關(guān)于數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸1第1頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月26.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

QPSK信號(hào)形式或通常g(t)為矩形脈沖第2頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月36.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)+1,+1-1,+1-1,-1+1,-1第3頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月46.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

調(diào)制器原理框圖第4頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月56.3

時(shí)序問題調(diào)制序列{ai}，兩個(gè)比特決定一個(gè)相位兩個(gè)比特不是同時(shí)出現(xiàn)的需要調(diào)整時(shí)序構(gòu)成雙比特的前一個(gè)比特要延遲一個(gè)Tb雙比特同時(shí)輸出雙比特持續(xù)時(shí)間2Tb第5頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月66.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

格雷碼的相位邏輯相鄰相位的雙比特碼，僅相差一個(gè)比特雙比特碼載波相位00(+1,+1)10(-1,+1)11(-1,-1)01(+1,-1)接收機(jī)判決時(shí)，錯(cuò)判成相鄰載波的概率更大，此時(shí)兩個(gè)比特中，只有一個(gè)比特錯(cuò)。第6頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月7Gray映射

或0010110100011110第7頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月8自然映射

或0011100100011011第8頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月96.3QPSK功率譜密度第9頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月106.3QPSK功率譜密度M越大，功率譜主瓣越窄，從而頻帶利用率越高2PSK4PSK8PSK第10頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月116.3QPSK

用匹配濾波器解調(diào)的性能QPSK可以視為兩個(gè)2PSKQPSK解調(diào)，可以對兩個(gè)2PSK分別用匹配濾波器進(jìn)行解調(diào)。如何分離QPSK中的兩路2PSK信號(hào)？第11頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月126.3QPSK

用匹配濾波器解調(diào)的性能上支路：下支路：第12頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月136.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

用匹配濾波器解調(diào)的性能上支路檢測信號(hào)S1(t)：上支路對于信號(hào)S1(t)：最佳－匹配濾波上支路對于信號(hào)S2(t)：最好情況－輸出為零－正交信號(hào)設(shè)計(jì)，S1(t)與S2(t)正交下支路：同理。結(jié)論：每一個(gè)支路都是一個(gè)單獨(dú)的2PSK的接收機(jī)，不受另外一個(gè)2PSK信號(hào)的影響第13頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月146.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

用匹配濾波器解調(diào)的性能如果QPSK和2PSK的信息速率以及平均功率一致，則:QPSK每個(gè)支路振幅，Ts＝2Tb2PSK:QPSK的一個(gè)支路：第14頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月156.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

用匹配濾波器解調(diào)的性能平均誤碼率：碼元在兩個(gè)之路出現(xiàn)的概率相同：第15頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月16低通低通帶通判決判決串并變換6.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

相干解調(diào)的性能兩個(gè)支路的信號(hào)如何分離？第16頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月176.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

相干解調(diào)的性能如果QPSK和2PSK的信息速率以及平均功率一致，則:QPSK每個(gè)支路振幅，Ts＝2Tb2PSK:QPSK的一個(gè)支路：平均誤碼率：第17頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月186.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

差分四相移相鍵控QPSK提取載波，同樣存在相位模糊的問題，四重相位模糊解決這一問題，采用差分四相移項(xiàng)鍵控方案第18頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月196.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

差分四相移相鍵控

DQPSK信號(hào)載波相位編碼邏輯關(guān)系雙比特碼元載波相位變化（n）ab000°0190°11180°10270°以前一雙比特碼元相位作為參考，n為當(dāng)前雙比特碼元與前一雙比特碼元初相差第19頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月206.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

差分四相移相鍵控TQPSKmodulate模4TQPSKdemodulate模4由于相位模糊，cn=an+i,但是cn-cn-1=an-an-1,因而dn=bn第20頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月216.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

差分四相移相鍵控T模4T模4第21頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月226.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

頻譜擴(kuò)展被限制帶寬的已調(diào)信號(hào)通過非線性功放時(shí)，非線性特性會(huì)再產(chǎn)生帶外分量，這種現(xiàn)象稱為頻譜擴(kuò)展限帶濾波器功放限帶信道2、采用限帶濾波器以限制帶寬3、當(dāng)濾波除去的旁瓣包涵較多的功率時(shí)，輸出信號(hào)的包絡(luò)產(chǎn)生很大的起伏。4、通過非線性功率放大器時(shí)，非線性特性使功放的輸出信號(hào)再產(chǎn)生帶外分量，頻譜隨之?dāng)U展1、某些實(shí)際信道帶寬是受到限制的第22頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月236.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

線性功放與非線性功放線性功放可以避免頻譜擴(kuò)展的問題線性功放效率低采用非線性功放，效率高如果已調(diào)信號(hào)本身的旁瓣少，限帶濾波器濾除的部分就少，此時(shí)采用非線性功率放大產(chǎn)生的頻譜擴(kuò)展少什么樣的信號(hào)旁瓣??？第23頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月246.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

旁瓣小的信號(hào)已調(diào)信號(hào)的相位路徑影響其頻譜特性相位的變換平滑，跳變的幅度小，可以使已調(diào)信號(hào)的滾降更快，旁瓣更小。措施：減小相位在碼元轉(zhuǎn)換點(diǎn)的跳變幅度使相位的變化在一個(gè)碼元內(nèi)逐步完成，而不是在碼元轉(zhuǎn)換點(diǎn)瞬時(shí)完成第24頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月256.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

QPSK信號(hào)的缺點(diǎn)QPSK信號(hào)的缺點(diǎn)相位轉(zhuǎn)移圖每隔Ts信號(hào)的最大相移為180度。使用非線性放大器時(shí)，會(huì)導(dǎo)致旁瓣增生，頻譜擴(kuò)展第25頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月266.3四相移相鍵控(QPSK、DQPSK、OQPSK)

OQPSK原理：在進(jìn)行正交調(diào)制時(shí)，將正交支路基帶信號(hào)相對于同相支路基帶信號(hào)延時(shí)一個(gè)信息比特間隔。表達(dá)式：第26頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月27OQPSK基帶信號(hào)波形相位轉(zhuǎn)移圖每隔Tb信號(hào)的最大相移為90度第27頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月28OQPSK調(diào)制器第28頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月29OQPSK解調(diào)器第29頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月30OQPSK的功率譜密度&性能OQPSK仍舊可以看成兩個(gè)2PSK的線性和，故而功率譜密度與QPSK相同解調(diào)使兩個(gè)2PSK解調(diào)，性能與QPSK相同第30頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月31以下內(nèi)容：M進(jìn)制調(diào)制原理信號(hào)表達(dá)性能分析信號(hào)空間理論第31頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月326.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

預(yù)備知識(shí)信號(hào)空間信號(hào)構(gòu)成的歐氏空間線性空間以及相關(guān)的概念線性空間：元素運(yùn)算，數(shù)乘，群，環(huán)，域基維線性組合線性相關(guān)歐幾里得空間內(nèi)積、長度、距離、夾角代數(shù)系統(tǒng)線性空間歐氏空間信號(hào)空間第32頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月336.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

預(yù)備知識(shí)第33頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月346.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

預(yù)備知識(shí)第34頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月356.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

預(yù)備知識(shí)第35頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月366.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

預(yù)備知識(shí)第36頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月376.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

預(yù)備知識(shí)第37頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月386.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

預(yù)備知識(shí)：線性空間第38頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月396.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

預(yù)備知識(shí)：線性空間的相關(guān)概念第39頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月406.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

預(yù)備知識(shí)：線性空間的相關(guān)概念第40頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月416.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

歐幾里得空間線性空間中，向量的基本運(yùn)算只有加法，另外還定義了向量和數(shù)的運(yùn)算，數(shù)乘。向量的度量性質(zhì)，如長度，夾角等，線性空間中沒有得到反應(yīng)定義內(nèi)積運(yùn)算，得到歐幾里得空間歐氏空間，解決了長度，夾角的問題第41頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月426.4.1數(shù)字調(diào)制信號(hào)的矢量表示

歐幾里得空間第42頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月43歐幾里得空間的性質(zhì)向量的長度：兩個(gè)向量的夾角：兩個(gè)向量的距離：內(nèi)積：若則：兩個(gè)向量的正交：第43頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月44歐幾里得空間的性質(zhì)三角不等式：Cauchy-Schwartz不等式：歐式距離：第44頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月45歐幾里得空間的歸一化正交基歐氏空間的一組基，如果滿足：，則稱這組基為該空間的歸一化正交基。若矢量：則：稱為V在ei上的投影第45頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月46信號(hào)的代數(shù)描述線性空間歐式空間我們所用的信號(hào)是否可以用代數(shù)工具描述？信號(hào)能構(gòu)成線性空間？信號(hào)能構(gòu)成歐式空間？第46頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月47信號(hào)線性空間信號(hào)集合加法運(yùn)算，數(shù)乘運(yùn)算以及相關(guān)的性質(zhì)信號(hào)線性空間的基為一組函數(shù)的集合信號(hào)構(gòu)成的歐氏空間第47頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月48信號(hào)歐幾里得空間信號(hào)線性空間定義內(nèi)積：模：歐氏距離：相關(guān)系數(shù)：信號(hào)構(gòu)成的歐氏空間第48頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月49信號(hào)歐幾里得空間的性質(zhì)三角不等式：Cauchy-Schwartz不等式：歐式距離：信號(hào)構(gòu)成的歐氏空間第49頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月50信號(hào)的正交展開能量有限信號(hào)構(gòu)成的信號(hào)空間內(nèi)的函數(shù)均可展開成正交函數(shù)線性和的形式，即可用一個(gè)N維矢量表示一個(gè)信號(hào)。信號(hào)構(gòu)成的歐氏空間第50頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月51歸一化正交函數(shù)（信號(hào)）集假設(shè)定義在區(qū)間[a,b]上的函數(shù)集

滿足則稱函數(shù)集為在[a,b]上的歸一化正交函數(shù)集。信號(hào)構(gòu)成的歐氏空間第51頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月52具有歸一化正交基的信號(hào)空間

（正交信號(hào)空間）若N個(gè)信號(hào){fn(t),n=1,2,…,N}滿足則它們張成了一個(gè)N維信號(hào)空間W，此空間中的每個(gè)點(diǎn)都是fn(t),n=1,2,…,N的線性組合，即第52頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月53正交信號(hào)空間：坐標(biāo)若信號(hào)s(t)是{fn(t),n=1,2,…,N}構(gòu)成的空間中的一個(gè)點(diǎn)，則其坐標(biāo)為{s1s2…sN}，其中sn也叫做s(t)在維fn(t)上的投影。信號(hào)s(t)的能量為只有在歸一化正交基下的坐標(biāo)，才可以如此計(jì)算能量第53頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月54注：參考書上，正交矢量空間(p209)，即為具有一組歸一化正交基的歐式空間參考書上，完備坐標(biāo)系統(tǒng)(p211)，即：任意矢量可以由這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)表出參考書上，完備函數(shù)集(page211)，即：一類函數(shù)，其中任意一個(gè)，都可以由這個(gè)函數(shù)集中的函數(shù)線性表出第54頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月55M進(jìn)制調(diào)制信道符號(hào)具有M個(gè)狀態(tài)幅度相位頻率第55頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月56信號(hào)的維第56頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月57一維調(diào)制：MASKO最小距離dmin反映星座點(diǎn)的散開程度幅值反映發(fā)送該符號(hào)的能量信號(hào)的維第i個(gè)符號(hào)的星座點(diǎn)歐氏距離：第57頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月584ASK時(shí)域信號(hào)第58頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月59一維信號(hào)的最佳接收第59頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月60MASK最佳接收第60頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月61在AWGN下的性能第61頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月62二維調(diào)制任意給定一個(gè)2D實(shí)數(shù)坐標(biāo)(aic,ais)便給定一個(gè)星座點(diǎn)或者，任意給定一個(gè)復(fù)數(shù)a＝aic+jais便給定一個(gè)星座點(diǎn)。因此也叫作1D復(fù)數(shù)維調(diào)制I維Q維復(fù)數(shù)維第62頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月63二維調(diào)制：MPSKI維Q維dmin第63頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月64MPSK信號(hào)第64頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月65MPSK信號(hào)的正交展開第65頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月66MPSK信號(hào)的正交展開第66頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月67MPSK信號(hào)能量&歐式距離平均每符號(hào)能量信號(hào)間歐氏距離第67頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月68MPSK信號(hào)最小歐式距離第68頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月692D調(diào)制：16QAM(16APSK)dminI維Q維無線局域網(wǎng)中采用了這個(gè)星座圖第69頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月702D調(diào)制：16QAMdminI維Q維第70頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月712D調(diào)制：2FSKI維Q維dmin第71頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月722D信號(hào)的最佳接收第72頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月732D信號(hào)接收機(jī)的輸出:

接收信號(hào)在基矢量上的投影匹配濾波器輸出：r的座標(biāo):在兩個(gè)矢量方向上的投影:一樣!第73頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月74MPSK最佳接收第74頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月75MPSK系統(tǒng)性能變換成極坐標(biāo)：第75頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月76MQAM信號(hào)正交幅度調(diào)制令第76頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月77MQAM信號(hào)例：16QAM星座maicnais1-31-32-12-131314343第77頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月78MQAM信號(hào)最佳接收判決域兩個(gè)正交MASK第78頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月79MQAM系統(tǒng)性能M進(jìn)制ASK：M進(jìn)制QAM的一個(gè)支路：QAM符號(hào)正確的概率：QAM誤符號(hào)率：QAM誤比特率：第79頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月80M維調(diào)制：MFSK&波形的互相關(guān)Sk(t)與Sm(t)正交正交MFSK第80頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月81M進(jìn)制正交信號(hào)…信號(hào)的坐標(biāo)：信號(hào)之間的最小歐氏距離：第81頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月82M維信號(hào)的最佳接收第82頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月83MSK（最小頻移鍵控）限帶→包絡(luò)起伏→非線性放大→頻譜擴(kuò)展旁瓣小的信號(hào)：相位路徑跳變小/連續(xù)變化OQPSK消除了QPSK信號(hào)中180°的相位突變，改善了包絡(luò)的起伏.相位連續(xù)變化的調(diào)制方式。這類調(diào)制稱為連續(xù)相位調(diào)制（CPM：continuousphasemodulation），它泛指載波相位以連續(xù)形式變化的一大類頻率調(diào)制技術(shù)最小頻移鍵控（MSK：minimumshiftkeying）是連續(xù)相位的頻移鍵控（FSK）的一種特殊類型。第83頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月84MSK（最小頻移鍵控）調(diào)制指數(shù)：2FSK信號(hào)第84頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月85歸一化互相關(guān)系數(shù)0s1(t)與s2(t)正交含義：保持兩個(gè)信號(hào)正交的前提下，調(diào)制指數(shù)最小的2FSK第85頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月86MSK:相位的連續(xù)性調(diào)制信號(hào)，雙極性不歸零PAM:其中：MSK要求：第86頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月87MSK:相位路徑第87頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月88相位路徑附加相位函數(shù)：分段線性函數(shù)，以Tb為段+1-1-1+1+1+1ak第88頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月89MSK信號(hào)的功率譜密度MSK的功率譜以的速率衰減第89頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月90MSK信號(hào)的正交調(diào)制表示其中：展開上式：第90頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月91MSK信號(hào)的正交調(diào)制表示第91頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月92MSK信號(hào)相位約束條件當(dāng)當(dāng)相位連續(xù)，即前一碼元結(jié)束時(shí)的相位等于后一碼元開始時(shí)刻的相位時(shí)：第92頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月93MSK信號(hào)相位約束條件第93頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月94高斯最小移頻鍵控(GMSK)

原理：有人證明，連續(xù)相位調(diào)制的頻譜旁瓣隨頻率的變化以的規(guī)律下降，其中c為相位函數(shù)的導(dǎo)數(shù)保持連續(xù)的階數(shù)。對于MSK，c＝0，所以旁瓣隨頻率按f-4

的規(guī)律下降。相位函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是頻率函數(shù)，令頻率函數(shù)為高斯函數(shù)，其無窮多階的導(dǎo)數(shù)都連續(xù)，因而具有十分良好的頻譜特性。第94頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月95原理高斯濾波器：3dB帶寬第95頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月96原理高斯濾波器：第96頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月97高斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng)第97頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月98相位路徑第98頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月99功率譜密度第99頁，課件共113頁，創(chuàng)作于2023年2月100信號(hào)的檢測與估計(jì)檢測：幾個(gè)可能發(fā)生的情況中作出選擇是/否

A/B/C/D估計(jì)：估值噪聲