数字带通传输系统.ppt

第七章 数字调制系统,本章主要内容 二进制数字调制原理及抗噪声性能 多进制数字调制系统 改进的数字调制方式,7.1 引 言,用数字基带信号调制正弦载波的某些参量。,7.2 二进制数字调制原理,7.2.1 二进制振幅键控2ask,1. 时域波形,g(t)为持续时间ts的矩形脉冲,2. 频谱,s(t)为随机单极性不归零矩形脉冲序列,单极性不归零矩形脉冲序列功率谱,（1）2ask信号功率谱包括连续谱和离散谱两部分。 （2）2ask信号带宽是矩形基带随机脉冲序列带宽的2倍，既2fs。,3. 调制与解调方式,（1）调制方式,（2）解调方式,a. 相干解调同步解调,b. 非相干解调包络检波,2ask相干与非相干解调,7.2.2 二进制频移键控2fsk,1. 时域波形,用两个不同的载频表示1和0，可以看成是两个不同载频的振幅键控信号之和。,2. 频谱,3. 调制与解调方式,（1） 调制方式,（2） 解调方式,a. 相干方式,b. 非相干方式,c. 过零检测方式,2fsk调制一般用于1200bit/s以下的数据传输. ccitt 推荐标准， “1” “0” 300 bit/s 980hz 1180 hz 600 bit/s 1300hz 1700hz 1200 bit/s 1300hz 2100hz,模拟调频,键控方式,模拟调频,键控方式,相位连续,相位不连续,fsk的功率谱,f1,f2,7.2.3 二进制相移键控（2psk）和二进制差分相移键控（2dpsk）,1. 时域波形,相移键控（2psk）: 用码元周期内的载波相位表示二进制符号0、1。,问题：绝对调相解调时会带来“倒或相位模糊”现象，从而造成接收端0、1恢复完全出错。,差分相移键控（2dpsk）：用前后相邻码元的载波相位变化（差）表示 二进制符号0、1。,2. 频谱,当,s(t)双极性不归零码,a.2psk信号的功率谱的连续谱与2ask信号基本相同，但当p=1/2时，2psk无离散谱。 b. 2psk信号带宽与2ask信号带宽相同，既2fs。,3. 调制与解调方式,（1）调制方式,（2）解调方式,7.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能,7.3.1 2ask系统的抗噪声性能,其中，ni(t)为信道加性高斯白噪声，信号经信道传输只有衰耗，没有畸变。,n(t)为窄带高斯噪声，可以表示为,所以接收端输入信号y(t)表示为,1. 包络检波法（非相干解调）的系统噪声性能,发“1”码时，包络,广义瑞利分布,发“0”码时，包络,瑞利分布,系统总的错判概率,（1）发“1”而错判为“0”的概率pe1,引入q函数计算,令,则,或,（2）发“0”而错判为“1”的概率pe2,（3）系统总的错判概率pe,当p(1)=p(0)=1/2,可见，pe取决输入信噪比和归一化门限。,在系统输入信噪比一定情况下，系统误码率pe与归一化门限有关。,当p(1)=p(0),(1)大信噪比（r1）,(2)小信噪比（r1）,求最佳门限b* 下非相干接收时的误码率pe=?,在大信噪比下，有,利用,当 r 时，,例：设某2ask系统二进制码元的传输速率为9600波特，发送“0”、“1”等概，采用包络检波法解调。已知接收端输入信号的幅度为1mv, 信道等效加性高斯白噪声的双边功率谱密度 ，求系统总的误码率。,解：,2ask信号的带宽,带通输出的噪声功率,信噪比,误码率,2. 相干解调法的系统噪声性能,（1）发“1”而错判为“0”的概率pe1,（2）发“0”而错判为“1”的概率pe2,当p(1)=p(0)=1/2,最佳门限,当r1,7.3.2 2f sk系统的抗噪声性能,1. 包络检波法（非相干解调）的系统噪声性能,2. 相干解调的系统噪声性能,总的误码率,大信噪比下,大信噪比下，2fsk采用相干解调较包络检波的噪声性能相差不多，但前者设备却要复杂得多 。,例7.2 用2fsk方式，在有效带宽2400hz的信道上传送二进制数字信息。 2fsk信号的两个频率为：f1=2025hz，f2=2225hz，码速率rb=300波特， 信道输出端的信噪比为6db。试求： (1) 2fsk信号的带宽； (2) 采用包络检波法解调时的系统误码率； (3) 采用同步检波法解调时的系统误码率。,解: 2fsk信号的带宽ff2-f1+2fs=f2-f1+2rb =800hz,又因信道有效带宽2400hz，为上、下支路带通滤波器带宽的4倍，所以带通滤波器输出信噪比r比输入信噪比提高了4倍。又由于输入信噪比为6db（4倍），故滤波器输出信噪比r为: r=44=16,由于码速率为300波特,包络接收系统上、下支路带通滤波器1和2的带宽 近似为:, 同步检波法解调时的系统误码率,7.3.3 2psk、2dpsk系统的抗噪声性能,1. 2psk采用相干解调（极性比较法）,总的误码率,大信噪比下,2 .2dpsk采用差分相干解调,总的误码率,7.4 二进制数字调制系统的性能比较,（1）频带宽度,2fsk系统频带利用率最低。,（2）误码率,a.对每一种调制方式，相干解调略优于非相干解调。,b. 当r，pe 同一极限值。,c. 在抗加性高斯白噪声方面，相干2psk性能最好，2fsk 次之，2ask最差。,（3）对信道特性变化的敏感性,2ask的接收幅度a易受信道特性变化影响，相应判决器的门限随之变化，因此2ask的特性最差。,（4）设备的复杂程度,相干解调方式设备一般较非相干设备复杂。,7.5 多进制数字调制系统,多进制数字调制特点：,（1）在相同的码元速率下，多进制数字调制系统的信息速率高于二进 制数字调制系统。,（2）在相同的信息速率下，多进制数字调制系统的码元速率低于二进 制数字调制系统。,(3) 线性调制系统 (mask. mdpsk. mqam 等)可提高系统的频系利用率。,（4）非线性调制系统(mfsk等)可提高抗衰落能力，其有效性低于2fsk.,7.5.1 多进制数字振幅调制及噪声性能,1.多进制数字振幅调制（多电平制）原理, 2ask波形, mask波形,利用载波的多种振幅表示数字信息。,在信息传输速率相同时，mask的码速率降低为2ask信号的1/log2m 倍，因此mask带宽是2ask带宽的1/log2m 倍。,在码速率相同时，mask的带宽与2ask带宽相同。,mask的带宽是m进制数字基带信号带宽的两倍；,mask的频带利用率超过1b/s hz。,2.多进制数字振幅调制抗噪声性能,基带信号为双极性m电平波形,设st(t)经信道不产生任何畸变，且接收端输入带通滤波器具有理想特性，则其输出为,判决门限：0，2d, ,(m-2)d,当发送m个电平等概率时，有系统总误码率,m=2，4，8，16时,多电平调制时，虽然效率高，但其抗噪声能力不高，尤其是抗衰落能力不强，适合在恒参信道中采用。,7.5.2 多进制数字频率调制及噪声性能,1 多进制数字频率调制（多频制）原理,利用载波的多种频率表示数字信息。,2 多进制数字频率调制抗噪声性能,非相干接收：,相干接收：,7.5.3 多进制数字相位调制及噪声性能,1. 多进制数字相位调制（多相制）原理,利用载波的多种相位或相位差表示数字信息。,式中,即看作是对两个正交载波进行多电平双边带调制信号之和。因此，mpsk 信号的频带宽度应与mask时的相同。,（1）四相绝对移相键控（4psk，qpsk）,qpsk信号的产生,a. 调相法（正交调制）,8psk信号的产生,b. 相位选择法,qpsk信号的解调,双极性1khz,双极性500hz,输入序列1khz,i路500hz,q路500hz,qpsk,（2）偏置正交相移键控oqpsk,当ab两个码元同时发生变化时，载波相位产生180o的变化，从而在频带受限系统中引起信号包络的很大起伏。,解决方法：将ab码相互错开半个码元，这样最大相位差变化为90o.,（3）/4 相移qpsk,问题：若连续输入11111，则载波相位始终为45o,不利于提取位同步. 解决方法：交替使用a、b方式。,信息速率rb相同的2psk、4psk、8psk信号在f -fc0时的单边功率谱对照。,（4）四相相对移相键控（4dpsk，qdpsk）,注意此时代表的是相对码信号波形,qdpsk信号的产生,a. 码变换加调相法,qdpsk信号的解调,（1）极性比较法,（2）相位比较法,2. 多相制(mpsk)的抗噪声性能,若各符号等