获得低的误码率是所有通信系统的基本要求,由于无线通信系统有着其特殊性,因此,无线通信系统对数字调制提出的要求是多方面的。需要在低信噪比、具有多径衰落的信道条件下实现低误码率,同时希望占用尽可能少的带宽,而且系统要便于实现,以节约成本,提高系统的可靠性。现有的调制方式很难同时满足上述的所有要求,实际的数字调制解调器往往是折中考虑多种因素的结果。
调制方式的性能一般用功率效率和带宽效率来衡量。功率效率是为了描述系统在较低的功率条件下,保证系统还能实现低误码率的能力。当然,为了降低系统的误码率,可以提高发射功率。但是,在很多情况下,这样做是不允许的。为此,人们用调制的功率效率ηp来衡量误码率与发射功率之间的折中程度,一般表示为在接收机特定的误码率条件下,每比特信号能量与噪声功率谱密度的比值(EbN0)。
带宽效率用来描述有限带宽内,某种调制方案传输数据的能力。一般情况下,提高数据传输速率就意味着减少每个数字符号的脉冲宽度,进而会增加信号的带宽。这样,数据传输速率与占用信号带宽之间就存在着固有的矛盾。正确地选择调制方案可以在一定程度上实现二者的较好折中。带宽效率反映了对所分配的带宽的利用程度,常被定义为每赫兹带宽上的数据吞吐量。如果用R表示数据传输的比特速率,B表示已调信号所占用的带宽,则带宽效率ηB(单位:bit/(s·Hz))可以表示为
从式(4-1)可以看出,带宽效率越高,在给定的频带内传输的数据越多,但是这个带宽效率是否可以无限地接近100%呢?(www.xing528.com)
香农的信道编码理论表明,带宽效率有一个上限。在加性高斯白噪声的信道条件下,在一个任意小的错误概率条件下,带宽效率的最大值受到信道噪声的限制,信道容量的最大值表示如下:
其中,C是信道容量,单位是bit/s;B是信道带宽,单位是Hz;SN是信噪比。
在调制方式的选择上,通常需要在带宽效率和功率效率之间进行平衡。比如,对信息进行差错控制编码,一种方式是提高占用带宽,当然也就降低了系统的带宽效率,但同时给定的误比特率所需要的信号功率也降低了,这样就得到了较好的功率效率。可以这样说,用带宽效率换取了功率效率。另外一种方式,可以采用多进制的调制方式,可以降低占用的带宽,其代价是必须增加信号的功率,就相当于是用功率效率换取了带宽效率。
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