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第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/191西北工业大学2014.4第6章数字信号的频带传输通信原理第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/192第6章数字信号的频带传输6.1引言目的:将数字基带信号变成适于信道传输的数字频带信号,用载波调制方式进行传输。同于模拟,匹配。载波选取:高频正弦波。调制信号:数字、离散。原理:同于模拟,但特殊:高频载波的离散状态携带信息。--数字调制可以看成是模拟线性调制和角调制的特殊情况。分类:数字幅度调制--幅度键控(ASK);数字频率调制--频移键控(FSK);数字相位调制--相移键控(PSK)。分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1936.1引言6.2二进制幅度键控(2ASK)6.3二进制频移键控(2FSK)6.4二进制相移键控(2PSK、2DPSK)6.5二进制数字调制系统的性能比较6.6多进制数字调制系统7.现代数字调制技术特别:调制信号为二进制数字信号时,相应的调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制中,载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态。研究内容:第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1946.1二进制幅度键控(2ASK)6.1.1一般原理与实现方法幅度键控(ASK)属于数字幅度调制,二进制调制时记作2ASK。1.定义:2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波,使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”,无载波输出时表示发送“0”。波形:2ASK1001s(t)tt“1”--通/fc,“0”--断/0。OOK信号第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1952.2ASK信号时域表达式:2ASK()()coscststtnbnnTtgats)()(101nPaP,以概率,,以概率()其中,s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列:3.2ASK信号的产生方法(调制方法)--模拟法;键控法。问:2ASK调制属于DSB调制?OOK~1001(c)(b)(a))(tstccos)(ts)(tsttsfc2ASK()st2ASK()st2ASK()st第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1964.2ASK信号解调----2ASK属于100%的AM调制!--常用方法主要有两种:(1)包络检波法2ASK()()coscststtBPFLPF定时脉冲包检器半波或全波整流抽样判决器图6-22ASK图图图图图图图)(ty{}na)(ts2ASK()stBPF:保证信号顺利通过,滤除带外噪声。输出:s2ASK(t)。包检器:检测已调信号,输出其包络:s(t)。LPF:滤除高频杂波,使基带信号(包络)通过。s(t)抽样判决器:包括抽样、判决及码元形成器。抽样脉冲(位同步)通常位于每个码元中央位置,周期等于码元宽度Tb。问:BPF、LPF如何设计?第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1971()()2xtst(2)相干检测法:2ASK()()coscststtBPFLPF抽样判决器解调器定时脉冲tccos)(tx)(ty)(ts}{na2ASK()stabcdeU{an}1011001s(t)2ASK(a、b)U--门限{a′n}(d)(e)(c)1011001.......各点波形第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1986.2.22ASK信号的功率谱及带宽ttsteccos)()(01()()()4escscPfPffPff则已调信号的功率谱为Pe(f):研究信号功率谱的目的:确定信号的传输带宽(由连续谱),选择或设计传输信道;观察有无所需的频率分量(由离散谱)。重要公式(可以证明):若已调信号可以表示成:其中Ps(f)为调制信号s(t)的功率谱。(6.2-5)第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1992ASK信号的功率谱:2ASK()()coscststt1()()()4escscPfPffPff其中,s(t)为单极性NRZ信号,引用例5.1的结果211()Sa()()44sbbPfTfTf代入式(6.2-5)得,2ASK信号功率谱(6.2-5)22(){Sa[()]Sa[()]}161[()()]16becbcbccTPfffTffTffff(6.2-7)第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1910)()((41)(cscseffPffPfP)(fPsf0)(fPecf0fcfbfbfbcffbcffbcffbcff(a)(b)带宽为:频带利用率为:功率谱:221(){Sa[()]Sa[()]}[()()]1616becbcbccTPfffTffTffff2ASK1(Baud/Hz)2BRB2ASKB222bbBfRTB1/bRT为码元传输速率。第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/19116.2.42ASK系统的抗噪声性能1、相干解调时2ASK系统的误码率假定:信道噪声n(t)为加性高斯白噪声,其均值为0、双边功率谱密度为n0/2;接收的2ASK信号(任一码元Tb内)为:分析模型:BPFLPF抽样判决器解调器定时脉冲c)(tz)(ts}{na2ASK()st()nt)(ty2ASK()st()int()xttcos2cos1()00cRatst,发“”,发“”则:BPF在任一码元内的输出波形为:第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1912()1()()0ccantxtnt,发“”,发“”取本地载波为2cosωct,则抽样判决器输入:问:抽样值的一维pdf?BPFLPF抽样判决器解调器定时脉冲c)(tz)(ts}{na2ASK()st()nt)(ty2ASK()st()int()xttcos2则在任一码元内BPF输出波形为:()()()cos()cos()sin1()cos()sin0Ricccscccscytstntatnttnttnttntt,发“”,发“”(6.2-11)其中:为窄带高斯噪声,其均值为0,方差为。()()cos()siniccscntnttntt202ASKnnB第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1913x(t)抽样值x的一维概率密度为:2021exp()022nnxfx(),发“”22()1()()00cncnantaxtnt,发“”--高斯:、,发“”--高斯:、2121()()exp[]122nnxafx,发“”(6.2-14)(6.2-15)dUxdUx,判为“1”码,判为“0”码设判决门限为Ud,且规定)(0xf)(xf)(1xf)1/0(P)0/1(PdUx*dU0a第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1914存在两种错判的可能性:00(1/0)()()dddPPxUfxxSU11(0/1)()dddUPPxUfxxS阴影面积系统误码率01(1)(0/1)(0)(1/0)11[(0/1)(1/0)]()22ePPPPPPPSS,等概时)(0xf)(xf)(1xf)1/0(P)0/1(PdUx*dU0adUxdUx,判为“1”码,判为“0”码判决:(6.2-19)(6.2-20)(6.2-21)第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1915/2dUa1erfc24erP0111[(0/1)(1/0)]()22ePPPSS)(0xf)(xf)(1xf)1/0(P)0/1(PdUx*dU0a(6.2-23)(6.2-24)将式(6.2-19)、(6.2-20)、(6.2-23)代入式(6.2-21),可得系统误码率为:式中,222nar为解调器输入信噪比。不难看出,当Ud=Ud*时,阴影面积之和最小,即误码率最低。称此使误码率获最小值的门限为最佳门限,显然----等概时第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/191641reerP当r1时,上式近似为:1erfc24erP(6.2-24)(6.2-25)必须注意,式(6.2-24)、式(6.2-25)的适用条件是等概、最佳门限。第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/19172、包络检测时2ASK系统的误码率经包络检波器检测,输出包络信号:问:一维pdf服从什么分布?分析模型:LPF定时脉冲包检器半波或全波整流抽样判决器{}na()xtBPF)(ty2ASK()st2ASK()st()nt()intBPF输出与相干解调时相同,为cos()cos()sin1()()cos()sin0cccscccscatnttnttytnttntt,发“”,发“”2222()()1()()()0cscsantntxtntnt,发“”,发“”第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1918发“1”时,包络检波器输出包络x(t)的抽样值x的一维概率密度函数f1(x)服从莱斯分布;发“0”时,包络检波器输出包络x(t)的抽样值x的一维概率密度函数f0(x)服从瑞利分布。2222()()1()()()0cscsantntxtntnt,发“”,发“”cos()cos()sin1()()cos()sin0cccscccscatnttnttytnttntt,发“”,发“”()fx0()fx1()fx(0/1)P(1/0)PdUax*dU02210222()exp()2nnnxaxxafxI2022()exp()2nnxxfx(6.2-29)(6.2-28)第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1919存在两种错判:一是发送的码元为“1”时,错判为“0”,其概率记为P(0/1);二是发送的码元为“0”时,错判为“l”,其概率记为P(1/0)。00(1/0)()()dddPPxUfxxSU11(0/1)()d0ddUPPxUfxxS阴影面积判决:ddxUxU“1?“0?()fx0()fx1()fx(0/1)P(1/0)PdUax*dU0第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1920当P(1)=P(0)=1/2时)0/1()0()1/0()1(PPPPPe/2dUa421reeP222nar系统的误码率为:)(21)]0/1()1/0([2110SSPPPe不难看出,当Ud=Ud*时,该阴影面积之和最小,即误码率最低。可以证明最佳门限--图中阴影面积和的一半。误码率:其中--包检器输入信噪比。适用条件:等概、大信噪比、最佳门限。()fx0()fx1()fx(0/1)P(1/0)PdUax*dU0第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1921讨论:●在大信噪比情况下,相干解调2ASK系统的抗噪声性能优于非相干解调系统。41rePer相干412rePe包检但两者相差并不太大,且包检解调不需要稳定的本地相干载波,在电路上要比相干解调简单的多。●包络检波法存在门限效应,相干检测法无门限效应。--对2ASK系统,大信噪比条件下使用包络检测,而小信噪比条件下使用相干解调。第6章数字信号的频带传输通信原理2019/12/1922例6.1某2ASK信号码元速率RB=1.2MB,接收端输入信号幅度A=1mV,信道中高斯白噪声双边功率谱密度n0/2=4×10-15W/Hz。试求:(1)包络检波法解调时系统的误码率;(2)同步检测法解调时系统的误码率。解:(1)BPF带宽BPF输出噪声功率解调器输入信噪比622.
本文标题:第6章数字信号的频带传输.
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