第6章--天津大学侯春萍老师通信原理与系统课件之调制与编码的权衡.pptVIP

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第6章--天津大学侯春萍老师通信原理与系统课件之调制与编码的权衡

天津大学电子信息工程学院通信系 第6章 调制和编码的权衡 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 差错概率曲线(probability performance curve):不同调制方式下,误比特率PB随Eb/N0的变化曲线。 差错概率平面(error probability plane) :差错概率曲线所在的平面。 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 6.3 带宽效率平面 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 通信系统的基本资源 信道带宽; 发射功率; 在许多通信系统中,两个资源中可能有一个比另一个更昂贵,因此在系统设计中必须重点考虑。 功率受限系统:功率有限,更重要;通常是以牺牲带宽为代价; 带宽受限系统:带宽有限,更重要,因此通常使用高效率的调制方式,以牺牲功率为代价。 4、功率受限和带宽受限区域 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 目的:达到带宽、功率和差错概率要求。 注意:信息比特、信道比特、码元、码片(chip)间的转换关系。 设计步骤 描述信道性能(接收功率、可用带宽、噪声统特性以及损耗等); 确定系统需求(比特速率、差错性能); 给出最适合信道特性和系统性能需求的设计方案。 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 实时系统中,采用纠错编码对系统性能的影响有两个相反的方面: 对提高性能方面的影响: 对降低性能方面的影响: 6.4.1 码元与比特 在M进制的字符中,每个码元都与唯一的一个k比特序列相关联,其中: 每个码元时间间隔Ts内,传输一个码元或一个波形,而一个码元有k个比特,比特速率为: 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 无编码带宽受限系统的设计目标: 保证一定的PB; 以牺牲Eb/N0为代价; 在可用的带宽内实现最大的比特速率。 采用理想矩形基带滤波器,MPSK调制,最小调制带宽为: 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 设计的目标 固定Eb/N0,牺牲带宽,获得PB的改善; 固定PB ,牺牲带宽,减小所需的Eb/N0 。 这时要采用MFSK信号,最小调制带宽为: 非相干检测MFSK的带宽效率: MPSK带宽效率与MFSK带宽效率比较: 对于MPSK,M增大时,R/W 增大;

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