卫星通信第4章节 信号传输资料精

O-QPSK与p/4-QPSK
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00
CPFSK，连续相位频移键控
MSK，最小位移键控，GMSK，高斯滤波器MSK
n CPFSK在相位的变化上呈线性特性— 带宽效率高 n CPFSK信号的幅度恒定— 对接收器的非线性鲁棒性强 n MSK是CPFSK的特殊情况
MSK
n GMSK
功率谱密度
n 脉冲编码调制PCM, 64kb/s, 4.3 n ADPCM(差分~), 32kb/s, 4.1 n LPC(线性预测编码), 2.4kb/s, 2.5
CELP(码激励~)，低速率语音编码 VSELP(矢量和激励~)
n IMBE(改进多频带激励), 6.5kb/s, 3.4
宽带语音、视频编码
4.2 调制技术
ωct
=
a(t )
⋅
1 2
(1
+
cos
2ωct
)
QPSK，四相移键控
n 2个bit被合成为一个符号发送
n Ts=2Tb，Es=2Eb n 功率谱密度：
L(
f
)
=
Ts

sin(π fTs ) π fTs
2
=
2Tb

sin(2π fTb ) π fTb
2
n QPSK是卫星传输中标准的调制方式，在码 率相同的情况下，QPSK所需带宽是BPSK 的一半
4.2.1 移动卫星通信系统中的调制体系
n 由于多径衰落、多普勒频移、频飘、功率 放大器和卫星发射机应答器的非线性，移 动卫星通信系统的调制必须具有充分的鲁 棒性；同样，高的带宽效率也是必需的。
相位调制载波信号：
s(t) = A cos(ωct + Φ(t)) = Acos Φ(t)gcosωct − Asin Φ(t)gsin ωct
Signal Transmission
信号传输
主要内容
n 语音编码 n 调制 n 信道编码 n 自动重传机制(ARQ) n 移动卫星通信中典型的差错控制系统
4.1语音编码
n 语音编码的目的是将模拟的声音信号转换为数字 信号，而所采用的码率尽可能低
n 也就是数字化时，语音信号的冗余度尽可能的低 n 语音编码的原则：
n 系统码与非系统码
n 分组码与卷积码
n 码率
，每个信息比特的能量
n 相应的信道带宽
n 带宽效率：
n 信道编码使得带宽效率降低
4.3.1 卷积码
卷积码编码器结构
Trellis图
pb (a)
fa (a)da
n 瑞利衰落，BPSK或QPSK
DPSK,
FSK，
BPSK或QPSK调制信号在莱斯信道下的比特错误率
4.3 信道编码
n 利用信道编码，可以减少比特错误概率
n 利用信道编码，可以较小的发射功率获得较好的通信质量
n 信道编码的原则是给传输信息添加冗余比特，接收端通过这 些比特纠正传输错误，因此称为FEC
n Nyquist滤波器的频率响应
H( f
)=
P( f
)G(
f )R( f
)
=

Ts
Ts 2
{1
+
cos[
πT β

0
(|
f
|
−
1−β 2Ts
)]}
n β表示的是滤波器斜率的陡度
for
0 ≤|
f
|≤ 1+β 2Ts
for
1−β 2Ts
<|
f
|< 1+β 2Ts
for
|
f
|≥ 1+β 2 Ts
=
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1 2
erfc
Es / 2N0
n MSK调制（用非连续FSK解调）：
pb
=
1 2
erfc
Eb / N0
n DPSK调制：
pb
=
1 2
exp(
−Eb 2 N0
)
n 二进制FSK调制：
pb
=
1 2
exp(− Eb
/
2N0 )
4.2.3 高斯信道的比特误码率
4.2.4 莱斯/瑞利衰落信道的误码率
n 莱斯衰落：a(t) = µ + x(t) +，y(t) E{| a(t) |2} = 1
实际的移动卫星通信系统采用的调制方式
4.2.2 调制信号的带宽要求
n 从功率谱密度分布来看，在无滤波器的情况下，调制信 号的带宽是无限的
n 需要使用带通滤波器：减少码间干扰、提高带宽利用率 n 使用Nyquist滤波器：对采样时刻的信号无影响、相邻的
符号之间在采样时刻无影响
Nyquist滤波器
带宽要求
n Rb=1/Tb数字信号的比特速率，M表示调制的状态数，则
带宽可以表示为：
B = = 1+β (1+β ) Rb
Ts
log2 M
n 对于2进制调制，M=2，四进制调制，M=4，我们有：
Ts = Tb log2 M = 1/ Rb log2 M
Es = Eb log2 M
n 带宽效率可以定义为：
A/D转换 8bit/样值 原始速率64kbits/s
4.1.1编码话音质量
n MOS标准
4.1.1编码话音质量
n 应用中的要求
n 数字语音信号的典型速率：
网络话音质量：16kb/s, 32kb/s, 64kb/s 移动广播通信：2.4— 13kb/s
4.1.2 语音编码体系概述
4.1.2 语音编码体系概述
n
莱斯因子：c =
µ 2，
2σ 2
µ 2 = ，c
1+ c
σ2 = 1/2 1+ c
n 莱斯衰落的幅度概率密度函数：
n 瑞利衰落，
n 高斯信道，
n
误码率的计算：对于BPSK调制，pb
(a)
=
1 2
erfc
a2Es / N0
n 当a趋近于0时，深度衰落，产生突发错误，因此，交织
器是需要的。此时
pb
=
∫∞ 0
cos Φ(t) = I 同相分量，sinΦ(t) = Q 正交分量
BPSK，二进制移相键控
n 发射载频的相位分别为0，180。
n n n
Ts=Tb 功率频谱密度： f代表基带频率
L
(
f
)
=
Ts

sin(π fTs π fTs
)
2
n 解调：r(t) = a(t)co，sωct
a(t )cos2
１． 话音质量尽可能的好 ２． 编码复杂度尽可能的低 ３． 编译码所带来的时延应该受限：＜５０ｍｓ ４． 在移动通信中，编码信号必须对背景噪声和传输过程中
的其他噪声具有鲁棒性
4.1语音编码
n 语音编码的基本过程
带宽限制
300-3400Hz (模拟信号)
采样(8000样值/s)
编码，去除冗余度， 信号速率降低
η = = in bit rate
log2 M b/s
b bandwidth
1+ β
Hz
4.2.3 高斯信道的比特误码率
n BPSK调制：
pb
=
1 2
erfc
Eb
/ N0
=
1 2
erfc
Es / N0
n QPSK调制：
∞
∫ erfc(x) = 2 et2 dt π x
pb
=
1 2
erfc
Eb
/ N0