通信系统原理第6章(1)资料

主要内容数字调制系统的组成三大类数字调制方法各种接收系统的原理抗噪声性能分析方法重点系统的组成框图已调信号的性能分析和参数计算各种接收系统的比较信噪比公式第6章基本的数字调制技术引言6.1二进制数字信号的调制6.2二进制数字解调技术与抗噪声性能6.4载波同步6.3四进制数字信号的调制解调调制的实质：将调制信号的频谱搬移到所希望的频率范围，使其转换成适合信道传输的已调信号，同时利于实现频分复用。数字调制方法：以正弦波为载波引言二进制多进制、改进2ASKMASK、QAM2fBKMfBK、MSK2PSK、2DPSKQPSK6.1.3移相键控6.1.2移频键控6.1.1移幅键控6.1二进制数字信号的调制重要参数：信道带宽W2ASK=2RB重要参数：信号带宽B2ASK=2RB6.1.1移幅键控（2ASK）2、功率谱3、调制方法1、信号时域表达式信号波形及频谱图)()()(cscs2ASK2ffPffP4AfPttAstscmcos)()(2ASK信号时域表达式设基带信号s(t)的码元速率为表达式为tf2nTtgaAtscnBnmcos)()(∴2ASK信号根据移幅定义，必须限制s(t)是NRZ信号BBT1R”“空号”“传号01Tt00tstf2AtsB0c1)(cos)(nBnnTtgaAts)()(2ASK功率谱设s(t)的功率谱密度为Ps(f)sm(t)的功率谱密度为P2ASK(f)ttAstscmcos)()(非准确推导：ttstsc222mcos)()()()()()()()(cos)()(cos)()()()(cc2ccccc2cccs2ASK22mffff4Affff2Affff2AtAffff2AtAfPtsfPts)()()(cscs2ASK2ffPffP4AfP取决于NRZ功率谱∵s(t)是NRZ信号)()()(B2BsTfST41f41fPa∴Bc2Bc2BccASK2TffSTffS16Tffff161fPaa)()()()()(当p=1/2时,f0BRBR)(fPsBT2ASK信号波形频谱图1001011+EV0Vs(t)载波2ASKfc+RBfc-RB-fcf0cf)(fPASK2B2ASK=2RB2ASK调制方法模拟调制方式键控方式称为OOK信号s(t)控制开关K的动作，乘法器s(t)sm(t)滤波器cosωct10sm(t)cosωctK当s(t)=0K接01K接16.1.2移频键控信号（2FSK）重要参数：信号带宽B2FSK=2RB+|f1-f2|2、功率谱3、信号波形的互相关系数1、信号时域表达式信号波形及频谱图4、调制方法)cos()()cos()()(n2Bnnn1nBnmtnTtgatnTtgats与an互为反码2FSK信号时域表达式na相位连续的2FSK信号ttstts2111cos)(cos)(sm(t)=Acos(ωt)定义：ω=ωc+Δω特征：一路2FSK信号是两路2ASK信号的合成相位不连续的2FSK信号双极性信号单极性信号=ωc+ks(t)近似分析法：2路2ASK信号的叠加2FSK功率谱ttsttsts2111mcos)(cos)()(∵s1(t)、均为NRZ信号，脉宽为TB)(ts1)()()()()(2221s1s2FSK2ffPffP4AffPffP4AfP1s1s11∴)()()()()()()()()(221122222212B122FSK2ffffffff16ATffSaTffSa16ATffSaTffSa16AfPBBB当p=1/2f0BRBR)(fP1s2FSK信号波形频谱图1001011+EVs(t)载波12FSK-EVs1(t)+EV0V+EV0V载波2)(fPs1B2FSK=2RB+|f1-f2|f1f0)(fPFSK2f2f1)t(1sB2bTA21E信号波形的互相关系数定义：两个信号s1(t)、s0(t)间互相关系数ρBT001bdttstsE1)()(tf2Ats11cos)(tf2Ats20cos)(分析：设f2ff12fffc1fffc2符号波形BT0ccbdttff2tff2T2)(cos)(cosBTf22Sa)(BcBcTf2Tf2Sacos当ρ=0，表示s1(t)和s0(t)正交数值范围[-1，+1]BT2nf2B2T020T021bTA21dttsdttsEBB)()(比特能量影响信号带宽，与RB有关取n=1，信号带宽最小称为最小移频键控MSK信号BcBcBT0cbTf22Tf22Tf22Sdttf22tf22T1aB)()(sin)()(cos)(cosnTf2Bc令nTf22B)(2FSK调制方法相位连续2FSK的调制键控方式s(t)控制开关K的动作，s(t)sm(t)压控VCO1sm(t)cosω1tK0cosω2t当s(t)=0K接01K接1相位不连续2FSK的调制——6.1.3移相键控信号（2PSK、2DPSK）6.1.3.1移相原理6.1.3.2移相键控信号模拟调相：载波相位随调制信号的变化而变化6.1.3.1移相原理数字移相：以载波的初始相位值表示数字信号的状态载波初相：每个码元起始时刻对应的载波相位00121200Φ0Φ1例：二进制数字移相信号的载波初相描述重要参数：信号带宽B2PSK=B2DPSK=2RB3、功率谱4、调制方法2、信号时域表达式6.1.3.2移相键控信号（2PSK与2DPSK）1、信号定义及波形2PSK2DPSK比较ttAstscmcos)()(2PSK：绝对移相键控信号A方式0π或反之B方式221001011+Es(t)-Eπ00π0ππ2222222A方式B方式表示“0”表示“1”载波初相定义：2DPSK：相对移相键控信号△φ：当前码元载波初相φn与相邻前码元载波初相φn-1的差值△φ=φn－φn-12122012A方式0π表示“0”表示“1”B方式22或反之2DPSK波形相对载波初相1001011+Es(t)-EA方式B方式绝对码相对码参考点0002222000001110010绝对码经过差分编码可得到相对码比较1001011+Es(t)-E0000π00π0ππ2PSK2DPSK判0110100倒π现象0判0001011全错错1位缺陷2PSK与2DPSK功率谱2PSK的信号表达式∴2PSK的功率谱密度∵要求s(t)为双极性非归零ttstscmcos)()()()()(cscs2PSK2ffPffP4AfP∵)()(|)(||)(|)()(|)()(|)(B2B2B2BB2mBBsTfST21pfGffGp1pf4mffmfG1p2ffPa∴Bc2Bc2B2PSK2TffSTffS4TAfPaa)()()(频谱图f0BRBR)f(Ps2PSK频谱图B2PSK=2RB-fcfc+RBfc-RBf0cf)(fPPSK2调制方法2PSK键控方式2DPSK键控方式相移φ1sm(t)K0s(t)差分编码cosωct相移φ1sm(t)K0s(t)cosωct6.2二进制数字解调技术与抗噪声性能6.2.12ASK信号的解调6.2.22FSK信号的解调6.2.32PSK与2DPSK信号的解调性能比较6.2.12ASK信号的解调6.2.1.1接收信号描述6.2.1.2非相干解调6.2.1.3相干解调6.2.1.4匹配滤波器匹配滤波器解调6.2.1.1接收信号描述分析：一个信号波形(TB时间)sm(t)=Acosωct0tTB“1”0其它“0”ni(t)发“0”acosωct+ni(t)发“1”带通r(t)r(t)n(t)ni(t)[a+nc(t)]cosωct-ns(t)sinωct发“1”nc(t)cosωct-ns(t)sinωct发“0”=正弦波＋窄带高斯过程r(t)+ni(t)=发送接收6.2.1.22ASK非相干解调r(t)+ni(t)=[a+nc(t)]cosωct-ns(t)sinωct发“1”nc(t)cosωct-ns(t)sinωct发“0”)cos()()(0c2s2cttntna)cos()()(0c2s2cttntn=)()()(tntnatV2s2c1)()()(tntntV2s2c0发“1”发“0”∴r(t)r(t)n(t)ni(t)带通包络检波抽样判决so(t)位同步位脉冲V(t)随机2n22a2v2n02n1eavIvvP)()(2n22v2n0evvP)(dVv0)(vP0)(vP1令最佳判决门限为，满足∴误码为P(0/1)、P(1/0)vdvP1vdvPddV1V01)()(vdvPdV0)(dVpe0=P(1/0)=P(v)dV则pe1=P(0/1)=P(v)dV∴系统总误码率Pe=p(s1)pe1+p(s0)pe0误码率推导)()(d1d0VPVP最佳判决门限误码率与信噪比莱斯分布瑞利分布∴定义:Q函数dvevaIvdvvP2n22dd2av2n0V2nV1)()()(tdetItQ222t0)(),(2n2d2n2d02V2vV2neevdevp)(vdvP1pd1V1e)(∵nav21nn0VnvdevaIv2n22n2nd)()(),(ndneVaQ1p1nandV)t(I0零阶修正贝塞尔函数带通滤波器的输出信噪比定义：归一化门限值nd0Vb2n22a2be200ep),(),(0ndneb2Q1VaQ1p1∴01e0e1epsppspP)()(∴210p1p)()(∵220b0e21b2Q121),(结论：Pe的大小取决于γ、b0时当14e21确定最佳门限电压、2n22dV2nd2n222d2nd02ndeVeaVIVaV)()()()(d0d1VPVP∴∵两边同取自然对数1eaVI2n22a2nd0)(02aaVI2n22nd0)(ln∴∴dV化简2nd2nd02n2aVaVI2a)(ln时12aVd∴∴2Vbnd0同理：时12nd2V2b00b6.2.1.32ASK相干解调[a+nc(t)]cosωct-ns(t)sinωct发“1”nc(t)cosωct-ns(t)sinωct发“0”r(t)+ni(t)=2n2n12ay21yP)(exp)(2n2n02y21yPexp)(∵2∴y(t)=nc(t)发“0”均值为0a+nc(t)发“1”均值为an方差为∴位脉冲cosωcty(t)ni(t)r(t)带通2RB低通抽样判决r(t)so(t)载波提取位同步n(t)正态分布系统总误码率Pe=p(s1)pe1+p(s0)pe0)()(ndV11e2aVerf1211dyyP