第6章 调制与编码权衡 for student.ppt

第6章 调制和编码的权衡;6.1.2 系统设计的约束条件 奈奎斯特（Nyquist）最小带宽 香农（Shanno-Hartley）容量理论 管理规则（频段分配原则） 技术限制（如器件当前的发展水平，具体技术的实现水平等） 系统的其他需求（如移动通信、卫星通信系统）;1、奈奎斯特（Nyquist）最小带宽 ISI的产生； 造成的影响； 奈奎斯特（Nyquist）最小带宽：理论上无码间串扰（ISI）的基带系统，若每秒传输R个码元，需要的最小带宽（耐奎斯特带宽）为 R/2 Hz 。 实际情况； 奈奎斯特最小带宽反映了系统无失真检测脉冲电平的能力。;对于M进制调制，一个码元（包括k个比特）可以用M个电平之一表示，所以有 比特速率 R 码元速率 Rs 对于固定的码元速率，传输比特率R 随 k 的增大而提高。;2、香农容限定理：频带利用率C/W与Eb/N0的关系 ;6.1.3 主要数字调制类型 第一类调制方式：正交调制，生成的信号是正交信号（如MFSK，不能用星座图表示）； 第二类调制方式：非正交调制，生成的信号是非正交信号（如MPSK，能用星座图表示 ）。;6.2 差错概率平面;对于正交信号MFSK;对于多相信号MpSK;对于正交调制（MFSK） 增大码元集（M或k）大小，可以改善PB或降低所需的Eb/N0 ，但是这些好处是以带宽为代价的换取的。 对于非正交调制（MPSK） 增大码元集（M或k）大小，可以减小对带宽的需求，但这要以降低误比特率PE的性能或者增大所需的信噪比为代价。;1、正交调制（MFSK）分析 2、非正交调制（MPSK）分析 3、各项指标权衡的难易程度; 香农容限定理： 带宽-效率平面（bandwidth-efficiency plane） ：将C换成R，R/W关于Eb/N0的关系平面。;带宽效率平面;1、MPSK、MFSK调制的带宽效率 2、带宽等效平面与差错概率平面的结合;3、功率受限和带宽受限的系统;带宽受限区域： 当Eb/N0增大到一定程度时，容量极限曲线逐渐趋于水平。即R/W 随Eb/N0增加的速度减慢； 功率受限区域： 当Eb/N0减小到一定程度，容量极限曲线接近垂直；要使Eb/N0减小一点，就必须使R/W减小很多。 当Eb/N0小于-1.6dB时，就无法实现无差错的传输。;6.4 数字通信系统的设计;对于限制不同的系统采用的方法不同 带宽受限的系统中，用高效的调制方法，以牺牲功率，减少带宽； 功率受限的系统中，用功率高效的调制方法，以牺牲带宽，节约功率； 带宽和功率都受限的系统中，用纠错编码方法，节约功率，牺牲带宽，保证系统的性能。;纠错编码的影响;6.4.1 码元与比特;比特间隔T、码元间隔Ts和码元速率Rs间的关系为： 码元速率Rs与比特速率R之间的关系： 如果系统的带宽为W，在Ts内 传输k=log2M 比特的带宽效率为：;6.4.2 无编码带宽受限系统;MPSK调制信号的带宽效率为： 带宽效率平面证明了这一点：对于MPSK， 当M增大时，R/W也同时增加。 从带宽效率平面中可以看到：以增大Eb/N0为代价，可以获得更大的带宽。 ;6.4.3 无编码功率受限系统;MPSK带宽效率与MFSK带宽效率比较： 对于MPSK，M增大时，R/W 增大； 对于MFSK，M增大时，R/W是分子、分母共同作用的结果。 M增大到一定的程度时，分母比分子增加得快，随着M的增大，MFSK的 R/W 反而减小。 MFSK以牺牲带宽为代价，降低所需的Eb/N0 。;在绝大多数的情况下，M进制信号被认为是波形编码技术。 选择一种M进制调制来代替二进制调制； 选用更好的波形有效地代替二进制波形； 更好地带宽性能（MPSK） 更好的功率性能（MFSK） ;6.4.4 未编码带宽受限系统举例;对于数字通信系统，有： 这里，Rb = R， Tb = T， S=Pr 。 所以有， 换成分贝表示为：; 不转换成码元，需要的最小调制系统带宽：W=R。 R= 9600b/s W = 4000Hz，是带宽受限系统。 调制方式选择?;（1）计算M的最小值 对于MPSK系统，有： 所以有， k应该选择多少？;（2）验证是否能满足差错性能PB ? 10-5 ，如果不能，就需要加纠错编码。;解调器码元差错概率PE（M）为： 其中， 解调器输出的码元功率Es/N0等于Eb/N0的k倍，有： 对于M=8，有： ;代到上面的式子，可以得到误码率为： 由式（前面推导） 得到： 误比特率可以达到性能的要求，因此不需要采用纠错编码。;6.4.5 未编码功率受限系统举例;分析： W = 45 kHz R=9600 b/s，不是带宽受限系统； 计算Eb/N0 ，得： 对于所要求的误比特率， Eb/N0相对较小，而带宽足够，因此是功率受限系统。;无编码调制解调