信息码元的关系为线 性关系时，构成线性分组码。
● 8.2差错控制方法
● 1．一个通信实例的启示
我们可以在所传送的相互独立无关的数字信号中，人为地按一定 规律加入一定的多余码元（对信息来说是多余的，它不代表信 息），使所传输的码字中前后码元产生一定的相关性，具有一定 的监督关系。这样，在接收端就可以利用这种监督关系来检测、 纠正错误，这就是抗干扰编码的基本思想。
● 8.5.1循环码的基本概念 ● 8.5.2循环码的编码和译码
● 8.6卷积码
● 8.6.1 卷积码的基本概念 ● 8.6.2 卷积码的编码和译码
● 本章小结 ● 本章实训
● 8.1概述
随着计算机技术的发展，在数据通信中，采用计算机技 术进行编码和控制，以满足通信质量的要求，这就是差 错控制技术。差错控制技术包括抗干扰编码，以及与其 相适应的差错控制方法。
● 8.2差错控制方法
● 8.2.1自动请求重发（ARQ）方式
接收端根据校验序列的编码规则判断是否传错，并把判断结果通过反 馈通道传送给发送端。判断结果有三种情况： 1．停等ARQ 2．返回错控制方法
● 8.2.2前向纠错（FEC）方式
利用纠错编码，使得在系统的接收端译码器能发现错误并能准确地 判断差错的位置，从而自动纠正它们。所以使用前向纠错。 FEC方式的特点： ①接收端自动纠错，实时性好。 ②无需反馈通道。特别适用于单点向多点同时传送的方式。 ③纠错码需要较大的冗余度，传输效率下降。 ④控制规程简单，译码设备复杂。 ⑤纠错码应与信道特性相配合，对信道的适应性差。
通信原理第六版第8章
k － 第k个码元的初始相位，它在一个码元宽度
中是不变的。
15
第8章 新型数字带通调制技术
sk
(t)
cos( st
ak
2Ts
t
k
)
(k 1)Ts t kTs
由上式可以看出，当输入码元为“1”时， ak = +1 ，故码元 频率f1等于fs + 1/(4Ts)；当输入码元为“0”时， ak = -1 ，故 码元频率f0等于fs - 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。
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。
2
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：
Ak
3
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：
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。按
照相位连续性的要求，在第k-1个码元的末尾，即当t = (k-
1)Ts时，其附加相位k-1(kTs)就应该是第k个码元的初始附加 相位k(kTs) 。所以，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
上式才等于零。
为了同时满足这两个要求，应当令 (1 0 )Ts 2m
中是不变的。
15
第8章 新型数字带通调制技术
sk
(t)
cos( st
ak
2Ts
t
k
)
(k 1)Ts t kTs
由上式可以看出，当输入码元为“1”时， ak = +1 ，故码元 频率f1等于fs + 1/(4Ts)；当输入码元为“0”时， ak = -1 ，故 码元频率f0等于fs - 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。
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。
2
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：
Ak
3
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：
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。按
照相位连续性的要求，在第k-1个码元的末尾，即当t = (k-
1)Ts时，其附加相位k-1(kTs)就应该是第k个码元的初始附加 相位k(kTs) 。所以，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
上式才等于零。
为了同时满足这两个要求，应当令 (1 0 )Ts 2m
通信原理新型数字带通调制技术
通信原理
第八章 新型数字带通调制技术 (8.1-8.2)
1
主要内容 第8章 新型数字带通调制技术
8.1 正交振幅调制(QAM) 8.2 最小频移键控和高斯最小
频移键控 8.3 正交频分复用
2
8.1 正交振幅调制(QAM)
① 问题旳提出：
A. 多进制相移键控（MPSK）旳频带利用率 高，功率利用率较高；
( 1,-1) ( 3,-1)
-1
-3
(-3,-3) (-1,-3) ( 1,-3) ( 3,-3)
-3
-1
1
I路 3
8
8.1 正交振幅调制(QAM)
B. 复合相移法：它用两路独立旳QPSK信号叠加， 形成16QAM信号。
9
8.1 正交振幅调制(QAM)
⑧ 16QAM信号和16PSK信号旳性能比较：
20
8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控
④ 因为1和0是任意常数，故必须同步有
sin(1 0 )Ts 0 cos(1 0 )Ts 1
(1 0 )Ts 2m f1 f0 m / Ts
⑤ 当m = 1时是最小频率间隔，最小频率间隔等于 1/Ts。
21
8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控
13
8.1 正交振幅调制(QAM)
实例：一种用于调制解调器旳传播速率为 9600 b/s旳16QAM方案，其载频为1650 Hz，滤波器带宽为2400 Hz，滚降系数为 10％。
A
1011 1001 1110 1111
2400
1010 1000 1100 1101 0001 0000 0100 0110
⑥ 对于相干解调，则要求初始相位是拟定旳，在接
受端是预知旳，这时能够令1 - 0 = 0。
第八章 新型数字带通调制技术 (8.1-8.2)
1
主要内容 第8章 新型数字带通调制技术
8.1 正交振幅调制(QAM) 8.2 最小频移键控和高斯最小
频移键控 8.3 正交频分复用
2
8.1 正交振幅调制(QAM)
① 问题旳提出：
A. 多进制相移键控（MPSK）旳频带利用率 高，功率利用率较高；
( 1,-1) ( 3,-1)
-1
-3
(-3,-3) (-1,-3) ( 1,-3) ( 3,-3)
-3
-1
1
I路 3
8
8.1 正交振幅调制(QAM)
B. 复合相移法：它用两路独立旳QPSK信号叠加， 形成16QAM信号。
9
8.1 正交振幅调制(QAM)
⑧ 16QAM信号和16PSK信号旳性能比较：
20
8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控
④ 因为1和0是任意常数，故必须同步有
sin(1 0 )Ts 0 cos(1 0 )Ts 1
(1 0 )Ts 2m f1 f0 m / Ts
⑤ 当m = 1时是最小频率间隔，最小频率间隔等于 1/Ts。
21
8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控
13
8.1 正交振幅调制(QAM)
实例：一种用于调制解调器旳传播速率为 9600 b/s旳16QAM方案，其载频为1650 Hz，滤波器带宽为2400 Hz，滚降系数为 10％。
A
1011 1001 1110 1111
2400
1010 1000 1100 1101 0001 0000 0100 0110
⑥ 对于相干解调，则要求初始相位是拟定旳，在接
受端是预知旳，这时能够令1 - 0 = 0。
通信原理与通信技术(第三版)章 (8)
第8章 差错控制编码 香农在1848年和1957年发表的《通信的数学理论》、《适
用于有扰信道的编码理论某些成果》两篇论文中提出了关于有 扰信道中信息传输的重要理论——香农第二定理。该定理指出：
C，则只要信道 中的信息传输速率R小于C，就一定存在一种编码方式，使编码
后的误码率随着码长n的增加按指数下降到任意小的值。或者
第8章 差错控制编码
但是，当干扰超过系统的限度时，就会使数字信号产生误码， 从而引起信息传输错误。数字通信系统除了可以采取与模拟系 统同样的措施以降低干扰和信道不良对信号造成的影响之外， 还可以通过对所传数字信息进行特殊处理（即差错控制编码） 对误码进行检错和纠错，以进一步将误码率降低，从而满足通 信要求。因此，数字通信系统可以从硬件上的抗干扰措施和软 件上的信道编码两个方面对信息传输中出现的错误进行控制和 纠正。
延时，也就是发送端从发错误码组开始，到收到NAK信号为止
所发出的码组个数，图中N=5。接收端收到码组2有错，发送端
在码组6后重发码组2、3、4、5、6，接收端重新接收，发送端 继续发后续码组。这种返回重发系统的传输效率比停发等候系 统有很大改进，在很多数据传输系统中得到了应用。
第8章 差错控制编码
在前向纠错系统中，发送端将信息码经信道编码后变成能 够纠正错误的码组，然后通过信道发送出去；接收端收到这些 码组后，根据与发送端约定好的编码规则，通过译码能自动发 现并纠正因传输带来的数据错误。前向纠错方式只要求单向信 道，因此特别适合于只能提供单向信道的场合，同时也适合一 点发送多点接收的广播方式。因为不需要对发送端反馈信息， 所以接收信号的延时小、实时性好。这种纠错系统的缺点是设 备复杂、成本高，且纠错能力愈强，编译码设备就愈复杂。
通信原理第八章 数字信号的最佳接收
若
fs1 ( y) P(s2 ) fs2 ( y) P(s1)
则判为“s1” ； 则判为“s2” 。
2008.8
copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组
13
2、最大似然准则
最小错误概率准则需要已知先验概率，而先验概 率在实际系统中很难获得。
我们通常认为数字通信中各个信号出现的概率相
等，即先验概率均匀分布P(s2)/P(s1)=1，最小错误概
[s1
(t
)
s
2
(
t
)]2
dt
ln p(s2 )
b
1
2n0
T
0 [s1(t)
s2 (t)]2 dt
2
1 2n0
p(s1 )
T 0
[s1
(
t
)
s
2
(t)]2
dt
2008.8
copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组
24
最佳接 收 机的 误 码性 能 与先 验 概率 P(s1) 和 P(s2)、噪声功率谱密度n0及s1(t)和s2(t)之差的 能量有关，而与s1(t)和s2(t)本身的具体结构无 关。
3、最大输出信噪比准则
对于数字系统，我们并不关心波形是否失真，只是要求在 判决时刻做出尽可能正确的判决。
从前面几章的知识可知，增加输出信噪比有利于在噪声背 景中把信号区分出来，从而减少错误判决的可能性。因此，在 同样输入信噪比的情况下，希望输出信噪比越大越好，这就是 最大输出信噪比准则。
匹配滤波器理论
则判为发送码元是s2(t)。
2008.8
copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组
18
通信原理第8章数字信号的频带传输
分布的。发“1”、发“0”码时x(t)
f1(x) f0(x)
1
2π n
exp[
( x A)2
2
2 n
]
1
2π n
exp
x2
2
2 n
２ASK信号相干解调时概率分布曲线
当P(0)=P(1)=1/2 时，判决门限电平为A/2, 相干检测时
2ASK系统的误码率为
Pe P(1)P(0 /1) P(0)P(1/ 0)
Po ( f
)
1 16
[
(
f
fc) (
f
fc )]
1 16
Tb
[Sinc2Tb
(
f
fc ) Sinc2Tb ( f
fc )]
由此画出2ASK信号功率谱示意图。
2ASK信号的功率谱
由图
(1) 因为2ASK信号的功率谱密度Po(f)是相应的单极性数字 基带信号功率谱密度Ps(f)形状不变地平移至±fc处形成的，所 以2ASK信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。 它 的连续谱取决于数字基带信号基本脉冲的频谱G(f)；它的离散 谱是位于±fc处一对频域冲击函数，这意味着2ASK信号中存 在着可作载频同步的载波频率fc的成分。
8.1 引 言
由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际的通信信 道又具有带通特性，因此，必须用数字信号来调制某一较高频 率的载波，使已调信号能通过带限信道传输。
用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数 字信号的过程称为数字调制。
已调信号通过信道传输到接收端，在接收端通过解调器把频带 数字信号还原成数字基带信号，这种数字信号的反变换称为数 字解调。
ct
第8章-通信系统中的差错控制编码技术
不同的编码方法，有不同的检错或纠错能力。
多余度：就是指增加的监督码元多少。例如，若编 码序列中平均每两个信息码元就添加一个监督码元， 则这种编码的多余度为1/3。
编码效率(简称码率) ：设编码序列中信息码元数量 为k，总码元数量为n，则比值k/n 就是码率。
冗余度：监督码元数(n-k) 和信息码元数 k 之比。
（2）为了纠正t个错码，要求最小码距d0 2t + 1 【证】图中画出码组A和B的距离为5。码组A或B若发生不多于
两位错码，则其位置均不会超出半径为2以原位置为圆心的 圆。这两个圆是不重叠的。判决规则为：若接收码组落于以 A为圆心的圆上就判决收到的是码组A，若落于以B为圆心的 圆上就判决为码组B。
由此图可以直观看出，上例中4个准用码组之间的距离均为2。
13
码距和检纠错能力的关系
一种编码的最小码距d0的大小直接关系着这种编码的检错 和纠错能力
（1）为检测e个错码，要求最小码距 d0 e + 1
【证】设一个码组A位于O点。若码组A中发生一个错码， 则我们可以认为A的位置将移动至以O点为圆心，以1为半 径的圆上某点，但其位置不会超出此圆。
其中任一码组在传输中若发生一个或多个错码，则将变 成另一个信息码组。这时，接收端将无法发现错误。
7
第8章差错控制编码
若在上述8种码组中只准许使用4种来传送天气，例如：
“000”＝晴 ＝雨
“011”＝云 “101”＝阴 “110”
这时，虽然只能传送4种不同的天气，但是接收端却 有可能发现码组中的一个错码。
3
（2）通信效率低，不适合严格实时传输系统。
3、混合纠错方式（HEC） 混合纠错方式是前向纠错方式和检错重发方式的结合。
多余度：就是指增加的监督码元多少。例如，若编 码序列中平均每两个信息码元就添加一个监督码元， 则这种编码的多余度为1/3。
编码效率(简称码率) ：设编码序列中信息码元数量 为k，总码元数量为n，则比值k/n 就是码率。
冗余度：监督码元数(n-k) 和信息码元数 k 之比。
（2）为了纠正t个错码，要求最小码距d0 2t + 1 【证】图中画出码组A和B的距离为5。码组A或B若发生不多于
两位错码，则其位置均不会超出半径为2以原位置为圆心的 圆。这两个圆是不重叠的。判决规则为：若接收码组落于以 A为圆心的圆上就判决收到的是码组A，若落于以B为圆心的 圆上就判决为码组B。
由此图可以直观看出，上例中4个准用码组之间的距离均为2。
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码距和检纠错能力的关系
一种编码的最小码距d0的大小直接关系着这种编码的检错 和纠错能力
（1）为检测e个错码，要求最小码距 d0 e + 1
【证】设一个码组A位于O点。若码组A中发生一个错码， 则我们可以认为A的位置将移动至以O点为圆心，以1为半 径的圆上某点，但其位置不会超出此圆。
其中任一码组在传输中若发生一个或多个错码，则将变 成另一个信息码组。这时，接收端将无法发现错误。
7
第8章差错控制编码
若在上述8种码组中只准许使用4种来传送天气，例如：
“000”＝晴 ＝雨
“011”＝云 “101”＝阴 “110”
这时，虽然只能传送4种不同的天气，但是接收端却 有可能发现码组中的一个错码。
3
（2）通信效率低，不适合严格实时传输系统。
3、混合纠错方式（HEC） 混合纠错方式是前向纠错方式和检错重发方式的结合。
通信原理课件
2 差与ni(t)的方差相同，即 n n0 B2ASK 2n0 f s 。a+nI(t)是均值
为a的低通型高斯噪声，所以，nI(t)和a+nI(t)的取样值都是高斯
2 n ，均值分别为0和a。因此发“0”码和 随机变量，方差都为
发“1”码时，用于判决的取样值的概率密度函数分别为
(8-2-2)
图8.2.3给出了2ASK信号的功率谱示意图。
第8章
数字调制技术
图8.2.3 2ASK信号的功率谱
第8章
数字调制技术
由图8.2.3可知，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱的线 性搬移，其频谱的主瓣宽度是二进制基带信号频谱主瓣宽度的 两倍，即 B2ASK=2fs (8-2-3) 式中，fs是数字基带信号的带宽，在数值上等于数字基带信号的
式中，r定义为
1 r erfc 2 2
2
r
a /2
2 n
第8章
数字调制技术
2. 包络解调
包络解调是一种非相干解调，其原理如图8.2.7所示。
图8.2.7 2ASK信号的包络解调器
第8章
数字调制技术
为说明图8.2.7能对2ASK信号正确解调，图8.2.8画出了图 8.2.7中各点的波形(不考虑噪声的影响)。对比图8.2.8原信息波形 s(t)及恢复的信息波形图8.2.8(d)发现，图8.2.7所示的解调器在无 噪声干扰下能正确解调出原信息。
f 0 ( x)
f1 ( x )
1 2π n
1 2 π n e
e
x2 2 2 n
( xa)2 2 2 n
取样值的曲线示意图如图8.2.6所示。
为a的低通型高斯噪声，所以，nI(t)和a+nI(t)的取样值都是高斯
2 n ，均值分别为0和a。因此发“0”码和 随机变量，方差都为
发“1”码时，用于判决的取样值的概率密度函数分别为
(8-2-2)
图8.2.3给出了2ASK信号的功率谱示意图。
第8章
数字调制技术
图8.2.3 2ASK信号的功率谱
第8章
数字调制技术
由图8.2.3可知，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱的线 性搬移，其频谱的主瓣宽度是二进制基带信号频谱主瓣宽度的 两倍，即 B2ASK=2fs (8-2-3) 式中，fs是数字基带信号的带宽，在数值上等于数字基带信号的
式中，r定义为
1 r erfc 2 2
2
r
a /2
2 n
第8章
数字调制技术
2. 包络解调
包络解调是一种非相干解调，其原理如图8.2.7所示。
图8.2.7 2ASK信号的包络解调器
第8章
数字调制技术
为说明图8.2.7能对2ASK信号正确解调，图8.2.8画出了图 8.2.7中各点的波形(不考虑噪声的影响)。对比图8.2.8原信息波形 s(t)及恢复的信息波形图8.2.8(d)发现，图8.2.7所示的解调器在无 噪声干扰下能正确解调出原信息。
f 0 ( x)
f1 ( x )
1 2π n
1 2 π n e
e
x2 2 2 n
( xa)2 2 2 n
取样值的曲线示意图如图8.2.6所示。
移动通信原理与技术第8章 LTE移动通信系统
移动通信原理与技术第8章 LTE移动通信系统在当今数字化、信息化的时代，移动通信技术的发展日新月异，为人们的生活和工作带来了极大的便利。
LTE 移动通信系统作为其中的重要一员，具有着举足轻重的地位。
LTE 即 Long Term Evolution，长期演进技术，是 3GPP 组织制定的全球通用标准。
它的出现旨在提高移动通信系统的数据传输速率、降低延迟、提高系统容量和覆盖范围，以满足人们对于高速、高质量移动数据通信的需求。
LTE 系统采用了一系列先进的技术来实现其性能目标。
其中，正交频分复用（OFDM）技术是关键之一。
OFDM 将宽带信道分割成多个相互正交的子信道，每个子信道上独立传输数据，有效地抵抗了多径衰落，提高了频谱利用率。
与传统的频分复用技术相比，OFDM 具有更高的频谱效率和更好的抗干扰能力。
多输入多输出（MIMO）技术也是 LTE 系统的一大特色。
通过在发送端和接收端使用多个天线，MIMO 可以在不增加频谱资源和发射功率的情况下，显著提高系统的信道容量和传输可靠性。
例如，空间复用技术可以在不同的天线上同时传输不同的数据，从而提高数据传输速率；而空间分集技术则可以通过在不同的天线上发送相同的数据，增强信号的稳定性和可靠性。
在调制技术方面，LTE 支持多种调制方式，如 QPSK、16QAM 和64QAM 等。
根据信道条件的不同，系统可以动态地选择合适的调制方式，以在保证传输可靠性的前提下，尽可能提高数据传输速率。
LTE 系统的帧结构也经过了精心设计。
它分为帧、子帧和时隙等不同的时间单元。
帧的长度为 10ms，每个帧又分为 10 个子帧，每个子帧的长度为 1ms。
时隙的长度则根据子载波间隔的不同而有所变化。
这种帧结构的设计既满足了数据传输的实时性要求，又保证了系统的灵活性和适应性。
LTE 系统的核心网也发生了重大的变革。
它采用了全 IP 架构，实现了语音和数据业务的统一承载，降低了网络复杂度和运营成本。
樊昌信《通信原理》(第7版)章节题库(新型数字带通调制技术)【圣才出品】
第8章 新型数字带通调制技术一、填空题1．64QAM 信号可由两路载波正交的 进制ASK 信号叠加而成。
【答案】八【解析】64QAM 信号的构成方法之一便是可由两路载波正交的八进制ASK 信号叠加而成。
2．MSK 与2PSK 相比， 的旁瓣更小， 的主瓣带宽较窄。
【答案】MSK ，MSK【解析】在给定信道带宽的条件下，与2PSK 信号相比，MSK 信号的主瓣带宽较窄，功率谱密度更为集中，其旁瓣下降得更快。
3．若信息速率为R b ，则2DPSK 、MSK 、QPSK 、16QAM 信号的谱零点带宽分别为 、 、 、 Hz 。
【答案】2b R 、1.5b R 、b R 、0.5b R【解析】按主瓣带宽计算：222DPSK B b B R R ==，0.752 1.5MSK b B B R T =?，222log b QPSK B b R B R R M ===，162212log 162b QAM B b R B R R ===。
4．设子信道码元持续时间为T B，则OFDM中各相邻子载波的频率间隔为Hz；频带利用率为b／（s·Hz）。
【答案】【解析】设在OFDM系统中共有N路子载波，子信道码元持续时间为T B。
则各相邻子载波的频率间隔等于最小容许间隔Δf＝1／T B（Hz）；每路子载波均采用M进制的调制，则它占用的频带宽度为频带利用率为5．当信息速率相同时，MSK信号的带宽______2PSK信号的带宽，MSK信号的相位______。
【答案】小于；连续【解析】当信息速率相同时，MSK信号的带宽为B MSK＝1.5R b，2PSK信号的带宽为B2PSK＝2R b，故MSK信号的带宽小于2PSK信号的带宽；MSK信号的相位在码元转换时刻是连续的。
6．设信源发送的二进制符号序列为0111001，每个符号时间宽度为T，试画出MSK 信号附加相位轨迹图（设初相位为0）______。
【答案】【解析】MSK 信号的相位在码元转换时刻是连续的，在一个码元周期内，附加相位线性变化±π/2。
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8.1 正交振幅调制
以16QAM为例 16QAM解调
8.1 正交振幅调制
8.1 正交振幅调制
16ASK、16PSK、16QAM的抗噪性能比较
8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
一、FSK的不足
1、占用带宽大，频带利用率低； 2、两码元之间相位不连续，造成包络起伏大； 3、两码元波形不一定严格正交，误码性能差。
二、MSK
最小移频键控(MSK)是移频键控(FSK)的一种改进型。是包络 恒定、相位连续、带宽最小、严格正交的2FSK。
8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
二、MSK
最小移频键控又称快速移频键控(FFSK)。这里“最 小”指的是能以最小的调制指数(即0.5)获得正交信号;而 “快速”指的是对于给定的频带，它能比PSK传送更高 的比特速率。
第8章
新型数字带通调制技术
正交振幅调制
最小频移键控和高斯最小频移健控
正交频分复用
8.1 正交振幅调制
问题：单独MASK或MPSK频带利用率高，但抗噪性能差
方法：信号的振幅和相位独立地同时受到调制
在每个码元周期内
8.1 正交振幅调制
用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行 DSB调制，利用这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。
因此，从式(8-4)可以得到 θ（t）称为附加相位函数，它是MSK信号的总相位减去随 时间线性增长的载波相位而得到的剩余相位。是一直线方程式， 其斜率为πDk/2Ts，截距是φk。另外，由于Dk的取值为±1,故 （πDk/2Ts）t是分段线性的相位函数。在任意一个码元区内， θ （t）的变量总是π/2,。当Dk=+1时，增大π/2,当D k=-1时，减小 π/2。
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
三、MSK信号的表达式
二进制MSK信号的表达式可写为
（8-1）
或者 这里
（8-2）
式中: ωc-- 载波角频率; Ts-- 码元宽度; Dk-- 第k个码元中的信息， 其取值为±1; φk-- 第k个码元的相位常数，它在时间(k1)T ≤t≤kT 中保持不变。 θ (t) -附加相位函数。
第二项等于零的条件是 即 这说明，MSK信号在每一码元周期内，必须包含四分之 一载波周期的整倍数。由此可得 （ｎ为整数，ｍ＝０,１,２，３）
相应地
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
六、MSK信号的相位常数φk的选择
相位常数φk的选择应保证信号相位在码元转换时刻是连续的。 根据这一要求，可以导出以下的相位递归条件，或者称为 相位约束条件，即
九、MSK信号的调制
故MSK信号可表示为
式中，等号右边的第一项是同相分量，也称为I分量，第二 项是正交分量，也称为Q分量。 cos(πt/2Ts)和sin(πt/2Ts)称为加权函数(或称调制函数)。cosφk 是同相分量的等效数据，-Dkcosφk是正交分量的等效数据，它们 都与原始输入数据有确定的关系。 令 ，
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.2高斯最小移频键控(GMSK)
二、GMSK的功率普密度
GMSK的功率谱密度如图所示，图中的横坐标为归一化频率(f-fc)Ts， 纵坐标为功率谱密度，参变量BbTs=∞为高斯低通滤波器的归一化 3dB带宽Bb与码元宽度Ts的乘积。BbTs=∞的曲线是MSK信号的功 率谱密度。从图中可以看出，GMSK信号的频谱随着BbTs=∞值的 图8-9 GMSK信号的功率谱密度 减小而更为紧凑。
图8-4 MSK信号相干解调原理方框图
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
十、MSK信号的解调
设(0，2Ts)时间内θ(0)=0，则MSK的θ(t)的变化规律可用 图8-4表示，在t=2Ts时刻，θ(t)的可能相位为0、±π。现如果 把这时的接收信号cos[ωct+θ(t)]与相干载波cos[ωct+π/2]相乘， 则相乘输出为
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
七、MSK信号的附加相位函数
表8-1相位常数φk与Dk的关系 表中给出了φk与Dk之间关系的一个例子。 信号的频率偏移严格的等于±1/4Ts， 相应的调制指数h=(f1-f0)Ts=1/2 以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内准确地线性变化 ±π/2
式中
是载波频率。
MSK是一种正交调制，其信号波形的相关系数等于零。 因此，对于MSK信号来说，式(7.7-3)应为零，也就是上式右边 两项均应为零。第一项等于零的条件是 令ｋ等于其最小值１，则 这正是MSK信号所要求的频率间隔。
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
五、MSK信号的载波取值
十二、MSK调制的性能
(1) MSK信号的功率谱更加紧凑，并且它的第一个零点是在 0.75/Ts处，而2PSK的第一个零点是在1/Ts处。这表明MSK信号 功率谱的主瓣所占的频带宽度比2PSK信号窄;在主瓣带宽之外， 功率谱旁瓣的下降也更迅速。即MSK信号的功率主要包含在主瓣 之内。 因此，MSK信号比较适合在窄带信道中传输，对邻道的 干扰也较小。 (2)由于MSK信号占用带宽窄，故MSK信号的抗干扰性能要 优于2PSK。这就是目前广泛采用MSK调制的原因。 (3)然而，在某些通信场合，如移动通信中，对信号带外辐射 功率的限制十分严格，要求对邻近信道的衰减达70dB～80dB以 上。因此，近来对MSK信号作些改进，如改进两正交支路的加权 函数，称为“高斯最小频移键控”GMSK调制方法等。
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
九、MSK信号的调制
代入式(8-5)可得
根据上式，可构成一种MSK调制器，其方框图如图8-2-3所示。
图8-3 MSK调制器的方框图
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
九、MSK信号的调制
MSK信号的产生步骤： 先对输入数据进行差分编码，这是收端相干载波解调的需要。
8.1 正交振幅调制
以16QAM为例 16QAM调制 正交调幅法
它是有 2 路正交 的四电平振幅键 控信号叠加而成
频带利用率比单支路提高一倍
复合相移法
它是用 2 路独立 的四相位移相键 控信号叠加而成
虚线大圆上的4个大黑点表 示一个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
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
十一、MSK信号的功率谱
MSK信号的时域表达式:
MSK信号的功率 谱密度可表示为
其归一化功率谱密度如图所示。与2PSK相比较可以看出:
图8-6 MSK与2PSK信号 归一化功率谱
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
十、MSK信号的解调
MSK信号的解调与FSK信号相似，可以采用相干解调，也 可以采用非相干解调。图8-4给出了一种采用延时判决的相干解 调原理方框图。关于相干解调的原理与2FSK信号时没有什么区 别。这里，重点讨论延时判决法的原理。下面我们举例说明在 (0,2Ts)时间内判决出一个码元信息的基本原理。
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控
8.2.1 最小频移键控MSK
三、MSK信号的表达式
由式(8-1)可见，当Dk=+1时，信号的频率为
当D k=-1时，信号的频率为
由此可得频率间隔为
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
四、MSK信号的频率间隔
对于一般移频键控(2FSK),两个信号波形具有以下的相关系数
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.2高斯最小移频键控(GMSK)
一、GMSK的提出及实现
MSK调制的主要优点是信号具有恒定振幅和信号功率谱密度在 主瓣外衰减得较快。然而，在某些通信场合，如移动通信中， 对信号带外辐射功率的限制十分严格，要求对邻近信道的衰减 达70dB～80dB以上。因此，近来对MSK信号作些改进，如改进 两正交支路的加权函数，称为“高斯最小频移键控”GMSK调 制方法等。 GMSK的实现:
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
八、MSK信号的特点 由以上讨论可以看出，MSK信号具有以下特点: (1) 已调信号的振幅是恒定的; (2) 信号的频率偏移严格地等于±1/4Ts，相应的调制 指数 h=(f1-f0)Ts=1/2; (3) 以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内准 确地线性变化±π/2; (4) 在一个码元期间内，信号应包括四分之一载波周期 的整数倍; (5) 在码元转换时刻信号的相位是连续的，或者说，信 号的波形没有突跳。
(8-4)
上式表明，MSK信号在第k个码元的相位常数不仅与当前 的Dk有关，而且与前面的Dk-1及相位常数φk-1有关。或者说， 前后码元之间存在相关性。对于相干解调来说， φk的起始参 考值可以假定为零。
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
六、MSK信号的相位常数φk的选择
滤掉高频分量，可得
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
十、MSK信号的解调
图8-5 MSK信号在(0,2Ts)内的最小频移键控 8.2.1 最小频移键控MSK
十、MSK信号的解调
由图8-5(a)中可知: 当输入数据为11或10时，sinθ(t)为正极性; 当输入数据为00或01时，sinθ(t)为负极性; ν(t)的示意波形如图8-5(b)所示。由此我们可知:如果v(t)经 抽样判决后为正极性，则可断定数字信息不是“11”就是 “10”,于是可判定第一个比特为“1”，而第二个比特等下一 次再作决定。这里，利用了第二个码元提供的条件，所以判决 的第一个码元所含信息的的正确性就有所提高。这就是延时判 决法的基本含义。 从图8-4可以看出，输入MSK信号同时与两路的相应相干载 波相乘， 并分别进行积分判决。这里的积分判决是交替工作的， 每次积分时间为2Ts。如果一积分在进行 ，则另 一积分在进行 ，两者相差Ts。