通信原理I第19次课教案

本次课学习的主要章节：

5.7眼图

6.1二进制振幅键控(2ASK)

5.7眼图

1.眼图与获取眼图的方法

眼图是用实验手段以波形观察方式来估计系统性能的一种方法。这种方法的

具体做法是：用示波器跨接在接收滤波器的榆出端，然后调整示波器水平扫描周

期，使其与接收码元的周期同步(整数倍)，当示波器水平扫描周期调整到与接

收码元的周期相同时，观察到的结果是：对于二进制码序列，示波器显示的图形

很像人的眼睛，如图5.7.1所示，故称之为眼图。

(a)基带信号波形(b)眼图

图5.7.1无码间干扰的双极性基带波形及眼图

2.眼图与码间干扰及信道噪声

眼图可以定性反映码间干扰的大小和噪声的大小:

・如果存在码间干扰,基带信号波形失真，于是形成的眼图线迹杂乱，“眼

晴”张开的较小，且眼图不端正。可以利用眼图来指示接收滤波器的调整，以减

少码间串扰，改善系统性能。

・当存在噪声时,眼图的线迹变成了比较模糊的带状的线条，噪声越大，线

条越粗，越模糊，“眼睛”张开得越小。

3.眼图与传揄系统的的其他性能

通过眼图我们还可以萩徉有关传揄系统性能的许多信息。为了说，明眼图和系

统性能之间的关系，我们把眼图简化为一个模型，如图5.7.2所示。

抽样失真

对定时误差的灵敏度

判决门限电平

过零点失真

最隹抽样时刻

图5.7.2眼图的模型

由图5.7.2可以获得以下信息：

(1)最佳采样时刻是“眼图”张开最大的时刻。

(2)图中央的横线位置对应于判决门限电平。

(3)采样时刻，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限，若噪声瞬时值超

过它就可发生错判。

(4)图的阴影区的垂直高度表示采样时刻上信号受噪声干扰的畸变程度，采

样失真越大采样值变化范围越大。

(5)定时误差灵敏度是眼图斜边的斜率。斜率越大，对定时误差越敏感，即

要求定时越准。

(6)图中倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了接收波形零点位置的变化范

围，即过零点畸变，它对于利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系

统有很大影响。

作业：习题573、5-15

选作：习题5-9

第6章数字调制系统

1.数字调制与解调

（1）概念

・数字调制：通常把数字基带信号变换为数字已调信号（频带信号、带通

型信号）的过程称为数字调制；

•数字解调：从频带信号中还原出数字基带信号的过程称为数字解调。

•把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统（数字调

制系统或频带传揄系统）。

（2）必要性

在实除通信中的多数信道是带通型的，如卫星通信、移动通信和光纤通信

等。因此，必须将数字基带信号变换为带通信号（又称为频带信号或数字已调

信号），以适合于在带通型信道中传输。

2.数字调制的实现方法

・模拟调制法：一般来说，把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况处理

时，数字调制与模拟调制的基本原理相同，即可以利用模拟调制的方法实现数

字调制。

・键控法:因为数字调制实际上就是用载波信号的某些离散状态来表征所

携带的数字信息，它可以通过开关键控载波产生数字已调信号，故这种利用数

字调制自身的特性实现数字调制的方法叫做键控法。

3.数字调制的分类

本章讨论的是以正弦型信号作为载波的数字调制,包括数字调幅、数字调

频和数字调相三种基本形式，分别称为振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移

相键控（PSK）o

4.本章学习的主要内容

重点介绍二进制数字调制系统的原理及抗噪声性能,同时，学习多进制数

字调制方法，分析无码间干扰的数字调制系统以及正交调幅等。

_____A,载波开关电路招

kS

2A.SKV)As2ASK(r)

Cos3JJ2-f

业)

图6.1.22ASK信号模拟幅度调制法图6.1.32ASK信号的键控法

②键控法

在键控法中，用一个开关作为载波的输出通/断控制门，由二进制序列s(f)控

制门的通断，s(/)=l时开关导通；s(/)=0时开关极止，其原理框图如图6.1.3

所示。

二、频域分析

所谓频域分析，即为计算2ASK信号的功率谱密度和带宽。

设2ASK信号的功率谱密度为鸟ASK(/)，数字基带信号S(/)的功率谱密度为

8(/),由式(6.1.1)可得

8八SK(/)=；忸s(/+fs)+<s(7-fs)](6.1.3)

式(6.1.3)中，单极性矩形不归零码s(f)的功率谱密度〃(/)为

一(力=£")+=(/)

=/P(l-—P)21G(0『“力(6,1.4)

式中，|G⑺=心仔誓上

I叫)\

于是得

P1ASK(/)=(fs尸(I一P)|G(/+fs『+\G(,f-ZsVl

+；(1-P)2B(/+/s)+3(f-/s)](6.1.5)

如图6.1.4所示。

心⑺

（a）单极性矩形不归零码序列的功率谱密度

（b）2ASK信号的功率谱密度

图6.1.4基带信号与2ASK信号的功率谱密度

由图6.1.4可见，2ASK信号的频谱具有如下特点:

・2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成；

•信号带宽（这种以信号功率谱的主瓣宽度为带宽的定义，称为谱零点带

宽）S2ASK=2A=—=（"Z），为基带信号S（T）带宽的两倍。

______

•2ASK系统的频带利用率〃=-^-=华二1（8/”力。

B,&CL-2/7L2

三、2ASK信号的解调

•2ASK信号的最基本的解调方法有：非相干解调（包络检波法）及相干

解调（同步检测法）.分别如图6.1.5及图6.1.6所示。

•由图可见，与AM信号的接收系统相比，2ASK解调系统增加了一个“采

样判决器”，用以提高数字信号的接收性能。

1.非相干解调

带通滤波包络检波器

t

定时脉冲

图6.1.5非相干解调法

利用式（6.1.2）,并根据包络检波器原理，图6.1.5中包络检波器的输出为

s（，）=FMX（1"）（6.1.6：

0发“0"时、'

可见，s（f）是一个单极性矩形不归零码。

2.相干解调

布逋滤波

输出

CosCD.t定时脉冲

图6.1.6相干解调法

相干解调时，乘法器的输出信号是

.0=］刿1+cos2M发“1”时(o<r<r)

(6.1.7)

0发“0”时

不难看出，LPF揄出也是单极性矩形不归零码，有

(0=2a发时(OWYTs)

0发“0”时

6.1.22ASK系统的抗噪声性能分析

如前所述，通信系统的抗噪声性能是指系统克服信道加性噪声影响的能力，

同时，这种能力又与接收机结构有关。下面，将结合2ASK信号的非相干解调和

相干解调，分别讨论这两种不同解调方法的抗噪声性能。

1.非相干接收时2ASK系统的误码率

(1)噪声背景下非相干接收分析模型

"a0_①_►BPF，(-‘)+〃")》LEDV»采样判决

i1

t

n(t)定时脉冲

零均值高斯白噪声

图6.1.7有噪声时非相干接收模型

(2)确定在采样判决时刻上样值丫的统计特性工(6和人(丫)

由图6.1.7可见，在一个码元的持续时间心内，系统接收端带通滤波器的

输出波形){/)为

M)="(6.1.8)

式中，高斯窄带噪声(/)=nc(r)cosa)ct-ns(r)sin(oet。

从式(6.1.8)可见，发“1”时，包络检波器的输出是余弦波加高斯窄带噪

声acos@,/+〃j(/)的包络，而发“0”时，包络检波器的输出是高斯窄带噪声力(/)

的包络。

上述分析表明，发“1”时和发“0”时，包络检波器的输入y(f)不同，显然，

也会有不同的输出V0。因此，在分析抽样判决时刻样值，(火为+%)(以下简记

为V)的统计特性时，通常，按发“1”时或发“0”时分别进行讨论。

发“1”时，根据3.6节，采样值V服从莱斯分布，即

/I(V)=-^exp一一1T(产+昌”o(2)，V>0(6.1.9)

发“0”时，根据3.5节，采样值V服从瑞利分布，印

y(V2

^(V)=—exp——V>0(6.1.10)

5；I2丐7J

力(V)及工)。/)的曲线示于图6.1.8。

图6.1.8概率密度函数力(V)及/)仅)

(3)制定判决规则，计算错判概率P(O/1)和尸(1/0)

设判决门限值为l，由图6.1.8规定判决规则为：^V>VTf则判决输出

“1”：如果判决输出“0”。

由图6.1.8可得，发“1”错判为“0”的概率为

*8

P(0/l)=P(V<V)=|./；(V)JV=l-

r(Z(v)^v

oVr

f—exp-L俨+/)./(jw(6.1.11)

儿L2eVJo；

式(6.1.11)中的积分值引入MarcumQ函数计算，MarcumQ函数的定义是

&a,6)=J]exp-I^at)dt(6.1.12)

令式(6.1.12)中二=幺,夕=左，，=上，则式(6.1.12)可借助MarcumQ函数

2巧5,

表示为

P(O/l)=l-ef—A>|=1-2(727,^)(6.1.13)

式中：厂=£为解调器输入的信号噪声功率比；4二%为归一化门限值。

2o；2

而发“0”错判为“1”的概率为

8

p(i/o)=p(v>vT)=^fQ(v)dv

VT

.再2(6.1.14)

(4)写出平均错判概率(总误码率)

假设发送“1”码的概率为P(1),发送“0”码的概率为P(0),则系统的总

误码率(平均错判概率)为

=P(l)P(0/l)+P(0)P(l/0)

=p(i)j/(v>/v+p(o)j4(vx/v

。Vr