现代通信原理与技术chp7

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章：,数字频带传输系统,2、了解多进制数字调制原理及特点；掌握各类多进制调制信息速率、码元速率、信号带宽及频带利用率的计算。,1、掌握二进制振幅调制、频率调制和相位调制的信号波形、时间函数表示式、频谱、带宽、调制和解调方法;了解误码性能分析及结论和计算方法。,e(t),0,0,0,0,1,1,S(t),e(t),0,0,0,0,1,1,S(t),(,b),FSK,载波,f,1,载波,f,2,S(t),S(t),0,0,0,0,1,1,e(t),S(t),载波,移相,e(t),0,(,c),PSK,开关,载波发生器,s,(,a),ASK,S(t),一、二进制数字振幅键控（2,ASK,或,OOK）,基带信号形成器：,将,a,n,转变为,单极性码,1、产生框图及时域表示式,6.2,二进制数字调制原理,相乘器和带通滤波器：,完成2,ASK,信号相关调制,e,0,(t),载波发生器,s,S(t),基带,信号形成器,相乘器,cos,0,t,a,n,S(t),图,二进制振幅键控信号时间波型,开关,载波发生器,s,(,a),ASK,S(t),其中：,概率,P,概率1,-,P,2、解调方法与框图,解调:,包络解调、,相干解调,带通,滤波器,半波或全,波整流,低通,滤波器,抽样,判决器,y,i,(t,),s(t),v(t),y(t),定时脉冲,带通,滤波器,低通,滤波器,抽样,判决器,y,i,(t,),s(t),x(t),y(t),定时脉冲,cos,0,t,Z(t),Z(t)=,y(t),cos,0,t=s(t)cos,2,0,t= s(t),1+,cos2,0,t,LPF,X(t)=,S(t),3、2,ASK,信号的功率谱及带宽,概率,P,概率1,-,P,二进制数字基带信号的功率谱密度,若二进制基带信号,s(t),的功率谱密度,Ps(f,),为,P,s,(f),T,b,/4,0,f,.,.,f,0,T,b,/16,P,e,(f,),f,c,-,f,c,2,f,b,G,2,(f),T,b,0,f,P,s,(f),T,b,/4,0,f,.,.,f,0,T,b,/16,P,e,(f,),f,c,-,f,c,2,f,b,1/16,可见：1、,2,ASK,信号的功率谱由离散谱和连续谱组成，连续谱取决于 经线性调制后的双边带谱，离散谱由载波分量决定。,2、,B,2ASK,=2f,b,3、,单极性码与载波相乘构成了2,ASK,信号,二、二进制数字频移键控（2,FSK）,1、产生框图及时域表示式,FSK:,相位连续的,FSK,记,为CPFSK,相位不连续的,FSK,记,为DPFSK,基带,信号形成器,将,a,n,转变为单极性码,相乘器和带通滤波器：,完成2,FSK,信号相关调制,(,b),FSK,载波,f,1,载波,f,2,S(t),e(t),0,0,0,0,1,1,S(t),振荡器,f,1,倒相器,振荡器,f,2,控制门1,控制门2,相加器,S(t),S(t),基带信号输入,输出,e,0,(t),e,0,(t),t,s(t),t,1,1,1,0,0,概率,p,概率1-,p,概率,p,概率1-,p,=,-,=,+,+,+,=,n,n,b,n,a,nT,t,g,a,t,s,t,t,s,t,t,s,t,e,1,0,),(,),(,),cos,(,),(,),cos,(,),(,),(,2,n,1,0,w,j,w,2、解调方法与框图,解调:,相干解调、包络解调、,过零点检测、差分检波,带通,滤波器,相乘器,带通,滤波器,相乘器,取样,判决器,Y,i,(t),2,1,Z,2,(t),Z,1,(t),Y,1,(t),Y,2,(t),取样脉冲,输入,S,(t),输出,低通,滤波器,低通,滤波器,X,1,(t),X,2,(t),S,(t),带通,滤波器,包络,检波器,带通,滤波器,包络,检波器,取样,判决器,Y,i,(t),2,1,v,2,(t),v,1,(t),Y,1,(t),Y,2,(t),取样脉冲,输入,输出,相干解调,包络解调,f,BPF,延迟,LPF,抽样,S,(t),y(t-,),X(t),Z(t),Y(t),Y,i,(t),cp,差分检波原理图,若,则,若,当,3、2,FSK,信号的功率谱及带宽,DP2FSK,带宽,B,DP2FSK,比,B,2ASK,大 ，,若选,，,则,f,0,呈双峰,呈单峰,绝对相移（,PSK），,相对相移（,DPSK）,（一）绝对码和相对码,绝对码：数字信息“1”为高， “0”为低。,相对码：数字信号“1”电平变， “0”电平不变,a,绝对码 相对码,三、二进制数字移相键控及差分移相键控,（2,PSK,及2,DPSK）,延迟,T,b,a,n,b,n,b,n,-1,（,a）,b,相对码 绝对码,（,b）,延迟,T,b,a,n,b,n,b,n,-1,1、绝对调相,利用载波信号相位直接表示数字信号，例如与未调载波同相表示数字信号“0”，与未调载波反相表示数字信号“1”。,（二）绝对调相和相对调相,2、相对调相,向量差：,利用载波相对相位表示数字信号，本码元初,相与前一码元终相比较，相同为 “0”，不同为“1”。,相位差：,利用载波相对相位表示数字信号，本码元初,相与前一码元初相比较，相同为 “0”，不同为“1”。,t,2,PSK,t,2,DPSK,1,t,2,DPSK,2,b,n,1,b,n,2,t,未调载波,0,1,1,1,a,n,数字信息,规则：“1”变“0”不变,PSK：,载波相位,DPSK：,与前一码元的初相位,相对相移,是对绝对码,a,n,来说的,对相对码,b,n,来说是绝对移相,（三）2,PSK,信号的产生和解调,0,B,A,参考相位,A,方式,-/2,参考相位,/2,B,方式,1、2,PSK,信号的产生与表示式,基带,信号形成器,相乘器,带通滤波器,cos,0,t,a,n,S(t),e,0,(t),2,PSK,信号,基带,信号形成器,将,a,n,转变为双极性码,相乘器和带通滤波器：,完成2,PSK,信号相关调制,S(t),t,cos,0,t,t,e,0,(t),t,振荡器,门电路1,倒相器,门电路2,相加器,倒相器,e,0,（t）,S（t）,相,0相,PSK,信号：由双极性信号与载波之积构成的,其中：,概率,P,概率1,-,P,2、2,PSK,信号解调,抽样,判决器,定时脉冲,输出,Y,i,（t）,y,1,（t）,z（t）,x,i,（t）,cos,0,t,n,=0,代表数字信号0,n,=,代表数字信号1,LPF,判决准则,判“0”,判“1”,若本地载波相位反相，为,cos,（,0,t+），,则,判决输出全错，产生相位模糊问题。,（四）2,DPSK,信号的产生和解调,1、2,DPSK,信号的产生,e,0,（t）,差分,编码器,极性,变换器,带通,滤波器,cos,0,t,1,1,1,0,t,t,t,t,t,t,本地载波,Z（t）,X（t）,a,n,t,定时脉冲,抽样值,2,PSK,信号,1,1,1,0,t,t,t,t,t,t,t,z（t）,X（t）,a,n,本地载波,定时脉冲,抽样值,2,PSK,信号,2,PSK,信号的解调易出现反向工作或相位模糊的现象,2、2,DPSK,信号的解调,（1）极性比较,2,PSK,解调器,T,b,输入,2,DPSK,信号,差分译码器,若2,PSK,解调器相干载波倒相，则输出 ，差分译码,克服了反向工作问题,（2） 相位比较法,抽样,判决器,抽样脉冲,输出,Y,i,（t）,y,1,（t）,z（t）,x（t）,延迟,T,b,y,2,（t）,1,1,1,0,a,n,0,t,2,DPSK,信号,t,y,2,（t）,t,z（t）,t,x（t）,t,抽样脉冲,t,1,1,1,0,0,（五） 二进制移相信号的功率谱及带宽,g（t）,为高1，宽为,T,b,的矩形波,双极性码功率谱密度,2f,b,f,0,-f,0,P,e,（f）,0,f,第,2,、,3,节,二进制数字调制系统的抗噪声性能,第,4,节 多进制数字调制系统,采用多进制的,特点,如下,1）码元速率相同时，,m,进制的信息速率,为二进制的,log,2,m,倍,2）在,r,一定多进制比二进制误码率大。,（一） MASK信号波形及表示式,一、多进制数字振幅调制的原理,t,0,e,3,（t）,t,0,e,2,（t）,t,0,e,1,（t）,t,0,e（t）,t,0,0,0,1,1,1,2,2,3,3,s（t）,g（t）,高为1，宽为,T,b,的门函数,则,m,电平,MASK,为,振幅不等，时间上错开的,多个2,ASK,叠加。,(二),MASK,信号带宽及频带利用率,MASK,功率谱为,M,个2,ASK,信号功率谱叠加,若,M,进制与二进制码的信息速率相等，,则码元速率满足下式：,优缺点：,频带利用率是2,ASK,的,k=log,2,m,倍，采用正交调幅可提高频带利用率。,（2）抗衰落能力差,（3）在信噪比一致的情况下，,MASK,比2,ASK,误码大。,（4）设备复杂。,（1）传输效率高,二、多进制数字频率调制原理,（一）,MFSK,系统方框图,串/并,变换,逻辑,电路,f,1,f,2,f,m,门电路,相加器,信道,门电路,门电路,1,2,。,。,k,12。,m,输入,并/串,变换,接收,滤波器,逻辑电路,抽样判决器,包 络,检波器,包 络,检波器,包 络,检波器,带通,f,m,带通,f,2,带通,f,1,抽样脉冲,12。,k,12。,m,1,2。,m,输出,（,二）,MFSK,信号带宽及频带利用率,相位不连续时,，,可看作,m,个载波不同，时间上互不相容的2,FSK,信号叠加。,若,MFSK,信号码元宽,f,1,f,2,f,m-1,f,m,P（f）,f,f,b,2,f,D,若相邻载波之差等于,1、直接调相法,（1）4,PSK,信号的产生,二进制码两位一组，经串并变换变成宽度,加倍的并行码，再分别进行极性变换，分别,与相互正交的载波相乘，经合成得到4,PSk,信号。,三、多进制数字相位调制,串/并,变换,相移,/2,单/双,极性变换,单/双,极性变换,/2相,0,-/2相,1,B,0 1,相 0相,A,A 11,B 01,ABAB,1011,e,0,（t）,0,0,1,0,0,1,1,1,AB,其中，极性变换器将,“,1,”,变为-1，,“,0,”,变为+1。,串/并,变换,/4,单/双,极性变换,单/双,极性变换,e（t）,-/4,码变换,ABAB,AB,cd,0,/4,1 -3,/4,3,/4 1,-3,/4 0,10,00,01,11,码变换器，将输入A，B变为相对码C，D，,再经绝对调相器输出,/2,系统的4DPSK信号。,（2）4,DPSK,信号的产生,2、相位选择法,串/并,变换,逻辑选相,电路,4相载波,发生器,带通,输入,输出,AB,根据输入的双比特码产生控制信号，选择,相位不同的载波信号，输出4,DPSK,信号。,四、多进制数字调制系统的性能,1、MFSK,与,MASK， MPSK，MDPSK,比较,随,m,增大，其误码率,p,e,增大得不多，占用频带,最大，频带利用率最低。,2、M,相同时，相干检测,MPSK,系统的抗噪声性能优于差分检测,MDPSK,系统，,MDPSK,系统无反向工作问题，频带利用率高。,3、实际中，在信道功率受限，而带宽不受限的场合用,MFSK；,在信道带宽受限，而功率受限的场合用,MDPSK；,在信道带宽受限，而功率不受限的恒参信道用,MASK。,