通信原理第7版第7章PPT课件(樊昌信版)

,*,西安电子科技大学 通信工程学院,课件制作：曹丽娜,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,FSK,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,T,s,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，,T,s,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,s,1,s,2,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。,矢量图,:,B,方式,A,方式,基准,2PSK,前一,2,D,PSK,原理：,7,.1.,4,二进制,差分,相移键控,（,2,D,PSK,）,波形,:,示例,:,差分编码规则：,为模,2,加,b,n,-1,为,b,n,的前一码元,最初,b,n,-1,可任意设定,2,D,PSK,产生,构思,2,D,PSK,解调,模型,（差分编码）,（,1,）,2,D,PSK,相干解调,+,码反变换法,相位,模糊,消除影响,（,2,）,2,D,PSK,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,f,c,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,P,s,(,f,),s,(,t,),的,PSD,P,2ASK,(,f,)2ASK,信号的,PSD,则,1,2ASK,信号的功率谱密度,可见，,P,2ASK,(,f,),是,P,s,(,f,),的线性搬移（属线性调制）。,单极性,基带带宽,f,B,=1/,T,B,=R,B,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,P,e,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,：,窄带噪声,正弦波,+,窄带噪声,a,=,k,A,7,.2.,1,2ASK,系统的抗噪声性能,2ASK,-,相干,解调,（均值,a,或,0,，方差,n,2,）,，一维概率密度函数：,n,c,(t),是,高斯,过程,（,0,，,n,2,）,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“,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，,n,2,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,=,a,2,/2,n,2,信号噪声功率比,b,0,=,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,P,e,取决于信噪比,r,和归一化门限值,b,0,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,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,例,(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,n,1,(,t,),和,n,2,(,t,),是,n,i,(,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,n,2,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，,n,1,c,(,t,),和,n,2,c,(,t,),均为低通型,高斯,噪声，,(,0,，,n,2,),发,“,1,”,错判为,“,0,”,的概率为,判决,规则,r,1,时,发,“,0,”,错判为,“,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,例,（,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,),的信噪比为：,因此，,包络检波,时系统的误码率：,在任意一个,T,B,内,，,2PSK,和,2DPSK,都可表示为：,2PSK,信号,2DPSK,信号,原始数字信息,（,绝对码,）,相对码,7,.2.,3,2PSK,/,2DPSK,系统的抗噪声性能,1,2PSK,相干解调系统,因此，,x,(,t,),的一维概率密度函数为,:,高斯噪声,(,0,，,n,2,),高斯噪声,(,a,，,n,2,),与,双,极性,基带,系统,的,情况类似,=,双,极性,基带,信号,+,高斯噪声,可见,因此，借助,双,极性,基带,系统的分析结果：,可方便地得到,2PSK-,相干,系统,的分析结果：,2PSK,信号,相干,解调系统的总误码率：,r,1,时,解调器,输,入,端,信噪比,f,点,：,绝对码,序列。只需在,P,e2PSK,基础上考虑,码反变换器,对误码率的影响即可。,e,点：,相对码,序列。由,2PSK,误码率公式来确定：,（,无,误码,）,（,b,n,错,1,个,码,）,（,b,n,连错,2,个,码,）,（,b,n,连错,n,个,码,）,a,n,总是错,2,个,码反变换器,对误码的影响：,a,n,错,2,个,在大信噪比（,r,1,）时，,P,e,0,，判为,“,1”,正确,x,0,，判为,“,0”,错误,判决,发,“,1,”,错判为,“,0,”,的概率为：,利用恒等式,令上式中,则,，,，,R,1,2,R,2,2,令,简,化,为,由随机信号理论可知：,R,1,的一维分布服从广义瑞利分布，,R,2,的一维分布服从瑞利分布，其概率密度函数分别为：,将以上两式代入：,可得：,2,D,PSK-,差分相干解调,系统的,总误码率,为：,发,“,0,”,错判为,“,1,”,的概率为：,(1),接收端带通滤波器的带宽为,:,输出噪声功率,:,可得,:,由,解,例,因此，接收机输入端所需的信号功率为：,（,2,）相干解调,-,码反变换的,2DPSK,系统：,即有：,查误差函数表，可得,由,r,=,a,2,/2,n,2,可得接收机输入端所需的信号功率：,配套辅导教材：,曹丽娜,樊昌信,编著,国防工业出版社,整理知识,归纳结论,梳理关系 引导主线,剖析难点 解惑疑点,强化重点 点击考点,7.3,二进制数字调制系统,性能比较,1,误码率,可靠性,讨论,2PSK,、,2DPSK,、,2FSK,、,2ASK,讨论,2PSK,、,2DPSK,、,2FSK,、,2ASK,讨论,2PSK,、,2DPSK,、,2FSK,、,2ASK,讨论,2PSK,、,2DPSK,、,2FSK,、,2ASK,大信噪比,(,r,1,),时,两者性能相差不大。,B,2FSK,不仅与基带信号带宽有关，且与两个载频之差有关。,设基带信号的谱零点带宽为,R,B,=1/T,S,，则有：,在,R,B,一定时,，,2FSK,的频带利用率最低，有效性最差。,2,频带带宽,有效性,2ASK,：,2PSK,：,2FSK,：,3,对信道特性变化,的,敏感,性,通常，,非相干,方式,比,相干,方式,简单,。,这是因为相干解调需要提取相干载波，,故设备相对复杂些，成本也略高。,4,设备,的,复杂度,综述,配套辅导教材：,曹丽娜,樊昌信,编著,国防工业出版社,整理知识,归纳结论,梳理关系 引导主线,剖析难点 解惑疑点,强化重点 点击考点,多进制,数字调制系统,7.4,引言,二,进制,：,每个码元只携带,1,bit,信息,M,l,og,2,M,西安电子科技大学 通院,MASK,可看成是二进制振幅键控（,2ASK,）的推广。,且有,7,.4.,1,多,进制振幅键控,（,M,ASK,）,4,ASK,信号振幅有,4,种取值，每个码元含,2bit,。,MASK,调制,:,与,2ASK,的产生方法相似，区别在于,:,发送端输入的,二,进制数字基带信号需要先经过电平变换器转换为,M,电平的基带脉冲，然后再去调制。,MASK,解调,:,与,2ASK,信号解调也相似，有相干和非相干解调两种。,MASK,信号的功率谱 与,2ASK,信号具有相似的形式,;,谱零点带宽是,M,进制数字基带信号带宽的两倍。,在,R,b,相同时，,MASK,信号带宽是,2ASK,的,1/log,2,M,倍。,MASK,的抗噪声能力差，