通信原理-基本的数字频带传输

1
y >< A / 即2
0
系统的误码率
aˆn
=
ìïïíïïî
1, 0,
若y > A / 2 若y < A / 2
P
1 e /4
e2
其中， 为BPF的输出信噪比。
A2
A2
g= =
2s 2 n
2N B 0 BPF
第5章 基本的数字频带传输：2ASK
8
功率谱与带宽
功率谱密度
2ASK信号可以视为基带信号与正弦载波的 乘积。
6
包络检波解调方法
2ASK信号可采用相干解调和非相干解调方法， 常用非相干解调——包络检波。
带通滤波器：中心频率为fc，带宽为BBPF=2B，
r(t) ? s (t) n(t) 2ASK
包络检波器提取信号包络，大信号时近似为 m(t)+噪声。
第5章 基本的数字频带传输：2ASK
7
判决器的判决准则为
2
cb
b
+
A2 2
cos[4πfct
-
2πfcT b + q(t ) + q(t -
Tb)]
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
34
经过低通滤波后
A2
y(t ) = cos[2πf T + q(t ) - q(t - T )]
2
cb
b
假设码元周期为载波周期的整数倍，则采
样值为
A2
y = cos(q - q )
传输带宽
B= 2FSK
f-
1
f + 2B 0
第5章 基本的数字频带传输：2FSK
19
5.3 2PSK与2DPSK
2PSK(二进制相移键控)
2PSK信号及其调制方法
2PSK最常用的两种相位：0与π
s (t ) 2P SK
=
ìïïíïïî
A cos2πf t c
- A cos2πfct
a =1 n n -
一零点带宽B = R。 b
第5章 基本的数字频带传输：2ASK
10
5.2 2FSK(二进制频移键控)
基本原理
利用两个频率的正弦波来传送信息1和0。
2FSK信号及其调制方法
s (t ) = 2F SK
ìïïíïïî
A A
cos cos
2πf t, 1
2πf t, 0
a =1 n (n a =0
A m (t ) cos(2πf t ) ? c
n2
n
n- 1
判决准则为
yn
>0 <
0
1
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
35
差分相干解调的误码率
P e
=
1 2
exp
骣 çççç桫2As
2
2 n
÷÷÷÷÷
=
1 e- g 2
A2 g= =
A2
ER = b? b
E b
2s
2 n
2N 0B BPF
N 0 B BPF
N0
差分相干解调的性能不如相干解调。
其中nc(t)正是窄带噪声n(t)的同相分量，功 率谱为N0，带宽等于BLPF。
mˆ (t相) 当于基带信号通过AWGN信道的结果。 因此，可用LPF(低通滤波)或MF(匹配滤波) 方法接收。
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
25
误码性能
2PSK的等效基带传输系统
mˆ (t) = Am(t) +，nnc(ct()t)的功率谱为N0。
2PSK与双极性NRZ基带传输系统性能相同。
2PSK的抗噪性能比2ASK、2FSK好。
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
27
2DPSK
本地恢复的载波与发送载波有可能会有180° 相位差(相位模糊)，此时采用2PSK调制时， 解调出的信号与发送信号正好相反，称为“倒 π”现象。
aˆ n
+1 –1 –1 –1 +1 +1 +1 –1 +1
dˆn
100011101
bˆn
10010011
(2) 2PSK传输后结果反相，则差分解码的过程为
aˆn –1 +1 +1 +1 –1 –1 –1 +1 –1
dˆ
011100010
n
bˆ
10010011
n
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
33
差分相干接收
比较两个相邻码元信号的相位，还原出绝 对码(信息比特)，不需要本地相干载波。
乘法器输出为
r(t )r(t - T b ) = A 2 cos[2πfct + q(t )]cos[2πfc(t - T b ) + q(t - T b )]
= A2 cos[2πf T + q(t )- q(t - T )]
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
37
平方环法的缺点
相位模糊问题：二分频器输出的正弦波存在0 与π相位的不确定性，从而造成2PSK解调的 “不确定性反相”问题。
平方环同步器工作在2倍载频上，当载频较高 时，电路的实现与调测很困难。
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
38
科斯塔斯(Costas)环法(或同相正交环法)
分析
假设本振与载波相位差为θ(t)
v 1
=
cos 轾 犏 臌2πfct
+
q(t )
v 2
=
sin 轾 犏 臌2πfct
+
q(t )
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
39
乘法器输出
ìïïïïíïïïïïî
v v
3 4
= =
A m (t ) cos(2πf t ) ? c
2DPSK(二进制差分相移键控)：将差分编码与 2PSK相结合，解决“不确定性反相”的问题。
2DPSK利用相邻码元间载波相位的相对关系 来表征信息。
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
28
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1
0
0.5
1
1.5
2
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
1T
＃t
an = 0
b
nT b
基带信号m(t)为双极性二元NRZ信号时：
s2PSK(t) = Am(t) cos2πfct
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
20
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
21
2PSK信号的调制方法
乘积法和键控法
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
36
载波同步
平方环法(或平方变换法)
轾 犏 臌s2PSK (t ) 2
=
轾 犏 臌A m
(t
)
cos
2πf t c
2
=
1 A 2m 2(t )(1+ 2
cos4πf t ) c
由BPF滤出频率分量，PLL进一步滤除噪声与扰
动，最后经二分频、移相后得到相干载波。
Q
骣 桫N
A2 B
0 BPF
=Q
2g
=
Q
骣 ççççç桫
E N
b 0
÷÷÷÷÷?
其中
B LP F
=
R= b
1/ T b
采用MF接收方法时
g = A2 = A2
2s 2 n
2N B 0 BPF
P b
=
Q
骣 çççççè
2E b0 2N
0
÷÷÷÷÷÷ø =
Q
骣 ççççç桫
2E b N
0
÷÷÷÷÷÷
说明
32
功率谱与带宽
2DPSK的功率谱、带宽与2PSK的完全一样。
相干解调及其误码性能
先进行2PSK相干解调，然后将相对码变换为绝 对码。
误码率近似为2PSK的两倍：
P ? 2P
ed
e
(( ) ) ìïïïíïïïïî
2Q 2Q
2g 2E b N 0
LP F MF
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
P (f ) = s
A2 4
轾 犏 臌Pm (f
-
f ) + P (f +
c
m
f) c
第5章 基本的数字频带传输：2ASK
9
在0、1等概，基带信号为单极性NRZ码时，
P
(f ) =
T b
sin c2( fT
)+
1 d(f )
m
4
b4
{ } A2T
P (f ) = b
s
16
sinc2 轾 犏 臌(f +
通信原理
第 5 章 基本的数字频带传输
第5章 基本的数字频带传输
2ASK 2FSK 2PSK与2DPSK QPSK与DQPSK 基本频带调制的讨论 复包络、等效基带系统与无ISI传输
第5章 基本的数字频带传输
2
5.0 引言
数字调制：用基带数字信号控制高频载波，把 基带数字信号变换为频带数字信号的过程。
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
24
LPF的带宽 BLPF ，= 输B 出为
mˆ (t )
=
LP F
{r
(t
)
?2
cos
2πf t c
}
{ = LP F A m (t )cos2πfct ?2cos2πfct
= A m (t ) + n (t ) c
n(t )?2cos2πfct }
2PSK平均码元能量
ò E =
Tb (A cos 2πf t )2 dt
=
A 2T b
b
0
c
2
基带信号m(t)平均码元能量
E b0
=
A 2T b
=
2E b
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
26
采用LPF接收方法时
( ) P b
=
Q
骣 珑 珑 珑 珑 珑 桫
2N
A2 B
0
LP
F
鼢 鼢 鼢 鼢 鼢=
0
A2 g=
2N 0B BPF
第5章 基本的数字频带传输：2FSK
16
过零检测解调方法
检测过零点； 形成边沿窄脉冲； 将脉冲的疏密变换为电平高低； 最后得到0或1。
第5章 基本的数字频带传输：2FSK
17
第5章 基本的数字频带传输：2FSK
18
功率谱与带宽
两个互补的2ASK信号的功率谱的相加。
相位不连续的信号占据更多的频带，应该 尽量避免。
保持相位连续的方法
桑德FSK信号的参数：
f = (k + 1)R
1
b
f0 = kRb
使用压控振荡器产生。
ò s (t ) = 2F SK
A cos 轾 犏 臌2πfct
+
D f
m (t )dt
第5章 基本的数字频带传输：2FSK
14
包络检波解调方法
nT
b
n
2ASK信号表达式为
s (t) = Am(t) cos2πf t
2ASK
c
s (t ) 2ASK
=
ìïïíïïî
A 0,
cos
2πfct
,
'' 传号 ''
n - 1T
＃t
''空号 ''
b
nT b
第5章 基本的数字频带传输：2ASK
5
2ASK信号的产生
模拟相乘法
键控法
第5章 基本的数字频带传输：2ASK
第5章 基本的数字频带传输：引言
3
5.1 2ASK
基本原理
2ASK即二进制振幅键控，也称幅移键控，或 称为开关键控(OOK)。
用基带信号来控制载波的振幅。
第5章 基本的数字频带传输：2ASK
4
2ASK信号及其调制方法
2ASK信号
二进制序列{an}取值0、1
å m (t ) = a g (t - nT )
f )T cb
+
sinc2 轾 犏 臌(f -
f )T cb
+
A2 16
轾 犏 臌d( f
+
f )+ c
d( f
-
f) c
2ASK信号的功率谱包含离散谱和连续谱：
离散谱位于±fc，存在载频成分。 连续谱取决于数字基带脉冲的频谱。
2ASK信号的带宽为
B = 2B 2ASK
B为基带信号带宽，采用矩形基带信号时，第
2.5
3
29
基本原理
差分编码
d =b ?d
n
n
n- 1
差分译码 $bn = d$n ? d$n- 1
b与 bˆ：绝对码， d与 ：dˆ 相对码。
n
n
n
n
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
30
例5.5：2DPSK信号产生过程中各码元的变换以及 与载波相位011101
an +1 –1 –1 –1 +1 +1 +1 –1 +1
n 0πππ000π0
n–
π 0 0 –π 0 0 π –π
n–1
通过相邻时隙载波相位的变化与否来“携带”信息： “1”：相位变化， “0”：相位不变。
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
31
例5.6：说明2DPSK信号的接收过程。 (1) 2PSK传输后结果正确，则差分解码的过程为：
n
1)T ＃t b
nT b
相当于两路OOK
s (t ) = A m(t ) cos 2πf t + Am(t ) cos 2πf t
2F SK
1
0
第5章 基本的数字频带传输：2FSK
11
第5章 基本的数字频带传输：2FSK
12
键控法
直接调频法
第5章 基本的数字频带传输：2FSK
13
相位连续性
两个互补OOK接收系统的组合
上支路接收 Am(t)cos2部πf分t ，下支路接收 1 Am(t )cos2πf0部t 分。系统必须满足 f1 - f0 。? Rb
第5章 基本的数字频带传输：2FSK
15
判决准则为 1
y 1
><
y 0
1
(y1 - y0)>< 0
系统的误码率 0
P = 1 e- g/ 2 e2
22
功率谱与带宽
形状与2ASK的相同，但没有离散的载波谱 线。
传输带宽：
B = 2B 2P SK
第5章 基本的数字频带传输：2PSK与2DPSK
23
2PSK的相干解调