通信原理-第7章

1、通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 通通 信信 原原 理理 第第 7 7 章章 数字带通传输系统数字带通传输系统 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 一、数字带通传输系统概述一、数字带通传输系统概述 数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号 ）的过程。）的过程。 数字带通传输系统：包括调制和解调过程的数字传输系统数字带通传输系统：包括调制和解调过程的数字传输系统 数字调制技术有两种方法：数字调制技术有两种方法： 利用模拟调制的方法去实现数字式调制；利用模拟调制的方法去实现数字式调制； 通过开

2、关键控载波，通常称为键控法。通过开关键控载波，通常称为键控法。 基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控 数字调制可分为二进制调制和多进制调制。数字调制可分为二进制调制和多进制调制。 振幅键控振幅键控 频移键控频移键控 相移键控相移键控 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 二、二进制振幅键控二、二进制振幅键控2ASK 基本原理基本原理 “通通-断键控断键控(OOK)”信号表达式信号表达式 波形波形 c OOK Asint,P1 ( ) 01 P0 et 以概率 发送“”时 ，以概率发送“ ”时 2ASK( ) sin c ets

3、tt 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 二、二进制振幅键控二、二进制振幅键控(2ASK） 2ASK信号解调方法信号解调方法 - 非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法) 带通 滤波器 全波 整流器 低通 滤波器 抽样 判决器 定时 脉冲 输出 )( 2 te ASK a b c d 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 二、二进制振幅键控（二、二进制振幅键控（2ASK） 相干解调相干解调(同步检测法同步检测法) 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 二、二进制振幅键控二、二进制振幅键控(2ASK） m sssss mffmfGPff

4、GPPffP)()()1 ()()1 ()( 22 )()( 4 1 )( 2ASKcscs ffPffPfP 22 2 )( )(sin )( )(sin 16 )( sc sc sc scs ASK Tff Tff Tff TffT fP )()( 16 1 cc ffff 2ASK信号的功率谱由连续谱信号的功率谱由连续谱 和离散谱两部分组成和离散谱两部分组成 sASK fB2 2 连续谱取决于连续谱取决于 g(t)经线性调制经线性调制 后的双边带谱后的双边带谱 离散谱由载离散谱由载 波分量确定。波分量确定。 应用实例应用实例 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 三、二

5、进制频移键控三、二进制频移键控(2FSK） 振荡器1 f1 反相器 振荡器2 f2 选通开关 选通开关 相加器 基带信号 )( 2 te FSK 1 2FSK 2 Asin(),1 ( ) Asin(),0 n n t et t 发送“”时 发送“”时 由图可见，由图可见，2FSK 信号的波形信号的波形(a)可以分解可以分解 为波形为波形(b) 和波形（和波形（c）。也就是说，一个）。也就是说，一个 2FSK信号可以看成是两个不同载频信号可以看成是两个不同载频2ASK 信号的叠加。因此信号的叠加。因此,2FSK 信号的时域表达信号的时域表达 式又可写成式又可写成 2FSK1122 ( )sin

6、sinets ttstt 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 三、二进制频移键控三、二进制频移键控(2FSK） 2FSK信号的非相干解调方法信号的非相干解调方法 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 三、二进制频移键控三、二进制频移键控(2FSK） 2FSK信号的相干解调信号的相干解调 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 三、二进制频移键控三、二进制频移键控(2FSK） 2FSK信号的过零检测法的原理方框图及各点时间波形信号的过零检测法的原理方框图及各点时间波形 限幅微分整流 脉冲 展宽 输出 低通 )( 2 te FSK abcdef

7、 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 三、二进制频移键控三、二进制频移键控(2FSK） 2 1 1 2 1 1 2FSK )( )(sin )( )(sin 16 )( s s s ss Tff Tff Tff TffT fP 2 2 2 2 2 2 )( )(sin )( )(sin 16 s s s ss Tff Tff Tff TffT )()()()( 16 1 2211 ffffffff 若若| f1 f2 | fs 则出现双峰则出现双峰 s fffB2 122FSK 应用实例应用实例 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 四、二进制相移键控（四

8、、二进制相移键控（2PSK） 2PSK( ) Asin() cn ett ”时发送“ ”时发送“， 1, 00 n Asin, Asin,1 c c tP tP 概率为 概率为 sin c s tt 模拟调制的方法模拟调制的方法键键 控控 法法 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 四、二进制相移键控（四、二进制相移键控（2PSK） 2PSK信号的解调器原理方框图和波形图信号的解调器原理方框图和波形图 “倒倒”现现 象象或“反反 相工作相工作”。 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 四、二进制相移键控（四、二进制相移键控（2PSK） )()( 4 1 )(

9、 2cscsPSK ffPffPfP )() 0()21 ()()1 (4 2 22 2 fGPffGPPffP sss 22 2PSK (1)()() scc Pf PPG ffG ff 22 2 )( )(sin )( )(sin 4 )( sc sc sc scs PSK Tff Tff Tff TffT fP 2 22 1 (1 2 )(0)()() 4 scc fPGffff 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 四、二进制差分相移键控（四、二进制差分相移键控（2DPSK） ”表示数字信息“， ”表示数字信息“ 1 0, 0 0 0 0 00 0 0 0 0 02D

10、PSK 01 1 0 0 1 0 1 1 或 信号相位： 二进制数字信息： 参考相位 参考相位 / 2 / 2 (a) A方式 参 考 相 位 参 考 相 位 / 2 / 2 (b) B方式 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 四、二进制差分相移键控（四、二进制差分相移键控（2DPSK) ) 2DPSK的相干解调器原理图和各点波形的相干解调器原理图和各点波形 相对码相对码0 1 0 0 1 1的波形的波形 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 四、二进制差分相移键控（四、二进制差分相移键控（2DPSK) ) 差分相干解调差分相干解调( (相位比较）法相位比

11、较）法 带通 滤波器 相乘器 低通 滤波器 抽样 判决器 定时 脉冲 输出 )( DPSK2 te 延迟Ts a b c de 相对码相对码0 1 0 0 1 1的波形的波形 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 四、二进制差分相移键控（四、二进制差分相移键控（2DPSK) ) 用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的2DPSK信号信号 延时一个码元间隔，然后与延时一个码元间隔，然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比信号本身相乘。相乘器起着相位比 较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判

12、较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判 决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。 2DPSK系统是一种实用的数字调相系统，但其抗加性白噪声性能比系统是一种实用的数字调相系统，但其抗加性白噪声性能比 2PSK的要差。的要差。 功率谱密度功率谱密度 从前面讨论的从前面讨论的2DPSK信号的调制过程及其波形可以知道，信号的调制过程及其波形可以知道，2DPSK可以可以 与与2PSK具有相同形式的表达式。所不同的是具有相同形式的表达式。所不同的是2PSK中的基带信号中的基带信号s(t)对对 应的是绝对

13、码序列；而应的是绝对码序列；而2DPSK中的基带信号中的基带信号s(t)对应的是码变换后的相对应的是码变换后的相 对码序列。因此，对码序列。因此，2DPSK信号和信号和2PSK信号的功率谱密度是完全一样的信号的功率谱密度是完全一样的 。信号带宽与。信号带宽与2ASK的相同，也是码元速率的两倍。的相同，也是码元速率的两倍。 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 五、二进制振幅键控五、二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 带通 滤波器 相乘器 低通 滤波器 抽样 判决器 定时 脉冲 输出 t c cos2 发送端信道 )(tsT )(tni )(tyi)(t

14、y )(tx e P 同步检测法的系统性能同步检测法的系统性能 acos0 ( ) 0 cS T ttT St t 其它 ( )( )1 ( ) ( )0 Ti i i Stn t y t n t 发送“”时 发送“ ”时 cos( )cos( )sin = ( )cos( )sin cccsc ccsc atn ttn tt n ttn tt ”时发“ ”时发“ 0sin)(cos)( 1sin)(cos)( ttnttn ttnttna cscc cscc ”符号发送“ ”符号发送“ 0),( 1),( )( tn tna tx c c 带通带通 滤波滤波 通信原理课件 孙 怡 大连理工大

15、学 信息与通信工程学院 五、二进制振幅键控五、二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 ”时发送“ ”时发送“ 0)( 1)( kTx s sc sc kTn kTna x 2 2 1 2 )( exp 2 1 )( n n ax xf 2 2 0 2 exp 2 1 )( n n x xf (1) (0/1)(0) (1/0) e PPPPP b b dxxfPdxxfP)()0()()1( 01 r/4 1 e r ) 1 ( )0( ln 2 2 * P P a a b n 1 24 r erfc 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 五、二进制振幅键

16、控五、二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 包络检波法的系统性能包络检波法的系统性能 当发送当发送“1”符号时，包络检波器的输出波形为符号时，包络检波器的输出波形为 当发送当发送“0”符号时，包络检波器的输出波形为符号时，包络检波器的输出波形为 ”时发“ ”时发“ 0sin)(cos)( 1sin)(cos)( )( ttnttn ttnttna ty cscc cscc )()()( 22 tntnatV sc )()()( 22 tntntV sc 222 2/ )( 2 0 2 1 )( n aV nn e aV I V Vf 22 2/ 2 0 )( n V n e V Vf 通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院 五、二进制振幅键控五、二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 设判决门限为设判决门限为b ，规定判决规则为，规定判决规则为: 抽样值抽样值V b 时，判为时，判为“1” 抽样值抽样值V 0，则判为，则判为“0”正确接收；若正确接收；若x 7时，两者的区别可以忽略。这时相干和非时，两者的区别可以忽略。这时相干和非 相干解调误码率的上界都可以用下式表示：相干解调误码率的上界都可以用下式表示： 22 4/ 2 1 n A e e M P