通信原理教程6.pptx

《通信原理教程6.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理教程6.pptx（92页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1矢量表示法和矢量图第1页/共92页26.2 二进制振幅键控(2ASK)6.2.1 基本原理表示式：式中，0 2f0为载波的角频率；调制方法:相乘电路：包络可以是非矩形的开关电路：包络是矩形的相乘器cos0ts(t)A(t)cos0ts(t)A(t)第2页/共92页3解调方法：包络检波法（非相干解调）不利用载波相位信息：相干解调法 利用载波相位信息：包络检波器全波整流带通滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A(t)相干载波cos0t相乘电路带通滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A(t)第3页/共92页46.2.2 功率谱密度设2ASK随机信号序列的一般表示式为：式中，an 二进制单极性随机振

2、幅；g(t)码元波形；T 码元持续时间。则可以计算出：式中，Ps(f)s(t)的功率谱密度；PA(f)A(t)的功率谱密度。若求出了PA(f)，代入上式就可以求出Ps(f)。第4页/共92页5求PA(f)：由式(5.5-29)：式中，fc 1/T G1(f)基带信号码元 g1(t)的频谱 G2(f)基带信号码元 g2(t)的频谱现在，g1(t)=0，上式变成：式中，G(f)=G2(f)现在基带信号是矩形脉冲，故由图2.2.2和式(2.2-9)可知，对于所有n 0的整数，G(nfc)=0。所以上式变成将PA(f)代入Ps(f)式中，得到第5页/共92页6求Ps(f)：由上式当P=1/2时，上式变

3、为式中，所以，有最终得出：第6页/共92页7PA(f)和Ps(f)的曲线f/fcPA(f)(a)功率谱密度PA(f)的曲线(b)功率谱密度Ps(f)的曲线第7页/共92页86.2.3 误码率设在T内，带通滤波后的接收信号和噪声电压等于:式中，n(t)是一个窄带高斯过程，故有将上两式代入y(t)式，得到：或上式为滤波后的接收电压，下面用它来计算误码率。第8页/共92页9 相干解调法 的误码率：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*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hA第9页/共92页10令h为判决门限

4、，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，h*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hA第10页/共92页11包络检波法 的误码率 输出是其输入电压y(t)的包络，故有 假定判决门限值等于h，并规定当V h时，判为收到“1”；当V h时，则判为“0”。可以计算出，当大信噪比时，误码率为：第11页/共92页12【例6.1】设有一个2ASK信号传输系统，其中码元速率RB=4.8 106 Baud，接收信号的振幅A=1 mV，高斯噪声的单边功率谱密度n0=2 10-15 W/Hz

5、。试求：1）用包络检波法时的最佳误码率；2）用相干解调法时的最佳误码率。解：基带矩形脉冲的带宽为1/T Hz。2ASK信号的带宽应该是它的两倍，即2/T Hz。故接收端带通滤波器的最佳带宽应为:B 2/T=2RB=9.6 106 Hz 故带通滤波器输出噪声平均功率等于:因此其输出信噪比等于：（1）包络检波法时的误码率为：（2）相干解调法时的误码率为：第12页/共92页136.3 二进制频移键控(2FSK)6.3.1 基本原理表示式：产生方法：调频法：相位连续开关法：相位不连续A(t)开关电路频率源1频率源0s(t)f1f0调频器A(t)s(t)第13页/共92页14接收方法：相干接收：非相干接

6、收：包络检波法：定时脉冲低通滤波低通滤波抽样判决输出带通滤波f0带通滤波f1输入相乘相乘cos0tcos1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)带通滤波f0带通滤波f1包络检波包络检波抽样判决定时脉冲输入输出V0(t)V1(t)第14页/共92页15过零点检测法带通滤波放大限幅低通微分整流脉冲展宽abcedf第15页/共92页166.3.2功率谱密度 开关法产生的2FSK信号可以看作是两个不同频率2ASK信号的叠加：式中，2ASK信号的功率谱密度可以表示为：2FSK信号的功率谱密度是两个不同频率2ASK信号的功率谱密度之和：已知2ASK信号功率谱密度为：将其代入上式，得到2FSK信号的功率

7、谱密度为：第16页/共92页17当发送“1”和发送“0”的概率相等时，概率P=1/2，上式可以化简为：式中，G(f)为基带脉冲的频谱：及将G(f)代入上式，得到2FSK信号功率谱密度最终表示式为：第17页/共92页18由上式可以看出，前4项是连续谱部分，后4项是离散谱。曲线：带宽：fsfs=(f0+f1)/2ff1+fcf0-fcf0f12fcf1fsff0fs=(f0+f1)/2fcf1+fcf0-fcfs=(f0+f1)/2f1+fcf0-fc第18页/共92页196.3.3 最小频率间隔在原理上，若两个信号互相正交，就可以把它完全分离。对于非相干接收：设:2FSK信号为为了满足正交条件，

8、要求：即要求：上式积分结果为：假设，上式左端第1和3项近似等于零，则它可以化简为第19页/共92页20由于1和0是任意常数，故必须同时有和上式才等于0。即要求：和式中，n和m均为整数。为了同时满足这两个要求，应当令 即令所以，当取m=1时是最小频率间隔，它等于1/T。对于相干接收：可以令于是，式化简为：因此，要求满足：即，最小频率间隔等于1/2T。第20页/共92页216.3.3 误码率设：接收滤波器输出电压波形为：相干检测法的误码率当发送码元“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f0带通滤

9、波f1输入相乘相乘cos0tcos1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)第21页/共92页22和n1c(t)和n0c(t)都是高斯过程，故在抽样时刻其抽样值V1和V0都是正态随机变量。而且，V1的均值为A，方差为n2；V0的均值为0，方差也为n2。当 V1 0，则判为“0”，即接收正确；若V 7时，两者的区别可以忽略。Perb(dB)第67页/共92页686.7.3 多进制相移键控(MPSK)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

10、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68页/共92页69正交相移键控(QPSK)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0002251090315111804501270135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 0 00 00 0 1 01 00 0 1 11 10 0 0 10 10 0 0 0 0 0 0 10 0 1 00 0 1 056780 1 0 10 1 1 10 1 1 00 1 0 00 1 0 0 0 1 0 10 1 1 0

11、0 1 1 19101112131415161 1 0 01 1 1 01 1 1 11 1 0 11 0 0 11 0 1 11 0 1 01 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00101101参考相位(a)A方式(b)B方式 第69页/共92页70产生方法第一种方法：相乘法二进制码元“1”双极性脉冲“+1”二进制码元“0”双极性脉冲“-1”cos(0t+/2)=-sin0t载波产生相乘电路相乘电路/2移相串/并变换相加电路cos0tA(t)s(t)图6.7.8 第一种QPS

12、K信号产生方法ab01110010a(1)a(0)b(1)b(0)B方式编码 第70页/共92页71第二种方法：选择法串/并变换串/并变换带通滤波串/并变换1432ab第71页/共92页72解调方法 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72页/共92页73误码率 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。01110

13、010900第73页/共92页74MPSK信号的误码率当信噪比r足够大时，Perb（dB）第74页/共92页756.7.4 多进制差分相移键控(MDPSK)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 abkA方式00010901118001270第75页/共92页76产生方法相乘的信号应该是不归零二进制双极性矩形脉冲“+1”和“-1”，对应关系是：二进制码元“0”“1”二进制码元“1”“1”abcd码变换相加电路s(t)A(t)串/并变换-/4载波产生相乘电路相乘电路/4A方式编码第76页/共92页77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

14、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 000 01 01 10 10901802701.01 01 10 10901802701 090 0 01 01 10 1090180 2701 01 10 10 090180270 0 1 11800 01 01 10 10901802701 10 10 01 01802700900 12700 01 01 10 10901802700 10 01 01 1270090180QDPSK码变换关系:第77页/共92页78解调方法极性比较法 和QPSK信号极性比较法解调相似，只

15、多一步逆码变换，将相对码变成绝对码。图6.7.15 A方式QDPSK信号解调方法bacdA(t)-/4相乘电路相乘电路/4s(t)低通滤波低通滤波抽样判决抽样判决并/串变换逆码变换定时提取载波提取第78页/共92页79码变换原理设第k个接收信号码元可以表示为相乘电路的相干载波 上支路：下支路：相乘电路输出：上支路：下支路：经过低通滤波后，上支路：下支路：第79页/共92页80判决规则：“”二进制码元“0”“”二进制码元“1”判决输出将送入逆码变换器恢复出绝对码。设逆码变换器的当前输入码元为ck和dk，当前输出码元为ak和bk，前一输入码元为ck-1和dk-1。信号码元相位k上支路输出下支路输出

16、判决器输出cD09018027001100011第80页/共92页81前一时刻输入的一对码元当前时刻输入的一对码元当前时刻应当给出的逆变换后的一对码元ck-1dk-1ck dkakbk000011011000110110010011011010010011110011011011001001100011011001101100QDPSK逆码变换关系 第81页/共92页82上表中的码元关系可以分为两类：当 时，当 时，从上两式中画出逆码变换器的原理方框图如下：交叉直通电路bkakdk-1延迟T延迟Tdkckdk-1ck-1第82页/共92页83相位比较法 A(t)-/4相乘电路相乘电路/4s(t

17、)低通滤波低通滤波抽样判决抽样判决并/串变换定时提取延迟T第83页/共92页84 误码率 在大信噪比条件下，误码率计算公式为 当M=4时，上式变成Perb（dB）第84页/共92页856.7.5 振幅相位联合键控(APK)APK信号的振幅和相位独立地同时受到调制：式中，k=整数；Ak和k分别可以取多个离散值。上式可以展开为令 Xk=Akcosk Yk=-Aksink从上式看出，sk(t)可以看作是两个正交的振幅键控信号之和若k值取0和90，Ak值取+A和-A，则APK信号 QPSK信号 4QAM信号 代入上式，得到第85页/共92页86 MQAM又称星座调制(c)64QAM信号矢量图(d)25

18、6QAM信号矢量图 01110010Akk(a)4QAM信号矢量图 (b)16QAM信号矢量图第86页/共92页8716QAM信号的产生方法 正交调幅法 复合相移法 AM(a)正交调幅法(b)复合相移法AMAM图6.7.20 16QAM信号的产生方法第87页/共92页8816QAM信号和16PSK信号的误码率16PSK信号的相邻点距离：16QAM信号的相邻点距离：图6.7.21 16QAM和16PSK信号的矢量图AMAM(a)16QAM(b)16PSK第88页/共92页89 按上两式计算，d2超过d1约1.57 dB，但没有考虑两者的平均功率差别。在平均功率相等条件下，16QAM比16PSK信号的噪声容限大4.12 dB。第89页/共92页906.7.6 多进制数字键控实用系统举例几种调制解调器采用的调制体制的星座图和频谱 ：一种改进的9600 b/s速率方案 图6.7.23 改进的16QAM方案第90页/共92页916.8 小结第91页/共92页92感谢您的观看！第92页/共92页