21二进制数字调制系统(二).ppt

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1、二进制数字调制系统二进制数字调制系统抗噪声性能、性能比较抗噪声性能、性能比较通信原理第二十二讲通信原理第二十二讲第七章第七章 二进制数字调制系统二进制数字调制系统二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理ASK、FSK、PSK、DPSK二进制数字调制系统的抗噪声性能分析二进制数字调制系统的抗噪声性能分析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二进制数字调制系统抗噪声性能二进制数字调制系统抗噪声性能在数字通信系统中，信号的传输过程会受到在数字通信系统中，信号的传输过程会受到各种干扰，从而影响对信号的恢复各种干扰，从而影响对信号的恢复在数字通信系统中，衡量系统抗噪声性能的在数

2、字通信系统中，衡量系统抗噪声性能的重要指标是误码率重要指标是误码率假设条件：假设条件：信道是恒定参数信道信道是恒定参数信道信道对于传输信号具有理想的矩形传输特性信道对于传输信号具有理想的矩形传输特性噪声等效为加性均值为噪声等效为加性均值为0，方差为，方差为s s2的高斯白噪声的高斯白噪声2ASK 2ASK 的误比特率（相干解调）的误比特率（相干解调）2ASK的相干解调的相干解调在一个码元间隔内：在一个码元间隔内：2ASK 2ASK 的误比特率（相干解调）的误比特率（相干解调）窄带高斯噪声窄带高斯噪声在一个码元间隔内在一个码元间隔内相干解调并滤波相干解调并滤波2ASK 2ASK 的误比特率（相干

3、解调）的误比特率（相干解调）抽样对第抽样对第k个码元抽样个码元抽样nI是是均值为均值为0，方差为，方差为s s2的高斯随机变量的高斯随机变量2ASK 2ASK 的误比特率（相干解调）的误比特率（相干解调）求求误比特率误比特率2ASK 2ASK 的误比特率（相干解调）的误比特率（相干解调）最佳门限问题最佳门限问题求极值求极值最佳门限为：最佳门限为：2ASK 2ASK 的误比特率（相干解调）的误比特率（相干解调）P(1)=P(0)最佳判决门限最佳判决门限时误比特率时误比特率定义定义当信噪比当信噪比很大时很大时r1r12ASK 2ASK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）2ASK的非相

4、干解调的非相干解调在一个码元间隔内：在一个码元间隔内：2ASK 2ASK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）包络检波（低通滤波）输出为：包络检波（低通滤波）输出为：根据窄带高斯过程的有关知识进行推证根据窄带高斯过程的有关知识进行推证2ASK 2ASK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）发送发送1时，经过包络检波，概率密度函数符合时，经过包络检波，概率密度函数符合广义瑞利分布（莱斯分布）广义瑞利分布（莱斯分布）1错为错为0的概率为：的概率为：2ASK 2ASK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）定义定义Q函数（函数（Marcum Q）1错为错为0的概率为

5、：的概率为：归一化，归一化，D0为归一化门限值为归一化门限值r=Ar=A2 2/2s/2s2 2为为信噪比信噪比2ASK 2ASK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）发送发送0时，经过包络检波，概率密度函数符合时，经过包络检波，概率密度函数符合瑞利分布瑞利分布0错为错为1的概率为：的概率为：2ASK 2ASK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）总误码率：总误码率：最佳判决门限问题最佳判决门限问题DG为最佳判为最佳判决门限决门限2ASK 2ASK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）令令P(0)=P(1)=1/2 可以判断（或推证明）两概可以判断（或推证明

6、）两概率密度曲线的交点，即最佳判决点率密度曲线的交点，即最佳判决点DGDG2ASK 2ASK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）讨论：讨论：在大信噪比条件下，在大信噪比条件下，r r1DG2ASK 2ASK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）讨论：讨论：在大信噪比条件下，在大信噪比条件下，r r1在信噪比足够大时，非相干解调误码率的下界为：在信噪比足够大时，非相干解调误码率的下界为：DG2ASK 2ASK 的相干与非相干解调的相干与非相干解调相干解调相干解调大信噪比条件下的非相干解调大信噪比条件下的非相干解调对比对比在在相相同同的的信信噪噪比比条条件件下下，相相干干

7、检检测测法法的的误误码码性性能能优优于于包包络络检检波法的性能；波法的性能；在在大大信信噪噪比比条条件件下下，包包络络检检波波法法的的误误码码性性能能将将接接近近相相干干检检测测法的性能。法的性能。包络检波法存在门限效应，包络检波法存在门限效应，同步检测法无门限效应。同步检测法无门限效应。研究题目：小信噪比时非相干解调的误码率性能研究题目：小信噪比时非相干解调的误码率性能2ASK 2ASK 的相干与非相干解调的相干与非相干解调例题：某例题：某2ASK2ASK信号，码元速率信号，码元速率R RB B=4.810=4.8106 6波波特特,采用包络检波或同步检波法解调。已知接采用包络检波或同步检波

8、法解调。已知接收端输入信号幅度收端输入信号幅度A=1mVA=1mV，信道中加性白高斯信道中加性白高斯噪声的单边功率谱密度噪声的单边功率谱密度n nO O=210=210-15-15W/HzW/Hz 试求：试求：包络检波法解调时系统误码率包络检波法解调时系统误码率相干解调时系统误码率相干解调时系统误码率2ASK 2ASK 的相干与非相干解调的相干与非相干解调解：解：接收机带宽接收机带宽噪声功率噪声功率解调器输入信噪比解调器输入信噪比相干解调误码率相干解调误码率非相干解调误码率非相干解调误码率第七章第七章 二进制数字调制系统二进制数字调制系统二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理ASK、

9、FSK、PSK、DPSK二进制数字调制系统的抗噪声性能分析二进制数字调制系统的抗噪声性能分析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2FSK 2FSK 的误比特率（相干解调）的误比特率（相干解调）在一个码元间隔内在一个码元间隔内2FSK 2FSK 的误比特率（相干解调）的误比特率（相干解调）发送信码发送信码1时：时：支路支路1解调输出解调输出支路支路0解调输出解调输出判决输出判决输出解调支路解调支路1 1解调支路解调支路0 0其中：其中：nI1，nI0为为相互独立的方相互独立的方差为差为s sn2 2的高斯的高斯随机变量随机变量误码误码2FSK 2FSK 的误比特率（相干解调）

10、的误比特率（相干解调）发送信码发送信码1时：时：发送信码发送信码0时：时：2FSK相干解调时误比特率为：相干解调时误比特率为：大信噪比时：大信噪比时：2FSK 2FSK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）发送码元发送码元1时：时：解调支路解调支路1输出：输出：解调支路解调支路2输出：输出：莱斯分布莱斯分布瑞利分布瑞利分布2FSK 2FSK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）如果如果x1(t)x0(t)则出现误码：则出现误码：2FSK 2FSK 的误比特率（非相干解调）的误比特率（非相干解调）式中：式中：发送信码发送信码0，分析相同，分析相同2FSK非相干解调（包络检

11、波）时误比特率非相干解调（包络检波）时误比特率2FSK2FSK包络检波与相干解调在大信噪比时性能接近包络检波与相干解调在大信噪比时性能接近,但但相干解调时设备复杂得多相干解调时设备复杂得多 2FSK 2FSK 的误比特率的误比特率例题：用例题：用2FSK2FSK方式方式,在有效带宽在有效带宽2400Hz2400Hz的信道的信道上传送二进制数字信息上传送二进制数字信息.2FSK.2FSK信号的两个频信号的两个频率为率为:f:f1 1=2025Hz,f=2025Hz,f2 2=2225Hz,=2225Hz,码速率码速率R RB B=300=300波波特特,信道输出端的信噪比为信道输出端的信噪比为6

12、db.6db.试求：试求：2FSK2FSK信号的信号的带宽带宽采用包采用包络检络检波法解波法解调时调时的系的系统误码统误码率率采用采用相干解调相干解调法解法解调时调时的系的系统误码统误码率率2FSK 2FSK 的误比特率的误比特率解：解：2FSK2FSK信号的带宽信号的带宽 ffff2 2-f-f1 1+2f+2fS S=f=f2 2-f-f1 1+2R+2RB B=800Hz=800Hz 由于码速率为由于码速率为300300波特波特,包络接收系统上、下支路包络接收系统上、下支路带通滤波器带通滤波器1和和2的带宽近似为的带宽近似为B2/TB2/TS S=2R=2RB B=600Hz=600Hz

13、信道有效带宽信道有效带宽2400Hz2400Hz，为上、下支路带通滤波器为上、下支路带通滤波器带宽的带宽的4 4倍，所以带通滤波器输出信噪比倍，所以带通滤波器输出信噪比r r比输入比输入信噪比提高了信噪比提高了4 4倍。又由于输入信噪比为倍。又由于输入信噪比为6db6db（4 4倍）倍），故滤波器输出信噪比为：，故滤波器输出信噪比为：r r=4X4=162FSK 2FSK 的误比特率的误比特率包络检波法解调时的系统误码率包络检波法解调时的系统误码率 相干解调法解调时的系统误码率相干解调法解调时的系统误码率研究问题：调制指数研究问题：调制指数h较小时如何解调，给出解调方较小时如何解调，给出解调方

14、法，并计算出该方法的误码率性能法，并计算出该方法的误码率性能2FSK 2FSK 解调与误比特率的讨论解调与误比特率的讨论第七章第七章 二进制数字调制系统二进制数字调制系统二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理ASK、FSK、PSK、DPSK二进制数字调制系统的抗噪声性能分析二进制数字调制系统的抗噪声性能分析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2PSK 2PSK 的误的误比特率（相干解调）比特率（相干解调）在在一个码元周期内：一个码元周期内：2PSK 2PSK 的误的误比特率（相干解调）比特率（相干解调）低通滤波器输出：低通滤波器输出：2PSK 2PSK 的误的误比

15、特率（相干解调）比特率（相干解调）发送发送1时，由于噪声的作用，错判为时，由于噪声的作用，错判为0的概率：的概率：发送发送0时错误概率相同，因此，误比特率为：时错误概率相同，因此，误比特率为：信噪比较大时信噪比较大时小结小结方式方式误比特率误比特率相干解调相干解调非非相干解调相干解调ASKFSKPSK调制信号信号点间的距离调制信号信号点间的距离ASKFSK 信号正交条件下信号正交条件下调制信号信号点间的距离调制信号信号点间的距离PSK等效方差等效方差等概率时的误码率：等概率时的误码率：S/N S/N 与与E Eb b/n/n0 0信号点距离：信号点距离：等效噪声方差等效噪声方差信号调制后奈奎斯特信号调制后奈奎斯特带宽为带宽为1/T1/T相干解调的等效相干解调的等效二进制调制与信号空间表示二进制调制与信号空间表示ASKPSKFSK