北京交通大学通信原理课件-郭宇春6-数字频带传输_v10

2010-11-24通信系统原理-郭宇春1通信系统原理北京交通大学电子信息工程学院通信工程教研室郭宇春2010-11-24通信系统原理-郭宇春2Chap.6数字信号频带传输1.数字调制概述2.幅移键控2ASK3.频移键控2FSK4.相移键控2PSK5.多元数字调制6.现代数字调制方式P220：1，2，5，6，10，12，13，162010-11-24通信系统原理-郭宇春36.1数字调制概述数字频带传输系统不受信道、天线等限制可实现多路频分复用抗噪声能力比基带传输高数字调制根据调制器参数:ASK；FSK；PSK根据基带信号形式:二元调制;多元调制2010-11-24通信系统原理-郭宇春4数字调制方法开关法(On-off)或键控法ASKFSKPSKttt幅移键控频移键控相移键控2010-11-24通信系统原理-郭宇春56.2幅移键控ASK1.产生方法2.信号波形与功率谱3.解调方法4.误码性能分析2010-11-24通信系统原理-郭宇春62010-11-2466.2幅移键控ASK产生方法乘法器法、键控法(开关键控法OOK)ASK信号波形2010-11-24通信系统原理-郭宇春7ASK信号的功率谱ASK信号的有效带宽BASK=2/TB(Hz)ASK信号的频带利用率=Rb/B=1/2(bit/s/Hz)基带信号的有效带宽Bf=1/TB(Hz)ASK信号的功率PASK=A2/4(W)001()()()4ASKaaSfSffSff()()cosASKcStatt()()nbnatagtnT）出现概率为（，出现概率为，PPan101ASK信号的功率谱2010-11-24通信系统原理-郭宇春8ASK信号的解调(a)相干解调(b)非相干解调2010-11-24通信系统原理-郭宇春9ASK信号非相干解调误码性能假定信道噪声为加性高斯白噪声，其均值为0、方差为；接收的信号为：接收带通滤波器BPF的输出为：经包络检波器检测，输出包络信号：2n”，发“”发“，001cos)(tAtsc”发“，”发“，0sin)(cos)(1sin)(cos)(cos)(ttnttnttnttntAtntstycscccsccci”，发“”，发“0)()(1)()()(2222tntntntnAtxscsc2010-11-24通信系统原理-郭宇春10ASK信号非相干解调误码性能经过LEDx~赖斯分布,传号时x~瑞利分布,空号时最佳阈值电平大信噪比下经简化运算得0)(xp)(0xp)(1xpbVboVx2AVbo48212122eePAe2122812AAVbo2010-11-24通信系统原理-郭宇春11ASK信号相干解调误码性能接收带通滤波器输出抽样判决器输入端”发“，”发“，0sin)(cos)(1sin)(cos)(cos)(ttnttnttnttntAtycscccsccc()1()()0ccAntxtnt，发“”，发“”2010-11-24通信系统原理-郭宇春12ASK信号相干解调误码性能P(1)=P(0),最佳阈值电平Vb=A/242122212erfcAerfcPe222AA：信号幅度2=noBBPF=2noRB41,1rePer2010-11-24通信系统原理-郭宇春13相干解调与非相干解调性能比较由近似公式x1相干解调误码率在1时，优于非相干解调性能2()xeerfcxx41124ePerfce44112eePePe相干非相干2010-11-24通信系统原理-郭宇春146.3频移键控FSK1.产生方法2.信号波形与功率谱3.解调方法4.误码性能分析2010-11-24通信系统原理-郭宇春15FSK信号的产生键控法（频率转换法）FSK信号相位不连续2010-11-24通信系统原理-郭宇春16FSK信号的产生压控振荡法(直接调频)FSK信号相位连续压控振荡器()gt()FSKst2010-11-24通信系统原理-郭宇春17FSK信号的产生FSK信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形（c），也就是说，一个FSK信号可以看成是两个不同载频的ASK信号的叠加。ttt()2FSKa信号11)cosbstt（22()coscstt2010-11-24通信系统原理-郭宇春18FSK信号设计与分析信号正交条件121201220000001()()2cos()cos()(2)()cosBBTTBBBBStStdtEEAttdtTSaTSaTT0bmTTb0π2TmdttSdttSEEETT)()(bb022021b21120,b2πTnbb44RnTnfb2122Rnffffff01fff02传号、空号比特能量相等b0b0bSa(2)0,Sacos0TTT设或m为正整数要求则需则那么2010-11-24通信系统原理-郭宇春19FSK表示式FSK00B100BB200π()cos()2π()cos()02π()cos()02BBnstAtTnstAttTTnstAttTT（传号）（空号）2010-11-24通信系统原理-郭宇春202-2/301.0FSK信号相关系数2BT频移指数不连续相位FSK应有CPFSK2212nRffRfhBB323BBfRT326hFSKBB21(3~5)(5~7)BBRTT21h，43h3π4BTB2π4T01212Bmin3πSa(2)Sa()0.2122BTT最小频移键控MSKCPFSKBB322.754BBRRRMSKB122.52BBBRRR2010-11-24通信系统原理-郭宇春21FSK信号：功率谱及带宽FSK信号的有效带宽FSK信号的功率PFSK=A2/2(W)BRnfff2212,3-5n为正整数一般为22FSK1122111122()()()16()()161()()()()16bbbbbbTSfSaffTSaffTTSaffTSaffTffffffff概率P=½2FSK21222BBBffRfR2010-11-24通信系统原理-郭宇春22FSK信号：功率谱及带宽相位连续2FSK：CPFSK连续谱形状随两载频之差大小而变化若|f1–f2|Rb，连续谱在fc处出现单峰;否则出现双峰Rb=1/Tb为基带信号带宽fc为两个载频的中心频率2010-11-24通信系统原理-郭宇春23FSK信号的解调非相干解调相干解调比较判决12“1”码12“0”码比较判决V1V2“1”码V1V2“0”码BPF1BPF2判决TLED1LED212x(t)f1f2BPF1BPF2cos1tcos2t判决TLPF1LPF2x(t)V2V1f1f22T__带宽2010-11-24通信系统原理-郭宇春24FSK信号非相干解调误码性能误码率为24212122eePAeBPF1BPF2判决TLED1LED212x(t)f1f22010-11-24通信系统原理-郭宇春25FSK信号相干解调误码性能误码率为2112222eAPerfcerfcBPF1BPF2cos1tcos2t判决TLPF1LPF2x(t)V2V1f1f22010-11-24通信系统原理-郭宇春26FSK特点比较判决无确定最佳阈值电平的问题不要求发端P(0)=P(1)占用带宽大一般5/T~7/TCPFSKMSK：最小频移键控2010-11-24通信系统原理-郭宇春276.4相移键控PSK1.产生方法2.信号波形与功率谱3.解调方法4.误码性能分析5.A方式与B方式6.相位模糊7.差分相移键控DPSK2010-11-24通信系统原理-郭宇春28PSK信号产生及波形直接调相法键控法(相位选择法)信号波形fc=1.5RB1--0相0--相延续前一码元周期波形，1码与0码之间反相一个码元周期内的波形不是整数个载波周期fc=RB2010-11-24通信系统原理-郭宇春29PSK信号的功率谱PSK信号的有效带宽BPSK=2/TB(Hz)PSK信号的功率PPSK=A2/2(W)FSK信号的功率PFSK=A2/2(W)ASK信号的功率PASK=A2/4(W)FSK信号的有效带宽BFSK=2f+2/TB(Hz)ASK信号的有效带宽BASK=2/TB(Hz)2010-11-24通信系统原理-郭宇春30PSK信号的解调相干解调BPF1cos1tSDRTLPF1x(t)V1V1Vbo“1”码V1Vbo“0”码判决：最佳阈值电平Vbo为零电平，与信号电平无关输出信号V1=A+nI，“1”码A+nI“0”码2010-11-24通信系统原理-郭宇春31PSK信号相干解调误码性能误码率为A：信号幅度2=n0BBPF=2n0RB2211222eAPerfcerfc2010-11-24通信系统原理-郭宇春32相位的选择：A与B方式A方式０相相B方式/2相/2相０相相/2相/2相110111012010-11-24通信系统原理-郭宇春33PSK的载波同步PSK功率谱中没有离散载频分量不能利用窄带滤波器提取载波非线性变换产生离散载频分量平方环Costas环2010-11-24通信系统原理-郭宇春34倒现象（相位模糊）相位模糊锁相环恢复载波信号与接收载波的相位差可能是0相，也可能是相反相（倒）时，解决办法：DPSK绝对码相对码解决办法：DPSK绝对码相对码V1Vbo“1”码V1Vbo“0”码实际“0”码“1”码2010-11-24通信系统原理-郭宇春35DPSK产生12DPSK(ak)101100111000000000akbkbk-1cosωctk:0123456相对码bk:“1变0不变”bk=ak⊕bk-1设bk-1初始值为1，第一个码元内信号的初相可任意假设。2PSK调制Ts2PSK(bk)2DPSK(ak)akbkbk-1fc=1.5RB0:0相;1:相初始相位0相1变0不变2PSK(bk)2010-11-24通信系统原理-郭宇春36相位差的选择：A与B方式A方式=０相=相B方式=/2相=/2相０相相/2相/2相2010-11-24通信系统原理-郭宇春37DPSK信号解调:相干解调cp(t)a(t)b(t)c(t)d(t)akbk-1BPF载波同步LPF位同步抽样判决TS2PSK解调码反变换bke(t)2010-11-24通信系统原理-郭宇春38DPSK信号解调:相干解调相位模糊不会影响接收端的判决cp(t)a(t)b(t)c(t)d(t)akbk-1BPF载波同步LPF位同步抽样判决TS2PSK解调码反变换bke(t){b’n}{an}发送输出相位发生载波倒时{bn}2010-11-24通信系统原理-郭宇春39DPSK信号解调:差分相干解调码元宽度Ts与载波周期TC满足一定关系时若TS=kTc，则判决规则为若TS=(k+0.5)Tc，则判决规则为BPFTsLPF抽样判决位同步a(t)c(t)d(t)e(t)b(t)cp(t)001100011a(t)b(t)c(t)d(t)cp(t)e