数字带通传输系统教案第七章

(1 ) log2 M
Rb
B16 PSK
18
(1 0.1) log2 16
9600 2400 接近理论极值
X
(2)若基带信号采用矩形波形（100%占空比NRZ信号），16PSK信号 带宽是多少？ 解：(2)Rb=9600b/s, RB=Rb/log2M
BMPSK=2B基，
基带信号采用100%占空比的矩形波形， B基=RB
B4PSK=4800 Hz
(2)若BMPSK=2400 Hz ，
最小理论带宽BMPSK=RB, RB=BMPSK=2400
log2M=Rb/RB=9600/2400=4,M=24=16,
应采用16QPSK或16QAM。
17
X
例7.10-4 采用16PSK调制传输9600b/s数据： (1)若基带信号频谱采用余弦滚降信号，滚降系数为 0.1 ,
d2
d2超过d1约1.57 dB
在平均功率相等条件下：
(a) 16QAM (b) 16PSK
16PSK信号的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）； 16QAM信号，在等概率条件下，其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55 dB。
12
因此，16QAM比16PSK信号的噪声容限大4.12dB。
BMPSK=2B基， （B基）min=RB/2=600 Hz ( 2 时，理论上最小，为乃奎斯特带宽)
最小理论带宽是：BMPSK=2B基=2×RB/2=RB
B4PSK=1200 Hz
R B ,max 2
B
(2)若BMPSK=1200 Hz 不变，Rb=4800b/s(加倍)， 最小理论带宽BMPSK=RB, RB=BMPSK=1200 log2M=Rb/RB=4800/1200=4,M=24=16,应采用16QPSK 本例说明：在传输带宽不变的情况下，增加进制数可以提高信息速率
64QAM是两路八个幅度的正交振幅键控信号之和 256QAM是两路十六个幅度的正交振幅键控信号之和
64QAM信号矢量图
9
256QAM信号矢量图
X
16QAM产生方法--正交调幅法
两路独立的正交4ASK信号叠加
10
X
16QAM产生方法--复合相移法
两路独立的QPSK （大圆和小圆）信号叠加
AM
AM
11
X
16QAM信号和16PSK信号的性能比较
d1 AM 0.393 AM 8
d2 2 AM 0.471AM 3
d2和d1的比值 代表这两种体制 的噪声容限之比
在最大功率（振幅）相等的条件下：最大振幅AM相等，16PSK信号的相邻矢量 端点的欧氏距离
AM
AM
d1
16QAM信号的相邻点欧氏距离
15
X
例7.10-2 采用2PSK调制传输2400b/s数据： 最小理论带宽是多少？ 解：M=2，Rb=2400b/s, RB=Rb=2400Baud;
最小理论带宽是：B2PSK=RB=2400 Hz
比较：例7.10-1中 采用4PSK调制，所需带宽B4PSK=1200 Hz,是二进制的一半。
可见APK可以看作两个正交调制信号之和。
3
X
正交调制模型
两个独立的正交双边带振幅调制之和。 对两个相互正交的同频率载波进行双边带调制，合成起来就得到正 交双边带调制信号。
4
XBiblioteka Baidu
正交调制的多种形态
当Q(t)和I(t)是模拟信号，且Q(t)是I(t)的希尔伯特变换时，正 交调制就变成了单边带调制。 当Q(t)和I(t)是数字基带信号，且Q(t)与I(t)的取值为多幅度-即多电平时，就构成正交振幅调制(QAM--Quadrature Amplitude Modulation) QAM 当Q(t)和I(t)是数字基带信号，且Q(t)与I(t)的取值为±1时，此 时的4QAM就是QPSK。
0011
0111
(a) 传输频带
14
(b) 16QAM星座
X
例7.10-1 采用4PSK或4QAM调制传输2400b/s数据： (1)最小理论带宽是多少？ (2)若传输带宽不变，而比特率加倍，则调制方式应如何改变？
解：(1)M=4，Rb=2400b/s, RB=Rb/log2M=1200Baud;
5
X
正交振幅调制(QAM--Quadrature Amplitude Modulation)信号的表示
信号的一个码元可以表示为
sk (t ) Ak cos( 0 t k )
kT t (k 1)T
式中，k = 整数；Ak和k分别可以取多个离散值。 上式可以展开为 sk (t ) Ak cos k cos 0 t Ak sin k sin 0 t 令 Xk = Akcosk Yk = -Aksink 则信号表示式变为
X
7.10 新型数字带通调制技术-正交振幅调制QAM
1. 振幅相位联合键控（APK） 2. 正交调制模型
3. 正交振幅调制信号的表示
4. 16QAM产生方法
5. QAM信号和PSK信号的性能比较
6. 16QAM实例
7. 例题
2
X
振幅相位联合键控（APK）
振幅相位联合键控（APK）--振幅和相位都有几种取值。 APK信号的一般表达式： e0(t) = ∑ang(t-nTs)cos(ω ct+ φ n )
sk (t ) X k cos 0t Yk sin 0 t
Xk和Yk也是可以取多个离散值的变量。 sk(t)是两个正交的振幅键控信号之和--正交振幅调制(QAM)
6
X
QAM矢量图--4QAM
Xk = Akcosk Yk = -Aksink
sk (t ) X k cos 0t Yk sin 0 t
本例说明：在相同信息速率下，增加进制数可以减小带宽，减小码元速率，提 高频带利用率 Rb
b B
16
X
例7.10-3 采用MPSK调制传输9600b/s数据：
(1)若M=4，最小理论带宽是多少？ (2)若传输带宽为2400Hz ，M=？ 解：(1) M=4 ，Rb=9600b/s, RB=Rb/log2M=4800Baud; 最小理论带宽是：BMPSK=RB
16PSK信号带宽是多少？
(2)若基带信号采用矩形波形（即100%占空比的NRZ信号），16PSK信 号带宽是多少？ 解：(1)Rb=9600b/s, RB=Rb/log2M BMPSK=2B基，

RB B基
12
B基
RB

1 2 RB
BMPSK 2B基 2 1 1 ) RB 2 RB (
BMPSK 2B基 2RB
BMPSK 2B基 2RB
2 log2 M
Rb
X
B16 PSK
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2 log2 16
9600 4800 Hz
是理论极值的2倍
第七章 数字 带通传输系统
主要内容： 7.1 数字带通传输系统概述 二进制数字调制系统的抗噪声性能 7.2-5 二进制数字调制与解调原理-2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 7.6
7.7
二进制数字调制系统的性能比较
7.8-9 多进制数字调制系统-MASK和MFSK、QPSK和QDPSK
7.10-11 新型数字带通调制技术-正交振幅调制QAM 、最小移频键控MSK
X
QAM信号和PSK信号的性能比较 QAM比PSK信号的抗噪声能力更好。 二者的信号带宽相同，频带利用率相同。
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X
16QAM实例 一种用于调制解调器的传输速率为9600b/s的16QAM方案，其载频为 1650 Hz，信道带宽为2400 Hz，滚降系数为10％。
A
1011 1010 2400 0001 0000 0010 0100 0101 0110 1001 1000 1110 1100 1111 1101
若：k--取/4和-/4，Ak--取+A和-A，
则：Xk和Yk--取±(√2/2)--±1(归一化），
4QAM信号--两个幅度为±1的正交振幅键控信号之和
4QAM就成为QPSK--QPSK信号是一种QAM信号
7
X
16QAM矢量图
是两路四个幅度的正交振幅键控信号之和
8
X
64QAM和256QAM矢量图
= [∑an g(t-nTs) cosφ n ]cos(ω ct)
- [∑an g(t-nTs) sinφ n ] sin(ω ct) 令：an cosφ n =Xn, -an sinφ n =Yn e0(t) = ∑ Xn g(t-nTs)cosω ct +∑ Yn g(t-nTs)sinω ct = I (t ) cosω ct + Q(t ) sinω ct