通信原理_教学课件_9.ppt

1、1,通信原理,第七章 数字带通传输系统 ( 7.1 ),2,目的和要求,目的： 通过分析数字频带传输系统，掌握基本的数字调制原理和系统性能分析方法。 要求： 掌握二进制数字调制解调的基本原理； 掌握二进制数字调制系统的抗噪声性能分析 方法； 熟悉多进制数字调制原理； 熟悉多进制数字调制系统的抗噪声性能分析 方法；,3,第7章 数字频带传输系统,数字调制概述 7.1 二进制数字调制原理 7.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能 7.3 二进制数字调制系统的性能比较 7.4 多进制数字调制原理 7.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能,主要内容,4,数字调制概述,调制的目的： 将调制信号（基带信号）转

2、换成适合于信道传输的已调信号（频带信号）； 实现信道的多路复用，提高信道利用率； 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力； 实现传输带宽与信噪比之间的互换。,5,数字调制概述,0,1,2,3,例如 四进制振幅调制,00,01,10,11,01,1,数字调制可以看作是M进制符号集到M个载波构成的载波集的映射。,6,数字调制概述,实现数字调制的两种基本方法： 利用模拟调制的方法去实现数字调制； 通过开关键控载波，通常称为键控法。 基本键控方式：振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK) 数字调制可分为二进制调制和多进制调制。,振幅键控 频移键控 相移键控,7,数字调制概述,主要研

3、究ASK、FSK和PSK信号： 时域表达式和波形 调制与解调方法 功率谱密度 带宽 频带利用率 误码率,8,第7章 数字频带传输系统,主要内容,数字调制概述 7.1 二进制数字调制原理 7.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能 7.3 二进制数字调制系统的性能比较 7.4 多进制数字调制原理 7.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能,9,7.1 二进制数字调制原理,7.1.1 二进制振幅键控 (2ASK） 基本原理：,10,7.1 二进制数字调制原理,2ASK信号的一般表达式 Ts 码元持续时间； g(t) 持续时间为Ts的基带脉冲波形 an 第n个符号的电平取值，若取 则相应的2ASK信号就是O

4、OK信号。,11,7.1 二进制数字调制原理,2ASK信号产生方法 模拟调制法（相乘器法） 键控法,单极性随机脉冲序列,12,7.1 二进制数字调制原理,2ASK信号解调方法 非相干解调,13,7.1 二进制数字调制原理,2ASK信号解调方法 非相干解调 相干解调,14,7.1 二进制数字调制原理,功率谱密度 2ASK信号表达式 设Ps(f) s(t)的功率谱密度 P2ASK(f) 2ASK信号的功率谱密度 2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱Ps(f)的线性搬移（属线性调制）。,15,7.1 二进制数字调制原理,当概率P =1/2时， 是单极性随机矩形脉冲序列且不相关时，可推导得到2ASK信

5、号的功率谱密度为：,16,7.1 二进制数字调制原理,离散谱,连续谱,g(t)为矩形脉冲时2ASK信号的功率谱密度,17,7.1 二进制数字调制原理,基带信号带宽:,2ASK信号带宽:,码元速率:,频带利用率:,基带信号波形带宽的两倍,18,7.1 二进制数字调制原理,g(t)为平方根升余弦滚降谱波形时2ASK信号的 功率谱密度,19,7.1 二进制数字调制原理,20,7.1 二进制数字调制原理,分析： 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。 2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（第一个谱零点位置）

6、，则有 2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。,21,7.1 二进制数字调制原理,7.1.2 二进制频移键控（2FSK） 时域表达式,n和n分别是第n个信号码元（1或0）的初始相位，通常可令其为零。2FSK信号的表达式可简化为,22,7.1 二进制数字调制原理,典型波形： 2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。,2ASK2,+,=,23,7.1 二进制数字调制原理,2FSK信号的产生方法 采用模拟调频电路来实现：信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。 采用键控法来实现：相邻码元之间的相位不一定连续。,24,7.1 二进制数字调制原理,键控法原理,25,7.1 二进制数字调制

7、原理,2FSK信号的解调方法 非相干解调,26,7.1 二进制数字调制原理,相干解调,27,5.1 二进制数字调制原理,过零检测法,28,7.1 二进制数字调制原理,功率谱密度 对相位不连续的2FSK信号,2FSK信号功率谱,29,7.1 二进制数字调制原理,令概率P = 1/2 ， 是矩形脉冲时,可推导得到：,30,7.1 二进制数字调制原理,连续谱,离散谱,若载频之差大于fs，则连续谱将出现双峰。,若两个载波频差较小，比如小于fs，则连续谱在fs处出现单峰。,31,7.1 二进制数字调制原理,分析： 相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个中心位于f1和f2处

8、的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频f1和f2处； 连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化， 若| f1 f2 | fs ，则出现双峰； 若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽，则其带宽近似为,32,7.1 二进制数字调制原理,为了接收端解调，要求f1和f2之间要有足够的 间隔 此时 频带利用率,33,7.1 二进制数字调制原理,7.1.3 二进制相移键控（2PSK） 2PSK信号的时域表达式 n表示第n个符号的相位：,34,7.1 二进制数字调制原理,这种以载波的不同相位直接去表示相应二进 制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相 移方式。,典型波形,35,7.1 二进制数

9、字调制原理,2PSK信号的调制原理 模拟调制的方法 键控法,载波 发生器,信源码序列ak,2PSK信号,0相载波,相载波,36,7.1 二进制数字调制原理,2PSK信号的解调原理和波形图：,1 1 1 0 0 1 0 0,2PSK信号,载波,输出信号,低通输出,37,7.1 二进制数字调制原理,倒现象,38,7.1 二进制数字调制原理,2PSK信号的解调原理和波形图：,1 1 1 0 0 1 0 0,0 0 0 1 1 0 1 1,相位模糊,39,7.1 二进制数字调制原理,功率谱密度 2ASK： 2PSK： 比较可知，两者的表示形式完全一样，区别仅在于基带信号不同，前者为单极性，后者为双极性

10、。因此，可直接引用2ASK信号功率谱密度的公式来表述2PSK信号的功率谱：,40,7.1 二进制数字调制原理,若P =1/2，并考虑到矩形脉冲的频谱： 2PSK信号的功率谱密度为,41,7.1 二进制数字调制原理,42,7.1 二进制数字调制原理,2PSK信号的功率谱特性： 与2ASK的十分相似，带宽是基带信号带宽的 两倍。 区别仅在于当P = 1/2时，其功率谱中无离散 谱，此时2PSK信号实际上相当于抑制载波的 双边带信号。,43,7.1 二进制数字调制原理,7.1.4 二进制差分相移键控（2DPSK） 2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息，所以又称相对相移键控。,

11、44,7.1 二进制数字调制原理,2DPSK信号的波形,45,7.1 二进制数字调制原理,2DPSK信号的调制原理,先对二进制数字基带信号进行差分编码，把 表示数字信息序列的绝对码变换成相对码，然后根据相对码进行绝对调相。,46,7.1 二进制数字调制原理,差分码可取传号差分码或空号差分码。传号差分码的编码规则为 上式的逆过程称为差分译码（码反变换）,47,7.1 二进制数字调制原理,2DPSK信号的解调 相干解调加码反变换法 先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码； 再经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。,2DPSK如何解决载波相位模糊问题？,48,7.1 二进制数字调制原理,2DPSK的解调,49,7.1 二进制数字调制原理,延迟差分相干解调法 直接比较前后码元的相位差，从而恢复发 送的二进制数字信息，又称相位比较法。,50,7.1 二进制数字调制原理,2DPSK的解调,51,7.1 二进制数字调制原理,功率谱密度 2DPSK可以与2PSK具有相同形式的表达式。所不同的是2PSK中的基带信号s(t)对应的是绝对码序列；而2DPSK中的基带信号s(t)对应的是码变换后的相对码序列。2DPSK信号的信号带宽为 与2ASK的相同，也是码元速率