通信原理_教学课件_9

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：①掌握二进制数字调制解调的基本原理；②掌握二进制数字调制系统的抗噪声性能分析方法；③熟悉多进制数字调制原理；④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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1.调制的目的：①将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调信号（频带信号）；②实现信道的多路复用，提高信道利用率；③扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力；④实现传输带宽与信噪比之间的互换。5数字调制概述01230123例如四进制振幅调制00011011S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)载波集1011M进制符号序列二进制信源序列载波集S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)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2.实现数字调制的两种基本方法：①利用模拟调制的方法去实现数字调制；②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)3.数字调制可分为二进制调制和多进制调制。t111111000tt振幅键控频移键控相移键控7数字调制概述4.主要研究ASK、FSK和PSK信号：①时域表达式和波形②调制与解调方法③功率谱密度④带宽⑤频带利用率⑥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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已调信号数字基带信号GNDcosct载波coscstt()()nsnstagtnT7.1二进制数字调制原理7.1.1二进制振幅键控(2ASK）①基本原理：10101107.1二进制数字调制原理②2ASK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OOK信号。2()cosASKcetstt()()nsnstagtnT1,0,1nPaP概率为概率为117.1二进制数字调制原理③2ASK信号产生方法A.模拟调制法（相乘器法）B.键控法cosct()st2()ASKet开关电路单极性随机脉冲序列乘法器2()ASKet二进制不归零信号cosct()st127.1二进制数字调制原理④2ASK信号解调方法A.非相干解调abc10110100输出信号带通滤波器半波或全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出2()ASKetacb137.1二进制数字调制原理带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出2()ASKetcosct④2ASK信号解调方法A.非相干解调B.相干解调带通滤波器半波或全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出2()ASKet147.1二进制数字调制原理⑤功率谱密度A.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B.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）。2()cosASKcetstt21()()()4ASKBcBcPfPffPff157.1二进制数字调制原理C.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信号的功率谱密度为：()st222sin()sin()()16()()1[()()]16scscsASKcscsccTffTffTPfffTffTffff160f0f2()ASKPf()sPfsfsfscffcfscffcsffcsffcf（a）基带信号（b）已调信号2sf7.1二进制数字调制原理离散谱连续谱D.g(t)为矩形脉冲时2ASK信号的功率谱密度170f()sPfsfsf7.1二进制数字调制原理1/ssBfT基带信号带宽:2ASK22/ssBfT2ASK信号带宽:1/SsRT码元速率:2ASK21(Baud/Hz)2sASKRB频带利用率:0f2()ASKPfscffcfscffscffscffcf2sf基带信号波形带宽的两倍187.1二进制数字调制原理E.g(t)为平方根升余弦滚降谱波形时2ASK信号的功率谱密度0f2()ASKPfBfccfBfcBfcBfccfBB0f()sPf（a）基带信号（b）已调信号2B197.1二进制数字调制原理(1)2sBf22(1)ASKsBBf1/SssRTf2ASK21(Baud/Hz)1sASKRBBB0f()sPf（a）基带信号0f2()ASKPfBfccfBfcBfcBfccf（b）已调信号2B207.1二进制数字调制原理F.分析：a)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。b)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），则有c)2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。22ASKsBf217.1二进制数字调制原理7.1.2二进制频移键控（2FSK）①时域表达式212()()cos()()cos()FSKnsnnsnnnetagtnTtagtnTt1,0,1nPaP概率概率1,10,nPaP概率概率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2FSK1122()coscosetsttstt1()nsnstagtnT2()nsnstagtnT227.1二进制数字调制原理A.典型波形：B.2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。tt2ASK12ASK2+=t2FSK237.1二进制数字调制原理②2FSK信号的产生方法A.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。B.采用键控法来实现：相邻码元之间的相位不一定连续。模拟调频器()st2()FSKet247.1二进制数字调制原理C.键控法原理载波载波2~f1~f选通开关2选通开关1()st反相器相加器2()FSKet257.1二进制数字调制原理③2FSK信号的解调方法A.非相干解调抽判决器输出2()FSKet带通滤波器1带通滤波器2定时脉冲包络检波器包络检波器267.1二进制数字调制原理B.相干解调抽样判决器输出2()FSKet带通滤波器1带通滤波器2定时脉冲低通滤波器低通滤波器相乘器相乘器t1cost2cos287.1二进制数字调制原理④功率谱密度A.对相位不连续的2FSK信号21122()()cos()cosFSKetsttstt1122211221()[()()4()()]FSKssssPfPffPffPffPffB.2FSK信号功率谱297.1二进制数字调制原理C.令概率P=1/2，是矩形脉冲时,可推导得到：22112112222221122sin()sin()()[16()()sin()sin()]()()1[()()()()]16sssFSKssssssTffTffTPfffTffTffTffTffTffTffffffff307.1二进制数字调制原理2()FSKPfsff20sff00fsff0sff20sf2sf8.01202fff1ssfTfsff00fsff02()FSKPff1f2fsff20sff20ab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。317.1二进制数字调制原理D.分析：a)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处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频f1和f2处；b)连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若|f1–f2|fs，连续谱在f0处出现单峰；若|f1–f2|fs，则出现双峰；c)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2FSK212sBfff327.1二进制数字调制原理d)为了接收端解调，要求f1和f2之间要有足够的间隔d)此时e)频带利用率213~5sffhf2(5~7)(5~7)FSKsBBT211(5~7)(5~7)sFSKsTT12ASK337.1二进制数字调制原理7.1.3二进制相移键控（2PSK）①2PSK信号的时域表达式n表示第n个符号的相位：2()Acos()PSKcnett00,1n，“”“”2Acos,()Acos,1cPSKctPettP概率概率347.1二进制数字调制原理2()cosPSKcetstt()()nsnstagtnT1,1,1nPaP概率概率A.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。1101t0sTB.典型波形357.1二进制数字调制原理②2PSK信号的调制原理A.模拟调制的方法B.键控法乘法器2()PSKet双极性不归零cosct()st码型变换载波发生器信源码序列{ak}2PSK信号0相载波相载波367.1二进制数字调制原理③2PSK信号的解调原理和波形图：111001002PSK信号载波2PSK信号×载波输出信号低通输出载波提取2PSK信号×低通抽样判决时钟提取相干解调输出信号377.1二进制数字调制原理平方2fc滤波分频2PSK信号载波载波提取2PSK平方分频2fc滤波倒现象22221cos1cos22cccxtsttstt387.1二进制数字调制原理③2PSK信号的解调原理和波形图：11100100载波提取2PSK信号×低通抽样判决时钟提取相干解调输出信号2PSK信号载波2PSK信号×载波输出信号低通输出00011011相位模糊397.1二进制数字调制原理④功率谱密度2ASK：2PSK：A.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。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：2cos,()Acos,1cPSKcAtPettP概率概率21()()()4PSKscscPfPffPffc2Acost,()01ASKPetP概率，概率407.1二进制数字调制原理B.若P=1/2，并考虑到矩形脉冲的频谱：C.2PSK信号的功率谱密度为()()SSGfTSafT222sin()sin()()4()()scscsPSKcscsTffTffTPfffTffT417.1二进制数字调制原理222sin()sin()()4()()scscsPSKcscsTffTffTPfffTffT0f0f2()PSKf()BΦfsfsfcsffcfcsffcsffcsffcf（a）基带信号（b）已调信号2sf427.1二进制数字调制原理C.2PSK信号的功率谱特性：a)与2ASK的十分相似，带宽是基带信号带宽的两倍。b)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。437.1二进制数字调制原理7.1.4二进制差分相移键控（2DPSK）2DPSK是利用前后相邻