通信原理第7版第7章PPT课件(樊昌信版).ppt
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1、数字带通传输,第7章,樊昌信 曹丽娜 编著,通信原理(第7版),二进制数字调制/解调原理 2ASK 2FSK 2PSK/2DPSK 二进制数字调制系统抗噪声性能二进制数字调制系统的性能比较多进制数字调制原理和特点,本章内容:,第7章 数字调制,数字调制:用数字基带信号控制载波某个参数的过程。数字带通传输系统:包括调制/解调过程的数字传输系统。,振幅键控 频移键控 相移键控,模拟调制法 数字键控法,二进制和多进制调制基本调制和新型调制,方法,分类,Amplitude Shift Keying,Frequency Shift Keying,Phase Shift Keying,ASK,PSK,FS
2、K,概 述,二进制数字调制原理,7.1,1,0,1,1,0,1,s(t),载波,2ASK,t,表达式:,2ASK 也称 OOK,t,t,原理:,波形:,单极性,Ts,s(t)载波幅度,7.1.1 二进制振幅键控(2ASK),2ASK 产生,模拟调制法,键控法,2ASK 解调,包络检波法,相干解调法,包络检波法的各点波形,相呼应,原理:波形:表达式:,s(t)载波频率,7.1.2 二进制频移键控(2FSK),10,式中 g(t)单个矩形脉冲,Ts 脉冲持续时间;n和n分别是第n个信号码元(1或0)的初始相位,通常可令其为零。因此,2FSK信号的表达式可简化为,模拟调频法:相邻码元之间的相位是连续
3、变化的。键控法:相邻码元之间的相位不一定连续。,2FSK 产生,特点:转换速度快、电路简单、产生的波形好、频率稳定度高。,包络检波法,2FSK 解调,0,1,0,1,s1,s2,其他解调方法:鉴频法、差分检测法、过零检测法等。,相干解调法,过零检测法,FSK应用:,原理:波形:表达式:,双极性,s(t)载波相位,7.1.3 二进制相移键控(2PSK),2PSK 产生,键控法,2PSK 解调,模拟调制法,2PSK 解调原理 框图 和 各点波形:,2PSK存在问题:,解决方案:DPSK,Differential PSK,载波相位模糊,倒现象(反相工作),利用前后相邻码元的载波相对相位表示信息。,矢
4、量图:,B方式,A方式,基准 2PSK前一 2DPSK,原理:,7.1.4 二进制差分相移键控(2DPSK),波形:,示例:,差分编码规则:,为模2加bn-1为 bn的前一码元 最初bn-1可任意设定,2DPSK 产生,构思,2DPSK 解调,模型,(差分编码),(1)2DPSK 相干解调+码反变换法,相位模糊,消除影响,(2)2DPSK 差分相干解调(相位比较)法,相乘器 起着相位比较的作用,分析目的:B 和 fc,分析方法:借助于基带信号的功率谱,Power Spectral Density,7.1.5 二进制数字已调信号的功率谱(PSD),设 Ps(f)s(t)的PSD P2ASK(f)
5、2ASK信号的PSD则,1 2ASK信号的功率谱密度,可见,P2ASK(f)是Ps(f)的线性搬移(属线性调制)。,单极性,基带带宽,fB=1/TB=RB,2PSK信号的频谱与2ASK的十分相似;带宽也是基带信号带宽的两倍:区别仅在于当P=1/2时,谱中无离散谱(即载波分量)。,2 2PSK/2DPSK信号的功率谱密度,双极性,3 2FSK信号的功率谱密度,连续谱形状随着两个载频之差的大小而变化,谱零点带宽:,二进制数字调制系统 抗噪声性能,7.2,概 述,性能指标:系统的误码率 Pe分析方法:借用数字基带系统的方法和结论 分析条件:恒参信道(传输系数取为 K)信道噪声是加性高斯白噪声背景知识
6、:窄带噪声 正弦波+窄带噪声,a=kA,7.2.1 2ASK系统的抗噪声性能,2ASK-相干解调,(均值 a或 0,方差 n2),一维概率密度函数:,nc(t)是高斯过程(0,n2),抽样:,x 高斯,发送“1”时,发送“0”时,设判决门限为 b,则判决规则为:,b,咦?好像与单极性基带系统 的情况类似!,西安电子科技大学,因此,借助单极性基带系统的分析结果:,=单极性基带信号+高斯噪声,可方便地得到2ASK-相干系统的分析结果:,借用:,2ASK信号相干解调时系统的总误码率为,r 1时,解调器输入端信噪比,2ASK-包络检波,正弦波+窄带高斯噪声,窄带高斯噪声,包络检波器 整流-低通,当发送
7、“1”符号时,包络检波器的输出为 当发送“0”符号时,包络检波器的输出为,广义瑞利分布,瑞利分布,式中,n2为窄带高斯噪声n(t)的方差。,设判决门限为b,判决规则为:,发“1”错判为“0”的概率为,利用Marcum Q函数:,r=a2/2n2 信号噪声功率比 b0=b/n 归一化门限值,则 P(0/1)可借助Marcum Q函数表示为,发“0”错判为“1”的概率为,系统的总误码率为,当 P(1)=P(0)时,有,包检系统的Pe取决于信噪比r 和归一化门限值b0,求最佳判决门限,令:,当P(1)=P(0)时,有,最佳判决门限:,归一化最佳判决门限:,实际情况 系统工作在大信噪比情况下,最佳门限
8、应取:此时,系统的总误码率为:,当 r 时,上式的下界为:,归纳,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:,解,(1)同步检测法解调时系统的误码率为(2)包络检波法解调时系统的误码率为,评注,7.2.2 2FSK 系统的抗噪声性能,相干解调,n1(t)和n2(t)是ni(t)经过上、下带通滤波器的输出噪声窄带高斯噪声,均值同为0方差同为n2,只是中心频率 不同而已,发“1”时:,经过相干解调后,送入抽样判决器的两路波形分别为:上支路 下支路,式中,n1c(t)和 n2c(t)均为低通型高斯噪声,(0,n2),发“1”错判为“0”的概率为,判决规则,r 1时,发“0”错判
9、为“1”的概率,2FSK-相干解调系统的总误码率为,西安电子科技大学,包络 检波器,包络 检波器,发“1”符号(对应1)时:,2FSK-包络检波,广义瑞利分布,瑞利分布,一维概率密度函数分别为:,上支路,下支路,判决规则,发“1”错判为“0”的概率为,根据MarcumQ函数的性质:,可得:,令,代入上式,简化为:,对比:2FSK-相干解调系统的总误码率,因此,2FSK-包络检波系统的总误码率为,r 1,发“0”错判为“1”的概率为,(2)上、下支路带通滤波器(BPF)的带宽近似为:,解,(3)同步解调时系统的误码率:,信道输出端信噪比为 6dB(即4),带通滤波器输出端(解调器输入端)的信噪比
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