数字带通传输系统PPT课件

1、第1页/共100页n 大多数大多数信道具有信道具有 ，而数字基带信号往往具有，而数字基带信号往往具有丰富的低频分量，不适合直接在带通信道中进行传输，而必须丰富的低频分量，不适合直接在带通信道中进行传输，而必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种用数字基带信号对载波进行调制，产生各种 。n 通常把包括调制和解调过程的数字传输系统称为通常把包括调制和解调过程的数字传输系统称为 或或 n 可以用数字基带信号改变可以用数字基带信号改变 的的 幅度、频率幅度、频率 或或 相相位中的某个参数，产生相应的位中的某个参数，产生相应的 和和 。n 也可用数字基带信号同时改变载波幅度、频率或相位中的也可用数字基

2、带信号同时改变载波幅度、频率或相位中的 某几个参数，产生某几个参数，产生 。 第2页/共100页n 一般来说，数字调制与模拟调制的一般来说，数字调制与模拟调制的 基本原理相同，但是数基本原理相同，但是数字信号有离散取值的特点。因此数字调制技术有两种方法：字信号有离散取值的特点。因此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，即把数字调制看成利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理。情况处理。 利用数字信号离散取值的特点利用数字信号离散取值的特点通过开

3、关键控载波通过开关键控载波，从而实现，从而实现数字调制。这种方法通常称为数字调制。这种方法通常称为键控方法键控方法，比如对载波的振幅、，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控，便可获得频率和相位进行键控，便可获得振幅键控、频移键控振幅键控、频移键控和和相移键相移键控控三种基本的数字调制方式。三种基本的数字调制方式。第3页/共100页(a) 振幅键控振幅键控(b) 频移键控频移键控(c) 相移键控相移键控图图7-1 7-1 正弦载波的三种键控波形正弦载波的三种键控波形 数字信息有二进制和多进制之分，因此数字调制可以分为数字信息有二进制和多进制之分，因此数字调制可以分为 二进制调制二进制调制和和多进

4、制调制多进制调制。在二进制调制中，信号参量只有两。在二进制调制中，信号参量只有两种可能的取值；而在多进制调制中，信号参量可能有种可能的取值；而在多进制调制中，信号参量可能有M (M2)种取值。种取值。 本章主要讨论本章主要讨论二进制数字调制系统的原理和抗噪声性能二进制数字调制系统的原理和抗噪声性能。第4页/共100页7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK） 在在 2ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应 二进制信息二进制信息 “ ”和和“ ”。最为常用的是一种称为。最为常用的是一种称为 的方式，其表达式为的方式，其表达式为: :O

5、OKcos( )0cAtet n 在在OOK中用电压的有和无来表示二进制符号。中用电压的有和无来表示二进制符号。 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。和初始相位保持不变。第5页/共100页2ASK信号的一般表达式可以写为信号的一般表达式可以写为2ASK( )( )coscetts t 其中其中( )()nsns ta g tnT 为分析方便，通常假设为分析方便，通常假设g(t)是高度为是高度为1、宽度等于、宽度等于Ts的矩形脉冲；的矩形脉冲；an是第是第n个符号的电平取值。个符号的电平取值。10na 则则2

6、ASK信号就是信号就是OOK信号。信号。Ts 为码元持续时间；g(t) 为持续时间为Ts 的基带脉冲波形。图图7-2 2ASK / OOK 7-2 2ASK / OOK 信号时间波形信号时间波形若第6页/共100页乘法器乘法器s(t)二进制二进制不归零信号不归零信号e2ASK(t)cosct (a) 模拟相乘法模拟相乘法cosct e2ASK(t)开关电路开关电路s(t)(b) 数字键控法数字键控法 图图7-3 2ASK/ OOK7-3 2ASK/ OOK信号调制器原理框图信号调制器原理框图模拟调制法（相乘器法）键控法第7页/共100页 2ASK信号与信号与模拟调制模拟调制中的中的 AM 信号

7、类似。所以，信号类似。所以，信号信号能够采用能够采用 和和 a. 相干解调相干解调同步解调同步解调图图7-4 2ASK/ OOK7-4 2ASK/ OOK信号解调器原理框图信号解调器原理框图带通带通滤波器滤波器乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器输入输入输出输出定时脉冲定时脉冲Cos wcte2ASK(t)b. 非相干解调非相干解调包络检波包络检波带通带通滤波器滤波器半波或全半波或全波整流器波整流器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器输入输入输出输出定时脉冲定时脉冲abcde2ASK(t)第8页/共100页 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0

8、 0 1 0图图 7-5 7-5 2ASK 2ASK 信号信号 非相干解调非相干解调过程的过程的数字基带信号带通带通滤波器滤波器半波或全半波或全波整流器波整流器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器输入输入输出输出定时脉冲定时脉冲abcde2ASK(t)第9页/共100页 2ASK 信号的2ASK( )( )coscetts t )()(161 )()(16)(222ccscascasASKffffTffSTffSTfP )(41cos)(21)(coscos)()()(cos)()(cos)()()()( ccjjscsccccooeoeeRRtttststtsttsteteR若s(t)是

9、功率谱密度Ps( f ) 为：（见6.1.2节）)21()(41)(4)(2 PffTSaTfPsss 设s(t)的功率谱密度为Ps( f )则2ASK的功率谱密度为：2ASK(1() )4)(scscPPffPfff第10页/共100页单极性NRZNRZ序列的功率谱密度2221414SSSSSmPffGffG mffmf ()()()() SSSSSfTSaG fTfTTfTsin()( ) 这时22211444411sin()()()()SssSSssf TPffTff TTSaffT Bs = 1/ = fs单极性单极性NRZNRZ序列的序列的离散谱只有直流离散谱只有直流分量，其带宽取分

10、量，其带宽取决于连续谱，第决于连续谱，第一个零点在一个零点在 f = fs 。第11页/共100页u 2ASK信号的功率谱密度是基带信号功率谱密度 Ps( f ) 的。u 2ASK信号的功率谱由和两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边谱，而离散谱由载波分量确定。u 2ASK信号的带宽B2ASK是基带信号带宽的 倍，若只计算谱的主瓣，则有B2ASK = 2fs = 2/Ts ，Ts 是基带信号码元周期。 )()(161 )()(16)(222ccscascasASKffffTffSTffSTfP 2ASK(1() )4)(scscPPffPfff图图7-6 7-6 2ASK2ASK信

11、号的功率谱密度示信号的功率谱密度示意图意图第12页/共100页7.1.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。 在在 2FSK 中，载波的频率随二进制基带信号在中，载波的频率随二进制基带信号在 和和 两个频率点间变化。其表达式为两个频率点间变化。其表达式为12FSK2cos()( )cos()nnAtetAt 发送发送 “0” 时时发送发送 “1” 时时 其中，其中， 和和 分别是第分别是第n个码元个码元( (1或或0) )的初始相位。的初始相位。在频移键控中，在频移键控中， 和和 不携带信息，通常

12、假设不携带信息，通常假设 和和 为零。为零。n n n n n n 第13页/共100页图图7-7 2FSK7-7 2FSK信号的时间波形信号的时间波形(a) 2FSK信号信号(b)(c)11( )coss tt 22( )coss tt u 2FSK信号的波信号的波形可以看成是两个形可以看成是两个不同载频的不同载频的2ASK信信号的叠加。号的叠加。2FSK12( )() cos() cosnssnnnetg tnTtg taanTt 其中其中 是是 的反码，的反码， 若若 ， ； ， ；nana1na 0na 1na 0na 故 2FSK信号的时域表达式又可以写成：第14页/共100页基带信

13、号基带信号 反相器反相器图图 7-8 7-8 产生产生2FSK2FSK信号的原理图信号的原理图2FSKet ( )基带信号基带信号2FSK信号信号产生2FSK信号的原理图 模拟调频电路：信号在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。即输出波形在开关转换时刻是不连续的，称为相位不连续2FSK。第15页/共100页 1抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲2FSK( )et 2 ：将：将2FSK信号分解为上下两路信号分解为上下两路2ASK信号分别进信号分别进行解调，然后进行判决。行解调，然后进行判决。 调制时，若规定调制时，若规定“ ”符号对应载波频率符号对应载波频率

14、 ，则，则接收时上支路的样值较大，则判为接收时上支路的样值较大，则判为“ ”；反之则判为；反之则判为“ ”。第16页/共100页 1抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲2FSK( )et 2)(ty)(1ty)(2ty)(1tv)(2tv)(ts 第17页/共100页抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲2FSK( )et 1 21tcos 2tcos 解调原理：解调原理：分解分解2ASK第18页/共100页n 解调原理解调原理 ： 2FSK信号的过零点数随不同频率而异，通过检测过零点数目的多少，信号的过零点数随不同频率而异，通过检测过零点数目的多少，从而区分两个不同频率的信号码元。从而区分两个

15、不同频率的信号码元。 经经、后形成尖脉冲序列，这些尖脉冲序列的密度程后形成尖脉冲序列，这些尖脉冲序列的密度程度反映了信号频率的高低，尖脉冲的个数就是过零点数。度反映了信号频率的高低，尖脉冲的个数就是过零点数。 把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，该直流，该直流分量的大小和信号频率的高低成正比。分量的大小和信号频率的高低成正比。 然后经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了然后经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了，从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“ ”和和“ ”。输出输出 cdef2FSK( )et第19页/

16、共100页输出输出 cdef2FSK( )et第20页/共100页 对对的的 ，可看成由，可看成由的的 2ASK信号的叠加信号的叠加 。因此，。因此，2FSK信号功率谱密度可近似表示成信号功率谱密度可近似表示成 中心频率分别为中心频率分别为 和和 的两个的两个 2ASK信号信号 功率谱密度的组合功率谱密度的组合 。 相位不连续 的 2FSK信号 的 为：12212FSKets tts tt( )( )cos( )cos 其中其中 s1(t) 和和 s2(t) 为为 两路两路 nns tg tanT1( )() nns ttnTag2( )() 根据根据 2ASK 信号的功率谱密度式信号的功率谱

17、密度式(7.1-9) ，可得到可得到1122122211144FSKssssPfffPfPfPfPfff( )()()()() 第21页/共100页1122122211144FSKssssPfffPfPfPfPfff( )()()()() 令概令概率率 P = 1 / 2 ，即，即 0 、1 等概，则有：等概，则有：222222221111112221616116SSSFSKSSSSSSSTfTfTPffTfTTfTfTfTfTffffffffffffffffsin ()sin ()( )()()sin ()sin ()()()()()()() 第22页/共100页由于由于 s1(t) 和和

18、s2(t) 时域波形互补，所以其功率谱密度相同。如下时域波形互补，所以其功率谱密度相同。如下图所示：图所示： 1122122211144FSKssssPfffPfPfPfPfff( )()()()() 第23页/共100页那么那么2FSK信号的功率谱密度有以下几种情况：信号的功率谱密度有以下几种情况：（只画正半轴波形，负半轴波形与正半轴对称）（只画正半轴波形，负半轴波形与正半轴对称） 212sfff212122FSK()()sssBfffffff在和 处：存在离散谱 且连续谱出现双峰第24页/共100页 212ssffff212122FSK()()sssBfffffff在和 处：存在离散谱 且

19、连续谱出现双峰第25页/共100页 210sfff212122FSK()()sssBfffffff在和 处：存在离散谱在（+ 处连续谱出现单峰第26页/共100页1. 相位不连续相位不连续2FSK信号的功率谱由信号的功率谱由连续谱连续谱和和离散谱离散谱组组成。其中，连续谱由两个中心位于成。其中，连续谱由两个中心位于 和和 处的处的 双边双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频谱叠加而成，离散谱位于两个载频 和和 处；处；2. 连续谱的形状随着两个载频之差绝对值连续谱的形状随着两个载频之差绝对值 的大的大小而变化，若小而变化，若 ，连续谱在，连续谱在 处处 出现单峰；若出现单峰；若 ，出现双峰；，出现

20、双峰；3. 若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信信号的带宽，则其带宽近似为号的带宽，则其带宽近似为 21ff 21sfff0122()/fff21sfff2122FSKsBfff第27页/共100页2PSK( )cos()cnetAt 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。频率保持不变。 在在 2PSK 中，通常用初始相位中，通常用初始相位 和和 分别表示二进制分别表示二进制“ ”和和“ ”。其时域表达式为。其时域表达式为其中，其中， 表示第表示第n个符号的绝对相位

21、（起始时刻的初始相位）个符号的绝对相位（起始时刻的初始相位）n 0n 发送发送 “1” 时时发送发送 “0” 时时2PSKcos( )cosccAtetAt 以概率以概率1P 发送发送1时时以概率以概率P 发送发送0时时第28页/共100页图图7-12 2PSK7-12 2PSK信号的时间波形信号的时间波形 故2PSK2PSK信号一般可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘。是脉宽为是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而的单个矩形脉冲，而的统计特性为：的统计特性为：11+na 以概率以概率1P发送发送“1”时时以概率以概率P 发送发送“0”时时 这种以载波的不同相位直接去表示相应二进

22、制数字信息的调这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信息的调制方式，称为制方式，称为 二进制绝对相移方式二进制绝对相移方式。n 表示信号的两种码元： 波形相同， 极性相反。2PSK( )cos()nScnag tnTett ttsc cos)( 第29页/共100页2ASK信号的一般表达式可以写为信号的一般表达式可以写为2ASK( )( )coscetts t 其中其中( )()nsns ta g tnT 为分析方便，通常假设为分析方便，通常假设g(t)是高度为是高度为1、宽度等于、宽度等于Ts的矩形脉冲；的矩形脉冲；an是第是第n个符号的电平取值。个符号的电平取值。10na 则则2AS

23、K信号就是信号就是OOK信号。信号。Ts 为码元持续时间；g(t) 为持续时间为Ts 的基带脉冲波形。图图7-2 2ASK / OOK 7-2 2ASK / OOK 信号时间波形信号时间波形若第30页/共100页 2PSK信号与信号与 2ASK信号的产生方法相比较，只是对信号的产生方法相比较，只是对s(t) 的要的要求不同，在求不同，在 2ASK 中中 s(t) 是是的，而在的，而在 2PSK中，中， s(t) 则是则是的基带信号。的基带信号。ctcos s t ( )2PSK( )et(a) 模拟调制法模拟调制法 2PSK( )ets t ( )00180 移移相相ctcos (b) 键控法

24、键控法图图7-13 2PSK7-13 2PSK信号的调制原理框图信号的调制原理框图第31页/共100页通常都是采用相干解调通常都是采用相干解调图图 7-147-142PSK2PSK信号的解调原理图信号的解调原理图acde带通带通滤波器滤波器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输出输出e2PSK(t)相乘器相乘器cos ctbu 在在2PSK 信号的载波恢复过程中，存在着信号的载波恢复过程中，存在着180的的。u 当恢复的相干载波产生当恢复的相干载波产生180倒相时，解调出的数字基带信号将与倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好相反，解调器输出的数字基带信号全

25、部出发送的数字基带信号正好相反，解调器输出的数字基带信号全部出错错 。这种现象通常称为。这种现象通常称为 或或 。u 有可能出现长时间连续的正弦波形，致使在接收端无法辨认信号有可能出现长时间连续的正弦波形，致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。码元的起止时刻。u 因此因此2PSK方式在实际中很少采用。可采用差分相移键控（方式在实际中很少采用。可采用差分相移键控（DPSK） 第32页/共100页 图图 7-157-152PSK2PSK信号相干解调时各点时间波形信号相干解调时各点时间波形抽样脉冲抽样脉冲图图 7-147-142PSK2PSK信号的解调原理图信号的解调原理图acde带通带通滤波器滤

26、波器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输出输出e2PSK(t)相乘器相乘器cos ctb第33页/共100页u 2PSK信号的功率谱特性与信号的功率谱特性与2ASK的十分相似，的十分相似，。u 区别仅在于区别仅在于当当P=1/2时，时， 2PSK谱中无离散谱谱中无离散谱（即载波分量），（即载波分量），此时此时2PSK信号实际上信号实际上。因此，。因此，它可看作是双极性基带信号作用下调幅信号。它可看作是双极性基带信号作用下调幅信号。 2ASK和2PSK信号表达式2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱密度 Ps( f ) 的2PSK信号的功率谱也是其双极性基带信号功率谱的。第3

27、4页/共100页 在在 2PSK 信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考，用载波相位的位作为参考，用载波相位的表示数字信息，所以称为表示数字信息，所以称为 。为了解决为了解决2PSK信号解调过程的反向工作问题，提信号解调过程的反向工作问题，提出了出了 。 方式是用前后相邻码元的载波方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化相对相位变化来表示来表示 数字信息数字信息 。 假设假设前后相邻码元的前后相邻码元的为为 ，则可以定义一种则可以定义一种数字信息与数字信息与 之间的关系为。之间的关系为。 第35页/共100页0, 表示数字信息表示数字信息“

28、0”表示数字信息表示数字信息“1”则一组二进制数字信息与其对应的则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的信号的关系关系如下：如下：表示数字信息表示数字信息“1”表示数字信息表示数字信息“0”0, 或二进制数字信息二进制数字信息： 2DPSK信号相位信号相位： (或或 (n 对于相同的基带数字信息序列，由于初始相位不同，2DPSK信号的相位可以不同。也就是说，而。第36页/共100页n A方式：方式：当前码元的相位相对于前一码元的相位改变当前码元的相位相对于前一码元的相位改变 ，它解决了它解决了2PSK中载波相位的不确定性问题，但是码元的定时问中载波相位的不确定性问题，但是码元的定时问题没

29、有解决，在某个长的码元序列中，信号的波形的相位可能题没有解决，在某个长的码元序列中，信号的波形的相位可能仍然没有仍然没有突跳点突跳点。0参考相位参考相位A方式方式参考相位参考相位B方式方式2 2 n B方式：方式：当前码元的相位相对于前一码元的相位改变当前码元的相位相对于前一码元的相位改变 /2/2 。故在相邻码元之间。故在相邻码元之间。在接收端检测此。在接收端检测此相位突跳就能确定每相位突跳就能确定每码元的起止时刻，即可提供码元定时信息。码元的起止时刻，即可提供码元定时信息。第37页/共100页00111001A方式方式B方式方式0011010, 表示数字信息表示数字信息“0”表示数字信息表

30、示数字信息“1”-/2/20, 表示数字信息表示数字信息“0”表示数字信息表示数字信息“1”第38页/共100页 为产生为产生2DPSK 信号，可以先对二进制数字基带信号进行差信号，可以先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码用相对码表示；然后，再进行绝对调相，从分编码，将绝对码用相对码表示；然后，再进行绝对调相，从而产生而产生 2DPSK信号信号 。 2DPSKet ( ) 000180 移移相相ctcos 图图 7-16 2DPSK7-16 2DPSK信号调制器原理图信号调制器原理图s t ( )1nnnbab 初始的bn-1可以任意设定第39页/共100页 为产生为产生2DPSK 信

31、号，可以先对二进制数字基带信号进行差信号，可以先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码用相对码表示；然后，再进行绝对调相，从分编码，将绝对码用相对码表示；然后，再进行绝对调相，从而产生而产生 2DPSK信号信号 。 图图 7-177-172DPSK2DPSK信号调制过程波形图信号调制过程波形图和 分别表示二进制相对码的“ ”和“ ”第40页/共100页相干解调原理：相干解调原理： 对对2DPSK信号进行信号进行相干解调相干解调，恢复出相对码，再通过码，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。 在解调在

32、解调过程中，若相干载波产生相位模糊，会使解调出过程中，若相干载波产生相位模糊，会使解调出的的产生倒置现象产生倒置现象 。 但经过但经过后，输出的绝对码不会发生任何倒置后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而现象，从而解决了解决了的问题的问题 . 相干解调和差分相干解调相干解调和差分相干解调图图 7-20(a) 2DPSK 7-20(a) 2DPSK 信号相干解调器原理图信号相干解调器原理图带通带通滤波器滤波器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器2DPSK( )etcosct 码反码反变换器变换器第41页/共100页7.1二进制带通带通滤波器滤波器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波

33、器抽样抽样判决器判决器2DPSK( )etcosct 码反码反变换器变换器相对码相对码绝对码绝对码图 7-20(b) 2DPSK 信号相干解调器各点波形01 0 0 1 1 绝对码相对码第42页/共100页 差分相干解调（相位比较法）原理：差分相干解调（相位比较法）原理：直接比较直接比较前后码元的相位差前后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信息，从而恢复发送的二进制数字信息 。 图图 7-21(a) 2DPSK 7-21(a) 2DPSK 信号差分相干解调器原理图信号差分相干解调器原理图 相干解调和差分相干解调相干解调和差分相干解调e输出输出 定时脉冲定时脉冲d低通低通滤波器滤波器cb a

34、 带通带通滤波器滤波器2DPSK( )et相乘器相乘器抽样抽样判决器判决器延迟延迟 sTu 解调的同时完成了解调的同时完成了， 解调器解调器中没有码反变换器。中没有码反变换器。u 不需要专门的不需要专门的相干载波相干载波，因此是一种非相干解调方法，因此是一种非相干解调方法 。u 2DPSK系统是一种系统是一种的数字调相系统，的数字调相系统， 但其抗加性白噪但其抗加性白噪声性能比声性能比2PSK的要差的要差。 第43页/共100页e输出输出 定时脉冲定时脉冲d低通低通滤波器滤波器cb a 带通带通滤波器滤波器2DPSK( )et相乘器相乘器抽样抽样判决器判决器延迟延迟 sT图图 7-21(b)

35、2DPSK 7-21(b) 2DPSK 信号差分相干解调各点时间波形信号差分相干解调各点时间波形 第44页/共100页n 2DPSK可以与可以与2PSK 具有相同的表达式，所不同的是具有相同的表达式，所不同的是2PSK中的基带信号中的基带信号s(t)对应的是对应的是；而；而2DPSK中的基带信号中的基带信号s(t)对应的是经码变换后的对应的是经码变换后的。n 因此，因此，2DPSK信号和信号和2PSK信号的功率谱密度是信号的功率谱密度是。所其带宽为所其带宽为 ：22DPSK2PSKsBBf第45页/共100页 通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。通信系统的抗噪声性能是指系统克服

36、加性噪声影响的能力。在数字通信系统中，在数字通信系统中，系统抗噪声性能的重要系统抗噪声性能的重要是是。 因此，因此，分析二进制数字调制系统的抗噪声性能，也就是分分析二进制数字调制系统的抗噪声性能，也就是分析在信道析在信道的干扰下系统的误码性能，得出的干扰下系统的误码性能，得出与与之间的之间的。在二进制数字调制系统抗噪声性能分析中，假设：在二进制数字调制系统抗噪声性能分析中，假设： 信道特性是恒参信道，在信号的频带范围内具有信道特性是恒参信道，在信号的频带范围内具有的的 ( 可取传输系数为可取传输系数为 K ) 。 噪声为等效加性高斯白噪声，其均值为零，方差为噪声为等效加性高斯白噪声，其均值为零

37、，方差为2 。 第46页/共100页1. 同步检测法的系统性能同步检测法的系统性能 在在的的 内，发送端输出的信号波形内，发送端输出的信号波形 为：为：001TTutst( ),( ) 发发送送符符号号“发发送送符符号号“ ”00TcsAttTutcos,( ), 其其它它 为 ， Ts 为 c 图7-22 2ASK信号同步检测法的系统性能分析模型P低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输输出出x(t)ey(t)带通带通滤波器滤波器yi(t)相乘器相乘器2 cos ct信道信道ni(t)sT(t)发发送送端端第47页/共100页在在 ( 0 , Ts ) 时间间隔，接收端时间

38、间隔，接收端带通滤波器带通滤波器 为为 ：10iiiiu tntntyt( )( ),(,( 发发送送符符发发送送符符号号“ ”号号“ ”0000csicsttTu ttTAKtacos,( )cos, 其其它它其其它它ui (t)为发送信号为发送信号 uT(t) 经信道传输后的输出经信道传输后的输出 。 ni (t) 为为，其均值为零，其均值为零 ，方差为，方差为 ，K为为信道传输系数。信道传输系数。2 P低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输输出出x(t)ey(t)带通带通滤波器滤波器yi(t)相乘器相乘器2 cos ct信道信道ni(t)sT(t)发发送送端端第48页

39、/共100页设接收端设接收端 具有具有，带通滤波器的，带通滤波器的 为：为：iu tn tyn tt( )( ),),( ) 发送发送 “1” 字符字符发送发送 “0” 字符字符cccsn tn tnttt( )c( )( )ossinn(t) 为 ，其均值为零，方差为 ，可表示为：2n csccscccscccccsccn tn ttn ty tn ttn ttn ttn tn ttttatat( )( )cos( )scosc( )( )sin( )( )sin,( )cos( )siosnn,scio 发送发送 “1” 字符字符发送发送 “0” 字符字符P低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决

40、器判决器定时脉冲定时脉冲输输出出x(t)ey(t)带通带通滤波器滤波器yi(t)相乘器相乘器2 cos ct信道信道ni(t)sT(t)发发送送端端第49页/共100页输出波形 与相干载波2ctcos P低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输输出出x(t)ey(t)带通带通滤波器滤波器yi(t)相乘器相乘器2 cos ct信道信道ni(t)sT(t)发发送送端端2cz ty ttco( )( )s 222222ccsccccccsn ttn tttn tn tattt( )cos( )sinsincocosco)s(s() 202122cccscccccsan tan tt

41、n ttn tn tn ttt( ) ( )cos( )sin,(c)( )(n,ossi) “ ”“ ”通过理想低通滤波器的 为：ccttn tanx( ),( )( ), csccscccscccccsccn tn ttn ty tn ttn ttn ttn tn ttttatat( )( )cos( )scosc( )( )sin( )( )sin,( )cos( )siosnn,scio csccscccscccccsccn tn ttn ty tn ttn ttn ttn tn ttttatat( )( )cos( )scosc( )( )sin( )( )sin,( )cos( )

42、siosnn,scio 第50页/共100页ccttn tanx( ),( )( ), a为信号成分，为信号成分，nc(t) 为为 ，其均值为零，方差为，其均值为零，方差为 。 2n 设对第设对第 k 个符号的抽样时刻为个符号的抽样时刻为 kTs ，则，则 x(t) 在在kTs 时刻的时刻的 为：为：scccscan kTanxn kTn(),(), 发送发送 “1” 字符字符发送发送 “0 ” 字符字符nc 是均值为零，方差为是均值为零，方差为 的的。2n P低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输输出出x(t)ey(t)带通带通滤波器滤波器yi(t)相乘器相乘器2 cos

43、 ct信道信道ni(t)sT(t)发发送送端端第51页/共100页由随机信号分析可得由随机信号分析可得:的的 的的 为为 ： 的的 的的 为为 ：202122nnxf x( )exp P低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输输出出x(t)ey(t)带通带通滤波器滤波器yi(t)相乘器相乘器2 cos ct信道信道ni(t)sT(t)发发送送端端a(a) 1f xo(b) 2xf212122nnxaf t()( )exp (x)第52页/共100页假设抽样判决器的判决门限为假设抽样判决器的判决门限为b ，则，则时时, 时，时，1220 11112222nnnbbbPP xbf

44、 xdxxdxerafac( / )()( )()exp 式中：式中： 22xerfcydyxexp() 发送发送 而错误地接收为而错误地接收为 的概率为：的概率为：第53页/共100页 发送发送 而错误地接收为而错误地接收为 的概率为：的概率为：2201 0112222bnnbnPP xbfx dxxdcbxerf( / )()( )exp 则总误码率：则总误码率：0110 101 001ebbPPPPPPfxdxPfxdx( )(/ )( )( /)( )()( )() n 当发送概率 P(1)、P(0) 及概率密度函数 f1(x)、f0(x) 一定时，系统总的误码率 Pe将 等于图中。第

45、54页/共100页n 最佳判决门限最佳判决门限当当 取取 与与 两条曲线相交点两条曲线相交点 时，时，阴影的阴影的。 称为称为最佳判决门限。最佳判决门限。图图 7-23 2ASK7-23 2ASK同步检测时误码率的几何表示同步检测时误码率的几何表示0 0b*ba)(xf) 1 (P)(1xf)0(P)(0 xf0ePb 10100*Pf bPfb=( )()( )() 可得可得 1010*Pfb= Pfb( )()( )() 202122nnxf x( )exp 212122nnx af t()( )exp (x) 解得：解得： 2012*ln( )( )nbPaPa P(1) = P(0)

46、= 1/2 时：时：2ab 第55页/共100页 P(1) = P(0) = 1/2 2ab 此时对2ASK信号采用进行解调时的误码率 Pe为：124erPerfc 为信噪比为信噪比 。222nar 41rePer 211222xenaPerfcerfcxexx () 2 第56页/共100页2. 包络检测法的系统性能包络检测法的系统性能 包络检波法不需要相干载波，比较简单。接收端带通滤波器包络检波法不需要相干载波，比较简单。接收端带通滤波器的输出波形的输出波形 。01csccccsctn ttyan tttn tn ttcos(sin)sin( ),( )(co)s(, 发发送送符符号号发发

47、送送符符号号“ ”“ ” 信道信道 包络包络检波器检波器eP定时脉冲定时脉冲in t ( )iy t ( )Tst ( )V t ( )发送端发送端带通带通滤波器滤波器图图 7-25 7-25 2ASK信号包络检测法的系统性能分析模型第57页/共100页21022210cscccsantnntnttty ttttcos( )( )( ),( )cos( )( )( ) 发发送送“”发发送送“ ”符符号号符符号号，包络检波器能检测出的变化 。在在 kTs 时刻时刻 ，包络检波器，包络检波器 的的 为为 ： 222201csscntntaVntnt( )( ) ,( )( ) , 发发送送符符号号

48、时时发发送送符符号号“ ”时时“ ” 发送发送时的抽样值是时的抽样值是 ； 发送发送时的抽样值是时的抽样值是。01csccccsctn ttyan tttn tn ttcos(sin)sin( ),( )(co)s(, 发发送送符符号号发发送送符符号号“ ”“ ”第58页/共100页在在 kTs 时刻时刻 ，包络检波器，包络检波器 的的 为为 ： 222201csscntntaVntnt( )( ) ,( )( ) , 发发送送符符号号时时发发送送符符号号“ ”时时“ ” 发送发送时的抽样值是时的抽样值是 ； 发送发送时的抽样值是时的抽样值是 。它们的 分别为 ： 22221022nVaann

49、VaVf VIe()/( )22202nVnVf Ve/( ) 式中，式中， 为为 n(t) 的方差的方差 。n2 零阶第59页/共100页 抽样判决器对抽样值作出判决：设判决门限为抽样判决器对抽样值作出判决：设判决门限为 ，则：，则： ； 。22211202200 111nbbVabnnPP Vbf V dVf V dVVaVIedV()/( / )()( )( ) 上上式中的积分值可用式中的积分值可用 计算，计算， Q 函数定函数定义为义为 ： 2220tt IteQdt()/( ,) 0 11nnabPQ( / ), dVdtVtbannnn 1, 令：令：第60页/共100页22211

50、202200 111nbbVabnnPP Vbf V dVf V dVVaVIedV()/( / )()( )( ) 上式中 的 积分值 可用 计算，Q 函数 定义 为 ： 2220tt IteQdt()/( ,) 将 代入 上式 可得： 0 11nnabPQ( / ), 概率积分函数Q 函数：221102txeQdtxxx/( ),( ) 第61页/共100页b000 112PQbr( / )(,) 可看为可看为 ，用，用 表示表示 ；nb/ 而而 为为 ；2nar22 同理：同理： 222202022221 0nnbbbnbVPP Vbf VdVVedVee/( / )()( ) 0 11

51、nnabPQ( / ), 第62页/共100页202010 101 01120ebPPPPPPQrbPe/( )( / )( )( / )( )(,)( ) nV / b0 b0 在系统输入在系统输入一定的情况下，一定的情况下， 。 的几何表示如图：的几何表示如图：系统的总误码率为 ： 第63页/共100页nV / b0 b0 n 最佳归一化判决门限 *b0令0ePb 1010Pf bPf b*( )()( )() 可得可得 当当 时时10PP( )( ) 10f bfb*()() n 最佳判决门限：2022nnaabrI2ln *nb = b0 第64页/共100页2ba n 大信噪比 (

52、) 的 条件下，1r 2022nnaabrI2ln 22nnbbar0 近似解为：212122*)41(2)81(2raaabn n 小信噪比小信噪比 ( r 1 2ASK包络检波的误码率：414142rerPfeer c 4/21re r 144111124242rreerrrPerfcePerfcer0 2ASK同步检波的误码率：r 1第67页/共100页【例例7-1】设某设某2ASK系统中二进制码元传输速率为系统中二进制码元传输速率为RB=4.8106波特；发送波特；发送 “1” 符号符号 和和 “0” 符号的概率相等；接收端分别采符号的概率相等；接收端分别采用用 同步检测法和包络检波法

53、进行解调。同步检测法和包络检波法进行解调。 已知接收端输入信号幅度已知接收端输入信号幅度 a = 1mV ，信道加性高斯白噪声的，信道加性高斯白噪声的单边功率谱密度单边功率谱密度 n0 = 21015 W/Hz 。试求：。试求： (1) 同步检测法同步检测法 解调时系统总的误码率；解调时系统总的误码率； (2) 包络检波法包络检波法 解调时系统总的误码率解调时系统总的误码率 。 带通带通解调器解调器信号信号噪声噪声) t (ui) t (ni) t (ui) t (n第68页/共100页信噪比：信噪比：1261092. 121012ar862n2 （2 2）包络检波法误码率：）包络检波法误码率

54、：46.5-4re105 . 7e21e21P （1 1）同步检波法误码率：）同步检波法误码率：46.5-4re1066. 1e261416. 31er1P 解：解：对于对于2ASK 信号，信号，主要主要其频谱的其频谱的。 因因此，接收端此，接收端带通滤波器带通滤波器 ，即：，即： B=2fs=2RB带通滤波器输出的平均噪声功率为：W1029 . 1Bn802n 第69页/共100页解：2ASK信号的带宽19200HzR2BB 带通输出的噪声功率W10536. 1Bn802n 信噪比55.322ar2n2 带通解调器信号噪声) t (ui) t (ni) t (ui) t (n误码率44re1

55、046. 1e21P 例：设某例：设某2ASK系统二进制码元的传输速率为系统二进制码元的传输速率为9600波特，发送波特，发送“0”、“1”等等概，采用包络检波法解调。已知接收端输入信号的幅度为概，采用包络检波法解调。已知接收端输入信号的幅度为1mV, 信道等效加信道等效加性高斯白噪声的双边功率谱密度性高斯白噪声的双边功率谱密度 ，求系统总的误码率。，求系统总的误码率。Hz/W1042n130 第70页/共100页带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出t1cos2发送端信道)(tsT)(tni)(tyi)(1ty)(1txeP带通滤波器相乘器低通滤波器t2cos2)(2ty)(2tx

56、121. 同步检测法（相干解调）的系统性能同步检测法（相干解调）的系统性能解调原理：解调原理：分解分解2ASK第71页/共100页 ”时时发发送送“”时时发发送送“0)(1)()(01tututsTTT tTttAtuST其它其它00cos)(11 tTttAtuST其它其它00cos)(20 n 分析计算分析计算 设设“1”符号对应载波频率符号对应载波频率f1（ 1），）， “0”符号对应载波频率符号对应载波频率f2（ 2），则在一个码元的持续时间），则在一个码元的持续时间Ts内，发送端产生的内，发送端产生的2FSK信号可表示为信号可表示为: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

57、1cos2发送端信道)(tsT)(tni)(tyi)(1ty)(1txeP带通滤波器相乘器低通滤波器t2cos2)(2ty)(2tx12第72页/共100页 ”时时发发送送“”时时发发送送“0)()(1)()()(01tntKutntKutyiTiTi ”时时发发送送“”时时发发送送“0),(cos1),(cos21tntatntatyiii 式中，式中，ni (t)为加性高斯白噪声，其均值为为加性高斯白噪声，其均值为0。因此，在时间因此，在时间(0, Ts)内，接收端的输入合成波形为内，接收端的输入合成波形为即即带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出t1cos2发送端信道)(tsT

58、)(tni)(tyi)(1ty)(1txeP带通滤波器相乘器低通滤波器t2cos2)(2ty)(2tx12只允许中心频率为f1的信号频谱成分通过，而滤除中心频率为f2的信号频谱成分只允许中心频率为f2的信号频谱成分通过，而滤除中心频率为f1的信号频谱成分第73页/共100页 ”时时发发送送“”时时发发送送“0)(1)(cos)(1111tntntaty ”时时发发送送“”时时发发送送“0)(cos1)()(2222tntatnty n1(t)和和n2(t)分别为高斯白噪声分别为高斯白噪声ni(t)经过上下两个带通滤波器的输出噪经过上下两个带通滤波器的输出噪声声窄带高斯噪声，均值为窄带高斯噪声，

59、均值为0，方差为，方差为 n2，只是中心频率不同而已，只是中心频率不同而已带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出t1cos2发送端信道)(tsT)(tni)(tyi)(1ty)(1txeP带通滤波器相乘器低通滤波器t2cos2)(2ty)(2tx12 ”时时发发送送“”时时发发送送“0),(cos1),(cos21tntatntatyiii ttnttntnsc11111sin)(cos)()( ttnttntnsc22222sin)(cos)()( 第74页/共100页 ”时时发发送送“”时时发发送送“0)(1)(cos)(1111tntntaty ”时时发发送送“”时时发发送送“

60、0)(cos1)()(2222tntatnty 带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出t1cos2发送端信道)(tsT)(tni)(tyi)(1ty)(1txeP带通滤波器相乘器低通滤波器t2cos2)(2ty)(2tx12ttnttntnsc11111sin)(cos)()( ttnttntnsc22222sin)(cos)()( 现在假设在时间(0, Ts)内发送“1”符号（对应 1），则上下支路两个带通滤波器的输出波形分别为：ttnttnatysc11111sin)(cos)()( ttnttntysc22222sin)(cos)()( 第75页/共100页带通滤波器相乘器低通