数字通信(通信信号和系统分析).ppt

数字通信 韩玉兵电话 84315098办公室 综合实验大楼904室 2 通信信号和系统分析 傅立叶变换 三角公式 随机过程基本概念带通信号和系统的表示信号空间表示数字调制信号的表示数字调制信号的谱特性 3 傅立叶变换 4 傅立叶变换 5 三角公式 6 随机过程基本概念 概率 随机变量和随机过程Bayes公式 全概率公式 概率密度函数PDF 累计分布函数CDF 一些有用的概率分布 高斯分布 2分布 瑞利 Rayleigh 分布 莱斯 Rice 分布尾部概率上界 切比雪夫 Chebyshev 不等式 切尔诺夫 Chernoff 界 联合界统计平均 均值 相关函数 功率谱密度函数 PSD 限带随机过程的采样定理 7 带通信号和系统的表示 带通信号 系统 信号 系统 所占据的频率带宽远小于载波频率 其频率分量集中于载波附近的一个窄带内 对带通信号 系统 希望能够表示成低通信号形式 这样各种调制方式的表示及其性能就和载波无关 8 解析信号 解析信号希尔伯特变换 9 等效低通信号 等效基带表示正交表示幅相表示 复包络 10 等效低通信号 富里叶变换能量 11 等效低通信号 12 等效低通信号 13 等效低通信号 14 等效低通信号 15 线性带通系统 实值线性带通系统 冲击响应为h t 其频响为H f 满足H f H f 16 带通信号通过带通系统 带通信号s t 带通系统h t 输出r t 窄带条件 17 带通平稳随机过程 n t 为广义平稳随机过程 均值为零 功率谱密度函数为 nn f 且功率谱密度函数的频带宽度远小于载波频率fc 18 带通平稳随机过程 19 带通白噪声 白噪声 在整个频率范围内具有平坦的功率谱密度 带通白噪声 白噪声过程通过一个频谱平坦的带通滤波器所产生的噪声 其等效低通噪声功率谱为 20 信号空间表示 矢量空间信号空间 柯西 许瓦兹不等式 Gram Schmidt过程 21 信号空间表示 信号的正交展开Gram Schmidt过程 22 信号空间表示 信号波形的向量表示 波形集信号的星座图 23 带通信号波形 复包络形式能量相关系数信号间距离 24 数字调制信号的表示 无记忆调制线性有记忆调制非线性有记忆调制 25 脉冲幅度调制 PAM 信号 ASK 信号波形等效低通能量信号空间表示 26 脉冲幅度调制 PAM 信号 ASK 信号间距离信号空间图 27 相位调制信号 PSK 信号波形等效低通能量 28 相位调制信号 PSK 信号空间表示信号间距离 29 相位调制信号 PSK 信号空间图 30 正交幅度调制 QAM 信号 信号波形等效低通信号空间表示 31 正交幅度调制 QAM 信号 能量距离PAM PSK表示 32 正交幅度调制 QAM 信号 信号空间图 33 信号波形等效低通相关系数 正交多维信号 FSK 34 正交多维信号 FSK 35 正交多维信号 FSK 36 正交多维信号 FSK 最小频率间隔信号空间最小距离 37 双正交信号 信号构成 M进制双正交信号M 2个正交信号 及其这些M 2个正交信号的负信号构成 相关系数距离 38 单纯信号 信号构成 M进制单纯信号由M个正交信号归一化得到 能量 单纯集比正交信号集节省信号能量1 M相关系数距离 39 单纯信号 40 二进制编码信号波形 信号构成 符号区间T等分为码片区间Tc T N 对每个码片区间Tc分配一个二进制数据比特Cmn 0或1 符号映射为2PSK波形 41 信号空间 相关系数和距离 二进制编码信号波形 42 线性有记忆调制信号 线性有记忆调制信号 在相继符号区间中发送的信号存在相互关联 即当前符号区间输出的信号波形不仅和当前符号区间中的输入符号有关 而且还和前面一个或多个符号区间中发送的信号有关 目的 用于对发送信号的谱特性成形 以适合信道的频谱特性 实现 首先对输入数据符号序列进行调制编码 然后使用线性无记忆调制方法进行编码后数据序列到信号波形序列的映射 43 线性有记忆调制信号 两种线性有记忆调制信号 差分码 44 NRZI信号 差分非归零 信号形成信号状态图 差分编码 45 NRZI信号 差分非归零 信号网格图状态转移矩阵状态转移概率矩阵 46 MillerCode 延迟编码 信号形成比特区间中点有电平跳变表示符号 1 无电平跳变表示 0 连续 0 符号用 A和 A的交替出现表示 但是交替发生在符号区间的端点 非连续 0 应保持符号区间端点上信号是连续的 47 MillerCode 延迟编码 信号状态图 48 MillerCode 延迟编码 信号网格图状态转移矩阵状态转移概率矩阵 49 非线性有记忆调制信号 CPFSK调制 CPFSK 为幅度等于1 2T 持续时间为T的矩形脉冲 是载波频率 是峰值频偏 是初相 相位连续 PAM信号 50 非线性有记忆调制信号 51 非线性有记忆调制信号 相位成形滤波器调制指数累积相位 52 非线性有记忆调制信号 连续相位调制 CPM 若对所有k hk h 常数 则称为单模CPM 若 hk 以周期方式取值 则称为多模CPM 若当t T时 g t 0 则称为全响应CPM 否则 若当t T时 g t 0 则称为部分响应CPM CPM信号的记忆性是由于相位连续条件和部分响应信号脉冲引起的 53 非线性有记忆调制信号 CPM相位状态 设h m p q T 1 2 54 非线性有记忆调制信号 当m为偶数时 全响应CPM信号的相位状态当m为奇数时 全响应CPM信号的相位状态当CPM信号为部分响应时 M为符号数 55 非线性有记忆调制信号 56 非线性有记忆调制信号 常用CPM信号脉冲LRECLRCGMSK 高斯最小移频键控 B为高斯脉冲的 3dB带宽 57 部分响应CPM 全响应CPM 58 非线性有记忆调制信号 最小频移键控 MSK 信号MSK是CPFSK的特例 其中h 1 2 s1 t s2 t 正交 最小频率间隔 59 最小频移键控 MSK 信号 相位连续说明若x0 0 则xk 0或xk mod2 附加相位在上是一条斜率为 截距为xk的直线段 T时间内 相位线性增加或减小 2 当t 2kTb时 相位为0或 mod2 而t 2k 1 Tb时 相位为 2 mod2 60 最小频移键控 MSK 信号 相位轨迹 61 最小频移键控 MSK 信号 正交表示 交错四相PSK信号 62 最小频移键控 MSK 信号 63 最小频移键控 MSK 信号 QPSK相位变化 OPSK相位变化 相位不连续 MSK相位变化 连续相位变化 64 高斯最小频移键控 GMSK 信号 为减少边带功率 超出数据速率 频率调制之前采用高斯滤波器进行数据整形 可以减少邻近频道干扰 但是提高了调制的记忆性 增加了符号间干扰 提高解调复杂性 需要自适应均衡技术 B表示高斯脉冲的 3dB带宽 当BT为无穷大时 GMSK为MSK 65 数字调制信号的谱特性 研究谱特性的目的 给定信道的传输频带宽度 制约了可用的数字调制方式 当选定了数字调制方式时 确定了传输调制信号波形所需的信道传输频带宽度 66 数字调制信号的谱特性 线性无记忆调制信号 周期为T的函数 循环平稳或周期平稳过程 在PAM中 In为实的幅度电平 在PSK QAM中为复值 67 数字调制信号的谱特性 68 数字调制信号的谱特性 注1 v t 为以T为周期的周期性平稳随机过程 注2 功率谱密度函数为周期性平稳随机过程的平均谱特性 它取决于符号区间T 基本脉冲的形状g t 和信息序列的自相关函数 一个特例 当0均值时 离散谱消失 69 CPFSK和CPM信号功率谱 CPM信号和等效低通自相关函数 平均自相关函数和功率谱密度 70 CPFSK和MSK功率谱密度 CPFSK功率谱密度MSK功率谱密度 71 CPFSK和MSK功率谱密度 72 CPFSK和MSK功率谱密度 73 CPFSK和MSK功率谱密度 74 数字调制信号的谱特性 线性有记忆调制信号对可用Markov链描述的调制信号 用状态转移概率矩阵P来描述 其功率谱密度函数为 75 数字调制信号的谱特性 对无记忆调制当时 离散谱消失