通信原理数字带通传输系统电.pptx

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1、1间接法产生2DPSK信号从接收码元观察：不能区分2DPSK和2PSK信号若码元相位为：0 0 0发2DPSK信号时:A=1 1 1 0 0 1 1 0 1（初相0）发2PSK信号时：B=1 0 1 1 1 0 1 1 0（1 ）若将待发送的序列A，先变成序列B，再对载波进行2PSK调制，结果和用A直接进行2DPSK调制一样:基带序列：A=1 1 1 0 0 1 1 0 1（绝对码）变换后序列：B=(0)1 0 1 1 1 0 1 1 0（相对码）2PSK调制后的相位:(0)0 0 0变换规律：绝对码元“1”使相对码元改变；绝对码元“0”使相对码元不变。第1页/共37页2码变换器：用一个双稳态

2、触发器 间接法2DPSK信号调制器原理方框图码变换器（双稳触发器）绝对码相对码s(t)载波移相e2DPSK(t)码变换第2页/共37页32DPSK信号的解调相位比较法：缺点：对于延迟单元的延时精度要求很高，较难作到。相干解调法：先把接收信号当作绝对相移信号进行相干解调，解调后是相对码，再将此相对码作逆码变换，还原成绝对码。b相 乘带通滤波低通滤波抽样判决d延迟Tsea本地载波提取相 乘带通滤波低通滤波抽样判决逆码变换第3页/共37页4逆码变换器脉冲展宽逆码变换器微分整流cbabc 1 1 1 0 0 1 1 0 1（绝对码）a(0)1 0 1 1 1 0 1 1 0（相对码）(a)原理方框图(

3、b)波形图第4页/共37页52.功率谱密度 2DPSK信号的功率谱密度和2PSK信号的功率谱密度完全一样。第5页/共37页67.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能7.2.1 2ASK系统的抗噪声性能设在 Ts 内，带通滤波后的接收信号和噪声电压等于:n(t)是一个窄带高斯过程，故有将上两式代入y(t)式，得到：上式为带通滤波的输出电压，下面用它来计算误码率。第6页/共37页71.同步检测法的系统性能抽样判决处的电压x(t)为式中，nc(t)高斯过程。当发送“1”时，x(t)的概率密度等于：当发送“0”时，x(t)的概率密度等于：h*P(1/0)f0(x)f1(x)P(0/1)ba第7页/共37

4、页8令b为判决门限，则将发送的“1”错判为“0”的概率等于：式中，将“0”错判为“1”的概率等于：当P(1)=P(0)时，相干解调的总误码率为：当h值等于最佳门限值h*时，当信噪比r1时，*)(*)(01bfbf=第8页/共37页92.包络检波法 的误码率 输出是其输入电压y(t)的包络，故有 当发送“1”1”时,V(t)的概率密度等于：当发送“0”0”时,V(t)的概率密度等于：广义瑞利分布瑞利分布第9页/共37页10(1)令b为判决门限，则将发送的“1”错判为“0”的概率等于：上式第二项可用Q函数来表示，Q函数的定义为：令=a/n，=b/n，t=V/n 式中，h0=b/n 归一化门限值 r

5、=a2/2n2 信噪比第10页/共37页11()将发送的“”错判为“”的概率等于：当P(0)=P(1)时，系统总的误码率为：求最佳门限值：即两边取对数第11页/共37页12在大信噪比条件下(r 1)，上式变成：最佳门限值归一化最佳门限值uu在小信噪比条件下在小信噪比条件下(r r 1，=b/n 1 则最小误码率Pe：当r1时,上式第一项趋于0 第13页/共37页147.2.2 2FSK系统的抗噪声性能 1.同步检测法的系统性能当发送码元“1”时，通过两个带通滤波器后的两个接收电压分别为：它们和本地载波相乘，并经过低通滤波后，得出 和定时脉冲低通滤波低通滤波抽样判决输出带通滤波1带通滤波2输入相

6、乘相乘cos1tcos2tx1(t)x2(t)y2(t)y1(t)第14页/共37页15n1c(t)和n2c(t)都是高斯过程，故在抽样时刻其抽样值x1和x0都是正态随机变量。而且，x1的均值为a，方差为n2；x2的均值为0，方差也为n2。当 x1 x2时，将发生误码，故误码率为 令(a+n1c-n2c)=z，则 z 也是正态随机变量，其均值等于a，方差为 2 n2。于是，有式中，P(1/0)和P(0/1)相等，故总误码率为：第15页/共37页167.2.3 2PSK和2DPSK系统的抗噪声性能1.2PSK相干解调系统性能抽样判决电压为 将“0”错判为“1”的概率等于 将“1”错判为“0”的概

7、率等于 由于现在P(1/0)=P(0/1)，总误码率为 图中右部阴影的面积等于：因此，总误码率等于：本地载波提取带通滤波低通滤波相 乘抽样判决x(t)第16页/共37页172.2DPSK信号相干解调系统性能 由上图可见，解调过程的前半部分和相干解调方法的完全一样，故现在只需考虑由逆码变换器引入的误码率。本地载波提取相 乘带通滤波低通滤波抽样判决逆码变换第17页/共37页18逆码变换规律：无误码时：输出绝对码元是相邻两个相对码元取值的模“2”和。有1个误码时：将产生两个误码 有2个误码时：仍将产生两个误码有一串误码时：仍将产生两个误码 1 1 1 0 0 1 1 0 1(绝对码)(0)1 0 1

8、 1 1 0 1 1 0(相对码)1 1 0 0 1 1 1 0 1(绝对码)(0)1 0 0 0 1 0 1 1 0(相对码)1 1 0 1 0 1 1 0 1（绝对码）(0)1 0 0 1 1 0 1 1 0（相对码）1 1 0 0 0 1 1 0 0 (绝对码)(0)1 0 0 0 0 1 0 0 0（相对码）(a)无误码时(b)有1个误码时(c)有2个误码时(d)有一串误码时第18页/共37页192DPSK系统的误码率 式中相乘器输出为低通滤波器输出判决准则发“0”错判为“1”的概率式中 第19页/共37页20R1和R2的概率密度函数发“0”时错判成“1”的概率为令 则同样可得发“1”

9、时错判成“0”的概率为系统的误码率 第20页/共37页217.3 二进制数字调制系统的性能比较-6 -3 0 3 6 9 12 15 18信噪比r(dB)110-110-210-310-410-510-610-7Pe非相干ASK相干ASK非相干FSK相干FSK相干DPSK非相干DPSKPSK误码率与信噪比关系曲线误码率与信噪比关系曲线第21页/共37页22误码率公式 相干2PSK 相干2DPSK 非相干2DPSK 相干2FSK 非相干2FSK 相干2ASK非相干2ASK误码率公式键控方式第22页/共37页23二进制数字调制系统性能比较*二进制数字调制系统的性能取决于其调制方式、噪声的统计特性、

10、解调及判决方式。无论哪种方式，对于误码率的影响而言，都是信噪比越高，误码率越低。*如果调制方式相同，相干解调方式优于非相干解调方式。由于相干解调方式设备较为复杂，通常只在高质量的数字通信系统中才采用。*如果误码率相同，在相干检测时，不同系统信噪比要求的差别是2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB，所以相干2PSK的抗噪声性能最好。*如果码元速率相同，2PSK和2ASK占据的频带比2FSK窄，频带利用率高于2FSK。*总体来看，2ASK系统结构最为简单，但是抗噪声性能最差，对于较高速率的无线信道已不再使用。2FSK系统的频带利用率和抗噪声性能都不及2PSK，但非相干2FSK的设备

11、简单，在中、低速的数据传输中常被选用。因此，得到广泛应用的几种调制方式是2PSK、2DPSK和非相干2FSK。第23页/共37页247.4 多进制数字调制原理7.4.1 多进制振幅键控(MASK)多电平单极性不归零信号 MASK信号 （图a 图b）多电平双极性不归零信号 抑制载波MASK信号 （图c 图d）图示为4ASK信号：每码元含2比特(a)基带多电平单极性不归零信号(b)MASK信号0010110101011110000t0t0101101010111100000101101010111100000t00000t01011010101111(c)基带多电平双极性不归零信号(d)抑制载波M

12、ASK信号第24页/共37页25MASK信号带宽 MASK信号可以看成是多个2ASK信号的叠加。两者带宽相同。0t0101101010111100000t01011010101111000001010t10101011110000001t10101011110000第25页/共37页267.4.2 多进制频移键控(MFSK)基本原理MFSK的码元采用M个不同频率的载波。设f1为其最低载频，fM为其最高载频，则MFSK信号的带宽近似等于fM-f1+f，其中 f是单个码元的带宽，它决定于信号传输速率。TTTTf3f1f2f4fc1ffc2fc3fc4P(f)fb8fb第26页/共37页277.4.

13、3 多进制相移键控(MPSK)1.基本原理：MPSK信号码元可以表示为式中，k 受调制的相位，其值决定于基带码元的取值；A 信号振幅，为常数；k=1,2,M。令A=1，然后将其展开写成 式中，由上式看出，M-PSK信号码元可以看作是两个正交的MASK信号码元之和。因此，其带宽和后者的带宽相同。第27页/共37页282.正交相移键控(QPSK调制)编码规则：A和B两种编码方式 格雷(Gray)码规律：相邻k之间仅差1比特。格雷码优点：误比特律小。abkA方式B方式0090225101803151127045010135序号序号格雷码格雷码格雷码格雷码二进制码二进制码二进制码二进制码12340 0

14、 0 00 00 0 0 10 10 0 1 11 10 0 1 01 00 0 0 0 0 0 0 10 0 1 00 0 1 056780 1 1 00 1 1 10 1 0 10 1 0 00 1 0 0 0 1 0 10 1 1 00 1 1 19101112131415161 1 0 01 1 0 11 1 1 11 1 1 01 0 1 01 0 1 11 0 0 11 0 0 0 1 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10111001045参考相位01001011参考相位(a)A方式(b)B方式 第28页/共

15、37页293.QPSK解调 相干解调载波提取相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)abcos0t-sin0t定时提取第29页/共37页307.4.4 多进制差分相移键控(MDPSK)1.基本原理以4进制DPSK(QDPSK)信号为例 表中k是相对于前一相邻码元的相位变化 ab k kA方式B方式0090135010451127031510180225第30页/共37页31当前输入的一对码元及要求的相对相移前一时刻经过码变换后的一对码元及所产生的相位当前时刻应当给出的变换后一对码元和相位ak bkkck-1 dk-1k-1ck dkk0 0900 00 11 11 090027018

16、01 00 00 11 11809002700 10 0 00 11 11 09002701800 00 11 11 0900270 180 1 12700 00 11 11 09002701800 11 11 00 00270180901 01800 00 11 11 09002701801 11 00 00 1270180900QDPSK码变换关系:第31页/共37页327.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能7.5.1 MASK系统的抗噪声性能 式中，M 进制数，或振幅数；r 信号平均功率与噪声功率比。当M=2时，上式变成即2PSK相干解调误码率公式。110-110-210-310-410

17、-510-6Per(dB)第32页/共37页337.5.3 MPSK 系统的抗噪声性能 若发送信号“11”的相位为45，则判决门限应该设在0和90。设：f()接收矢量相位的概率密度，则错误概率等于：上式计算结果为：误比特率由解调方框图可见，正交的两路相干解调方法和2PSK中采用的解调方法一样。所以其误比特率的计算公式也和2PSK的误码率公式一样。01110010900第33页/共37页34对于任意M进制PSK信号，其误码率公式为：当 M 很大时，MPSK误码率公式可以近似写为：第34页/共37页35MPSK信号的误码率曲线：Perb（dB）第35页/共37页367.5.4 MDPSK 系统的抗噪声性能 MDPSK信号的误码率近似计算公式为：Perb（dB）第36页/共37页37感谢您的观看！第37页/共37页