滤波器-眼图-载波调制.ppt
1,1,数字通信(第四讲)滤波器-眼图-载波调制,Yuping Zhao(Professor)赵玉萍Department of ElectronicsPeking UniversityBeijing 100871,China,2,2,成型滤波器：将输入脉冲信号变为Sinc函数输出,sinc函数：,3,看似无规则的信号实际具有一定的规则以T为周期将画传输信号的图形，即可得到眼图,注：把黑色曲线以T为周期画出来即得到眼图,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。,4,传输+1/-1情况下眼图的实例,5,眼图的产生：以三个BPSK码元为例可能组合：-1-1-1;-1-1 1;-1 1-1;-1 1 1;1-1-1;1-1 1;1 1-1;1 1 1,6,五个码元周期,7,多进制信号的眼图,8,有噪声时的眼图,9,10,11,12,12,关于滤波器形状的讨论,13,13,Sinc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,低通滤波器的带外频谱泄漏,14,注意：此图纵坐标取了对数，用dB来表示衰落,边瓣长度影响带外特性,15,16,Sinc Filter 的时域与频域特性,17,17,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,18,18,由于边瓣带有一定的能量，因此采样时刻不准确将带来符号之间的干扰,19,19,低通滤波：（成型滤波）,矩形窗,20,20,21,21,Sinc Filter 与 Sqrt_Cosine_Filter 对比,22,22,Sinc Filter 与 Sqrt_Cosine_Filter 对比,23,23,Impulse response of Sinc and Sqrt_Cosine filterSinc Filter Sqrt_Cosine_Filter,24,24,升余弦滤波器，考虑收发为一个整体，两端分别为根升余弦,25,25,26,26,三种成型滤波器的频谱特性比较,27,27,三种成型滤波器的频谱特性比较,28,28,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,29,29,不同边瓣长度时带外特性的比较：sinc函数：5；升余弦函数：3。,升余弦函数与sinc函数相似,30,30,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。,31,31,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,32,32,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,33,33,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,34,34,关于载波调制的讨论,35,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,36,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,36,37,带有载波的一般信号表示形式,0,fc,B,fc为载波中心频率，B为系统带宽，其宽度为低通滤波器的宽度,f,PAM信号完整表达式为,脉冲幅度调制:PAM,信号只有cos()载波,38,39,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,40,将上式变形，得到,这里的物理意义为：信号由I路和Q路的和（差）构成I路信号由基带信号实部构成，Q路信号由基带信号的虚部构成传输的信号为实数信号,I路,Q路,41,问题：请说出式中各个部分的物理意义，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,42,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。,43,X(t)-I路,实际系统的发射机的信号模型,发射信号可以写为,X,X,-,+,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,43,44,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Z(t)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,44,调制的图解表示,低通信号,45,46,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）,46,47,调制的图解表示,高速旋转,y,x,(a)低通信号,(b)载波,(c)带通信号,47,48,上图中的说明Fig(a):低通信号可以表示成在I-Q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变化。信号变化的快慢（即信号的周期T）及变化轨迹决定了该低频信号所占的带宽。Fig(b):载波复指数 exp(2fct).在 I-Q 平面内以恒定的频率 2fct,幅度为 1的矢量形式旋转。Fig(c):带通信号。其幅度是上述两信号幅度的乘积，其相位是上述两信号相位的和。,48,49,49,50,发射信号一定是实信号，但包括了I,Q两路的成分,50,51,接收机如何去掉载频,X,X,s(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）,低通滤波器，I路,低通滤波器，Q路,积分,积分,51,52,讨论题：,X(t),Y(t),X,X,-,+,s(t),设非理想因素造成I路与Q路发射信号的载频不同步并且不同幅度，写出在此情况下的s(t)的表达式，试分析这种情况下解调信号的变化情况,52,53,53,谢谢！,
