远动监控技术-03D

第三章远动通信原理和信道第五节数字调制与解调1五、二进制数字调制系统的抗噪声性能

（一）2ASK系统的抗噪性能（二）2FSK系统的抗噪性能（三）2PSK及

2DPSK系统的抗噪性能2分析：一个码元宽度Ts的信号发送信号ST(t)=

UT(t)=

Acosωc

t0<t<Ts发“1”∴接收信号0其它发“0”ni(t)

发“0”

acosωc

t+ni(t)

发“1”带通yi(t)

e0(t)

n

(t)ni(t)[a+nc(t)]cosωct

-ns(t)sinωct

发“1”

nc(t)cosωct

-ns(t)sinωct

发“0”=∴

yi(t)是正弦波＋窄带高斯过程。包络服从广义瑞利分布yi(t)+ni(t)=（一）2ASK系统—接收信号描述3yi(t)+ni(t)[a+nc(t)]cosωct

-ns(t)sinωct

发“1”

nc(t)cosωct

-ns(t)sinωct

发“0”==发“1”发“0”∴是包络检波器的输出，为随机信号2fs包络检波带通ωc

yi(t)

y

(t)

n

(t)ni(t)抽样判决S(t)定时脉冲非相干接收系统（包络检波法）4∴令最佳判决门限为，满足∴误码形式为P(1→0)、P(0→1)

pe0

=P(0→1)=P(v>

)

则pe1=P(1→0)=P(v<

)∴系统总误码率：

Pe=p(1)pe1+p(0)pe0当带通滤波器的输出信噪比>>1时，5相干接收系统带通低通抽样判决S(t)定时脉冲cosωctx(t)ni(t)yi(t)[a+nc(t)]cosωct

-ns(t)sinωct

发“1”

nc(t)cosωct

-ns(t)sinωct

发“0”yi(t)+ni(t)=∵2fs∴x(t)=

nc(t)

发“0”均值为0

a+nc(t)

发“1”均值为a∴6∴总误码率Pe

=p(1)pe1+p(0)pe0

f1(x)f0(x)a0当为最佳门限、7例：已知2ASK的码元速率RB=4.8×106

波特，解调器输入信号的幅度a=1

mv，信道加性噪声的单边功率谱密度为n0=2×10-15

W/Hz，试求:1）包络检波的误码率

2）同步检波的误码率解：

∵Rb

=RB

=4.8×106bit/s

∴带通滤波器的带宽B=2RB=9.6×106

（Hz）∴带通的输出噪声功率σn2

=n0B=1.92×10-

8(W)

∴解调器的输入信噪比∴此系统为大信噪比工作1）包络检波2）同步检波∴8包络检波包络检波抽样判决e0(t)S(t)带通ω12fs带通ω22fs发“1”：上支路输出为∵一路2FSK信号是两路2ASK信号的合成下支路输出为其中：发“0”：上支路输出为下支路输出为∴与2ASK信号分析相似（噪声）（二）2FSK系统－非相干接收系统9发“1”错判∴2FSK的系统总误码率发“0”错判判决规则：V1>V0

判“1”V1<V0

判“0”10抽样判决e0(t)S(t)带通ω1低通cosω1t2fs带通ω2低通cosω2t2fs发“1”：x0(t)=a+n2c(t)解调器上支路输入：下支路输入：x1(t)=n1c(t)解调器上支路输出：下支路输出：判决规则：x1

>x0

判“1”x1

<x0

判“0”相干接收系统发“0”：x0(t)=n2c(t)x1(t)=a+n1c(t)11∵∴发“1”错判f1(x)f0(x)a0fz(x)0∴2FSK的系统总误码率同理：发“0”错判12例：已知2FSK信号的f1=2025Hz,f2=2225Hz,RB=300波特。信道有效带宽2400

Hz,信道输出端信噪比为6

dB,求：1）2FSK信号的带宽。

2）包络检波时的误码率；同步检波时的误码率。解：∴2FSK的带宽△f=|f2-f1|+2fs

1）∵

fs

=RB=300

（Hz

）=(2225-2025)+2×300=800(Hz)2）∵Pe

与解调器输入端的有关令接收系统结构选用上、下支路形式B=2RB=600

（Hz）∴带通带宽又∵信道带宽为2400Hz

,为带通带宽的

4

倍∴带通的输出信噪比是其输入信噪比的

4倍13∵∴包络检波∴同步检波带通142PSK系统抽样判决e0(t)S(t)带通ωc低通cosωct2fs∵S(t)

为双极性非归零信号∴判决器的输入信号为x(t)=

-a+nc(t)

发“0”a+nc(t)

发“1”x(t)a0f1(x)f0(x)-a∴发

“1”错判发

“0”错判2PSK系统总误码率（三）2PSK及2DPSK系统－相干接收系统152DPSK系统抽样判决e0(t)S(t)带通ωc低通cosωct2fsx(t)码反变换系统特征：在2PSK系统的基础上增加码反变换电路。码反变换电路自身不产生误码（与噪声无关），但其输入相对码有误差时，必然会造成其输出绝对码与发端基带信号失真，因而系统总误码应为2PSK

系统的误码加码反变换的误码积累。结论：系统总误码率16+E

S(t)-

E绝对码正确相对码010010111110010码反变换错误相对码1010010010

00010010

0

10100码反变换码反变换错误相对码错误相对码17码反变换引入的误码规律：相对码中出现的每一串错码，反变换后产生两位错码。设Pn

表示同步检波输出相对码中出现n

个连续错码事件的概率表示码反变换输出的总误码率∴∵“n个码元同时出错”属同时发生事件“该串错码两端都有一个正确码元”∴182DPSK系统抽样判决带通低通e0(t)S(t)延时Tsy1(t)=[a+n1c

(t)]cosωc

t-n1s(t)sinωc

ty2(t)=[a+n2c

(t)]cosωc

t-n2s(t)sinωc

t∵∴x(t)={[a+n1c

(t)][a+n2c

(t)]-n1s(t)n2s(t)}判决规则：x

>0判“1”x

<0

判“0”结论：系统总误码率非相干接收系统19例：已知2DPSK信号

的码元速率RB=106

波特，信道加性噪声的单边功率谱密度为n0=2×10-10

W/Hz，要求系统的误码率不大于10-4。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

2）采用相干解调—码变换时，接收机输入端所需的信号功率解：

∵带通滤波器的带宽B=2RB=2×106

（Hz）∴带通的输出噪声功率σn2

=n0B=4×10-

4(W)

1）差分相干解调∵∴2）相干解调—码变换查表∴∴20二进制数字调制系统的性能比较信号解调方法频宽Pe～γ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21第三章远动通信原理和信道第六节常用远动信道22现有的通信线路（即信道）种类很多，就电力系统远动信道而言，目前主要采用如下四种：（1）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。（3）光纤通信。（4）无线信道。远动与微波通信设备复用，无线传送远动信息。23载波波段紫光红光可见光频率波长紫外线红外线无线电波微波微波超短波短波中波长波特高频甚高频高频中频低频光纤通信1.31μm0.85μm1.55μm780μm蓝青绿黄橙0.1m1m10m100m1km10km30kHz300kHz3MHz30MHz300MHz3GHz300GHz1mm微波通信卫星通信C波段4/6GHz380μmVHFUHF3.4kHz2.7kHz2.3kHz0.3kHz话音上音频音频信号30-500kHz12kHz载波通信350THz230THz200THz12/14GHz卫星通信Ku波段中频载波24一、有线通信线路

通信线的传输特性用架空明线、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。整个线路可以看作有无穷多的相同单元网络连成。通信线等值电路25r0为线路单位长度的电阻（Ω/km），L0为线路单位长度的电感（H/km），g0为线路单位长度的电导（1/km），c0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一点x处的电压，其表达式为26用电平表示信号在传输过程中信号幅度变化情况。1.相对电平

选择电路上某点的功率P0（U0、I0）为基准，把电路上各点功率高于或低于基准点的倍数以dB（分贝）表示，称该点的相对功率（电压、电流）电平。电平的概念272.绝对电平在600Ω电阻上，消耗1mW功率为绝对功率电平的基准：绝对功率电平绝对电压电平常用dBr表相对电平，用dBm表示绝对电平。相对电流电平

相对电压电平

相对功率电平28以铁路通信为例：

干扰电平：音频回路两端用杂音计所测杂音电压：明线≤2.5mV；电缆≤2.0mV。

发送电平：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不大于-13dBr。

接收电平：接收端根据传输方式的不同及接收端通信设备本身的性能，对接收电平的限制不同。如对FSK的音频实回线，要求接收电平大于-25dBm。干扰电平和发送接收电平的规定29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连接难以具体叙述，只能在以下三方面作些原则性的说明。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。第二是阻抗匹配问题。第三是接收端设备输出电平的选择。

30LC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±(0.3~3400)kHz三、电力线载波信道31一个电话话路的频率范围为0.3—3.4kHz为了使远动信号与载波电话复用，通常规定:载波电话占用的频率范围为0.3~2.5kHz的音频段;远