远动监控技术_03D

1、1第三章第三章 远动通信原理和信道远动通信原理和信道第五节第五节 数字调制与解调数字调制与解调2五、五、 二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能 （一）（一） 2ASK 系统的抗噪性能系统的抗噪性能（二）（二） 2FSK 系统的抗噪性能系统的抗噪性能 （三）（三） 2PSK 及及 2DPSK 系统的抗噪性能系统的抗噪性能3分析：一个码元宽度分析：一个码元宽度Ts的信号的信号发送信号发送信号 ST ( t ) = UT ( t ) = Acosc t 0 t ) dV 则则 pe1= P(10) = P( v 11时，时，2n22a 4e21 6相干接收系统相干接收系统 2

2、n2n12)ax(exp21)x(f 2n2n02xexp21)x(f 带通带通低通低通抽样抽样判决判决S( t )定时脉冲定时脉冲 cosc tx( t )ni( t )yi( t ) a+nc( t ) cosct - - ns( t ) sinct 发发 “1 ” nc( t ) cosct - - ns( t )sinct 发发 “0 ”yi( t ) + ni( t ) =2 2 fs x( t ) = nc( t ) 发发“0” 均值为均值为 0 a + nc( t ) 发发“1” 均值为均值为 a的的高高斯斯随随机机信信号号方方差差为为n 7 总误码率总误码率 Pe = p(1)

3、 pe1 + p(0) pe0 )2aV(erf1211dx)x(fpndV1ed1 )2V(erf121dx)x(fpndV0ed0 )2V(erf141)2aV(erf141ndnd dVf1( x ) xf0 ( x ) a0时时12a2n2 当当 为最佳门限、为最佳门限、2aVd 4ee1P 8例：例：已知已知2ASK 的码元速率的码元速率 RB= 4.810 6 波特，解调器输入信号波特，解调器输入信号的幅度的幅度a = 1 mv，信道加性噪声的单边功率谱密度为，信道加性噪声的单边功率谱密度为 n0=210- -15 W/Hz ， 试求试求: 1）包络检波的误码率）包络检波的误码率

4、2）同步检波的误码率）同步检波的误码率解：解： Rb = RB = 4.810 6 bit/s 带通滤波器的带宽带通滤波器的带宽 B = 2RB = 9.610 6 （ Hz ） 带通的输出噪声功率带通的输出噪声功率n2 = n0 B = 1.9210 - - 8 ( W ) 解调器的输入信噪比解调器的输入信噪比 此系统为大信噪比工作此系统为大信噪比工作 1）包络检波）包络检波2）同步检波）同步检波)(.s10841T6s1261092121086).(2n22a 44e1057e21P. 44e10671e1P. 9)()()(tntnatV2s2c1)t (n)t (n)t (V2s2c0

5、 包络检波包络检波 包络检波包络检波 抽样抽样判决判决e0 ( t )S ( t ) 带通带通 1 2 fs带通带通 2 2 fs)(tV1)(tV0发发 “1 ” ：上支路输出为：上支路输出为 一路一路 2FSK 信号是两路信号是两路 2ASK 信号的合成信号的合成下支路输出为下支路输出为)(tV1)(tV0其中：其中：发发 “0 ” ：上支路输出为：上支路输出为下支路输出为下支路输出为)(tV1)(tV0 与与 2ASK 信号分析相似信号分析相似（噪声）（噪声）v0)v(f0)v(f1（二）（二）2FSK系统系统非相干接收系统非相干接收系统10发发“ 1 ” 错判错判1vv00001101

6、evdvd)v(f)v(f)VV(Pp101 2FSK 的系统总误码率的系统总误码率 发发“ 0 ” 错判错判2e21 )VV(Pp01e0 01eeepp21P 判决规则：判决规则：V1 V0 判判 “ 1 ”V1 x0 判判 “ 1 ”x1 0 判判 “ 1 ”x 0 判判 “ 0 ” e21Pe结论：结论：系统总误码率系统总误码率非相干接收系统非相干接收系统20例：例：已知已知2DPSK 信号信号 的码元速率的码元速率 RB= 10 6 波特，信道加性噪声的单波特，信道加性噪声的单边功率谱密度为边功率谱密度为 n0=210- -10 W/Hz ，要求系统的误码率不，要求系统的误码率不大于

7、大于 10- - 4 。 试求试求: 1）采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率）采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率 2）采用相干解调）采用相干解调码变换时，接收机输入端所需的信号功率码变换时，接收机输入端所需的信号功率解：解： 带通滤波器的带宽带通滤波器的带宽 B = 2RB = 210 6 （ Hz ） 带通的输出噪声功率带通的输出噪声功率n2 = n0 B = 410 - - 4 ( W ) 1）差分相干解调）差分相干解调41021 ePe25. 8SNS2niii )W(104 . 3S32ni 2）相干解调）相干解调码变换码变换4e10)(erfc21P 查表查表

8、4101)(erf 76. 2 62. 7 )W(1004. 3S32ni 21二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较 信号解调方法频 宽Pe门限用 途2ASK非相干2fs有相干有2FSK非相干| f2-f1 |+2fs中、低速数据传输相干2PSK2fs相干有2DPSK非相干2fs有相干有高速数据传输4ee12erfc21P 2ee212erfc21P e21erfc21Pe e1erfcPe e21Pe4ee21P 2ee21P 22第三章第三章 远动通信原理和信道远动通信原理和信道第六节第六节 常用远动信道常用远动信道23现有的通信线路（即信道）种类很多，就现有的通信线路

9、（即信道）种类很多，就电力系统远动信道而言，目前主要采用如电力系统远动信道而言，目前主要采用如下四种：下四种：（1）用架空明线或电缆直接传送远动信息。）用架空明线或电缆直接传送远动信息。（2）远动与载波电话复用电力线载波信道。）远动与载波电话复用电力线载波信道。（3）光纤通信。）光纤通信。（4）无线信道。远动与微波通信设备复用，）无线信道。远动与微波通信设备复用，无线传送远动信息。无线传送远动信息。24载波波段载波波段紫光紫光红光红光可见光可见光频频率率波波长长紫外线紫外线红外线红外线无线电波无线电波微波微波微波微波超短波超短波短波短波中波中波长波长波特高频特高频甚高频甚高频高频高频中频中频低

10、频低频光纤通信光纤通信1.31m0.85m1.55m780m蓝蓝青青绿绿黄黄橙橙0.1m1m10m100m1km 10km30 kHz300kHz 3 MHz30 MHz300MHz 3 GHz300GHz1mm微波通信微波通信卫星通信卫星通信C波段波段4/6GHz380mVHFUHF 3.4 kHz 2.7 kHz2.3 kHz0.3 kHz话音话音上音上音频频音频信号音频信号30-500kHz12kHz载波通信载波通信350THz230THz200THz12/14GHz卫星通信卫星通信Ku波波段段中频载波中频载波25一、一、有线通信线路有线通信线路 通信线的传输特性通信线的传输特性用架空明

11、线、电缆或电力线载波来传送远动用架空明线、电缆或电力线载波来传送远动信息时，由于信号频率较高，线路较长，这信息时，由于信号频率较高，线路较长，这时必须把线路的参数作为状态分布来考虑。时必须把线路的参数作为状态分布来考虑。图所表示的为其中一小段通信线的等值电路。图所表示的为其中一小段通信线的等值电路。整个线路可以看作有无穷多的相同单元网络整个线路可以看作有无穷多的相同单元网络连成。连成。通信线等值电路通信线等值电路 26r0为线路单位长度的电阻（为线路单位长度的电阻（/km），），L0为线路单位长为线路单位长度的电感（度的电感（H/km），），g0为线路单位长度的电导为线路单位长度的电导（1/k

12、m），），c0为线路单位长度的电容（为线路单位长度的电容（F/km）。）。当在通信线首端加上频率为的正弦电压，到达稳定状态当在通信线首端加上频率为的正弦电压，到达稳定状态后，全线各点的电压都以同一频率按正弦规律变化。应后，全线各点的电压都以同一频率按正弦规律变化。应用基尔霍夫定律，可以求得从线路起点开始到线路上任用基尔霍夫定律，可以求得从线路起点开始到线路上任一点一点x处的电压，其表达式为处的电压，其表达式为xxrcrcxeZIUeZIUU)(21)(2111110000CjgLjrZc27用电平表示信号在传输过程中信号幅度变化情况。用电平表示信号在传输过程中信号幅度变化情况。1.1.相对电平

13、相对电平 选择电路上某点的功率选择电路上某点的功率P0（U0、I0）为基准，把）为基准，把电路上各点功率电路上各点功率高于高于或或低于低于基准点的倍数以基准点的倍数以dB（分（分贝）表示，称该点的贝）表示，称该点的相对功率（电压、电流）相对功率（电压、电流）电平。电平。电平的概念电平的概念282.2.绝对电平绝对电平 在在600电阻上，消耗电阻上，消耗1mW功率为绝对功率电平的基准：功率为绝对功率电平的基准：绝对功率电平绝对功率电平绝对电压电平绝对电压电平)(.logdBUPxu775020 )(logdBPPx31010 常用常用dBr表相对电平，用表相对电平，用dBm表示绝对电平。表示绝对

14、电平。相对电流电平相对电流电平 相对电压电平相对电压电平 )(logdBUUPxu020 )(logdBppPx010 相对功率电平相对功率电平)(logdBIIPxi020 29以铁路通信为例：以铁路通信为例： 干扰电平干扰电平：音频回路两端用杂音计所测杂音电压：音频回路两端用杂音计所测杂音电压： 明线明线2.5mV；电缆；电缆2.0mV。 发送电平发送电平：音频电路最高发送电平不大于：音频电路最高发送电平不大于0dBm； 载波通道的载波机两线端测得的电平载波通道的载波机两线端测得的电平 不大于不大于-13 dBr。 接收电平接收电平：接收端根据传输方式的不同及接收端通：接收端根据传输方式的

15、不同及接收端通 信设备本身的性能，对接收电平的限制信设备本身的性能，对接收电平的限制 不同。如对不同。如对FSK的音频实回线，要求的音频实回线，要求 接收电平大于接收电平大于-25 dBm。干扰电平和发送接收电平的规定干扰电平和发送接收电平的规定30接收端设备与信道的连接接收端设备与信道的连接 信道的各项指标以及如何与接收端设备的信道的各项指标以及如何与接收端设备的连接难以具体叙述，只能在以下三方面作些连接难以具体叙述，只能在以下三方面作些原则性的说明。原则性的说明。第一，以有线为信道时，由于通信线在全第一，以有线为信道时，由于通信线在全频域和全时间区间内都可以利用，所以可组频域和全时间区间内

16、都可以利用，所以可组成频分信道或时分信道，也可以组成频分和成频分信道或时分信道，也可以组成频分和时分的混合信道。时分的混合信道。第二是阻抗匹配问题。第二是阻抗匹配问题。第三是接收端设备输出电平的选择。第三是接收端设备输出电平的选择。 31LC谐振电路，阻断高频信号的通路构成高频信号的通路，将其送到电力线上。隔离高电压、大电流，保护人身、设备的安全将音频信号调制到f1(0.33400)kHz三、电力线载波信道三、电力线载波信道32一个电话话路的频率范围为一个电话话路的频率范围为0.33.4kHz为了使远动信号与载波电话复用，通常规定为了使远动信号与载波电话复用，通常规定:载波载波电话占用的频率范

17、围为电话占用的频率范围为0.32.5kHz的音频段的音频段;远动信号远动信号占用占用2.73.4kHz的上音频。的上音频。共同被调制到共同被调制到40-500kHz频段频段特点：气候影响大，噪声大、误码率较高。特点：气候影响大，噪声大、误码率较高。3334光端机光端机：将电信号转换成光信号的变换装置。：将电信号转换成光信号的变换装置。光中继装置光中继装置：为实现远距离传输，将因传输而使强度减弱：为实现远距离传输，将因传输而使强度减弱的光，先转换成电信号，放大后再转换成光信号，以便长距离的光，先转换成电信号，放大后再转换成光信号，以便长距离传输。传输。光纤光纤：透明度极高的纤维，将光传输到远方的

18、媒介：透明度极高的纤维，将光传输到远方的媒介 四、光纤信道四、光纤信道35光的调制方式根据数字信号进行，多采用脉冲编码调制。光的调制方式根据数字信号进行，多采用脉冲编码调制。双、单极性转换处理双、单极性转换处理：将便于电信号处理的双极性脉冲变为：将便于电信号处理的双极性脉冲变为便于光纤传输的单极性脉冲。便于光纤传输的单极性脉冲。码制变换码制变换：适于电信号传输的码型转换为适于光信号传输的：适于电信号传输的码型转换为适于光信号传输的码型码型光电转换元件光电转换元件：发光元件为激光二极管：发光元件为激光二极管LDLD和发光二极管和发光二极管LEDLED。数字式光端机数字式光端机36 根据光的调制方式，分两类： 直接调