第6章 调制与编码的权衡 for student

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1、第6章调制和编码的权衡6.1通信系统设计的目标和受到的约束6.1.1通信系统的设计目标最大化传输比特速率R;最小化误比特率PB;最小化所需功率（最小化E0/N0）；最小化系统带宽W；最小的延迟和最好的抗干扰特性；极大可能地降低系统的复杂性、计算量和系统成本。2021/9/261天津大学电子信息工程学院通信系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

2、动通信、卫星通信系统）2021/9/262天津大学电子信息工程学院通信系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/2Hz。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。2021/9/263天津大学电子信息工程学院通信系对于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

3、k的增大而提高。2021/9/264天津大学电子信息工程学院通信系2、香农容限定理：频带利用率C/W与Eb/N0的关系C/W(b/s/Hz)Eb/N0(dB)6121824303626816实际系统1/21/4渐近线-2-4Eb/N0存在一个极限值，使得对于任何比特速率，不能低于该值进行无差错传输。2021/9/265天津大学电子信息工程学院通信系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M

4、PSK，能用星座图表示）。2021/9/266天津大学电子信息工程学院通信系6.2差错概率平面差错概率曲线（probabilityperformancecurve）：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（errorprobabilityplane）：差错概率曲线所在的平面。2021/9/267天津大学电子信息工程学院通信系对于正交信号MFSK2021/9/268天津大学电子信息工程学院通信系对于多相信号MpSK2021/9/269天津大学电子信息工程学院通信系对于正交调制（MFS

5、K）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。2021/9/2610天津大学电子信息工程学院通信系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2021/9/2611天津大学电子信息工程学院通信系香农容限定理：带宽-效率平面（bandwidth-efficiencyplane）：将C换

6、成R，R/W关于Eb/N0的关系平面。6.3带宽效率平面2021/9/2612天津大学电子信息工程学院通信系带宽效率平面2021/9/2613天津大学电子信息工程学院通信系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2021/9/2614天津大学电子信息工程学院通信系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

7、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。2021/9/2615天津大学电子信息工程学院通信系带宽受限区域：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。4、功率受限和带宽受限区域2021/9/2616天津大学电子信息工程学院通信系6.4数字通信系统的设计目的：达到带宽

8、、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。2021/9/2617天津大学电子信息工程学院通信系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