cm-通信原理-第7章-數(shù)字調(diào)制(新)資料.ppt

數(shù)字帶通傳輸,通信原理（第7版）,第7章,樊昌信曹麗娜編著,課件制作：曹麗娜,二進制數(shù)字調(diào)制/解調(diào)原理2ASK2FSK2PSK/2DPSK二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較,本章內(nèi)容:,第7章數(shù)字調(diào)制,數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字基帶信號控制載波某個參數(shù)的過程。數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)：包括調(diào)制/解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。,振幅鍵控頻移鍵控相移鍵控,模擬調(diào)制法數(shù)字鍵控法,二進制和多進制調(diào)制基本調(diào)制和新型調(diào)制,方法,分類,AmplitudeShiftKeying,FrequencyShiftKeying,PhaseShiftKeying,ASK,PSK,FSK,概述,借用：模擬調(diào)制第5章的概念和方法數(shù)字基帶傳輸?shù)?章的分析方法和結(jié)論,對比：共性個性,教學策略“借用和對比”,二進制數(shù)字調(diào)制原理,7.1,1,0,1,1,0,1,s(t),載波,2ASK,t,表達式：,2ASK也稱OOK,t,t,原理：,波形：,單極性,Ts,s(t)載波幅度,7.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）,2ASK產(chǎn)生,模擬調(diào)制法,鍵控法,2ASK解調(diào),包絡(luò)檢波法,相干解調(diào)法,2ASK解調(diào),包絡(luò)檢波法,相干解調(diào)法,判決規(guī)則調(diào)制規(guī)則,相呼應(yīng),原理：波形：表達式：,2FSK可視為兩個不同載頻的2ASK的疊加,s(t)載波頻率,7.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）,模擬調(diào)頻法：相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的。鍵控法：相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。,2FSK產(chǎn)生,特點：轉(zhuǎn)換速度快、電路簡單、產(chǎn)生的波形好、頻率穩(wěn)定度高。,包絡(luò)檢波法,2FSK解調(diào),0,1,0,1,判決規(guī)則：s1s2判為“1”s1s2判為“0”,調(diào)制規(guī)則：1“1”2“0”,s1,s2,其他解調(diào)方法：鑒頻法、差分檢測法、過零檢測法等。,相干解調(diào)法,過零檢測法,FSK應(yīng)用：,在數(shù)字通信中應(yīng)用較為廣泛，尤其適用于衰落信道（如短波無線電信道）的場合。國際電信聯(lián)盟（ITU）建議在數(shù)據(jù)率低于1200b/s的場合采用2FSK體制。,原理：波形：表達式：,雙極性,s(t)載波相位,7.1.3二進制相移鍵控（2PSK）,2PSK產(chǎn)生,鍵控法,2PSK解調(diào),模擬調(diào)制法,2PSK解調(diào)原理框圖和各點波形：,2PSK存在問題：,解決方案：DPSK,DifferentialPSK,載波相位模糊,倒現(xiàn)象(反相工作),利用前后相鄰碼元的載波相對相位表示信息。,矢量圖:,B方式,A方式,基準2PSK前一2DPSK,原理：,7.1.4二進制差分相移鍵控（2DPSK）,波形:,示例:,差分編碼規(guī)則：,為模2加bn-1為bn的前一碼元最初bn-1可任意設(shè)定,2DPSK產(chǎn)生,構(gòu)思,2DPSK解調(diào),模型,（差分編碼）,（1）2DPSK相干解調(diào)+碼反變換法,相位模糊,消除影響,（2）2DPSK差分相干解調(diào)(相位比較)法,相乘結(jié)果反映了前后碼元的相位差,相乘器起著相位比較的作用,不需要差分譯碼,2ASK、2FSK2PSK/2DPSK波形表達式調(diào)制器解調(diào)器共性個性,對比,分析目的：B和fc,分析方法：借助于基帶信號的功率譜,PowerSpectralDensity,7.1.5二進制數(shù)字已調(diào)信號的功率譜PSD,設(shè)Ps(f)s(t)的PSDP2ASK(f)2ASK信號的PSD則,12ASK信號的功率譜密度,可見，P2ASK(f)是Ps(f)的線性搬移（屬線性調(diào)制）。,單極性,基帶帶寬,2ASK信號的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍。譜的主瓣帶寬（譜零點帶寬）：2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。含有載波分量。Why?,fB=1/TB=RB,2PSK信號的頻譜與2ASK的十分相似；帶寬也是基帶信號帶寬的兩倍：區(qū)別僅在于當P=1/2時，譜中無離散譜（即載波分量）。,22PSK/2DPSK信號的功率譜密度,雙極性,32FSK信號的功率譜密度,連續(xù)譜形狀隨著兩個載頻之差的大小而變化,譜零點帶寬：,二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能,7.2,概述,性能指標：系統(tǒng)的誤碼率Pe分析方法：借用數(shù)字基帶系統(tǒng)的方法和結(jié)論分析條件：恒參信道（傳輸系數(shù)取為K）信道噪聲是加性高斯白噪聲背景知識：窄帶噪聲正弦波+窄帶噪聲,a=kA,7.2.12ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能,2ASK-相干解調(diào),（均值a或0，方差n2），一維概率密度函數(shù)：,nc(t)是高斯過程（0，n2）,抽樣：,x高斯,發(fā)送“1”時,發(fā)送“0”時,設(shè)判決門限為b，則判決規(guī)則為：,b,xb，判為“1”xb，判為“0”,咦？好像與單極性基帶系統(tǒng)的情況類似！,因此，借助單極性基帶系統(tǒng)的分析結(jié)果：,=單極性基帶信號+高斯噪聲,等概時,等概時,可方便地得到2ASK-相干系統(tǒng)的分析結(jié)果：,借用：,2ASK信號相干解調(diào)時系統(tǒng)的總誤碼率為,r1時,解調(diào)器輸入端信噪比,包絡(luò)檢波器（整流低通）,2ASK-包絡(luò)檢波,正弦波+窄帶高斯噪聲,窄帶高斯噪聲,當發(fā)送“1”符號時，包絡(luò)檢波器的輸出為當發(fā)送“0”符號時，包絡(luò)檢波器的輸出為,廣義瑞利分布,瑞利分布,式中，n2為窄帶高斯噪聲n(t)的方差。,抽樣值Vb時，判為“1”抽樣值Vb時，判為“0”,設(shè)判決門限為b，判決規(guī)則為,發(fā)“1”錯判為“0”的概率為,利用MarcumQ函數(shù)：,r=a2/2n2信號噪聲功率比b0=b/n歸一化門限值,則P(0/1)可借助MarcumQ函數(shù)表示為,發(fā)“0”錯判為“1”的概率為,系統(tǒng)的總誤碼率為,當P(1)=P(0)時，有,包檢系統(tǒng)的Pe取決于信噪比r和歸一化門限值b0,求最佳判決門限，令：,當P(1)=P(0)時，有,最佳判決門限:,歸一化最佳判決門限:,實際情況系統(tǒng)工作在大信噪比情況下，最佳門限應(yīng)取：此時，系統(tǒng)的總誤碼率為：,當r時，上式的下界為：,2ASK系統(tǒng)抗噪聲性能,歸納,相干解調(diào)：,包絡(luò)檢波：,條件：,比較：,當r相同時，Pe相干1時，兩者性能相差不大。,接收端帶通濾波器帶寬為：帶通濾波器輸出噪聲平均功率為：信噪比為：,【7-1】2ASK系統(tǒng)，RB=4.8106波特，1、0等概，接收機輸入信號幅度a=1mV，信道加性高斯白噪聲的單邊PSD為n0=210-15W/Hz。試求：(1)相干解調(diào)時系統(tǒng)的Pe；(2)包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的Pe。,解,(1)同步檢測法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率為(2)包絡(luò)檢波法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率為,當r相同時，Pe相干1時，兩者的性能相差不大。,評注,7.2.22FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能,相干解調(diào),n1(t)和n2(t)是ni(t)經(jīng)過上、下帶通濾波器的輸出噪聲窄帶高斯噪聲,均值同為0方差同為n2,只是中心頻率不同而已,發(fā)“1”時：,經(jīng)過相干解調(diào)后，送入抽樣判決器的兩路波形分別為：上支路下支路,式中，n1c(t)和n2c(t)均為低通型高斯噪聲，(0，n2),x1x2時，判為“1”x1x2時，判為“0”,發(fā)“1”錯判為“0”的概率為,z=(x1x2)高斯均值a方差z2=2n2,判決規(guī)則,上、下支路的對稱性，P(1/0)=P(0/1),r1時,發(fā)“0”錯判為“1”的概率,2FSK-相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率為,包絡(luò)檢波器,包絡(luò)檢波器,發(fā)“1”符號（對應(yīng)1）時：,2FSK-包絡(luò)檢波,廣義瑞利分布,瑞利分布,一維概率密度函數(shù)分別為：,上支路,下支路,V1V2時，判為“1”V1V2時，判為“0”,判決規(guī)則,發(fā)“1”錯判為“0”的概率為,根據(jù)MarcumQ函數(shù)的性質(zhì):,可得：,令,代入上式，簡化為：,對比：2FSK-相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率,因此，2FSK-包絡(luò)檢波系統(tǒng)的總誤碼率為,r1,發(fā)“0”錯判為“1”的概率為,【7-2】采用2FSK方式在等效帶寬為2400Hz的信道上傳輸二進制數(shù)字。f1=980Hz，f2=1580Hz，RB=300波特。接收端輸入（信道輸出端）的信噪比為6dB。試求：（1）2FSK信號的帶寬；（2）包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的誤碼率；（3）同步檢測時系統(tǒng)的誤碼率。,（2）上、下支路帶通濾波器(BPF)的帶寬近似為：,它僅是信道等效帶寬（2400）的1/4，故噪聲功率也減小為原來的1/4，因而BPF的輸出信噪比比輸入信噪比提高了4倍,解,（3）同步解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率:,信道輸出端信噪比為6dB（即4），帶通濾波器輸出端（解調(diào)器輸入端)的信噪比為：,因此，包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的誤碼率：,在任意一個TB內(nèi)，2PSK和2DPSK都可表示為：,2PSK信號,2DPSK信號,原始數(shù)字信息（絕對碼）,相對碼,7.2.32PSK/2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能,12PSK相干解調(diào)系統(tǒng),因此，x(t)的一維概率密度函數(shù)為:,高斯噪聲(0，n2),高斯噪聲(a，n2),與雙極性基帶系統(tǒng)的情況類似,=雙極性基帶信號+高斯噪聲,可見,因此，借助雙極性基帶系統(tǒng)的分析結(jié)果：,等概時,等概時,可方便地得到2PSK-相干系統(tǒng)的分析結(jié)果：,2PSK信號相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率：,r1時,解調(diào)器輸入端信噪比,f點：絕對碼序列。只需在Pe2PSK基礎(chǔ)上考慮碼反變換器對誤碼率的影響即可。,e點：相對碼序列。由2PSK誤碼率公式來確定：,22DPSK相干解調(diào)(極性比較)+碼反變換,（無誤碼）,（bn錯1個碼）,（bn連錯2個碼）,（bn連錯n個碼）,an總是錯2個,碼反變換器對誤碼的影響：,an錯2個,在大信噪比（r1）時，Pe1)時,兩者性能相差不大。,討論,12.3dB,已知包絡(luò)檢波2ASK所需的信噪比為15.3dB，若要求相同的誤碼率，則包絡(luò)檢波2FSK所需的信噪比為多少dB？,？,B2FSK不僅與基帶信號帶寬有關(guān)，且與兩個載頻之差有關(guān)。,設(shè)基帶信號的譜零點帶寬為RB=1/TS，則有：,在RB一定時，2FSK的頻帶利用率最低，有效性最差。,2頻帶帶寬有效性,易受信道參數(shù)變化的影響。不適于在變參信道中傳輸。,2ASK：,（等概時）不易受信道參數(shù)變化的影響。,2PSK：,不需要人為地設(shè)置判決門限，因而對信道的變化不敏感。適用于變參信道傳輸場合。,2FSK：,3對信道特性變化的敏感性,通常，非相干方式比相干方式簡