通信原理教程6学习教案

1、会计学1通信通信(tng xn)原理教程原理教程6第一页，共92页。2ttetjsincos第1页/共92页第二页，共92页。3TtttAts0)cos()()(0”时。当发送“”时当发送“00,1)(AtA相乘器cos0ts(t)A(t)cos0ts(t)A(t)第2页/共92页第三页，共92页。4包络检波器全波整流带通滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A (t)相干载波cos0t相乘电路带通滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A (t)第3页/共92页第四页，共92页。5 PA(f) A(t)的功率谱密度。若求出了PA(f) ，代入上式就可以求出Ps(f) 。tnTtgattAtsnn0

2、0cos)(cos)()()()(41)(00ffPffPfPAAs第4页/共92页第五页，共92页。6n 以上式变成n将PA(f)代入Ps(f)式中，得到mcccccAmffmfGPmfPGffGfGPPffP)()()1 ()()()()1 ()(221221nccccAnffnfGPffGPPffP)()()1 ()()1 ()(2222)()0()1 ()()1 ()(2222fGPffGPPffPccA)()() 0 ()1 (41| )(| )(| )1 (41)(002222020ffffGPfffGffGPPffPccs第5页/共92页第六页，共92页。7)()() 0 ()1

3、 (41| )(| )(| )1 (41)(002222020ffffGPfffGffGPPffPccs)()()0(161)()(161)(00222020ffffGfffGffGffPccsfTfTTfGsin)(TG | )0(|TffTffTffG)()(sin| )(|000TffTffTffG)()(sin)(000)()(161)()(sin)()(sin16)(00200200ffffTffTffTffTffTfPs第6页/共92页第七页，共92页。8f / fcPA(f)(a) 功率谱密度PA(f)的曲线(b) 功率谱密度Ps(f)的曲线第7页/共92页第八页，共92页。9上

4、式为滤波后的接收电压(diny)，下面用它来计算误码率。Tttntsty0)()()(”时。当发送“”时，当发送“001cos)(0tAtsttnttntnsc00sin)(cos)()(”时发送“”时发送“0sin)(cos)(1sin)(cos)(cos)(00000ttnttnttnttntAtyscsc”时发送“”时发送“0sin)(cos)(1sin)(cos)()(0000ttnttnttnttnAtyscsc第8页/共92页第九页，共92页。10 ”时当发送“”时当发送“0)(1)()(tntnAtxcc2212/)(exp21)(nnAxxp2202/exp21)(nnxxph

5、*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hA第9页/共92页第十页，共92页。11n当信噪比r1时，h*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hAhneAherfdxxpP21121211)(duexerfxu022)(hneherfdxxpP2002121)(nneeeherfaherfPPP21412141212101*)(*)(01xpxp2/21rerfcPe4/1reerP第10页/共92页第十一页，共92页。12”时发送“”时发送“0)()(1)()()(2222tntntntnAtVscsc4/21reeP第11页/共92页第十二页，共92页。13因此其输出信噪比等于：（1）包络检波法时的误

6、码率为：（2）相干解调法时的误码率为：WBnn8021092. 11261092. 121028622nAr45 .64105 .72121eePre45 . 641066. 1261416. 311eerPre第12页/共92页第十三页，共92页。14”时当发送“”时当发送“0)cos(1)cos()(0011tAtAtsA(t)开关电路频率源1频率源0s(t)f1f0调频器A(t)s(t)第13页/共92页第十四页，共92页。15定时脉冲低通滤波低通滤波抽样判决输出带通滤波f0带通滤波f1输入相乘相乘cos0tcos1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)带通滤波f0带通滤波f1包络检

7、波包络检波抽样判决定时脉冲输入输出V0(t)V1(t)第14页/共92页第十五页，共92页。16带通滤波放大限幅低通微分整流脉冲展宽abcedf第15页/共92页第十六页，共92页。17已知2ASK信号(xnho)功率谱密度为：将其代入上式，得到2FSK信号(xnho)的功率谱密度为：ttAttAts0011cos)(cos)()(nnatA)(1nnatA)(01nnaa)()(41)(00ffPffPfPAAs)()(41)()(41)(00001111ffPffPffPffPfPAAAAs)()0()1 ()()1 ()(2222fGPffGPPffPccA第16页/共92页第十七页，共

8、92页。18(gngl )谱密度最终表示式为：)()()0(41)()()0()1 (41)()()1 (41)()()1 (41)(002221122220202121ffffGPfffffGPfffGffGPPfffGffGPPffPccccs)()()()()0(161)()()()(161)(00112220202121fffffffffGfffGffGffGffGffPccsfTfTTfGsin)(TG)0()()()()(161)()(sin)()(sin)()(sin)()(sin161)(0011200200211211ffffffffTffTffTffTffTffTffTff

9、TfffPs第17页/共92页第十八页，共92页。19带宽：)()()()(161)()(sin)()(sin)()(sin)()(sin161)(0011200200211211ffffffffTffTffTffTffTffTffTffTfffPsfsfs = (f0 +f1) / 2ff1 + fcf0 - fcf0f12fcf1fsff0fs = (f0 +f1) / 2fcf1 + fcf0 - fcfs = (f0 +f1) / 2f1 + fcf0 - fccffff201第18页/共92页第十九页，共92页。20假设，上式左端第1和3项近似等于零，则它可以化简为”时当发送“”时当

10、发送“0)cos(1)cos()(0011tAtAtsTdttt000110)cos()cos(Tdttt0010101010)cos()cos(210)()sin()()sin()sin()sin(01010101010101010101TT0 1)cos(sin()sin()cos(01010101TT第19页/共92页第二十页，共92页。21于是，式化简为：因此，要求满足：即，最小频率间隔等于1 / 2T 。0 1)cos(sin()sin()cos(01010101TT0)sin(01T1)cos(01TnT )(01mT2)(01mT2)(01Tmff/010010)sin(01T0

11、 1)cos(sin()sin()cos(01010101TTTnff2/01第20页/共92页第二十一页，共92页。22它们(t men)和本地载波相乘，并经过低通滤波后，得出和”时当发送“”时当发送“0)(cos1)(cos)(01tntAtntAty定 时 脉冲低通滤波低通滤波抽样判决输出带通滤波f0带通滤波f1输入相乘相乘cos0tcos1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)ttnttnAtysc11111sin)(cos)()(ttnttntysc00000sin)(cos)()()()(11tnAtVc)()(00tntVc第21页/共92页第二十二页，共92页。23式中，P

12、e0和Pe1相等，故总误码率为：)()(11tnAtVc)()(00tntVc)0()()(0101011ccccennAPnnAPVVPP2201222nccznnzz002/)(122121)()0(22rerfcdzedzzfzPPzAzze222/nAr221rerfcPe第22页/共92页第二十三页，共92页。24n这时误码率为：)()()(21211tntnAtVsc)()()(20200tntntVsc带通滤波f0带通滤波f1包络检波包络检波抽样判决定时脉冲输入输出V0(t)V1(t)1222102102110000110112/2exp)()()(10dVAVAVIVdVdVV

13、fVfVVPPnnnVVe第23页/共92页第二十四页，共92页。25nnAzVt2,211222102102110000110112/2exp)()()(10dVAVAVIVdVdVVfVfVVPPnnnVVe02/ )(02/1222)(21dtezttIePztze02/ )(01)()0 ,(22dtezttIzQzt2/2/121212rzeeeP2222/nAzr2/21reeP第24页/共92页第二十五页，共92页。26n2FSK：4/21reeP2/21reeP2/21rerfcPe221rerfcPe第25页/共92页第二十六页，共92页。27n带通滤波器的带宽应等于：B =

14、 2RB = 600 Hzn带通滤波器输入端和输出端的带宽比：2400/600 = 4 n带通滤波器输出端的信噪功率比：r = 4 4 16 n120030029801580201cffff482/107 . 12121eePre第26页/共92页第二十七页，共92页。285105 .399993.01218284.212181212121221erferfrerfrerfcPe582/1039. 332121eerPre第27页/共92页第二十八页，共92页。29)cos()(0tAts”时当发送“”时当发送“100”时当发送“”时当发送“1)cos(0)cos()(00tAtAts”时当发

15、送“”时当发送“1cos0cos)(00tAtAts第28页/共92页第二十九页，共92页。30n制引起的相位变化。TTT“1”“1”“0”(c)(d)TTT(a)( b)“1”“0”“1”第29页/共92页第三十页，共92页。31第30页/共92页第三十一页，共92页。32nn采用差分相移键控(DPSK)体制。本地载波提取带 通 滤波低 通 滤波相 乘抽 样 判决V(t)第31页/共92页第三十二页，共92页。33为了简化公式(gngsh)书写，不失一般性，下面令A = 1 。”时当发送“”时当发送“1cos0cos)(00tAtAtstnTtgattAtsnn00cos)(cos)()()

16、1PAPAan概率为（概率为第32页/共92页第三十三页，共92页。34，代入上面Ps(f)式，得到上式中没有离散频率分量。 不能直接(zhji)从接收信号中用滤波方法提取载波频率。)()(41)(00ffPffPfPAAsmcccccAmffmfGPmfPGffGfGPPffP)()()1 ()()()()1 ()(221221)()0()1 ()0()()1 (4)(22121fGPPGffGPPffPccA21)()(fGffPcA201201| )(| )(|41)(ffGffGffPcs第33页/共92页第三十四页，共92页。35两者带宽相同2PSK信号没有离散分量 (f + f0)

17、 + (f - f0)fTfTTfGsin)(200200)()(sin)()(sin4)(TffTffTffTffTfPs201201| )(| )(|41)(ffGffGffPcs)()(161)()(sin)()(sin16)(00200200ffffTffTffTffTffTfPs第34页/共92页第三十五页，共92页。36(a) 2ASK信号的功率(gngl)谱密度(b) 2PSK信号的功率(gngl)谱密度第35页/共92页第三十六页，共92页。37A2AA(a) 2ASK(c) 载波(b) 2PSK第36页/共92页第三十七页，共92页。38因此，总误码率等于：或在相干检测条件(

18、tiojin)下，为了得到相同的误码率，2FSK的功率需要比2PSK的功率大3 dB；而2ASK则需大6 dB。本 地 载波提取带 通 滤波低 通 滤波相 乘抽 样 判决V(t)”时当发送“”时当发送“1)(0)()(tnAtnAtVcc)0/0(0”时发送“VPPe)1/0(1”时发送“VPPe0A-APe0Pe1V10102/2/eeeeePPPPP02/)(0212122rerfcdxePnAxnererfcPe21reerP21第37页/共92页第三十八页，共92页。39”时当发送“”时当发送“100Tttts0),cos()(00 0 0 0 0 0 0 0 0 2DPSK码元相位(

19、 + )0初始相位 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 11 1 1 0 0 1 1 0 1 基带信号第38页/共92页第三十九页，共92页。40B方式(fngsh)：相邻码元之间必定有相位突跳。000 / 2- / 2参 考 相位参考相位(a)A方式 (b) B方式第39页/共92页第四十页，共92页。411 0 1 1 0（相对码）n2PSK调制后的相位: (0) 0 0 0n变换规律(gul)：n绝对码元“1”使相对码元改变；n绝对码元“0”使相对码元不变。第40页/共92页第四十一页，共92页。42码变换器（双稳触发器）绝对码相对码A(t)载波移相s(t)码变换第4

20、1页/共92页第四十二页，共92页。43s0(t)相 乘带通滤波低通滤波抽样判决V(t)延迟Ts(t)A(t)s1(t)本 地 载波提取相 乘带 通 滤波低 通 滤波抽样判决逆码变换第42页/共92页第四十三页，共92页。44脉冲展宽逆码变换器微分整流cbabc 1 1 1 0 0 1 1 0 1（绝对码）a(0) 1 0 1 1 1 0 1 1 0（相对码）(a) 原理方框图(b) 波形图第43页/共92页第四十四页，共92页。45式中，s0(t) 前一接收码元经延迟后的波形； s1(t) 当前接收码元波形。s0(t)相 乘带通滤波低通滤波抽样判决V(t)延迟Ts(t)A(t)s1(t)tt

21、nttnAtssc00000sin)(cos)()(ttnttnAtssc01011sin)(cos)()(第44页/共92页第四十五页，共92页。46上式可以改写为或者写为：式中，)()()()(21)(1010tntntnAtnAtVsscc0)0(10100ssccennnAnAPVPP221221221221212141bbaabbaabbaa022102102102100ssccssccennnnnnnnAPP)(210RRPPe21021012ssccnnnnAR2102102ssccnnnnR第45页/共92页第四十六页，共92页。47积分结果(ji gu)等于：式中，21021

22、012ssccnnnnAR2102102ssccnnnnR22214/42102112)(nARnneARIRRf2224/2222)(nRneRRf)(210RRPPe0014/4221021122102221122)()(dReARIRdRdRRfRfPnARnnRRereeP210222/nAr第46页/共92页第四十七页，共92页。48reeP211reeP21第47页/共92页第四十八页，共92页。49n本 地 载波提取相 乘带 通 滤波低 通 滤波抽样判决逆码变换第48页/共92页第四十九页，共92页。50 1 1 1 0 0 1 1 0 1 (绝对码) (0) 1 0 1 1 1

23、 0 1 1 0 (相对码) 1 1 0 0 1 1 1 0 1 (绝对码) (0) 1 0 0 0 1 0 1 1 0 (相对码) 1 1 0 1 0 1 1 0 1（绝对码） (0) 1 0 0 1 1 0 1 1 0（相对码） 1 1 0 0 0 1 1 0 0 (绝对码) (0) 1 0 0 0 0 1 0 0 0（相对码）(a) 无误码时(b) 有1个误码时(c) 有2个误码时(d) 有一串误码时第49页/共92页第五十页，共92页。51nePPPPP2222321, 2, 1,)1 (2nPPPneen)1 ()1 (2)()1 (222212eeeeneeeeePPPPPPPPP

24、eeePPP1112 eeePPP)1 (22/ eePP1/ eePP第50页/共92页第五十一页，共92页。52rerfcrerfcPe211 eeePPP)1 (2rerfcPe212121rerfPererfrerfcPPee12第51页/共92页第五十二页，共92页。53采用相位比较法时：按照要求从而得到要求信噪比:及要求信号功率:661202102101012Bnn41021reeP52. 85000ln222nArdBm7 .17107 . 110252. 852. 825622WAPns第52页/共92页第五十三页，共92页。544101rerfPe9999. 01014rer

25、f75. 2r56. 7rdBm2 .18101 .1510256. 756. 726622WAPns第53页/共92页第五十四页，共92页。55-6 -3 0 3 6 9 12 15 18信噪比r (dB)110-110-210-310-410-510-610-7Pe非相干ASK相干ASK非相干FSK相干FSK相干DPSK非相干DPSKPSK第54页/共92页第五十五页，共92页。564/21reeP221rerfcPe2/21reeP221rerfcPereeP21)211 (rerfcrerfcPererfcPe21 式(6.4-13) 相干2PSK 式(6.5-25)相干2DPSK 式

26、(6.5-15)非相干2DPSK 式(6.3-28)相干2FSK 式(6.3-37)非相干2FSK 式(6.2-28)相干2ASK 式(6.2-49)非相干2ASK误码率公式误码率公式键控方式键控方式第55页/共92页第五十六页，共92页。57式中，rb是每比特的能量和噪声单边功率谱密度之比。在研究不同M值下的误码率时，适合用rb为单位(dnwi)来比较。222/nAr20/Er bbrkrkEE2020第56页/共92页第五十七页，共92页。58(a) 基带多电平单极性不归零信号(b) MASK信号0010110101011110000t0t0101101010111100000101101

27、010111100000t00000t01011010101111(c) 基带多电平双极性不归零信号(d) 抑制载波MASK信号第57页/共92页第五十八页，共92页。590t0101101010111100000t01011010101111000001010t10101011110000001t10101011110000第58页/共92页第五十九页，共92页。60110-110-210-310-410-510-6Per (dB)2/121311rMerfcMPererfcPe21第59页/共92页第六十页，共92页。61TTTTf3f1f2f4第60页/共92页第六十一页，共92页。62

28、门限电平h的概率等于n式中，P(h) 1路滤波器的输出噪声包络h的概率。V0(t)带通滤波f0抽样判决包络检波带通滤波fM1包络检波定时脉冲输入输出VM1(t):1)(1 MhP第61页/共92页第六十二页，共92页。63电压是信号和噪声之和，其包络(bo lu)服从广义瑞利分布：n式中，x 输出信号和噪声之和的包络(bo lu)；n A 输出信号振幅；n2 输出噪声功率。hhNnnnedNeNhP2222/2/2)(1)(1 1)(MehPhP0,21exp)(222202xAxAxIxxpnnn第62页/共92页第六十三页，共92页。640)()(dhhPhpPee22)1(2/11111

29、1) 1(nnnAMnneennMP224/21nAeeMP第63页/共92页第六十四页，共92页。65由上式可以看出，当k 时，Pe按指数规律趋近于0，但要保证：上式条件要求信噪比rb保证大于1.39 dB。224/21nAeeMP2/2/212120rEeeMeMP)2/exp(21bekrMP2ln2exp)2/exp(bberkkrMPkeMk2ln2 2ln2, 02ln2bbrr即第64页/共92页第六十五页，共92页。66n上的信息相同，和其他2k-1种码元在同一位置上n的信息则不同(b tn)。所以，比特错误率Pb和码元错误n率Pe之间的关系为n当k很大时，M80 0 0 01

30、 0 0 12 0 1 03 0 1 14 1 0 05 1 0 16 1 1 07 1 1 1)2/1 (1 21221keekkbPPP2/ebPP 第65页/共92页第六十六页，共92页。67rb(dB)Pe第66页/共92页第六十七页，共92页。68nn区别可以忽略。dAdueePMrAuAe122/2/2221211)()1(rerfcMPePerb(dB)第67页/共92页第六十八页，共92页。69)cos()(0kktAtstbtattskkkk000sincos)cos()(kkacoskkbsin第68页/共92页第六十九页，共92页。70abkA方式B方式000225109

31、0315111804501270135序号序号12340 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 1 00 0 1 056780 1 0 10 1 1 10 1 1 00 1 0 00 1 0 0 0 1 0 10 1 1 00 1 1 19101112131415161 1 0 01 1 1 01 1 1 11 1 0 11 0 0 11 0 1 11 0 1 01 0 0 0 1 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1011100104 5参 考 相位00101101参 考 相位 (a) A方式

32、 (b)B方式 第69页/共92页第七十页，共92页。71cos (0t+/2) = -sin0t载波产生相乘电路相乘电路/2移相串/并变换相加电路cos0tA(t)s(t)图6.7.8 第一种QPSK信号产生方法ab01110010a(1)a(0)b(1)b(0)B方式(fngsh)编码 第70页/共92页第七十一页，共92页。72串/并变换串/并变换带通滤波串/并变换1432ab第71页/共92页第七十二页，共92页。73载波提取相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)abcos0t-sin0t定时提取第72页/共92页第七十三页，共92页。74011100109002/0)(1

33、dfPe22/2111rerfcPe第73页/共92页第七十四页，共92页。75)/(sin2MreePPerb （dB）第74页/共92页第七十五页，共92页。76abkA方式00010901118001270第75页/共92页第七十六页，共92页。77n二进制码元“1”“1”abcd码变换相加电路s(t)A(t)串/并变换-/4载波产生相乘电路相乘电路/4A方式方式(fngsh)编编码码第76页/共92页第七十七页，共92页。78当前输入的一对码元及要求的相对相移前一时刻经过码变换后的一对码元及所产生的相位当前时刻应当给出的变换后一对码元和相位ak bkkck-1 dk-1k-1ck dk

34、k0 000 01 01 10 10901802701.01 01 10 10901802701 090 0 01 01 10 1090180 2701 01 10 10 090180270 0 1 11800 01 01 10 10901802701 10 10 01 01802700900 12700 01 01 10 10901802700 10 01 01 1270090180QDPSK码变换码变换(binhun)关系关系: 第77页/共92页第七十八页，共92页。79变成绝对码。图6.7.15 A方式QDPSK信号解调方法bacdA(t)-/4相乘电路相乘电路/4s(t)低通滤波低通滤波抽样判决抽样判决并/串变换逆码变换定时提取载波提取第78页/共92页第七十九页，共92页。80)cos()(0kkttsTktkT) 1( )4cos(0t)4cos(0t)4cos(21)4(2cos21)4cos()cos(000kkkttt)4cos(2