通信原理第6章-数字频带传输 ppt课件
数据通信原理第6章
码型的频域特性 抗噪声能力 提取位定时信息 简单二元码 1B2B码 AMI码 HDB3码 2B1Q码
2. 二元码
每个码元上传送一位二进制信息
3. 三元码
4. 多元码
每个码元上传送一位多进制信息
28
2.简单二元码的功率谱
花瓣形状:主瓣,旁瓣 主瓣带宽:信号的近似带宽-----谱零点带宽
数字信息--------------->码型---------->数字信息
5
数字基带信号的码型设计原则
⑴ 码型应不含有直流,且低频成分小,尽量减少高频分量以节约 频率资源减少串音;
(2)码型中应含有定时信息,便于提取定时信息;
(3)码型变换设备要简单; (4)编码应具有一定的检错能力; (5)编码方案应对信息类型没有任何限制; (6)低误码率繁殖;
H ( ) GT ( )C( )GR ( )
假定输入基带信号的基本脉冲为单位冲击δ(t),这样发送 滤波器的输入信号可以表示为
d (t )
k
a (t kT )
k b
图 6 – 6 基带传输系统简化图
38
其中ak 是第k个码元,对于二进制数字信号,ak 的取值为0、 1(单极性信号)或-1、+1(双极性信号)。
(7) 高的编码效率;
6
7
8
1.单极性非归零(NRZ)码 单极性:1---高电平;0---0电平,码元持续期间电平不变 非归零:NRZ (nor-return to zero) 有直流且有固定0电平,多用于终端设备或近距离传输 (线路板内或线路板间);
特点:发送能量大,有利于提高收端信噪比;信道上占 用频带窄;有直流分量,导致信号失真;不能直接提取 位同步信息;判决门限不能稳定在最佳电平上,抗噪声 性能差;需一端接地。
通信PPT课件第六章 信道复用和多址方式
108 kHz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
60 kHz
1个基群包含 12个话路
各基群的载频值
612 kHz 564 516 468 420
552 kHz 5
504 4
456 3
408 2
360 1
312
1个超群包含 5个基群
4
6.1.2波分复用
❖ 波分复用(WDM):光纤通信中利用同一根光纤同时传输波长具有适当间 隔的多个不同光源的光信号。从本质上说,波分复用与频分复用是相同的。 原理如图。
上携带,因此只要幅度信息没有损失,脉冲形状的失真无关紧 要。根据采样定理,传输带宽必须满足
W NWm
❖ PCM带宽:每个抽样用n个脉冲组成的代码表示,因此为
W NnWm
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6.2.2统计时分复用
❖ 统计时分多路复用(ATDM)也叫异步时分多路复用 ❖ 通过动态地分配时隙来进行数据传输的,数据源通过地址码识别。 ❖ 统计复用器具有低速数据输入线和高速复用数据输出线,每一输入线都有缓
交频分复用(OFDM)。
2021
❖ OFDM与使用了全部带宽单载波系统相比,每个子信道的码元速率降到 原来的1/K,但二者数据传输速率是一样的。
❖ OFDM系统的码元时间为T=KTs,Ts-单载波系统的码元时间。选择适当 的K,可使得码间干扰足够小。
❖ 由于子信道达到了较高的信噪比,调制后可以传输更多的信息。
❖ 复用技术和多址技术都是现代通信系统中的重要技术。
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1
6.1 频分多路复用
❖ 6.1.1频分复用 ❖ 频分复用:用不同频率传送不同的消息,实现多路通信。例子:无线电广
通信原理(第六章 数字基带传输系统)图片公式
七、什么是眼图?眼图模型、说明什么问题?
八、时域均衡:基本原理、解决什么问题?如何衡量均 衡效果?
一、数字基带系统和频带系统结构
一、数字基带信号(电波形)及其频谱特性(1)
二元码:幅度取值只有两种“1”、“0”或“1”、 “-1”
单极性非归零码:用高低电平分别表示“1”和“0”, 如图6-1(a) 。一般用于近距离之间的信号传输 双极性非归零码:用正负电平分别表示“1”和“0”, 如图6-1(b)。应用广泛,适应于在有线和电缆信道中 传输。 单极性归零码:有电脉冲宽度比码元宽度窄,每个脉 冲都回到零电位。如图6-1(c)。利于减小码元间波形 的干扰和同步时钟提取。但码元能量小,匹配接收时 输出信噪比低些
二、基带传输码的常用码型(4)
HDB3特点:保持AMI码的优点,三元码,无直流分量,主 要功率集中在码速率fb的1/2出附近(如图)。 位定时频率分量为零,通过极性交替规律得到检错能力。 增加了使连0串减少到 至多3个的优点,而不管 信息源的统计特性如何。
对于定时信号的恢复 是十分有利的。广泛应 用于基带传输与接口码。
Pv (w) = 2p å
¥ m =-
Cn d (w - mws )
2
Pv ( f ) = å
2
Cn d ( f - mf s )
2
故稳态波的双边功率谱密度
Pv ( f ) = å
¥ m =-
f s [ PG1 (mf s ) + (1 - P)G2 (mf s )] ? d ( f
mf s )..(6.1 - 14)
代入(6.1-26)得单极性非归零波形的双边功率谱密度
Ps (w) = Ts 2 1 Sa (p fTs ) + d ( f )..(6.1 - 30) 4 4
通信原理第六章 数字信号的频带传输
通信原理ICommunication Theory安建伟北京科技大学通信工程系第六章 数字信号的频带传输6.1 引言 6.2 二进制数字信号正弦型载波调制 6.3 四相移相键控 6.4 M进制数字调制 6.5 恒包络连续相位调制第6章数字信号的频带传输6.1 引言1.数字信号的正弦型载波调制数字信号 d(t) 调制 频带信号 带通信道s ( t ) = A c o s ( 2 π ft + ϕ ) = F ( d ( t ))用数字基带信号去控制正弦型载波的某参量: ¾ 控制载波的幅度,称为振幅键控(ASK); ¾ 控制载波的频率,称为频率键控(FSK); ¾ 控制载波的相位,称为相位键控(PSK)。
3北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输2. 数字信号的分类 (1)二进制及M进制(M>2); (2)按是否满足叠加原理分类: 线性调制及非线性调制; (3)按已调符号约束关系分类 无记忆调制及有记忆调制。
4北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输6.2 二进制数字信号的正弦载波调制1. 二进制通断键控(OOK或2ASK) 2. 二进制移频键控(2FSK) 3. 二进制移相键控(2PSK或BPSK) 4. 2PSK的载波同步 5. 差分移相键控(DPSK)5北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输 (OOK) 6.2.1 二进制通断键控二进制通断键控(OOK: On-Off Keying) 又名二进制振幅键(2ASK),它是以单极性 不归零码序列来控制正弦载波的导通与关 闭。
即正弦载波的幅度随数字基带信号而 变化。
6北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输1. OOK信号的产生a) 模拟法n = −∞∑+∞a nδ ( t − nTb )b (t ) =a n = 0 或1脉冲成形 滤波器 冲激响应 g T ( t )n = −∞∑+∞a n g T ( t − nTb )sO O K (t ) A cos(2π f c t )b) 键控法载波 cosωct开关电路1 0KSOOK(t)b(t)7北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输¾时域表示b( t ) =n = −∞∑a∞ngT ( t − nTb )其中b(t)为单极性矩形不归零脉冲序列。
通信原理第6章 模拟信号的数字传输
可见:量化电平增加一倍,即编码位数每增加一位, 量化信噪比提高6分贝。
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第6章 模拟信号的数字传输
11
6.1.2 量化
对于正弦信号,大信号出现概率大,故量化信噪比近
似为
Sq Nq
dB
6k
2
(dB)
对于语音信号,小信号出现概率大,故量化信噪比近 似为
取样定理描述:一个频带限制在 0 ~ f H内的连续信
号
m(t ) ,如果取样速率
fs
2
f
,则可以由离散样值
H
序列ms (t)无失真地重建原模拟信号 m(t) 。
取样定理证明:
ms (t) m(t) Ts (t)
M s ( f ) M ( f ) Ts ( f )
Ts ( f )
第6章 模拟信号的数字传输
1、数字通信有许多优点:
抗干扰能力强,远距离传输时可消除噪声积累 差错可控,利用信道编码可使误码率降低。 易于和各种数字终端接口中; 易于集成化,使通信设备小型化和微型化 易于加密处理等。
2、实际中有待传输的许多信号是模拟信号
语音信号; 图像信号; 温度、压力等传感器的输出信号。
于前一个时刻的值上升一个台阶;每收到一个代码 “0”就下降一个台阶。 编码和译码器
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第6章 模拟信号的数字传输
25
6.2.2 △M系统中的噪声
采用△M实现模拟信号数字传输的系统称为△M系统
△M系统中引起输出与输入不同的主要原因是:量化 误差和数字通信系统误码引起的误码噪声。
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第6章 模拟信号的数字传输
通信原理06
s 2 ( t ) A cos 2 ( t )
0 t Tb 0 t Tb
经非理想信道传输,接收信号中的载波初始
相位未知,且是随机的。接收信号表示为
rt
s1 ( t ) A cos( 2 f 1 t ) n w ( t )
s 2 ( t ) A cos( 2 f 2 t ) n w ( t )
图6.2.17 2FSK两信号的互相关系数ρ
12
与
两载波间隔2Δ f之间的关系
4. 2FSK信号的带宽
2FSK信号的近似带宽由卡松公式给出
B FSK 2 f 2 B
假设以数字基带信号功率谱密度的主瓣宽
度为带宽B,则B=Rb。于是,2FSK信号的
带宽是
5. 2FSK信号的解调及其误比特率
Ps ( f ) A
2
4
[ Pb ( f f c ) Pb ( f f c )]
(2) OOK信号的平均功率谱密度
图6.2.3 单极性不归零码及OOK信号的双边功率谱密度
3. OOK信号的接收及其误比特率
图6.2.4 利用带通型匹配滤波器进行解调的最佳接收
带通匹配滤波器的传递函数表示为
f
b ( ) d ] R e[ v ( t ) e
j c t
]
复包络
3. 2FSK两个信号波形之间的互相关系数
2FSK中s1(t)与s2(t)两信号波形之间的互相关系数
2FSK的两信号之间的互相关系数是两载频的频率 间隔 (f1-f2=2Δf)的函数。在ρ12=0时,表示s1(t) 与s2(t)正交,此时的两载频的最小频率间隔为
通信原理樊昌信版第6章数字基带传输系统3
6.5.2 二进制单极性基带系统
f0 ( x )
f1( x )
-A 0 A
f0 ( x )
x
f1 ( x )
13
1、最佳判决门限
2 A P(0) n vd ln 2 A P(1)
(6.5-12)
A 当P(1)=P(0)=1/2时 v 2 2、误码率(设V*d=A/2)
d
眼图可以用来指示接收滤波器的调整,以减 小码间串扰,改善系统性能。
23
眼图的模型
最佳抽样时刻:“眼睛”张开最大的时刻; 判决门限电平:眼图中央的横轴位置对应于判 决门限电平; 对定时误差的灵敏度:眼图斜边的斜率决定了 系统对抽样定时误差的灵敏程度,斜率越大, 对定时误差越灵敏,即要求定时准确;
6.7.1部分响应系统
• 研究问题:基带传输中的有效性问题 • 研究目的:如何设计频带利用率高又可实 现的基带传输系统 • 研究方法:放宽对无码间串扰的要求以提 高有效性
30
问题的提出 由奈奎斯特第一准则知,基带系统的总特性 设计成理想低通特性, 能达到理论上的极限传 输速率,达到最高的频带利用率(2B/Hz)。理 想低通传输特性实现困难,且h(t)的尾巴振荡 幅度大、收敛慢,而对定时要求十分严格。 余弦滚降特性所需的频带加宽了,降低了系 统的频带利用率。 问题:能否找到频带利用率为2B/Hz,满足 “尾巴”衰减大、收敛快,又可实际实现的传 输特性?
34
•讨论g(t)的波形特点
4 cos t / TS g t 2 2 1 4t / TS Ts kTs g (0) 4 , g 1, g 0, k 3 , 5 , 2 2
除了在相邻的取样时刻 t=Ts/2 处 g(t)=1 外, 其余的取样时刻上,g(t) 具有等间隔零点。 g(t)波形的拖尾幅度与t 2成反比,说明g(t)波 形拖尾的衰减速度加快了。
通信原理 第六章 数字基带传输系统
来源: 来源: 计算机输出的二进制数据 模拟信号→ A/D →PCM码组 上述信号所占据的频谱是从直流或低频开始的,故称数 数 字基带信号。 字基带信号
2008.8 copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组 3
基本概念
2、数字信号的传输
1)基带传输 基带传输——数字基带信号不加调制在某些 基带传输 具有低通特性的有线信道中传输,特别是传输距离 不太远的情况下; 2)频带传输 频带传输——数字基带信号对载波进行调制 频带传输 后再进入带通型信道中传输。
2008.8 copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组 19
传输码结构设计的要求
码型变换或成形是数字信息转换为数字信号的过程, 码型变换或成形是数字信息转换为数字信号的过程,不 数字信息转换为数字信号的过程 同的码型将有不同的频谱结构,对信道有着不同的要求。 同的码型将有不同的频谱结构,对信道有着不同的要求。
1 2 3 4 5
引言 数字基带信号码波形 基带传输的常用码型 基带脉冲传输和码间干扰 无码间干扰的基带传输特性
2008.8
copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组
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6.3基带传输的常用码型 3
在实际的基带传输系统中, 在实际的基带传输系统中,并不是所有类 型的基带电波形都能在信道中传输。 型的基带电波形都能在信道中传输。 对传输用的基带信号有两个方面的要求: 对传输用的基带信号有两个方面的要求: ( 1 ) 对代码的要求 , 原始消息代码必须编 对代码的要求, 成适合于传输用的码型; 传输码型的选择) 成适合于传输用的码型;(传输码型的选择) 对所选码型的电波形要求, (2) 对所选码型的电波形要求,电波形应 适合于基带系统的传输。(基带脉冲的选择) 。(基带脉冲的选择 适合于基带系统的传输。(基带脉冲的选择)
精品课件-数字通信原理PPT课件
(1)、ITU(International Telecommunication Union) (国际电信联盟) I系列--------ISDN(综合业务数字网)有关 V系列-------主要提供电话网(PSTN)上数据传输的标准 其中 PSTN(Public switching telephone networks)(公共交换电话网) X系列-------主要提供公用数据网上数据传输的标准 还有 Q,G系列等 (2)、国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)标准
微波中继通信的主要发展方向是数字微波,同时要不断增加 系统容量,增加容量的途径是向多电平调制技术发展。目前采用 的调制方式有16QAM和64QAM,并已出现256QAM、1024QAM 等超多电平调制的方式。采用多电平调制,在40 MHz的标准频道 间隔内,可传送1920至7680路PCM数字电话
C B
我国近几年来光纤通信已得到了快速发展,目前光缆长度累计近几 十万km。我国已不再敷设同轴电缆,新的工程将全部采用光纤通信新 技术。
1.2.3发展状况
数字通信 计算机技术 集成制造及发展 1、网络化 各类网络互换互通 2、高速化 信息处理,传输,交换,存储高速化 3、业务多元化 目前仍以语言通信为主,数据业务大大增加 4、标准化 制定国际通用标准的组织主要有
通信原理教程第6章 数字基带调制
6.1.2 数字通信中的一些基本概念
1.信息量
常用的信息量单位为比特(bit)。 对二进制离散信源,若输出的二进制序列 中,符号“0”和“1”等概出现,且各符号之 间统计独立,则此信源输出的每个符号所包 含的信息量为1bit。 在“0”和“1”不等概出现,或各符号之间 相关时,每符号携带的平均信息量小于 1bit 。
2.信息传输速率与码元速率
3.误比特率与误符号率
在实际通信环境中,由于噪声以及信道 特性不理想,数字信号经信道传输后会存在 错误。 误比特率定义为传输过程中出现错误的 比特数与传输的总比特数之比值;误符号率 定义为传输过程中出现错误的符号数与传输 的总符号数之比值。 对二进制传输系统,二者相等。
图6-3 差分编码
在电报通信中,常把1称为传号,把0称 为空号。 若用电平跳变表示1,称为传号差分码。 若用电平跳变表示0,则称为空号差分码。 传号差分码和空号差分码分别记作NRZ(M) 和NRZ(S)。
例6.1
绝对码: 1 0 1 0 0 1 1 相对码:1 0 0 1 1 1 0 1 差分码并未解决简单二元码所存在的问 题,但是这种码型与信息1和0之间不是绝对 的对应关系,而只具有相对的关系,因此它 可以用来解决相移键控信号解调时的相位模 糊的问题。 由于差分码中电平只具有相对意义,所 以又称为相对码。
(2)双极性非归零码
用正电平和负电平分别表示1和0,在整 个码元期间电平保持不变。 双极性码无直流成分,可以在电缆等无 接地的传输线上传输,因此得到了较多的应 用。
(3)单极性归零码
此码常记作RZ码。 与单极性非归零码不同,RZ码发送1时高 电平在整个码元期间T内只保持一段时间t, 在其余时间则返回到零电平,发送0时用零电 平表示。 t/T称为占空比,通常使用半占空码。 单极性归零码可以直接提取位定时信号, 是其他码型提取位定时信号时需要采用的一 种过渡码型。
通信原理第7版第6章PPT课件(樊昌信版)
系统的传递函数
描述线性时不变系统的数 学模型,表示输入和输出 之间的关系。
03
CATALOGUE
模拟调制系统
调制的定义与分类
调制的定义
调制是一种将低频信号加载到高 频载波上的技术,以便通过信道 传输。
调制的分类
调制可以分为模拟调制和数字调 制两大类。模拟调制是指用连续 变化的模拟信号去调制载波的幅 度、频率或相位。
章节概述
本章将介绍数字调制的基本原理和技术,包括振幅调制、频 率调制和相位调制等。
通过学习本章,学生将能够了解数字调制的基本概念、原理 和技术,掌握数字调制系统的性能分析和设计方法,为进一 步学习通信系统的其他相关内容打下基础。
02
CATALOGUE
信号与系统
信号的分类与特性
01
02
ห้องสมุดไป่ตู้
03
周期信号
线性调制系统(AM、FM)
AM(调幅)调制
AM调制是通过改变载波的幅度来传 递信息的一种调制方式。在AM调制 中,低频信息信号叠加在载波上,并 通过信道传输。
FM(调频)调制
FM调制是通过改变载波的频率来传递 信息的一种调制方式。在FM调制中, 低频信息信号用来控制载波的频率变 化,从而实现信息的传输。
有效性
衡量通信系统传输有效信息的 能力,通常用传输速率或频谱
效率来表示。
可靠性
衡量通信系统传输信息的可靠 程度,通常用误码率(BER) 或信噪比(SNR)来表示。
实时性
衡量通信系统传输实时信号的 能力,通常用延迟时间来表示
。
安全性
衡量通信系统保护信息传输安 全的能力,通常用加密和认证
技术来表示。
误码率(BER)计算
移动通信系统第6章
六. 分集接收技术 1. 功能 分集接收是利用系统接收两个或两个以上输入信号, 由于这些信号具有互不相关的随机衰落特性,通过接收处 理后,达到克服瑞利衰落的目的。 2. 显分集接收 1)空间分集 a)定义 利用不同接收点收到的信号衰落的独立性,实现抗衰 落的功能。 空间略有变动,就可以出现较大的场强变动。空间的 间距越大,多径传播的差异就越大,所以场强的相关性就 越小。由于深衰落难得同时发生,在这种情况下,分集便 能把衰落效应降到最小。 b)结构 发端一付天线,收端N付天线,间距D(D / )
有效性
3)复杂度 DSP 4)处理时延 复杂度越大,运算时间越长,处理时延越大。
3. 类型 1)波形编码器 根据话音信号的波形,采取抽样、量化、编码。其逼 真程度好、速率高、但占用带宽大,不适于直接用于移动 通信。 如:PCM64kb/s, ADPCM32kb/s 2)声源编码器 在发端提取产生话音信号的特征参数,在收端由编码 参数重新获得话音。 比特速率可以压缩的很低,但语音质量较差。
3. 功能 显著改善数字信息在数字移动变参信道传输过程中 由于各种噪声和干扰而造成的误码,提高系统的可靠性。
4. 差错控制的三种方式 a)前向纠错(FEC)——自动纠错 发端发送具有纠错性能的码,如果在传输过程中产生 的错误属于该纠错码能纠的类型,则收端译码器不仅能检 错,而且能自动纠错。 在移动通信系统中,几乎都采用FEC方法。实现方法: I)线性分组码 BCH、FIRE、RS II)非线性码 卷积码(纠随机错误) b)反馈重传(ARQ) 经收端译码后,如发现传输有错,则通知发端重发接 收端认为错误的信息,直到收端认可为止。
Bs ——扩频解调输出LPF的带宽 Bw ——系统扩频信号的发信带宽
C Eb N 0 I B B w s (6 - 1)
《通信原理》第六章 数字基带传输常用规律和技巧.
1第一部分AMI码与HDB3码对传输用的基带信号的主要要求:对代码的要求:原始消息代码必须编成适合于传输用的码型;对所选码型的电波形要求:电波形应适合于基带系统的传输。
1. AMI码(传号交替反转码)编码规则:传号(“1”)极性交替,空号(“0”)不变。
例:信码{an}: 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 AMI: +1 0 -1 0 0 +1 0 0 0 0 0 -1 0 +1特点:(1)无直流分量和仅有小的低频分量;(2)二电平→三电平--1B/1T码(一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码);(3)易于检错;(4)编、译码简单;(5)当出现长的连0串时,不利于定时信息的提取。
1.00.5s2. HDB3码编码规则:(1)当连“0”个数不超过3时,仍按AMI码的规则编,即传号极性交替;(2)当连“0”个数超过3时,4个连“0”为一组,当该组四连“0”与其前一组四连“0”之间有奇数个传号码,用000V取代该组四连“0”。
V 极性与其前非零码极性一致,V本身满足极性交替;(3)当该组四连“0”与其前一组四连“0”之间有偶数个(包括0个)传号码,用B00V取代该组四连“0”。
B极性与其前一非零码极性相反,V极性与B极性一致,V本身满足极性交替;例如:1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1HDB3 +V -1 +1 -B 0 0 -V +1 -1 +1 0 0 0 +v 0 +1 译码:凡遇到-1 0 0 0 -1+1 0 0 0 +1+1 0 0 +1-1 0 0 -1译成:*0 0 0 0例:HDB3:0 +1 0 0 0 +1 -1+1 -1 0 0 -1 0 +1 0 -1代码:0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1特点:1)无直流分量、低频分量小;2)连0串不会超过3个,对定时信号的恢复十分有利;3)编码复杂,译码简单。
数字带通传输系统课件
3
希望本课件能够帮助读者更好地学习数字带通传 输系统的相关内容,为未来的学习和工作打下坚 实的基础。
参考文献
[1] 李晓明, 王建萍, 张 立云. 数字通信基础[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2018.
01
02
[3] 张卫钢, 王丽娜. 数 字通信[M]. 北京: 电子 工业出版社, 2004.
04
数字带通传输系统的软 NRZ码、RZ码等,以增加数
据的抗干扰能力。
1
通道控制协议
制定通道控制协议,实现发 送端和接收端之间的可靠通
信。
错误检测与纠正
通过使用CRC校验、重传机 制等,实现数据的错误检测 与纠正。
系统测试与优化
对系统进行全面测试,根据 测试结果进行优化,提高系 统性能。
解调技术
数字解调是将已调制的信号还原 为原始数字信号的过程,常用的 解调方法有平方解调、平方-积分 解调等。
带通滤波器的原理
滤波器的作用
带通滤波器是用来抑制不需要的频率分量,提高信号的抗干扰性能和频带利用率。
滤波器的分类
根据频率特性,滤波器可分为低通、高通、带通和带阻滤波器。
数字信号的传输方式
基带传输
随着技术的进步和规模效应的发挥,数字 带通传输系统的成本将不断降低,为更广 泛的应用提供可能性。
06
结语与参考文献
结语
1
数字带通传输系统是通信领域的重要部分,其性 能和设计直接影响到通信系统的整体性能。
2
通过深入学习数字带通传输系统的基本原理、关 键技术和实际应用,可以更好地理解和掌握数字 通信的核心知识。
数字带通传输系统的特点
带通传输
数字带通传输系统是指将数字信号调制到高频载波上,通过无线或有线传输,具 有更高的传输速率和稳定性。
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y2TbZ2,
Z2
Tb 0
nwts2tdt
DZ1N02E1
N0Eb, 2
DZ2N02E2 N02Eb
发送s2:
y1TbZ1 y2 Tb EbZ2
s
l y1(Tb)y2(Tb)y1 y2 > <1 VT
s 2
若 P(s1)P(s2)1 2,最 佳 V T= 0. 26
2FSK信号的匹配滤波器解调
pls1 21 N0Ebexp(2 l NE 0E b)b2
同理, pls2 21 N0Ebexp(2 l NE 0E bb )2
平均误比特率
Pb P e s1
0
21 N0Eb exp(2 l NE 0E b)b2dl
1 2
erfc
Eb 2N0
28
2FSK信号的相干解调/非相干解调
1 2
erfc
E1
1
erfc
4 N 0 2
Eb 2N0
Q
Eb N0
其 中Eb
1 2
E1 E2
1
2
A2Tb
20 A2Tb. 4
~ 每比特能量13
OOK信号的匹配滤波器解调
分析二:从抽样点y(Tb)来看,匹配滤波器即相乘+积分的 相关型解调器。
yTb0trhtdtTb0trs1TbtdtTb
s 2 ( t) A c o sc t A c o s c t , “空号”
P s 1
V Tpys 1d y P s 2
V Tpys 2d y
最佳门限电平:使平均误比特率最小
Pb 0 VT
VT
N0 2
P ln
P
s2 s1
E1 P s1P s212 2
VT
E1 2
Pb Pes1
E1 2
1
exp
yE1
2 dy
N0E1
N0E1
2
2
A 2 R e { E [ b * ( t ) b ( t ) ] e j w c } A 2 R e { E [ b ( t ) b ( t ) e j 2 w c t e j 2 ] e j w c }
2
2
A2
2
Re[Rb(t,t)ejwc]
周期为Tb
5
二进制启闭键控信号的功率谱密度
2f=f1
f2
1 2Tb
■若 f1 f2 R b , 1 2 0 .
23
二进制移频键控(2FSK)
2FSK信号的功率谱密度
相位连续2FSK信号的平均PSD:旁瓣按1/f 4衰减 相位不连续2FSK信号的平均PSD:旁瓣按1/f 2衰减
2FSK信号的带宽
BFSK2f2W
其中 W ~ 数字基带信号带宽
N0E1 N0E1
11
OOK信号的匹配滤波器解调
假定发送’0’:rts2tnwt nw t
yTb Z
E y s2 0,
D y s2
N0E1 2
1
y2
p ys2 N0E1 expN0E1
12
OOK信号的匹配滤波器解调
平均误比特率
P b P s 1 P e s 1 P s 2 P e s 2
” ”
0 t T b
2 f2 Ts
定义
fc
f1 f2 , 2
f f1 f2 2
s s1 2((tt)) A A c co o s s2 2 ffc c fftt, , 0tT b 21
二进制移频键控(2FSK)
相位连续的2FSK信号
sF S K (t)A c o s 2fct 2kf t b ()d
A2 4Pb(ffc)Pb(ffc)
注 : P b (f) T li m E B T T f2 ~ 实偶函数 , b T t B T f 6.
二进制启闭键控信号的功率谱密度
OOK信号的平均功率谱密度
2 ■ B2W 2 R b T b
W ~ 数字基带信号b(t)带宽
7
OOK信号的解调及其误比特率
LPF相干解调
Pb12erfc 4N A02B, B~BPF带 宽 鉴频器
29
AWGN干扰下随机载波相位正交2FSK最佳接收
■ ss1 2((tt)) A Acco oss2 2ff1 2tt, , 0tTb
rt A A c co os s2 2 ff1 2tt n n w wtt,, 0tT b
s(t)的平均自相关函数和功率谱密度
R_s()T1b
Tb
2 Tb
Rs(t,t)dt
2
A 22ReT 1b T 2 T b2bRb(t,t)dtejc
A 42R _b()ejc
_
Rb*(
)ejc
R b() P b(f)
Ps(f) R _s()ej2fdA 42P b(ffc)P b*(ffc)
0 T br ()s 1 (T b T b)d0 T br ()s 1 ()d
本地模板信号与发送信号s1(t)需同频同相-->具有匹配滤波 器的相干解调
14
AWGN下的LPF相干解调
■ rt n A c to s , ctn t“ ,空 “ 号 传 ” 号 ” 0tT b
n t n c tc o sc t n sts in c t, E n t E n c t E n st 0
最佳非相干接收机
■
Pb
12exp2ENb0
作业:P282 6.3
30
二进制移相键控(2PSK或BPSK)
2PSK信号的产生及其功率谱密度
s2 P S K (t)A na n g Tt n T b c o sct w here an 1,1.
{ s1(t)Acosct, “传号”
线性数字调制信号的功率谱密度
若数字基带信号b(t)广义循环平稳,则b(t)与正弦载波相乘得到 的带通型线性数字调制信号s(t)也广义循环平稳
st A b (t)c o sctReAb(t)ejct
■ E [s (t)] E [b (t)]A c o s c t 周期为Tb
■ R s(t,t) E s (t)s (t)
2 2
n
n c
2 ns
N 0B
2
■
ytrtcosctL P F n A c tn c,t,
“ 传 号 ” “ 空 号 ”0tTb
15
AWGN下的LPF相干解调
抽样时刻: y
A
n
c
nc
pys1 21expy2A 22
pys2
1
y2
2exp22
Ps1
Ps2
1时,V 2
T
A 2
■
Pb Pes1
A2
1
yA2
exp
dy
2 22
1 2
erfc
A2 8 2
1erfc
Eb
1
2 2N0 BTb
Eb
A 2Tb 4
4 B
Tb
LPF解调性能差于匹配滤波器解调.
16
理想限带及AWGN干扰下的最佳接收
发送s1时,
rm ax
E12 N0 E1
2E1 N0
2
1 Pb 2erfc
8 A 2 2 + 1 2ex p 8 A 2 2 1 2ex p 8 A 2 2
12exp
Eb 2N0
Rb B
19
AWGN干扰下随机载波相位OOK最佳接收
■ s(t) s s1 2((tt)) 0 A , cosct, 0tT b
rt n A cto s,ctnt, 0tT b
A 2 E R e b ( t ) e j c t R e b ( t ) e j c ( t )
A 2 E { R e [ b * ( t ) e j w c t b ( t ) e j w c ( t ) ] } A 2 E { R e [ b ( t ) e j w c t b ( t ) e j w c ( t ) ] }
ReAej(t)ejct Rev(t)ejct
复包络: v(t)=Aej(t)
■(t)2kf
t b()d
1
2
f1 Ts , f2 Ts
22
二进制移频键控(2FSK)
2FSK两个信号波形之间的互相关系数
12
1 E1E2
Tb 0
s1(t)s2*(t)dt
1 Eb
Tb 0
s1(t)s2(t)dt
E1
E2
A2Tb 2
Eb
T 2 b0 T b c o s2 fc ftc o s2 fc ft d t
1
Tb
0Tbcos4ftcos4fctdt
s in c 4 fT b s in c 2 fc T b
Tb= n Tc
12sinc4fT b
■ 1 2 0 时 , 最 小 频 率 间 隔
0 T b 0 T bE n w (t1 )n w (t2 ) s 1 (t1 )s 2 (t2 )d t1 d t2
T b 0
0 T bN 20 (t1t2)s1(t1)s2(t2)dt1dt2
0Tbs1(t1)s2(t1)N 20dt10
27
2FSK信号的匹配滤波器解调
D ls 1 E Z 1 2 E Z 2 2N02EbN02Eb N0Eb
■ h ( t) A c o s 2 f c T b t ,0 t T b
■
Pb
12exp2ENb0
最佳非相干接收机
作业:P282 6.1
20
二进制移频键控(2FSK)
相位不连续的2FSK信号
1 f1 Ts ,