滤波器-眼图-载波调制.ppt

1 1 数字通信 (第四讲) 滤波器-眼图-载波调制 Yuping Zhao (Professor) 赵玉萍 Department of Electronics Peking University Beijing 100871, China email: 2 2 成型滤波器：将输入脉冲信号变为Sinc函数输出 sinc函数： 3 看似无规则的信号实际具有一定的规则 以T为周期将画传输信号的图形，即可得到眼图 注：把黑色曲线以T为周期画出来即得到眼图 关于信号的眼图 眼图是一种定性的、可视的估计系统性能 的方法 眼图产生步骤： 用示波器跨接在待测信号的输出端 调整示波器锯齿波水平扫描周期，使其与接收 符号的周期同步 将接收波形输入示波器的垂直放大器 从显示器上看到眼图，观察出符号间干扰和噪 声的影响。 4 传输+1/-1情况下眼图的实例 5 眼图的产生：以三个BPSK码元为例 可能组合：-1 -1 -1 ; -1 -1 1; -1 1 -1 ; -1 1 1; 1 -1 -1; 1 -1 1; 1 1 -1; 1 1 1 6 五个码元周期 7 多进制信号的眼图 8 有噪声时的眼图 9 10 11 1212 关于滤波器形状的讨论 1313 Sinc函数滤波器特性 频谱形状为矩形 无限长的时域响应函数的频谱没有任何带 外泄漏 实际通信的滤波器响应长度是有限的 带外泄漏不可避免 理想矩形频谱不可能实现 低通滤波器的带外频谱泄漏 14 注意： 此图纵 坐标取 了对数 ，用dB 来表示 衰落 边瓣长度影响带外特性 15 16 Sinc Filter 的时域与频域特性 1717 对sinc函数滤波器的讨论 边瓣带有一定的能量，截短的边瓣长度导 致其特性变差 边瓣带有的能量越小越好 由于接收端采样时刻偏差而引起的码间干 扰很大 边瓣不为零所引起 1818 由于边瓣带有一定的能量，因此采样时刻不准确将带来符号之间的干扰 1919 低通滤波：（成型滤波） 矩形窗 2020 2121 Sinc Filter 与 Sqrt_Cosine_Filter 对比 2222 Sinc Filter 与 Sqrt_Cosine_Filter 对比 2323 Impulse response of Sinc and Sqrt_Cosine filter Sinc Filter Sqrt_Cosine_Filter 2424 升余弦滤波器， 考虑收发为一个 整体，两端分别 为根升余弦 2525 2626 三种成型滤波器的频谱特性比较 2727 三种成型滤波器的频谱特性比较 2828 相同边瓣长度时带外特性的比较： sinc函数：5； 升余弦函数：5。 升余弦函 数优于sinc 函数 2929 不同边瓣长度时带外特性的比较： sinc函数：5； 升余弦函数：3。 升余弦函 数与sinc函 数相似 3030 升余弦函 数可能比 sinc函数还 差 不同边瓣长度时带外特性的比较： sinc函数：10； 升余弦函数：2。 3131 不同边瓣长度时带外特性的比较： sinc函数：100； 升余弦函数：2。 升余弦函 数可能比 sinc函数还 差 3232 关于发端成型滤波器的讨论 选择边瓣能量小的滤波器可降低带外频谱 能量 增大边瓣长度可降低带外频谱能量 实际系统中一般使用升余弦滤波器 3333 结论 低通滤波器也称为成型滤波器，其时域响应决定 了信号的时域波形 无限长时域响应成型滤波器特性是理想的，而实 际系统的是与响应都是有限长的 当值确定情况下，滤波器时域响应越长带外特性 越好 相同时域响应长度下，值越大带外频谱特性越好 3434 关于载波调制的讨论 35 载波调制 信源 编码 信道 编码 调 制 低通 滤波 载波 调制 通道 载波 解调 低通 滤波 解 调 信道 解码 同步均衡 信 宿 发射天线 接收天线 低频信号要调制到相应载波频率上进行传输,各个载波信号之 间要有一定的间隔 36 为什么要进行载波调制？ 必要性：频率资源是有限的，任何系统只能 占用一定的频谱资源 定义了将低通信号变换为带通信号时频 谱的搬移量 发射信号的载频调制 36 37 带有载波的一般信号表示形式 0fc B fc为载波中心频率， B为系统带宽，其宽 度为低通滤波器的宽度 f PAM信号完整表达式为 脉冲幅度调制 : PAM 信号只有cos()载波 38 39 这里 PSK信号带有载波的完整的定义 将上式变形，得到 上式的物理意义为：信息由cos函数为载波的信号的起 始相位携带 40 将上式变形，得到 这里的物理意义为： 1. 信号由I路和Q路的和（差）构成 2. I路信号由基带信号实部构成，Q路信号由基带信号的 虚部构成 3. 传输的信号为实数信号 I路Q路 41 问题： 请说出式中各个部分的物理意义， 如果该部分的值发生变化，将影响传输信号的哪一 部分 该部分值的确定应该在遵循什么限制条件 讨论题：关于下式的讨论 42 完整正交幅度调制（QAM）表达式 决定了信号星座点在I/Q平面的位置 QAM 信号可以看成是幅度和相位的联合调制。 43 X(t)-I路 实际系统的发射机的信号模型 发射信号可以写为 X X - + s(t) Y(t)-Q路 为高速变化的正 弦和余弦函数的和 携带了I路与Q路 得传输信息 任意时刻其值为 实数值 43 44 通常情况下Am为复数，其等效低频表达式为 在对通信系统的研究中，主要研究Z(t)的各种特性 z(t)的特性： 随着时间缓慢变化的，其确切值由Am和个g(t)共同决定 是一个复数值 实部与虚部共同决定了该复数的幅度与相位 44 调制的图解表示 低通信号 45 46 载频信号调制的表达式 实数值的载波调制的信号复数低频信号 载波频率 实部（In phase, 或I路）虚部（quadrater phase,或Q路） 46 47 调制的图解表示 高速旋转 y x(a) 低通信号 (b) 载波 (c) 带通信号 47 48 上图中的说明 Fig (a): 低通信号可以表示成在I-Q平面的时变的一 个矢量。随着时间的变化，该矢量的幅度和相位均 变化 。信号变化的快慢（即信号的周期T）及变化 轨迹决定了该低频信号所占的带宽。 Fig (b): 载波复指数 exp(2fct). 在 I-Q 平面内以恒 定的频率 2fct, 幅度为 1的矢量形式旋转。 Fig (c): 带通信号。 其幅度是上述两信号幅度的乘 积， 其相位是上述两信号相位的和。 48 4949 50 发射信号一定是实信号，但包括了I,Q两路的成分 50 51 接收机如何去掉载频 X X s(t) 使用三角函数的正交性将接收信号的I路和Q路区分开 （适用