通信原理6-正弦载波数字调制系统.ppt
《通信原理6-正弦载波数字调制系统.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《通信原理6-正弦载波数字调制系统.ppt(132页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、6正弦载波数字调制,研究对象:正弦载波数字调制系统研究目的:掌握对数字频带信号的最佳接收方法和了解各种数字调制系统的特点,学会用它们指导实际工作 研究方法:(1)2ASK、2FSK、2PSK或2DPSK等基本数字调制解调的原理及其抗噪声性能分析方法(2)几种改进型调制技术(QAM、OQPSK、/4DQPSK、MSK、GMSK等)改善数字调制系统传输信息有效性的机理,本章研究的问题,调制器,m(t),C(t),sm(t),数字基带信号,正弦载波,二进制数字调制原理,2ASK(Amplitude shift-keying)2FSK(Frequency shift-keying)2PSK(Phase
2、 shift-keying),二进制振幅键控(2ASK),振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制,数字基带信号,数字调制信号,2ASK:调制原理图,单极性的随机矩形脉冲序列,2ASK:解调原理图,2ASK:信号功率谱,OOK信号,功率谱,2ASK:功率谱,连续谱:由基带信号波形g(t)确定,离散谱:由载波分量确定,第一旁瓣峰值比主峰衰减14dB,B2ASK是基带信号波形带宽的两倍,二进制数字调制原理,2ASK(Amplitude shift-keying)2FSK(Frequency shift-keying)2PSK(Phase shift-keying),二进制频率键控(2
3、FSK),2FSK:时域表达式,n和n不携带信息,通常可令n和n为零,2FSK:信号的实现,图 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图,在某一个码元Tb期间只输出f1或f2两个载波中的一个,2FSK信号的常用解调方法是非相干解调和相干解调法。其解调原理是将二进制频移键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号,分别进行解调,通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号,此时可以不专门设置门限电平。,2FSK:信号解调,过零检测法,数字载频波的过零点数随不同载波而异,检出过零点数可以得到载频的差异,2FSK:信号解调,差分检波法,输入,延时相乘,滤去倍频,2FSK:信号解调,2FSK:功率谱分
4、析,相位不连续的2FSK信号,可以看成由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加,其中一个频率为f1,另一个频率为f2。,P=1/2,2FSK:功率谱,连续谱,离散谱,若载频之差大于fb,则连续谱将出现双峰,若两个载波频差较小,比如小于fb,则连续谱在fc处出现单峰,二进制数字调制原理,2ASK(Amplitude shift-keying)2FSK(Frequency shift-keying)2PSK(Phase shift-keying),二进制相位键控(2PSK),若g(t)是脉宽为Tb,高度为1的矩形脉冲,这种以载波的不同相位直接去表示相应数字信息的相位键控,通常被称为绝对移相方式,2
5、PSK:2DPSK定义,相对移相:以前后相邻码元的载波相位的相对变化来表示数字信息的,数字信息与之间的关系也可以定义为,2PSK:2DPSK波形,单纯从波形上看,2DPSK与2PSK是无法分辨的,解调2DPSK信号时并不依赖于某一固定的载波相位参考值,只要前后码元的相对相位关系不破坏,则鉴别这个相位关系就可正确恢复数字信息,这就避免了2PSK方式中的倒现象发生,2PSK:2DPSK实现,2PSK:信号调制,问题:在2PSK信号的解调系统中,同步载波恢复会有180的相位模糊问题,对2PSK系统误码性能影响很大,所以2PSK方式在实际中很少采用。,2PSK:信号解调,2PSK:信号解调,2PSK:
6、功率谱,条件:1、0等概,2PSK:功率谱,6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能,6.3.1 2ASK抗噪声性能 在一个码元持续时间内,发送端:,接收端,加性高斯白噪声,接收端带通滤波器后,1.包络检波法的系统性能,包络,a)若发送“1”码,在(0,Ts)内,带通滤波器输出的包络为,包络一维概率密度函数服从广义瑞利分布,b)若发送“0”码,在(0,Ts)内,带通滤波器输出的包络为,包络一维概率密度函数服从瑞利分布,错误接收的概率即是包络值V小于或等于b的概率,,错误接收的概率即是包络值V超过b的概率,,信噪比,归一化门限值,总误码率 Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe2,若P(1)=P(0)
7、,在大信噪比(r1)条件下,最佳门限 下界,2.同步检测法的系统性能,在抽样判决器输入端得到的波形为,当发送“1”时,一维概率密度为,当发送“0”时,一维概率密度为,令判决门限电平为b,则将“1”错误判决为“0”的概率,将“0”错误判决为“1”的概率,系统总误码率为,当P(1)=P(0)=1/2时,最佳门限,当 P(1)=P(0)=1/2 时,当 r1 时,例 设某2ASK信号的码元速率 波特,接收端输入信号的幅度a=1mV,信道中加性噪声的单边功率谱密度求 1.包络检波器解调时系统的误码率 2.同步检测法解调时系统的误码率解,包络检波,同步检测,6.3.2 2FSK抗噪声性能,BPF,包络检
8、波器,抽样判决器,抽样脉冲,输入,输出,BPF,包络检波器,非相干解调,如果数字信息的1和0分别用两个不同频率的码元波形来表示,设带通滤波器恰好使相应的信号无失真通过,则其输出端的波形,n1(t)、n2(t)是一个窄带高斯过程,1包络检波法的系统性能1)当在(0,Ts)内,发送“1”码(1),两路输入包络分别为,V1(t)包络一维概率密度函数服从广义瑞利分布.V2(t)包络一维概率密度函数服从瑞利分布。当 V1(t)的取样值V1小于V2(t)的取样值V2时,则发生判决错误,其错误概率为,2)当发送“0”码,错误概率为,3)2FSK接收系统总误码率,2.同步检测法1)当在(0,Ts)内,发送“1
9、”码(1),两路输入波形分别为,错误概率为,2)当在(0,Ts)内,发送“0”码错误概率为,3)2FSK接收系统总误码率,在大信噪比条件下,6.3.3 2PSK及2DPSK系统的抗噪声性能假设发送端发出的信号为,假设判决门限值为0电平。,1)2PSK同步检测系统在一个信号码元的持续时间内,低通滤波器的输出波形可表示为,在抽样判决时刻变为小于0值时,才发生将“1”判为“0”的错误,错误概率为,将“0”判为“1”的错误概率为,2PSK信号采用同步检测法时的系统误码率为,在大信噪比下,,2DPSK差分相干检测,2.2DPSK差分相干检测系统,假定在一个码元时间内发送的是“1”,且令前一个码元也为“1
10、”(可以令其为“0”),在差分相干检测系统两路波形可分别为,相乘-低通滤波输出为,若x0,则判为“1”正确判决若x 0,则判为“0”错误判决,将“1”判为“0”的错误概率为,同理将“0”判为“1”的错误概率为,2DPSK差分相干检测系统总误码率为,3.2DPSK的极性比较解调先用相干检测法解调然后将所得的相对码转换成所需的绝对码。先采用的是2PSK相干检测法,码变换器输入端的误码率用式(6.3-50)或式(6.3-51)表示。码变换器输出的误码情况。码变换器输出的每一个码元是由输入的两个相邻码元决定的。,若两相邻码元相同时,则输出为“0”;若两个相邻码元不同时,则输出为“1”.输出数字为相邻输
11、入数字的模2和。,若相干检测输出中有一个码元错误,则在码变换器输出中将引起两个相邻码元错误,,若相干检测输出中有两个相继的错码,则在码变换器输出起两个码元错误,,若输出中出现一长串连续错码,则在码变换器输出中仍引起两个码元错误,,令Pn表示一串n个码元连续错误这一事件出现的概率,码变换器输出的误码率为,出现一串n个码元连续错误这一事件,必然是“n个码元同时出错与在该一串错码两端都有一码元不错”同时发生的事件。,码变换器总是使误码率增加,增加的系数为,若Pe很小,则有,若Pe很大,以致使Pe1/2,则有,将式(6.3-61)代入式(6.3-50),则得到采用极性比较法检测二进制相对移相信号时的系
12、统误码率为,6.4 二进制数字调制系统的性能比较,1频带宽度 当码元宽度为Ts时,2ASK和2PSK系统的第一零点带宽为2/Ts,2FSK系统的第一零点带宽为,2FSK的频带利用率最低。2误码率,a)每对相干方式略优于非相干方式。随着r增加,相应的相干方式和非相干方式误码率将趋于同一极限值。b)在相同误码率条件下,2PSK性能最好,2FSK次之,OOK最差。在相同信噪比r下,相干2PSK将有最低的误码率。,3对信道特性变化的敏感性,最佳判决门限对信道特性的变化是否敏感。a)在2FSK系统中,不需要设置判决门限。b)在2PSK系统中,判决器的最佳判决门限为零,与接收机输入信号的幅度无关。c)在O
13、OK系统,判决器的最佳判决门限为a/2(当P(l)P(0)时),与接收机输入信号的幅度有关。4设备的复杂程度 这三种方式,发送端设备的复杂程度相差不多,接收端的复杂程度则与所选用的调制和解调方式有关。对于同一种调制方式,相干解调的设备要比非相干解调时复杂;同为非相干解调时,2DPSK的设备最复杂,2FSK次之,OOK最简单。,6.5多进制数字调制系统,研究对象:多进制数字调制系统研究目的:在信道频带受限时多进制数字调制是如何增加信息的传输速率(即比特率),提高频带的利用率从而提高数字传输系统有效性的研究方法:原理及抗噪声性能结论,多进制数字调制系统,在相同传输速率条件下,多进制系统的信息传输速
14、率比二进制系统高,在相同信息传输速率条件下,多进制码元传输速率比二进制系统低,多进制数字调制系统,定义:在码元间隔0tTS内,可能发送的码元有M种:si(t),i=1,2,M。实际应用中,通常取M=2k(k1为整数)。每个码元可以携带log2M比特信息,因此在信道频带受限时可以增加信息的传输速率(即比特率),提高频带的利用率。,多进制数字调制系统,多进制数字振幅调制系统多进制数字频率调制系统多进制数字相位调制系统振幅相位联合键控系统,多进制数字振幅调制系统:原理,多进制数字振幅调制又称多电平调制,它是二进制数字振幅键控方式的推广。在最近几年它成了十分引人注目的一种高效率的传输方式。所谓高效率,
15、指它在单位频带内有高的信息传输速率。其传输速率高的根本原因是:第一,它可以比二进制系统有高得多的信息传输速率;第二,可以证明,在相同的码元传输速率下,多电平调制信号的带宽与二电平的相同。,多进制数字振幅调制系统:原理,定义:M进制幅度键控(MASK)使用M种可能的取值对载波幅度进行键控,在每个码元间隔TS内发送其中一种幅度的载波信号。在相同信道传输速率下M电平调制与二电平调制具有相同的信号带宽。,多进制数字振幅调制系统:原理,基带信号波形,码元间隔,M进制振幅调制信号可以看成由M个时间上不重叠的二进制振幅调制信号叠加。因而M进制数字振幅调制信号的功率谱就是这M个信号的功率谱密度之和。于是我们得
16、到,尽管叠加后的谱结构是很复杂a的,但就信号的带宽而言,在符号速率(码元速率)相等的情况下,M电平已调信号的带宽与二电平的相同,发射信号,接收信号,相干解调,nc是均值为0,方差为 高斯随机变量,到达抽样判决器之前的可能电平为d,3d,(M-1)d,抽样判决器的门限电平应选择在0,2d,(M-2)d。,多进制数字振幅调制系统,如果相邻幅值之间的差值为2d,单个码元内信号的能量,MASK信号的平均能量,认为g(t)具有单位能量,L2,L4,在相邻幅值间距相等的情况下,平均能量随进制数的增加而增加,多进制数字振幅调制系统,在平均能量相等的情况下,进制数越大,则相邻幅值的间距越小,间距越小,就意味着
17、在传输过程中受到相同大小的噪声干扰时更容易出现差错;因此在相同信噪比条件下,进制数越大,误码率也越大,Gray编码:使相邻的两个幅值只相差一个二进制数字,,L=2?,r=Eav/n0为信噪比,为得到相同的误码率,多电平调制需要比二进制更高的信噪比,多电平调制尽管提高了频带利用率,但抗噪声性能却下降了,尤其抗衰落的能力不强,因而它一般只适宜在恒参信道中采用,多进制数字调制系统,多进制数字振幅调制系统多进制数字频率调制系统多进制数字相位调制系统振幅相位联合键控系统,多进制数字频率调制系统,信号之间的频率间隔为1/(2Ts)Hz,因此信号间彼此正交,发送端,Ts是符号间隔,M个频移键控信号具有相同的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 通信 原理 正弦 载波 数字 调制 系统
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6351536.html