通信原理-第7章.ppt

1、通 信 原 理,第 7 章 数字带通传输系统,一、数字带通传输系统概述,数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。数字带通传输系统：包括调制和解调过程的数字传输系统数字调制技术有两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制；通过开关键控载波，通常称为键控法。基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控数字调制可分为二进制调制和多进制调制。,振幅键控 频移键控 相移键控,二、二进制振幅键控2ASK,基本原理“通-断键控(OOK)”信号表达式 波形,二、二进制振幅键控(2ASK）,2ASK信号解调方法-非相干解调(包络检波法),二、二进制振幅键控（2ASK）,相干解调(同步检测法

2、),二、二进制振幅键控(2ASK）,2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成,连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱,离散谱由载波分量确定。,应用实例,三、二进制频移键控(2FSK）,由图可见，2FSK 信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形（c）。也就是说，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频2ASK信号的叠加。因此,2FSK 信号的时域表达式又可写成,三、二进制频移键控(2FSK）,2FSK信号的非相干解调方法,三、二进制频移键控(2FSK）,2FSK信号的相干解调,三、二进制频移键控(2FSK）,2FSK信号的过零检测法的原理方框图及各点时间波形,三、二进制频移键控(2F

3、SK）,若|f1 f2|fs，连续谱在 fc 处出现单峰,若|f1 f2|fs 则出现双峰,应用实例,四、二进制相移键控（2PSK）,模拟调制的方法,键 控 法,四、二进制相移键控（2PSK）,2PSK信号的解调器原理方框图和波形图,“倒”现象或“反相工作”。,四、二进制相移键控（2PSK）,四、二进制差分相移键控（2DPSK）,(a)A方式,(b)B方式,四、二进制差分相移键控（2DPSK),2DPSK的相干解调器原理图和各点波形,相对码0 1 0 0 1 1的波形,四、二进制差分相移键控（2DPSK),差分相干解调(相位比较）法,相对码0 1 0 0 1 1的波形,四、二进制差分相移键控（

4、2DPSK),用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔，然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。2DPSK系统是一种实用的数字调相系统，但其抗加性白噪声性能比2PSK的要差。功率谱密度 从前面讨论的2DPSK信号的调制过程及其波形可以知道，2DPSK可以与2PSK具有相同形式的表达式。所不同的是2PSK中的基带信号s(t)对应的是绝对码序列；而2DPSK中的基带信号s(t)对应的是码变换后的相对码序列。因此，2DPSK信号和2P

5、SK信号的功率谱密度是完全一样的。信号带宽与2ASK的相同，也是码元速率的两倍。,五、二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能,同步检测法的系统性能,带通滤波,五、二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能,五、二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能,包络检波法的系统性能当发送“1”符号时，包络检波器的输出波形为 当发送“0”符号时，包络检波器的输出波形为,五、二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能,设判决门限为b，规定判决规则为:抽样值V b 时，判为“1”抽样值V b 时，判为“0”则发送“1”时错判为“0”的概率为上式中的积分值可以用Marcum Q函数计算，Marcum Q函

6、数的定义是,五、二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能,f1(V)和f0(V)两条曲线交点处V就是最佳判决门限值，记为b*,当 P(1)=P(0)时，有,等概时,五、二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能,例 设有一2ASK信号传输系统，其码元速率为RB=4.8 106波特，发“1”和发“0”的概率相等，接收端分别采用同步检测法和包络检波法解调。已知接收端输入信号的幅度a=1 mV，信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度n0=2 10-15 W/Hz。试求(1)同步检测法解调时系统的误码率；(2)包络检波法解调时系统的误码率。【解】(1)根据2ASK信号的频谱分析可知，2ASK信号所需的

7、传输带宽近似为码元速率的两倍，所以接收端带通滤波器带宽为 带通滤波器输出噪声平均功率为 信噪比为,六、二进制频移键控(2FSK)系统的抗噪声性能,同步检测法的系统性能,六、二进制频移键控(2FSK)系统的抗噪声性能,当x1(t)的抽样值x1小于x2(t)的抽样值x2时，判决器输出“0”符号，造成将“1”判为“0”的错误，故这时错误概率为,式中，z=x1 x2,故z是高斯型随机变量,其均值为a,方差为z2=2 n2,同理,六、二进制频移键控(2FSK)系统的抗噪声性能,包络检波法的系统性能,上支路：,下支路：,六、二进制频移键控(2FSK)系统的抗噪声性能,错误概率为,根据Marcum Q函数的

8、性质，有,令,同理,总误码率,六、二进制频移键控(2FSK)系统的抗噪声性能,例7.2.2 采用2FSK方式在等效带宽为2400Hz的传输信道上传输二进制数字。2FSK信号的频率分别为f1=980 Hz，f2=1580 Hz，码元速率RB=300 B。接收端输入（即信道输出端）的信噪比为6dB。试求：（1）2FSK信号的带宽；（2）包络检波法解调时系统的误码率；（3）同步检测法解调时系统的误码率。【解】（1）该2FSK信号的带宽为（2）由于误码率取决于带通滤波器输出端的信噪比。由于FSK接收系统中上、下支路带通滤波器的带宽近似为,六、二进制频移键控(2FSK)系统的抗噪声性能,它仅是信道等效带

9、宽（2400Hz）的1/4，故噪声功率也减小了1/4因而带通滤波器输出端的信噪比比输入信噪比提高了4倍。又由于接收端输入信噪比为6dB，即4倍，故带通滤波器输出端的信噪比应为:将此信噪比值代入误码率公式，可得包络检波法解调时系统的误码率:（3）同理可得同步检测法解调时系统的误码率,七、二进制相移键控(2PSK)系统的抗噪声性能,2PSK相干解调系统性能,七、二进制相移键控(2DPSK)系统的抗噪声性能,码反变换器对 误码的影响:,而,七、二进制相移键控(2DPSK)系统的抗噪声性能,2DPSK信号差分相干解调系统性能,经抽样后的样值为：,七、二进制相移键控(2DPSK)系统的抗噪声性能,若x

10、0，则判为“0”正确接收；若x 0，则判为“1”错误接收,这时将“0”错判为“1”的错误概率为利用恒等式 令上式中则上误码率可以改写为,令,七、二进制相移键控(2DPSK)系统的抗噪声性能,例 假设采用2DPSK方式在微波线路上传送二进制数字信息。已知码元速率RB=106 B，信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度n0=2 10-10 W/Hz。今要求误码率不大于10-4。试求(1)采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率；(2)采用相干解调-码反变换时，接收机输入端所需的信号功率。【解】(1)接收端带通滤波器的带宽为 其输出的噪声功率为 所以，2DPSK采用差分相干接收的误码率为,七、二

11、进制相移键控(2DPSK)系统的抗噪声性能,（2）对于相干解调-码反变换的2DPSK系统，,八、二进制数字调制系统的性能对比,八、二进制数字调制系统的性能对比,误码率曲线,九、多进制数字调制原理,多进制振幅键控(MASK)基带信号是多进制单极性不归零脉冲,九、多进制数字调制原理,多进制振幅键控(MASK)基带信号是多进制双极性不归零脉冲,九、多进制数字调制原理,多进制频移键控(MFSK)4FSK信号波形举例,(b)4FSK信号的取值,MFSK信号的带宽：B=fM-f1+f,九、多进制数字调制原理,MFSK非相干解调器的原理方框图,九、多进制数字调制原理,一个MPSK信号码元可以表示为,九、多进

12、制数字调制原理,-sin0t,九、多进制数字调制原理,九、多进制数字调制原理-QPSK(OQPSK),它的相邻码元最大相位差达到180，这在频带受限的系统中会引起信号包络的很大起伏。,将两个正交分量的两个比特a和b在时间上错开半个码元，使之不可能同时改变。,这样安排后相邻码元相位差的最大值仅为90,十、多进制数字调制系统的抗噪声性能,MASK系统的抗噪声性能,十、多进制数字调制系统的抗噪声性能,误码率和信噪比的关系为了找到误码率Pe和接收信噪比r 的关系，我们将上式作进一步的推导。首先来求信号平均功率。对于等概率的抑制载波MASK信号，其平均功率等于 由上式得到将上式代入误码率公式，得到误码率

13、 上式中的Ps/n2 就是信噪比r，所以上式可以改写为,十、多进制数字调制系统的抗噪声性能,MASK误码率曲线,十、多进制数字调制系统的抗噪声性能,MFSK系统的抗噪声性能,其中P(h)是一路滤波器的输出噪声包络超过此门限h的概率,十、多进制数字调制系统的抗噪声性能,MFSK误码率曲线,增大M值可以降低对信噪比rb的要求,MFSK信号占据的带宽随着M的增大也随之增加,十、多进制数字调制系统的抗噪声性能,MFSK误码率曲线,十、多进制数字调制系统的抗噪声性能,比较MFSK相干和非相干解调的误码率：由曲线图可见，当k 7时，两者的区别可以忽略。这时相干和非相干解调误码率的上界都可以用下式表示：,十、多进制数字调制系统的抗噪声性能,MPSK系统的抗噪声性能QPSK系统的性能噪声容限 误码率：设f()为接收矢量相位 的概率密度,则发生错误的概率 等于M进制,