第六章数字带通传输系统.ppt

通信原理课件通信原理课件第六章第六章 数字带通传输系统数字带通传输系统6.1 6.1 引言引言6.2 6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理6.3 6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能 通信原理课件通信原理课件6.1 引言引言数字信号传输时大多采用载波传输数字信号传输时大多采用载波传输数字带通通信系统数字带通通信系统原因：实际通信中大多数信道都具有带通传输特性，不能直实际通信中大多数信道都具有带通传输特性，不能直接传送基带信号。接传送基带信号。通信系统可传输的信息容量与载波工作频率相关，即通信系统可传输的信息容量与载波工作频率相关，即提高载波频率可以增加传输带宽，提高系统传输容量。提高载波频率可以增加传输带宽，提高系统传输容量。通信原理课件通信原理课件数字信号的载波传输从原理上讲数字信号的载波传输从原理上讲与模拟调制几乎没有区别与模拟调制几乎没有区别数字信号的载波传输信号也称为数字信号的载波传输信号也称为键控信号键控信号通信原理课件通信原理课件 6.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理通信原理课件通信原理课件6.2.1 二进制幅移键控（二进制幅移键控（2ASK）1、2ASK信号的时域表达信号的时域表达为为讨论方便，设其是宽度为讨论方便，设其是宽度为TsTs的的单极性脉冲波形且幅度为单极性脉冲波形且幅度为1 1由由2 2ASKASK定义可得其表达式为：定义可得其表达式为：通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件2、2ASK信号的产生（调制过程信号的产生（调制过程）两种方法两种方法模拟调制法模拟调制法 直接相乘直接相乘键控法键控法通信原理课件通信原理课件3、2ASK信号的频域性质信号的频域性质2ASK2ASK信号的功率谱信号的功率谱通信原理课件通信原理课件由以上分析可以看出：由以上分析可以看出：第一：第一：2ASK信号的功率谱包含连续谱和离散谱两部分信号的功率谱包含连续谱和离散谱两部分 连续谱是数字基带信号经线性调制后的双边带谱连续谱是数字基带信号经线性调制后的双边带谱 离散谱为载波分量离散谱为载波分量第二：第二：2ASK信号的频带宽度为数字基带信号带宽的两倍信号的频带宽度为数字基带信号带宽的两倍通信原理课件通信原理课件4、2ASK信号的解调信号的解调 2 2ASKASK信号可以采用信号可以采用非相干解调非相干解调（包络检波包络检波）和）和相干解调相干解调两种方式来实现。两种方式来实现。包络检波法包络检波法通信原理课件通信原理课件各点波形图各点波形图 带通滤波器带通滤波器全波整流器全波整流器（二极管）（二极管）低通滤波器低通滤波器抽样判决器抽样判决器通信原理课件通信原理课件相干解调相干解调通信原理课件通信原理课件6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK）1、2FSK信号的时域表达信号的时域表达 二进制频移键控指二进制频移键控指载波的频率受调制信号的控制载波的频率受调制信号的控制，而幅，而幅度和相位保持不变。度和相位保持不变。二进制频移键控信号可以看成是二进制频移键控信号可以看成是两个不同载波的二进制两个不同载波的二进制幅移键控信号的叠加幅移键控信号的叠加。时域表达式为：时域表达式为：通信原理课件通信原理课件载波载波1 1载波载波2 2通信原理课件通信原理课件2、2FSK信号的产生（调制过程信号的产生（调制过程）通常通常2 2FSKFSK信号可以由两种电路实现信号可以由两种电路实现:（a a）模拟调频法模拟调频法 （b b）键控法键控法 通信原理课件通信原理课件3、2FSK信号的频域性质信号的频域性质所以所以2 2FSKFSK信号的功率谱为：信号的功率谱为：通信原理课件通信原理课件2FSK信号的功率谱信号的功率谱通信原理课件通信原理课件由以上分析可以看出：由以上分析可以看出：第一：第一：2FSK信号的功率谱与信号的功率谱与2ASK信号的功率谱相似，包信号的功率谱相似，包 含连续谱和离散谱两部分含连续谱和离散谱两部分 连续谱由两个双边谱叠加而成连续谱由两个双边谱叠加而成 离散谱出现在两个载频位置上离散谱出现在两个载频位置上第二：连续谱的形状随着第二：连续谱的形状随着f2-f1的的大小而异大小而异 当当f2-f1 fs 时时出现双峰出现双峰 当当f2-f1 2fs 时双峰完全分离（最常用）时双峰完全分离（最常用）通信原理课件通信原理课件4、2FSK信号的解调信号的解调 2 2ASKASK信号也可采用信号也可采用非相干解调非相干解调（包络检波包络检波）和）和相干解调相干解调两种方式来实现。两种方式来实现。包络检波法包络检波法通信原理课件通信原理课件相干解调法相干解调法另外一种常用而简便的解调方法是另外一种常用而简便的解调方法是过零检波解调法过零检波解调法基本原理：基本原理：二进制频移键控信号的过零点数随载波频率不同二进制频移键控信号的过零点数随载波频率不同而异，通过检测过零点数从而得到频率的变化。而异，通过检测过零点数从而得到频率的变化。通信原理课件通信原理课件2FSK信号的过零检测法信号的过零检测法限幅器限幅器通信原理课件通信原理课件练习题书235页1、2、3、4通信原理课件通信原理课件6.2.3 二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK）和二进和二进制差分移相键控（制差分移相键控（2DPSK）相移键控是利用载波相位的变化来传递相移键控是利用载波相位的变化来传递数字信息，通常可以分为数字信息，通常可以分为绝对相移键控绝对相移键控（2PSK）和和相对相移键控相对相移键控（2DPSK）两两种方式，下面分别讨论。种方式，下面分别讨论。通信原理课件通信原理课件1、二进制绝对相移键控（、二进制绝对相移键控（2PSK）已调信号的相位直接由数字基带信号控制已调信号的相位直接由数字基带信号控制2PSK信号的一般表达式为：信号的一般表达式为：基带信号为双极性信号基带信号为双极性信号通信原理课件通信原理课件 此时二进制绝对相移键控信号在一个码元周期内一个码元周期内可表示为：通信原理课件通信原理课件2PSK2PSK信号的典型时间波形如图所示，图中所有数字信信号的典型时间波形如图所示，图中所有数字信号号“1”1”码对应载波信号的码对应载波信号的相位，而相位，而“0”0”码对应载波信码对应载波信号的号的0 0相位（也可以反之）。相位（也可以反之）。分别画出数字基带信号和载波的波形分别画出数字基带信号和载波的波形?通信原理课件通信原理课件调制方法调制方法模拟调制法模拟调制法键控法键控法通信原理课件通信原理课件当双极性基带信号当双极性基带信号0 0、1 1等概出现时，等概出现时，2 2PSKPSK信号功率谱中无信号功率谱中无 离散分量，只有连续谱，且形状与离散分量，只有连续谱，且形状与2 2ASKASK的的连续谱相同。连续谱相同。22PSKPSK信号带宽与信号带宽与2 2ASKASK信号带宽相同，均为信号带宽相同，均为2 2f fs s通信原理课件通信原理课件2PSK信号的解调信号的解调相干解调相干解调问：采用包络检波法进行解调是否可行，画图解释问：采用包络检波法进行解调是否可行，画图解释通信原理课件通信原理课件2、二进制相对移相键控（、二进制相对移相键控（2DPSK）通信原理课件通信原理课件anbn通信原理课件通信原理课件调制方法调制方法模拟调制法模拟调制法键控法键控法注意调制前需注意调制前需进行进行码型变换码型变换！通信原理课件通信原理课件2DPSK信号的解调信号的解调相干解调相干解调相对码相对码绝对码绝对码通信原理课件通信原理课件2DPSK信号的解调信号的解调差分相干解调差分相干解调解调原理：解调原理：直接比较前后码元的相位差，从而恢复直接比较前后码元的相位差，从而恢复出原始基带信号。出原始基带信号。各点波形图详见书各点波形图详见书194194页，思考为何可以完成解调？页，思考为何可以完成解调？通信原理课件通信原理课件练习题书235页5、6、7通信原理课件通信原理课件6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能6.3.1 2ASK的抗噪声性能的抗噪声性能q 主要考虑主要考虑加性噪声加性噪声的影响的影响q 性能指标为性能指标为误码率误码率2ASK系统的解调模型图如下系统的解调模型图如下通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件1、相干解调性能分析（书、相干解调性能分析（书195页）页）当当“0”“1”等概出现时，且等概出现时，且r 1时，总误时，总误码率为码率为：r r：解调器输入端信噪比解调器输入端信噪比方差方差解调器输入信号幅度解调器输入信号幅度通信原理课件通信原理课件2、非相干解调（包络检波）性能分析、非相干解调（包络检波）性能分析 当当“0”“1”等概出现时，且等概出现时，且r 1时，总误时，总误码率为码率为：r r：解调器输入端信噪比解调器输入端信噪比方差方差解调器输入信号幅度解调器输入信号幅度通信原理课件通信原理课件例题：书例题：书200页页通信原理课件通信原理课件1、相干解调性能、相干解调性能 2、非相干解调性能、非相干解调性能 6.3.2 2FSK的抗噪声性能的抗噪声性能 例题：书例题：书205页页通信原理课件通信原理课件例例6.3.1 通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件6.3.3 2PSK和和2DPSK的抗噪声性能的抗噪声性能1、2PSK相干解调性能相干解调性能 2、2DPSK差分相干解调性能差分相干解调性能 例题：书例题：书211页页通信原理课件通信原理课件6.3.4 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较1、误码率、误码率q 相干解调法略优于非相干解调法相干解调法略优于非相干解调法q 在抗加性高斯白噪声方面：在抗加性高斯白噪声方面：2PSK2FSK2ASK2、频带宽度、频带宽度当当码元宽度为码元宽度为TsTs时：时：q 2ASK、2PSK的的带宽均为带宽均为 2/Tsq 2FSK的带宽为的带宽为从频带利用率来看，从频带利用率来看，2 2FSKFSK最差最差通信原理课件通信原理课件3、判决门限、判决门限q2ASK门限为门限为a/2q2FSK中，不需人为设置判决门限，通过比较两路中，不需人为设置判决门限，通过比较两路解调输出的大小来判决解调输出的大小来判决q2PSK门限为门限为04、设备复杂程度、设备复杂程度2DPSK最复杂最复杂 2FSK 2ASK通信原理课件通信原理课件练习题书235页815通信原理课件通信原理课件D1导通导通D2截止截止D2导通导通D1截止截止通信原理课件通信原理课件5V-5V3V-3V输入输入输出输出3V