通信工程 第7章(chang).ppt

1、1、通信原理，2、通信原理，第7章数字频带传输系统，第3、7章数字频带传输系统，概述数字调制：将数字基带信号转换为数字频带通信号(调制信号)的过程。数字带通传输系统：通常包含调制和解调过程的数字传输系统。数字调制技术有两种使用模拟调制实现数字调制的方法。密钥控制载体通常称为密钥控制方法。基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控数字调制可以分为二进制调制和多进制调制。振幅键控键控，第4、7章数字带通传输系统，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：“通键控制(OOK)”信号表示波形，第5、7章数字带通传输系统，G(t)周期为Ts的基带脉冲波形通常假定高度为1，宽度

2、等于Ts的矩形脉冲。An第n个符号的级别值，对应的2ASK信号是OOK信号。6、7章数字带通传输系统、2ASK信号生成方法模拟调制方法(乘法方法)键控方法、7章数字带通传输系统、2ASK信号解调方法郑智薰干扰解调(包络检测方法)相干解调(同步检测方法)、8、8Ps (f) s(t)的功率谱密度P2ASK (f) 2ASK信号的功率谱密度可自上而下查看，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱Ps (f)的线性移动(线性调制)。如果知道Ps (f)，则可以检查P2ASK (f)。10，7章数字带通传输系统，已知部分6.1.2，单极随机脉冲序列功率谱的一般表达式是样式的fs=1/Ts G(f)单纪宁带

3、字符数g(t)的频谱函数。对于整个空矩形脉冲序列，根据矩形波形g(t)的频谱特性，对所有m 0整数，将、11、7章数字带通传输系统、概率P=1/2和2ASK信号的功率谱密度简化，如下图所示。12、7章数字带通传输系统、2ASK信号的功率谱密度图、13、7章数字带通传输系统、如上图所示，2ASK信号的功率谱由连续频谱和离散频谱组成；连续谱由线性调制的g(t)的杨紫波段谱确定，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，如果仅计算频谱的主瓣(第一频谱零点位置)，则现有fs=1/Ts，即2ASK信号的传输带宽是代码元素速度的两倍。第14、7章数字带通传输系统，7.1.2二进制移位键

4、控(2FSK)基本原理表示：在2FSK中，载波的频率在f1和F2的两个频率点上根据二进制基带信号变化。该表达式可以分解为，15，7章数字波段传输系统，典型波形：如图所示，2FSK信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形(c)。也就是说，2FSK信号可以徐璐被视为不同载波频率的2ASK信号叠加。因此，2FSK信号的时域表示可以重写为16、7章数字带通传输系统、格式中的g(t)单矩形脉冲、Ts脉冲持续时间。n和n分别是第n个字符编号(1或0)的初始阶段，通常可以使其为零。因此，2FSK信号的表达式可以使用模拟FM电路实现，第17、7章数字带通传输系统，表达式的2FSK信号生成方法。也就是说，相邻

5、代码元素之间的信号拓扑是连续变化的。使用按键操作执行：相邻代码元素之间的拓扑不一定连续。第18、7章数字带通传输系统，2FSK信号解调方法郑智薰干扰解调，第19、7章数字带通传输系统，相干解调，第20、7章数字带通传输系统，其他解调方法：鉴频方法，差分检测方法，零交叉检测下图显示了零交叉检测方法的原理框图和各点的时间波形。、21、7章数字带通传输系统、相位不连续2FSK信号的功率谱密度可以看作是s1(t)和s2(t)为双向二进制基带信号的两个不同载波频率的2ASK信号的叠加。根据2ASK信号功率谱密度表达式，为2FSK信号的功率谱密度编写表达式不难。创建概率P=，将2ASK信号频谱的fc分别替

6、换为f1和F2，然后自下而上替换，得到以下格式：22，7章数字带通传输系统，其曲线如下：23，7章数字带通传输系统，如上图所示。相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续频谱由位于f1和F2的两个中心的杨紫频谱叠加组成，离散频谱位于两个载波频率f1和F2。连续光谱的外观取决于两个载波频率的差异| f1 F2 | fs时，出现bimodal。如果以功率谱第一零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽，则带宽大致等于此值，fs=1/Ts是基带信号的带宽。图中的fc是两个载波频率的中心频率。24、7章数字带通传输系统、7.1.3二进制相移键控(2PSK) 2PSK信号的表达式：在2

7、PSK中，二进制“1”和“0”通常与初始相位0一起显示。因此，2PSK信号的时域表达式表示表达式中第n个符号的绝对相位。因此，上板可以替换为、25、7章数字带通传输系统，并且由于两个代码元素的波形相同，极性相反，所以2PSK信号可以表示为2极整空位矩形脉冲序列与1正弦载波的乘积。其中g(t)是脉冲宽度为Ts的单矩形脉冲，an的统计特性是发送二进制符号“0”(an获取1)，e2PSK(t)是发送二进制符号“0”(n获取1)，二进制符号“。用载波的其他相位直接表示相应的二进制数字信号的这种调制方法称为二进制绝对相移方法。26，7章数字带通传输系统，典型波形，27，7章数字带通传输系统，2PSK信号

8、的调制器原理方框图模拟调制方式密钥控制方法，28，7章数字带通传输系统，2PSK信号的调制解调器原理方框图和波形：22但是，由于2PSK信号的载波恢复期间存在的相位模糊性，即恢复的本地载波可能与所需的一致载波相同，反之亦然，因此，由于这种相位关系的不确定性，解调的数字基带信号与发送的数字基带信号相反，如果“1”变为“0”，将“0”变为“1”，则裁判器输出数字信号可能全部出错。这种现象称为2PSK方式的“反向”现象或“反向工作”。这是2PSK方法实际上很少被采用的主要原因。此外，在随机号码元素序列中，信号波形可能会发生较长的连续正弦波，接收端无法识别信元素的开始和结束。为了解决上述问题，可以使用

9、7.1.4节中介绍的差分相移键控(DPSK)系统。第30、7章数字带通传输系统、功率谱密度比较2ASK信号的表示和2PSK信号的表示：2ASK: 2PSK:可以看出，这两者只有基带信号s(t)不同，前者是单极的，后者是偶极的，后者以完全相同的形式出现。因此，为了表示2PSK信号的功率谱，可以直接参考2ASK信号功率谱密度公式。需要注意的是，其中Ps(f)是双极矩形脉冲序列的功率谱。31、7章数字带通传输系统，双极完全占用矩形随机脉冲序列(称为6.1.2)的功率谱密度为P=1/2，考虑矩形脉冲的频谱时，2PSK信号的功率谱密度为、32、7章数字带通传输系统，功率谱密度曲线在上述分析中可见区别在于

10、，当P=1/2时，该光谱中没有不连续的光谱(即载波分量)。此时，2PSK信号实际上相当于抑制载波的双向波段信号。因此，在双极基带信号的作用下，可以看作振幅调制信号。33、7章数字带通传输系统，7.1.4二进制差分相移键控(2DPSK) 2DPSK原理2DPSK利用前后相邻代码元素的载波相对相位变化来传递数字信息，因此称为相对相移键。通过假定当前代码元素和前一主要元素的载波相位差来定义数字信息及其关系，二进制数字信息集及其对应的2DPSK信号的载波相位关系示例如下：34、7章对于数字带通传输系统，所述2DPSK信号的波形如下：在此示例中，对于相同的基带信号，由于初始相位不同，2DPSK信号的相位

11、可以不同。也就是说，2DPSK信号的相位不直接表示基带信号，而是由前后代码元素的相对相位确定信息符号。35、7章数字带通传输系统、数字信息和之间的关系也可以定义为2DPSK信号的矢量图。在b方法中，当前代码元素的拓扑相对于前一个主要元素的拓扑变化/2。因此，相邻代码元素之间必须存在拓扑跳跃。如果接收器检测到此相位跳跃，则可以确定每个代码元素的开始和结束时间。(a) A方法，(b) B方法，36，7章数字带通传输系统，2DPSK信号生成方法首先对二进制数字基带信号进行差分编码，如上图所示。即，将表示数字信息序列的绝对代码转换为相对代码(差分代码)，根据相对代码进行绝对对位，生成二进制差分相移键控

12、信号。在上图中，载波相位最初在数字信息“1”中发生了更改，并且在遇到“0”时使用了指示不发生更改的传输差分代码。第37、7章数字带通传输系统，2DPSK信号调制器原理方框图差分码优选传播差分码或空差分码。其中，编号差异代码的编码约定为格式中，模式2加，bn-1是bn的第一个1码，初始bn-1可以任意设置。上行逆过程称为差分解码(代码逆转换)。即，第38、7章数字带通传输系统、作为2DPSK信号解调方法之一的相干解调(极性比较法)码逆转换方法原理：通过2DPSK信号的一致解调、相对码恢复和码逆转换器转换为绝对码来恢复发送的二进制数字信息。解调过程中，由于载波相位模糊，解调的相对码也可以反转“1”

13、和“0”，但是由差分解码(码反向转换)引起的绝对码不会发生反转现象，从而解决了载波相位模糊引起的问题。第39、7章数字带通传输系统，2DPSK的一致调制解调器结构和每个点波形，第40、7章数字带通传输系统，2DPSK信号的解调方法2:差分相干解调(相位比较)方法，第41、41、7章数字带通传输系统，这些乘法器起到相位比较的作用，乘法结果反映了前后代码元素的相位差，并且可以通过低通滤波器后的采样判定直接恢复原始数字信息，因此调制解调器不需要代码反向转换器。2DPSK系统是一种实用的数字相位调制系统，但是其抗白噪声性能比2PSK低。第42、7章数字带通传输系统、功率谱密度通过上述2DPSK信号的调

14、制过程及其波形来知道，2DPSK可以具有与2PSK相同的形式的表达式。区别在于2PSK的基带信号s(t)是绝对代码序列。2DPSK的基带信号s(t)对应于代码转换后的相对代码序列。因此，2DPSK信号和2PSK信号的功率谱密度相同。信号带宽与2ASK相同，是代码元素速度的两倍。43、7章数字带通传输系统、7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能概述通信系统的抗噪声性能是指系统克服附加噪声影响的能力。在数字通信系统中，信道噪声通常会在以比特错误率测量的传输代码元素中引起错误。因此，与分析数字基带系统的抗噪声性能一样，分析了数字调制系统的抗噪声性能。也就是说，在信道噪声干扰下，查找系统的总误码率。分析

15、条件：假设信道特性是一定的基准信道，并且在信号带内具有理想矩形的传输特性(传输系数k是优选的)。通道噪波是相加高斯白噪声。另外，认为噪声只影响信号接收，系统性能分析在接收端进行。44、7章数字带通传输系统、7.2.1二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能同步检测方法的系统性能分析模型、45、7章数字带通传输系统、计算：在代码元素的持续时间Ts中设置的发送者输出的信号波形为每个时间(0、Ts)、46、7章数字带通传输系统，为简洁起见，信号在信道传输后固定衰减，不发生失真(信道传输系数为k)，a=AK、ni(t)是平均0的加高斯白噪声。假定接收侧带通滤波器具有理想的矩形传输特性，因此信号准确而

16、不失真地通过，那么带通滤波器的输出波形是表达式，n(t)是通过带通滤波器的高斯白噪声ni(t)的输出噪声。第47、7章数字带通传输系统，根据第3章随机信号分析，n(t)是平均0，分布式N2的窄带高斯噪声，乘以y(t)和相干载波2cos CT，然后用低通滤波器过滤高频分量，从采样晶体输入中获得的波形为，48Nc(t)也是高斯噪声，平均值为0，方差为N2，因此x(t)也是高斯随机过程，平均值分别为a(发送1 时)和0(发送0 时)，方差等于N2。如果将第k个符号的采样时间设置为kTs，则kTs时间的x(t)采样值为高斯随机变量。因此，在发送“1”时，x的一维概率密度函数是，49，7章数字带通传输系统，在发送“0”时，x的一维概率密度函数是f1(x)和f0(x)的曲线是：当决定阈值为b，决定规则为x b时，决定规则为“1”x b时的“0”，50，7章数字带通传输系统，当决定规则为x b时，判定为“1”x b时，判断为“0”时，错误接收为“1”的概率是样品值x小于或等于