通信原理通信原理通信原理 (5).pdf

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1、第二部分 信号发送与接收1二进制数字幅度调制第 5 章数字频带传输系统2二进制数字频率调制3二进制数字相位调制4二进制数字调制系统的性能比较5多进制数字调制二进制数字幅度调制146-4通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统数字调制：用数字基带信号控制载波某个参数的过程。系统组成：调制/解调过程的数字传输系统。实现方法1、利用模拟调制的方法去实现数字式调制；2、利用数字信号的离散取值特点，通过开关键控载波，从而实现数字调制，后一种方法通常被称为键控法，是数字调制技术的主用方法。ttt46-5通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅

2、度调制基本原理信号描述：单极性NRZ矩形脉冲序列控制载波的过程。已调信号：调制信号是一个序列：调制a、模拟调制的方法；b、键控法（OOK）ttstscASKcos)()(nbnnTtgats)()(）（，PPan101 2ASKsts2ASK(t)s2ASK(t)s2ASK(t)46-6通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制基本原理解调：包络检波法和相干检测法。带通滤波器（BPF）使2ASK信号完整地通过，同时滤除带外噪声。相干检测法包络检波法ttststtsttytzccc2cos)(21)(21cos)(cos)()(246-7通信原理第二部分

3、 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制信号的功率谱及带宽时域信号功率谱密度NRZ矩形谱ASK的功率谱密度结论：功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。ttstscASKcos)()()()(41)(cscseffPffPfP)(41)(41)(2ffTSaTfPbbs)()(161)()(16)(22ccbcbcbeffffTffSaTffSaTfPbASKfB22)/(21221HzBaudfRTTbBbb46-8通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制系统的抗噪声性能分析模型假定条件1、发送的信号为2、信道噪声为加性高斯白

4、噪声；3、BPF为宽度为2fb，中心频率为fc的矩形；4、解调器中的LPF为宽度为fb的矩形。5、抽样、判决的同步时钟CP准确，判决门限为Ud。”，发“”发“，001cos)(2tAtscASK46-9通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制包络检测的系统性能BPF的输出经包络检波器检测发“1”时，包络服从莱斯分布；发“0”时，瑞利分布。”发“”发“0sin)(cos)(1sin)(cos)(cos)(2ttnttnttnttntAtntstycscccsccciASK”，发“”，发“0)()(1)()()(2222tntntntnAtxscsc46

5、-10通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制包络检测的系统性能两种错判的概率为系统的平均误码率当等概，且判决门限为最佳判决门限时r为解调器输入“1”时信噪比00)()()0/1(SdxxfUxPPdUd 101)()1/0(SdxxfUxPPdUd)0/1()0()1/0()1(PPPPPe442121441rreeererfcP)2/(22nAr46-11通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制相干解调的系统性能BPF的输出取本地载波相乘在抽样判决器输入端x(t)值的一维概率密度为 ”发“”发“0sin

6、)(cos)(1sin)(cos)(cos)(2ttnttnttnttntAtntstycscccsccciASKttytzccos)(2)(”发“，”发“，0)(1)()(tntnAtxcc”，发“12)(exp21221nnAxxf”，发“0)2exp(21220nnxxfbASKnfnBn0202246-12通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制相干解调的系统性能当等概，且判决门限为最佳判决门限时小结在相同信噪比情况下，相干解调时的误码率总是低于包络检波时的误码率。然而，包络检波解调不需要稳定的本地相干载波，故在电路上要比相干解调简单的多。而

7、小信噪比条件下使用相干解调。41221reerrerfcP二进制数字频率调制246-14通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字频率调制基本原理FSK简介1、优点：抗衰落和噪声均优于2ASK，设备简单。2、应用：ITU规定在低于1200bps的中、低速数据传输系统中使用。3、划分：CPFSK及DPFSK。4、发展：多进制频移键控（MFSK），最小频移键控（MSK），高斯最小频移键控（GMSK），以及正交频分复用（OFDM）等技术。信号表示0cos 1 cos)(22112发发tAtAtsFSK46-15通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频

8、带传输系统二进制数字频率调制基本原理产生方法：模拟法和键控法根据原理（b）已调信号还可以表示为其中，结论：一个2FSK信号可视为两路2ASK信号的合成。fs2FSK(t)s2FSK(t)s2FSK(t)cos()()cos()()(22112ttsttstsFSKnbnnTtgats)()(）概率为（概率为PPan1,0,1nbnnTtgats)()(46-16通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制信号的解调方法鉴频法、包络检波法、相干检测法、过零检测法、差分检测法等。包络检波法可视为两路2ASK解调电路组成。)cos()()cos()()(221

9、1ttsttstsFSK)cos()()(111ttsty)cos()()(222ttsty”判为“，”判为“，012121vvvv46-17通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制信号的解调相干检测法可视为两路2ASK解调电路组成。过零检测法)cos()()cos()()(2211ttsttstsFSK)cos()()(111ttsty)cos()()(222ttsty”判为“，”判为“，012121vvvv)cos()()cos()()(2211ttsttstsFSK46-18通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进

10、制数字幅度调制信号的解调差分检测法2FSK信号表示：乘法器输入：乘法器输出：低通滤输出：tyxtAc)cos(tAtytAtycc)cos()cos()()(2cos2)cos(2)(cos()cos(22ccccctAAtAtAtytytz)cos(2)cos(222ccAAtx46-19通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制信号的解调差分检测法低通滤输出：合理的选取延迟，使得则经抽样判决器可检测出“1”和“0”差分检测法小结当延迟失真为0时，这种方法的检测性能不如普通鉴频法，但当信道有较严重延迟失真时，其检测性能优于鉴频法。tyx)cos(2)

11、cos(222ccAAtx2c sin22Atx 22Atx46-20通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制信号的功率谱及带宽分析计算2FSK信号可视为两个2ASK信号的合成，功率谱亦为两个2ASK功率谱之和。频带宽度和频带利用率)()(41)()(41)(2211ffPffPffPffPfPsssse)(41)(41)(2ffTSaTfPbbsbbDbFSKfDfffffB)2()(22122)/(221HzBaudfffRbB46-21通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制系统的抗噪声性能相干检测法

12、假设条件1、信号2、信道加性噪声为高斯白噪声；3、BPFi为宽度为2fb，中心频率为fi的矩形，i=1,2；4、LPF为宽度为fb的矩形，它让基带信号主瓣的能量通过；5、抽样、判决的同步时钟准确。”，发“”，发“0cos1cos)()(212tAtAtstsFSKT46-22通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制系统的抗噪声性能相干检测法基于假设条件，接收机接收到的混合波形为：两个带通滤波器BPF1、BPF2的输出波形分别为 ”发“”发“0cos1cos)(21tntatntatyi上支路下支路噪声”发“”发“0)(1)(cos)(1111tntn

13、taty”发“”发“1)(0)(cos)(2222tntntaty ttnttntnttnttntnscsc2222211111sincossincos46-23通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制系统的抗噪声性能相干检测法当发送“1”符号时上支路下支路与各自的相干载波相乘后，得分别通过上下支路低通滤波器，输出ttnttnatysc11111sin)(cos)()(ttnttntysc22222sin)(cos)()(ttnttnatnattytzscc111111112sin)(2cos)()(cos)(2)(ttnttntnttytzscc2

14、22222222sin)(2cos)()(cos)(2)()()(11tnatvc)()(22tntvc46-24通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制系统的抗噪声性能相干检测法分别通过上下支路低通滤波器，输出发送“1”码而错判为“0”码，错误概率为显然，也是高斯随机变量，则)0()0()()1/0(2121zPvvPvvPP222)(exp21)(zzazzf2214)(exp212)(exp21)()0()1/0(0220022rerfcdzazdzazdzzfzPPnnzz)()(11tnatvc)()(22tntvc46-25通信原理第二部

15、分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制系统的抗噪声性能相干检测法同理可得相干检测法解调时系统的误码率为大信噪比条件下2214)(exp212)(exp21)()0()1/0(0220022rerfcdzazdzazdzzfzPPnnzz221)()0/1(21rerfcxxPP221)0/1()0()1/0()1(rerfcPPPPPe221reerP46-26通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制系统的抗噪声性能包络检波法假设条件如相干检测当发送“1”符号时经过计算，得同理可得误码率)(cos)(cos)()(si

16、n)(cos)()(11111212111111tttvtttntnattnttnatyscsc)(cos)(cos)()(sin)(cos)()(22222222222222tttvtttntnttnttntyscsc莱斯瑞利22121)()1/0(revvPP22121)()0/1(revvPP2221)0()1(21)0/1()1()1/0()1(rreePPePPPPP46-27通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制小结在输入信号信噪比一定时，相干解调的误码率小于非相干解调的误码率；相干解调时，需要插入两个与发送端载波同频同相的本地载波。包

17、络检测无需本地载波。大信噪比时用包络检测法，小信噪比时才用相干解调法。二进制数字相位调制346-29通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制二进制绝对相移键控（2PSK）分类：数字调相分为绝对相移（PSK）和相对相移（DPSK）两种。2PSK信号的时域描述调制 0cos 1 cos2发发tAtAtsccPSK”发“”发“0cos1cos)(2tAtAtsccPSKttstscPSKcos)()(2nbnnTtgats)()()1(11PPan概率为，概率为，46-30通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制

18、二进制绝对相移键控（2PSK）相干解调不考虑噪声时低通滤波器输出)cos()(nctty)2cos(21cos21cos)cos()(ncncncttttz时，时，nnntx2/102/1cos21)(10 110 0 12PSK本地载波(虚线)定时脉冲判别规则：正-“0”；负-“1”)(ty)(tz)(txxna)(tz)(txx载波的相位模糊“反相工作”46-31通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制二进制相对相移键控（2DPSK）问题的提出2PSK的容易产生相位模糊现象，为此提出了二进制差分相移键控技术，这种技术也被简称为二进制相对调相，记作

19、2DPSK。信号表述”数字信息“，”数字信息“，100ttscDPSKcos)(2参考相位参考相位02246-32通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制二进制相对相移键控（2DPSK）波形关系实现ttscDPSKcos)(21 0 1 1 0 0 12PSK2DPSK绝对码an0 1 1 0 1 1 1 0相对码bn相位 0 0载波1nnnbab1nnnbba46-33通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制二进制相对相移键控（2DPSK）调制绝对码变为相对码（差分码）表示，然后再进行2PSK调制。2种实

20、现方式1、相干解调码变换法*消除“反向工作”现象1nnnbba46-34通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制二进制相对相移键控（2DPSK）差分相干解调法121cos)()cos()(nbcncTtatytaty 112121cos2cos2cos)cos()()(nnbcnnbccnbcncTTtaTtatatytytz bcnnbcTaTatxcos2cos2212kTTTbcbc22 时当，时当，202cos2222aaatx46-35通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制信号的功率谱及带宽时域

21、信号功率谱密度比较2PSK和2ASK信号，可以看到他们的功率谱密度类似，即双极性NRZ码的谱ttstscPSKcos)()(2nbnnTtgats)()()1(11PPan概率为，概率为，)()(41)(cscseffPffPfP bbsfTSaTfP2时域信号结论PSK和DPSK谱相同；)()(4)(22bcbcbeTffSaTffSaTfPbbASKPSKDPSKfTBBB22222)/(21222HzBaudASKPSKDPSK46-36通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制2PSK系统的抗噪声性能系统模型假设1、信道噪声为加性高斯白噪声。2

22、、发射端发送的2PSK信号为经带通滤波器BPF与本地载波相乘，乘法器输出：”发“”发“0cos1cos)(tAtAtscc?sin)(cos)(cos?sin)(cos)(cos)(发发ttnttntattnttntatntstycsccccscccittytzccos)(2)(46-37通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制2PSK系统的抗噪声性能乘法器输出抽样判决器输入为对应信号的分布ttytzccos)(2)(”发“”发“0)(1)()(tnatnatxcc”发“12)(exp21221nnaxxf”发“02)(exp21220nnaxxf当

23、等概，最佳判决门限为0dUbPSKnfnBn0202246-38通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制2PSK系统的抗噪声性能最佳判决门限2PSK系统的误码率为式中在大信噪比下，上式成为0dU)(21)()1()()0()1/0()1()0/1()0(0100rerfcdxxfPdxxfPPPPPPe222narreerP2146-39通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制2DPSK系统的抗噪声性能相干解调码变换系统模型PSK+码反变换器数据以bn0110111001为例分析结果或近似为1nnnbbae

24、eePPP)1(2)(2rerfcPPee46-40通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字相位调制2DPSK系统的抗噪声性能信号差分相干解调系统模型最佳判决电平误码率0*bUreePPPPP21)0/1()0()1/0()1(2PSK与2DPSK系统的比较信号带宽都是2fb信噪比上升误码率下降最佳判决门限都为0 2DPSK的抗噪声性能不及2PSK；2PSK系统存在“反向工作”问题。二进制数字调制系统的性能比较446-42通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制传输带宽及频带利用率bASKPSKDPSKfBBB22

25、222ASK2PSK或2DPSKHzBaudBRBbbDbFSKfDfffffB)2()(22122)/(221HzBaudfffRbB46-43通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制误码率840481216107106101102103104105Pe非相干FSK相干ASK非相干ASK差 分相干DPSK相干FSK相干PSK相干检测的抗噪声性能优于非相干检测；2PSK优于2FSK，2FSK优于2ASK。46-44通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制误码率1、信噪比增大误码率降低；对于同一调制方式不同检

26、测方法，相干检测的抗噪声性能优于非相干检测；2、相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB；非相干检测时，对信噪比的要求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。对信道特性变化的敏感性从对信道特性变化的敏感程度上看，2ASK调制系统最差。各种模拟调制系统的比较546-46通信原理第二部分 信号发送与接收20:45第5章 数字频带传输系统二进制数字幅度调制常规双边带调幅（AM）信号描述时域描述频域描述调幅指数：正常、过调幅、满调幅)()(21)()()(0ccccAMMMASttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)()(00max0)(tmA tAtmmmcos)(ttAttAAtscmcmmAMcoscos1 coscos)(0010AAmHmAMfBB22谢谢大家