眼图 滤波器 载波调制.pptx

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1、11成型滤波器：将输入脉冲信号变为Sinc函数输出sinc函数：第1页/共79页2看似无规则的信号实际具有一定的规则以nT为周期将画传输信号的图形，即可得到眼图第2页/共79页关于信号的眼图眼图是一种定性的、可视的估计系统性能的方法眼图产生步骤：用示波器跨接在待测信号的输出端调整示波器锯齿波水平扫描周期，使其与接收符号的周期同步将接收波形输入示波器的垂直放大器从显示器上看到眼图，观察出符号间干扰和噪声的影响。第3页/共79页传输+1/-1情况下眼图的实例采样点第4页/共79页眼图的产生：以三个眼图的产生：以三个BPSK码元为例码元为例可能组合：可能组合：-1-1-1;-1-1 1;-1 1-1

2、;-1 1 1;1-1-1;1-1 1;1 1-1;1 1 1 第5页/共79页五个码元周期第6页/共79页多进制信号的眼图第7页/共79页有噪声时的眼图有噪声时的眼图第8页/共79页第9页/共79页第10页/共79页11说明：采样时刻偏差导致噪声容限降低 噪声增大导致噪声容限降低第11页/共79页1212关于滤波器形状的讨论第12页/共79页1313Sinc函数滤波器特性频谱形状为矩形无限长的时域响应函数的频谱没有任何带外泄漏实际通信的滤波器响应长度是有限的带外泄漏不可避免理想矩形频谱不可能实现如何进行滤波器设计？第13页/共79页滤波器的设计原则滤波器的带外能量要尽可能低减小对相邻频带的干

3、扰发端与收端是一对匹配滤波器接收信号能够最大限度的抑制噪声滤波器的设计要保证信号之间没有相互干扰满足耐奎斯特准则14第14页/共79页回顾：BPSK基带通信系统15BPSK调制低通滤波AWGN通道低通滤波0,1数据0,1数据BPSK解调/判决尽管系统引入滤波器，但是发送信号之间还需保持无码间干扰第15页/共79页16n=0n=1n=2n=3n=4n=5信号之间是相互重叠交叉的只有在特定的时间点信号之间没有相互干扰问题：什么形状的时域函数存在没有码间干扰的点第16页/共79页17n=0n=1n=2n=3n=4n=5信号之间是相互重叠交叉的在任何时间点信号之间相互干扰第17页/共79页18Nyqu

4、st准则无码间干扰的滤波器(时域波形)设计无码间干扰的定义信号可以是相互交叠的在特定的时间点上可以做到没有相互干扰Nyqust准则是指符合上述要求的原则第18页/共79页19Sinc(x)函数是符合上述原则的函数是符合上述原则的奈奎斯特带宽：奈奎斯特带宽：B奈奎斯特速率：奈奎斯特速率：R=1/Bx(t)=sinc(Bt)第19页/共79页20但是在非特定点上依旧存在码间干扰但是在非特定点上依旧存在码间干扰采样时刻第20页/共79页21没有没有 ISI 的条件的条件无符号间干扰（无符号间干扰（ISI）的信号设计）的信号设计-设计满足设计满足 Nyquist 准则的滤波器准则的滤波器与发端滤波器的

5、卷积的结果第21页/共79页22 使得使得 x(t)满足满足的充要条件是其傅立叶变换的充要条件是其傅立叶变换 X(f)满足满足 Nyquist准则准则第22页/共79页23证明证明 当在当在 t=T 点进行采样，得：点进行采样，得：设连续时域函数可表示为第23页/共79页24第24页/共79页25第25页/共79页26第26页/共79页27对于对于 Nyquist 速率速率 R=1/T，如果，如果 B=2W R=1/T，满足满足 Nyquist 条件有许多函数，条件有许多函数，典型的是升余弦频谱脉冲典型的是升余弦频谱脉冲第30页/共79页31升余弦滤波器的时频特性升余弦滤波器的时频特性第31页

6、/共79页32第32页/共79页升余弦与平方根升余弦滤波器升余弦滤波器是满足耐奎斯特准则的，不存在码间干扰然而通信系统发端与收端都要进行滤波，发端与收端滤波器频域函数乘积（时域函数卷积）后构成升余弦滤波器一般来讲发端与收端滤波器都是平方根升余弦滤波器单独的平方根升余弦滤波器是带有码间干扰的33第33页/共79页三种滤波器的时域响应Sinc(x)滤波器升余弦滤波器平方根升余弦滤波器34第34页/共79页35平方根升余弦滤波器存在码间干扰第35页/共79页36发送的信号-3,1,-1,3通过平方根升余弦滤波器（码间干扰使传输信号改变）第36页/共79页37接收端再通过一个平方根升余弦滤波器（码间干

7、扰被消除）第37页/共79页滤波器的设计原则滤波器的带外能量要尽可能低减小对相邻频带的干扰发端与收端是一对匹配滤波器接收信号能够最大限度的抑制噪声滤波器的设计要保证通过匹配滤波器后的信号之间没有码间干扰满足耐奎斯特准则38第38页/共79页低通滤波器的带外频谱泄漏第39页/共79页边瓣长度影响带外特性第40页/共79页4141Sinc Filter 的时域与频域特性第41页/共79页4242对sinc函数滤波器的讨论边瓣带有一定的能量，截短的边瓣长度导致其特性变差边瓣带有的能量越小越好由于接收端采样时刻偏差而引起的码间干扰很大边瓣不为零所引起第42页/共79页4343由于边瓣带有一定的能量，因

8、此采样时刻不准确将带来符号之间的干扰第43页/共79页4444低通滤波：（成型滤波）低通滤波：（成型滤波）矩形窗矩形窗第44页/共79页4545第45页/共79页4646Sinc Filter第46页/共79页4747Sqrt_Cosine_Filter第47页/共79页4848第48页/共79页4949三种成型滤波器的频谱特性比较第49页/共79页5050三种成型滤波器的频谱特性比较第50页/共79页5151相同边瓣长度时带外特性的比较：sinc函数：5；升余弦函数：5。升余弦函数优于sinc函数第51页/共79页5252不同边瓣长度时带外特性的比较：sinc函数：5；升余弦函数：3。升余弦

9、函数与sinc函数相似第52页/共79页5353升余弦函数可能比sinc函数还差不同边瓣长度时带外特性的比较：sinc函数：10；升余弦函数：2。第53页/共79页5454不同边瓣长度时带外特性的比较：sinc函数：100；升余弦函数：2。升余弦函数可能比sinc函数还差第54页/共79页5555关于发端成型滤波器的讨论选择边瓣能量小的滤波器可降低带外频谱能量增大边瓣长度可降低带外频谱能量实际系统中一般使用升余弦滤波器第55页/共79页5656结论低通滤波器也称为成型滤波器，其时域响应决定了信号的时域波形无限长时域响应成型滤波器特性是理想的，而实际系统的是与响应都是有限长的当值确定情况下，滤波

10、器时域响应越长带外特性越好相同时域响应长度下，值越大带外频谱特性越好 第56页/共79页5757关于载波调制的讨论第57页/共79页58载波调制信源编码信道编码调制低通滤波载波调制通道载波解调低通滤波解调信道解码同步均衡信宿发射天线接收天线低频信号要调制到相应载波频率上进行传输,各个载波信号之间要有一定的间隔第58页/共79页59为什么要进行载波调制？必要性：频率资源是有限的，任何系统只能占用一定的频谱资源 定义了将低通信号变换为带通信号时频谱的搬移量发射信号的载频调制第59页/共79页60带有载波的一般信号表示形式带有载波的一般信号表示形式 0fcB fc为载波中心频率，为载波中心频率，B为

11、系统带宽，其宽为系统带宽，其宽度为低通滤波器的宽度度为低通滤波器的宽度f第60页/共79页PAM信号完整表达式为 脉冲幅度调制脉冲幅度调制 :PAM信号只有cos()载波第61页/共79页62这里这里PSK信号带有载波的完整的定义 将上式变形，得到 上式的物理意义为：信息由cos函数为载波的信号的起始相位携带第62页/共79页63将上式变形，得到 物理意义：1.信号由I路和Q路的和（差）构成2.I路基带信号由基带信号实部构成，Q路基带信号由基带信号的虚部构成3.I路信号调制到cos()载波上，Q路信号调制到sin()载波上4.传输的信号为实数信号I路Q路第63页/共79页64问题：请说出式中各

12、个部分的物理意义，如果该部分的值发生变化，将影响传输信号的哪一部分该部分值的确定应该在遵循什么限制条件讨论题：关于下式的讨论第64页/共79页65完整正交幅度调制（QAM）表达式 决定了信号星座点在I/Q平面的位置 QAM 信号可以看成是幅度和相位的联合调制。信号可以看成是幅度和相位的联合调制。第65页/共79页66通常情况下Am为复数，其等效低频表达式为在对通信系统的研究中，主要研究在对通信系统的研究中，主要研究Z(t)的各种特性的各种特性z(t)的特性：随着时间缓慢变化的，其确切值由Am和个g(t)共同决定是一个复数值实部与虚部共同决定了该复数的幅度与相位Z(t)=x(t)+jy(t)Z(

13、t)还可以表示为：第66页/共79页67X(t)-I路实际系统的发射机的信号模型实际系统的发射机的信号模型带有载波的发射信号通用表达式为：XX-+s(t)Y(t)-Q路为高速变化的正弦和余弦函数的和携带了I路与Q路得传输信息任意时刻其值为实数值第67页/共79页调制的图解表示调制的图解表示低通信号低通信号第68页/共79页69载频信号调制的表达式实数值的载波调制的信号复数低频信号载波频率实部（In phase,或I路）虚部（quadrater phase,或Q路）第69页/共79页70调制的图解表示调制的图解表示高速旋转高速旋转yx(a)低通信号低通信号(b)载波载波(c)带通信号带通信号第7

14、0页/共79页71上图中的说明上图中的说明Fig(a):低通信号可以表示成在低通信号可以表示成在I-Q平面的时变的一平面的时变的一个矢量。随着时间的变化，该矢量的幅度和相位均个矢量。随着时间的变化，该矢量的幅度和相位均变化变化。信号变化的快慢（即信号的周期。信号变化的快慢（即信号的周期T）及变化）及变化轨迹决定了该低频信号所占的带宽。轨迹决定了该低频信号所占的带宽。Fig(b):载波复指数载波复指数 exp(2 fct).在在 I-Q 平面内以恒平面内以恒定的频率定的频率 2 fct,幅度为幅度为 1的矢量形式旋转。的矢量形式旋转。Fig(c):带通信号。带通信号。其幅度是上述两信号幅度的乘其

15、幅度是上述两信号幅度的乘积，积，其相位是上述两信号相位的和。其相位是上述两信号相位的和。第71页/共79页72实际系统传输的信号（蓝色）：高频信号，实信号信号的幅度、相位、频率携带了信息第72页/共79页73发射信号一定是实信号，但包括了I,Q两路的成分第73页/共79页74接收机如何去掉载频接收机如何去掉载频XXs(t)使用三角函数的正交性将接收信号的I路和Q路区分开（适用于单个频率的各种调制方式）（适用于单个频率的各种调制方式）低通滤波器，I路低通滤波器，Q路积分积分第74页/共79页75习题（必做）1.设通信系统待传信息速率为1Mbit/s，系统带宽为500KHz，发端滤波器滚降系数为1

16、。问：1）采用何种调制方式可保证系统无码间干扰？2）若滤波器滚降系数为0.5，采用何种调制方式可保证系统无码间干扰？（给出计算结果并说明原因）2.比较上题中发端滤波器滚降系数为1和0.5情况下系统特性，并说明滚降系数值的确定原则第75页/共79页76讨论题1（选作）：X(t)Y(t)XX-+s(t)设非理想因素造成设非理想因素造成I路与路与Q路发射信号的载频相位不同步，路发射信号的载频相位不同步，并且不同幅度，写出在此情况下的并且不同幅度，写出在此情况下的s(t)的表达式，并分的表达式，并分析这种情况下对解调信号的影响析这种情况下对解调信号的影响第76页/共79页讨论题2（选作）产生一个长度为2000比特的0/1序列，分别采用4PSK，QPSK，OQPSK方式进行调制，进行如下仿真、画出图形并讨论其结果以sinc(x)为信号时域响应函数，比较三种方式下的带外特性比较同一种调制方式下sinc(x)不同边瓣长度对带外特性的影响77第77页/共79页7878第78页/共79页79感谢您的观看！第79页/共79页