第16講頻帶傳輸基本概念2ASK2FSK課件

頻帶傳輸系統(tǒng)頻帶傳輸系統(tǒng)信源編碼信道編碼發(fā)送濾波器接收濾波器信道譯碼信源解碼調制器解調器信源信道信宿調制的基本概念二進制信號的調制與解調載波同步信號的矢量表示多進制信號的調制與解調頻帶信號的功率譜密度信信發(fā)接信信調解信信信調制的基本概念調制的概念電磁波在信道傳輸中，存在信道的頻率選擇特性和信號在傳輸過程中能量的損耗問題，需要對信號源的消息信號進行處理，使其變?yōu)檫m合信道傳輸的形式，這一過程即為調制過程基帶信號往往不能作為傳輸信號，必須把基帶信號轉變?yōu)橐粋€相對基帶頻率而言頻率非常高的信號以適合于信道傳輸。這個信號叫做已調信號，而基帶信號叫做調制信號調制的概念電磁波在信道傳輸中，存在信道的頻率選擇特性和信號在調制是通過改變高頻載波的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號幅度的變化而變化，即：按原始電信號的變化規(guī)律去改變載波某些參量的過程解調則是將基帶信號從載波中提取出來以便接收者處理和理解的過程調制的實質：進行頻譜搬移，把調制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而提高系統(tǒng)信息傳輸的有效性和可靠性調制是通過改變高頻載波的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號模擬調制，連續(xù)波調制，用連續(xù)變化的信號去調制一個高頻載波角度調制(Angularmodulation)相位調制（調相）(Phasemodulation,PM)頻率調制（調頻）(Frequencymodulation,FM)幅度調制（調幅）(Amplitudemodulation,AM)數字調制，用數字信號對高頻載波進行調制相位鍵控調制(Phase-shiftkeying,PSK)頻率鍵控調制(Frequency-shiftkeying,FSK)振幅鍵控調制(Amplitude-shiftkeying,ASK)模擬調制，連續(xù)波調制，用連續(xù)變化的信號去調制一個高頻載波2ASK信號（OOK信號）定義：用二進制基帶信號調制或控制一個載波的幅度2ASK產生：一個單極性矩形脈沖序列與一個正弦載波相乘基帶形成發(fā)送帶通信道接收帶通接收低通取樣判決噪聲2ASK信號（OOK信號）定義：基帶形成發(fā)送帶通信道接收帶2ASK信號的數學表示一般情況下調制信號是具有一定波形形狀的二進制序列，即：二進制序列幅移鍵控信號的一般表達式為：2ASK信號的數學表示第16講頻帶傳輸基本概念2ASK2FSK課件產生e2ASK(t)信號的兩種方法：1）相乘器2）開關電路產生e2ASK(t)信號的兩種方法：2ASK信號的接收分為兩類：1）直接對高頻載波進行采樣判決；利用匹配濾波器的特性，在SNR最大處進行采樣2）從高頻載波從恢復出基帶信號，再進行采樣判決，包括兩種方法：相干解調：使接收到的高頻信號與高頻載波相乘，然后濾除高頻分量包絡檢波：高頻信號的包絡即為攜帶的基帶信號，可以從窄帶平穩(wěn)過程的角度恢復包絡2ASK信號的接收分為兩類：2ASK信號的接收—匹配濾波采用匹配濾波器的最佳接收因為：故匹配濾波器應與s1(t)匹配，則匹配濾波器的沖擊響應為：令t0為Ts，且K=1對h(t)做傅氏變換即可得到匹配濾波器的系統(tǒng)函數條件：高頻信號的相位恒定2ASK信號的接收—匹配濾波采用匹配濾波器的最佳接收條件：高先對s1(t)做傅氏變換先對s1(t)做傅氏變換則系統(tǒng)的傳遞函數為：一般令載波周期為Ts，則上式可化簡為：此即為匹配濾波器的系統(tǒng)函數則系統(tǒng)的傳遞函數為：

匹配濾波器的沖激響應及匹配濾波輸出沖激響應：匹配濾波輸出：在t=Ts

時刻

ys(t)達到最大

SNR達最大值。

當發(fā)送s1(t)信號時，即“1”碼，接收信號r(t)可表示為：則匹配濾波器的輸出為：當發(fā)送s1(t)信號時，即“1”碼，接收信號r(t)可表示假設在t=Ts時，對y(t)進行采樣，則抽樣值為：令：則：假設在t=Ts時，對y(t)進行采樣，則抽樣值為：則在發(fā)送s1(t)信號時，抽樣值y的條件均值、方差、概率密度為：則在發(fā)送s2(t)

=0信號時：則在發(fā)送s1(t)信號時，抽樣值y的條件均值、方差、概率密匹配濾波器的錯判概率：平均誤比特率：當“0”、“1”碼等概出現時：匹配濾波器的錯判概率：在t=Ts時，y(t)抽樣值為：在t=Ts時，y(t)抽樣值為：采用低通濾波器的相干解調在進行相干解調時，一般要求本地載波與高頻信號同頻同相：2ASK信號的接收—相干解調本地載波是通過載波提取電路（窄帶濾波器、鎖相環(huán)、移相器）從y(t)中提取采用低通濾波器的相干解調2ASK信號的接收—相干解調本地載波高斯白噪聲n(t)通過帶通濾波器或窄帶信道后會變成一個包絡和相位緩慢變化、頻率近似為ωc的正弦波，即窄帶高斯白噪聲：可被表示為：是一個標準的窄帶平穩(wěn)隨機過程。其中ρ(t)為隨機包絡函數，φ(t)為隨機相位函數高斯白噪聲n(t)通過帶通濾波器或窄帶信道后會變成一個包絡和又可被表示為：其中：分別稱為n(t)的同相分量和正交分量，且有：兩個分量的性質：1）若n(t)均值為0，兩個分量的均值亦為02）若n(t)是平穩(wěn)的，兩個分量也是平穩(wěn)的3）若n(t)是高斯的，兩個分量同樣滿足高斯特性，同為高斯過程又可被表示為：則在對于相干解調，接收端BPF輸出的信號為：與同頻同相的相干載波相乘后：經LPF濾波：則在對于相干解調，接收端BPF輸出的信號為：2ASK信號的接收—包絡檢波2ASK信號的接收—包絡檢波對于上圖，進入接收帶通濾波器的信號應為e2ASK(t)+n(t)當噪聲信號通過BPF后，變成一個窄帶的高斯噪聲，即窄帶的平穩(wěn)隨機過程對于上圖，進入接收帶通濾波器的信號應為e2ASK(t)+n(BPF接收到的信號為：通過BPF后的噪聲可表示為：則信號e2ASK(t)+n(t)通過BPF后的輸出y(t)可表示為：則BPF的輸出y(t)的包絡為：BPF接收到的信號為：當發(fā)送“1”碼時：在某一時刻T時，V(t)的眼圖睜開程度最大，則在T時刻對其進行采樣，所得樣值V的概率分布滿足廣義瑞利分布，也稱萊斯分布，其概率密度函數：其中I0(x)為零階修正貝塞爾函數，當x大于等于0時，I0(x)是單調升函數I0(0)=1當發(fā)送“0”碼時：樣值V的概率分布滿足瑞利分布：當發(fā)送“1”碼時：則根據右側概率密度曲線圖以及樣值V的概率密度，即可求得誤判概率那么誤碼率（“1”“0”等概）：最佳判決門限（“1”“0”等概）：則根據右側概率密度曲線圖以及樣值V的概率密度，即可求得誤判概相位隨機的載波的最佳接收相位隨機的載波的最佳接收定義用基帶數字信號控制載波頻率。當傳送“1”碼時送出一個頻率f1，傳送“0”碼時送出另一個頻率f22FSK信號的數學表示：2FSK定義2FSK第16講頻帶傳輸基本概念2ASK2FSK課件e2FSK(t)可以看成是兩個頻率不同的e2ASK(t)信號的疊加e2FSK(t)可以看成是兩個頻率不同的e2ASK(t)信號2FSK的相干解調2FSK的相干解調2FSK的非相干解調2FSK的非相干解調對于2FSK信號的解調與2ASK信號解調一樣可以采用相干解調和包絡檢波兩種方法，只是需要兩套相干解調和包絡檢波電路此外，2FSK信號的解調還有鑒頻法、過零檢測法及差分檢波法對于2FSK信號的解調與2ASK信號解調一樣可以采用相干解調采用匹配濾波器接收正交2FSK信號信號的正交性：有兩個信號f(t)與g(t)，其內積為：若內積為零，則表示兩個信號正交物理意義：信號的內積表示兩個信號的相似程度，內積越大，相似程度越大；為0時表示正交采用匹配濾波器接收正交2FSK信號信號的正交性：有兩個信號f上支路匹配濾波器的沖擊響應為：上支路匹配濾波器的沖擊響應為：接收系統(tǒng)的輸入r(t)為（s1(t)與s2(t)正交）：上支路下支路上支路匹配濾波器的沖擊響應為：上支路下支路那么當信號s1(t)+n(t)通過下支路時，下支路匹配濾波器的采樣輸出為：根據正交性原理，上式第一項為0，則此時的采樣輸出：同理，當信號s1(t)+n(t)通過下支路時，上支路的采樣輸出為：即：s1(t)信號不會出現在下支路，s2(t)信號不會出現在上支路那么當信號s1(t)+n(t)通過下支路時，下支路匹配濾s1(t)s2(t)2FSK進入上支路的信號進入下支路的信號s1(t)s2(t)2FSK進入上支路的信號進入下支路的信號假設r(t)只有一個碼元周期的信號進入接收系統(tǒng)，則：若上述情況相反，則：假設r(t)只有一個碼元周期的信號進入接收系統(tǒng)，則：若上述情因此有判決公式：其中因y1與y2為高斯過程，則l也為高斯過程。我們可以將l看作是上下支路組成的等效系統(tǒng)的輸出的抽樣，那么確定最佳判決門限和平均誤比特率的方法與用匹配濾波接收2ASK信號的方法相同因此有判決公式：第16講頻帶傳輸基本概念2ASK2FSK課件頻帶傳輸系統(tǒng)頻帶傳輸系統(tǒng)信源編碼信道編碼發(fā)送濾波器接收濾波器信道譯碼信源解碼調制器解調器信源信道信宿調制的基本概念二進制信號的調制與解調載波同步信號的矢量表示多進制信號的調制與解調頻帶信號的功率譜密度信信發(fā)接信信調解信信信調制的基本概念調制的概念電磁波在信道傳輸中，存在信道的頻率選擇特性和信號在傳輸過程中能量的損耗問題，需要對信號源的消息信號進行處理，使其變?yōu)檫m合信道傳輸的形式，這一過程即為調制過程基帶信號往往不能作為傳輸信號，必須把基帶信號轉變?yōu)橐粋€相對基帶頻率而言頻率非常高的信號以適合于信道傳輸。這個信號叫做已調信號，而基帶信號叫做調制信號調制的概念電磁波在信道傳輸中，存在信道的頻率選擇特性和信號在調制是通過改變高頻載波的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號幅度的變化而變化，即：按原始電信號的變化規(guī)律去改變載波某些參量的過程解調則是將基帶信號從載波中提取出來以便接收者處理和理解的過程調制的實質：進行頻譜搬移，把調制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而提高系統(tǒng)信息傳輸的有效性和可靠性調制是通過改變高頻載波的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號模擬調制，連續(xù)波調制，用連續(xù)變化的信號去調制一個高頻載波角度調制(Angularmodulation)相位調制（調相）(Phasemodulation,PM)頻率調制（調頻）(Frequencymodulation,FM)幅度調制（調幅）(Amplitudemodulation,AM)數字調制，用數字信號對高頻載波進行調制相位鍵控調制(Phase-shiftkeying,PSK)頻率鍵控調制(Frequency-shiftkeying,FSK)振幅鍵控調制(Amplitude-shiftkeying,ASK)模擬調制，連續(xù)波調制，用連續(xù)變化的信號去調制一個高頻載波2ASK信號（OOK信號）定義：用二進制基帶信號調制或控制一個載波的幅度2ASK產生：一個單極性矩形脈沖序列與一個正弦載波相乘基帶形成發(fā)送帶通信道接收帶通接收低通取樣判決噪聲2ASK信號（OOK信號）定義：基帶形成發(fā)送帶通信道接收帶2ASK信號的數學表示一般情況下調制信號是具有一定波形形狀的二進制序列，即：二進制序列幅移鍵控信號的一般表達式為：2ASK信號的數學表示第16講頻帶傳輸基本概念2ASK2FSK課件產生e2ASK(t)信號的兩種方法：1）相乘器2）開關電路產生e2ASK(t)信號的兩種方法：2ASK信號的接收分為兩類：1）直接對高頻載波進行采樣判決；利用匹配濾波器的特性，在SNR最大處進行采樣2）從高頻載波從恢復出基帶信號，再進行采樣判決，包括兩種方法：相干解調：使接收到的高頻信號與高頻載波相乘，然后濾除高頻分量包絡檢波：高頻信號的包絡即為攜帶的基帶信號，可以從窄帶平穩(wěn)過程的角度恢復包絡2ASK信號的接收分為兩類：2ASK信號的接收—匹配濾波采用匹配濾波器的最佳接收因為：故匹配濾波器應與s1(t)匹配，則匹配濾波器的沖擊響應為：令t0為Ts，且K=1對h(t)做傅氏變換即可得到匹配濾波器的系統(tǒng)函數條件：高頻信號的相位恒定2ASK信號的接收—匹配濾波采用匹配濾波器的最佳接收條件：高先對s1(t)做傅氏變換先對s1(t)做傅氏變換則系統(tǒng)的傳遞函數為：一般令載波周期為Ts，則上式可化簡為：此即為匹配濾波器的系統(tǒng)函數則系統(tǒng)的傳遞函數為：

匹配濾波器的沖激響應及匹配濾波輸出沖激響應：匹配濾波輸出：在t=Ts

時刻

ys(t)達到最大

SNR達最大值。

當發(fā)送s1(t)信號時，即“1”碼，接收信號r(t)可表示為：則匹配濾波器的輸出為：當發(fā)送s1(t)信號時，即“1”碼，接收信號r(t)可表示假設在t=Ts時，對y(t)進行采樣，則抽樣值為：令：則：假設在t=Ts時，對y(t)進行采樣，則抽樣值為：則在發(fā)送s1(t)信號時，抽樣值y的條件均值、方差、概率密度為：則在發(fā)送s2(t)

=0信號時：則在發(fā)送s1(t)信號時，抽樣值y的條件均值、方差、概率密匹配濾波器的錯判概率：平均誤比特率：當“0”、“1”碼等概出現時：匹配濾波器的錯判概率：在t=Ts時，y(t)抽樣值為：在t=Ts時，y(t)抽樣值為：采用低通濾波器的相干解調在進行相干解調時，一般要求本地載波與高頻信號同頻同相：2ASK信號的接收—相干解調本地載波是通過載波提取電路（窄帶濾波器、鎖相環(huán)、移相器）從y(t)中提取采用低通濾波器的相干解調2ASK信號的接收—相干解調本地載波高斯白噪聲n(t)通過帶通濾波器或窄帶信道后會變成一個包絡和相位緩慢變化、頻率近似為ωc的正弦波，即窄帶高斯白噪聲：可被表示為：是一個標準的窄帶平穩(wěn)隨機過程。其中ρ(t)為隨機包絡函數，φ(t)為隨機相位函數高斯白噪聲n(t)通過帶通濾波器或窄帶信道后會變成一個包絡和又可被表示為：其中：分別稱為n(t)的同相分量和正交分量，且有：兩個分量的性質：1）若n(t)均值為0，兩個分量的均值亦為02）若n(t)是平穩(wěn)的，兩個分量也是平穩(wěn)的3）若n(t)是高斯的，兩個分量同樣滿足高斯特性，同為高斯過程又可被表示為：則在對于相干解調，接收端BPF輸出的信號為：與同頻同相的相干載波相乘后：經LPF濾波：則在對于相干解調，接收端BPF輸出的信號為：2ASK信號的接收—包絡檢波2ASK信號的接收—包絡檢波對于上圖，進入接收帶通濾波器的信號應為e2ASK(t)+n(t)當噪聲信號通過BPF后，變成一個窄帶的高斯噪聲，即窄帶的平穩(wěn)隨機過程對于上圖，進入接收帶通濾波器的信號應為e2ASK(t)+n(BPF接收到的信號為：通過BPF后的噪聲可表示為：則信號e2ASK(t)+n(t)通過BPF后的輸出y(t)可表示為：則BPF的輸出y(t)的包絡為：BPF接收到的信號為：當發(fā)送“1”碼時：在某一時刻T時，V(t)的眼圖睜開程度最大，則在T時刻對其進行采樣，所得樣值V的概率分布滿足廣義瑞利分布，也稱萊斯分布，其概率密度函數：其中I0(x)為零階修正貝塞爾函數，當x大于等于0時，I0(x)是單調升函數I0(0)=1當發(fā)送“0”碼時：樣值V的概率分布滿足瑞利分布：當發(fā)送“1”碼時：則根據右側概率密度曲線圖以及樣值V的概率密度，即可求得誤判概率那么誤碼率（“1”“0”等概）：最佳判決門限（“1”“0”等概）：則根據右側概率密度曲線圖以及樣值V的概率密度，即可求得誤判概相位隨機的載波的最佳接收相位隨機的載波的最佳接收定義用基帶數字信號控制載波頻率。當傳送“1”碼時送出一個頻率f1，傳送“0”碼時送出另一個頻率f22FSK信號的數學表示：2FSK定義2FSK第16講頻帶傳輸基本概念2ASK2FSK課件e2FSK(t)可以看成是兩個頻率不同的e2ASK(t)信號的疊加e2FSK(t)可以看成是兩個頻率不同的e2ASK(t)信號2FSK的相干解調2FSK的相干解調2FSK的非相干解調2FSK的非相干解調對于2FSK信號的