通信原理第7版第7章PPT课件(樊昌信版)

课件制作：曹丽娜
2 2PSK/2DPSK信号的功率谱密度
e2PSK (t) s t cosct
双极性
➢ 2PSK信号的频谱与2ASK的十分相似； ➢ 带宽也是基带信号带宽的两倍：
➢ 区别仅在于当P=1/2时，谱中无离散谱（即载波分量）。
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3 2FSK信号的功率谱密度
n
s2 t ang(t nTs )
n
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e2FSK
(t
)
n
an
g(t
nTs
)
c
os(1t
n
)
n
an g(t nTs ) cos(2t n )
式中 g(t) － 单个矩形脉冲，
Ts － 脉冲持续时间；
1,
an
0,
1,
an
0,
nc (t)]cosct (t) cosct ns (t)
ns (t)sin
sin ct
ct
2 cosct
x(t
)
a 0
nc (t)， nc (t),
发“1”时 发“0”时
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抽样：
nc(t)是高斯过程 （0， n2）
x
x
kTs
a 0
nc (kTs ) +nc (kTs )
包络 检波器
s1
c 抽样 e
判决器
d
s2
01
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01
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相干解调法
e2FSK(t)
带通滤波器
1
相乘器
cos 1t
cos 2 t
带通滤波器
2
相乘器
低通 滤波器
定时脉冲
抽样 判决器
输出
低通 滤波器
其他解调方法：鉴频法、差分检测法、过零检测法等。
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（差分编码）
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（1）2DPSK 相干解调 + 码反变换法 an bn bn1
e2DPSK (t) 带通
滤波器
1
a
相乘器
cosct b
1
0
c 低通 d
滤波器
抽样 判决器
定时 脉冲
1
0
a
t
b
t
e 码反 f
变换 输出
（差分译码）
相位 模糊
c
t
d
t
e 10
01
10
10
01
01 相对码
f
1
➢ 连续谱形状随着两个载频之差的大小而变化
f2 f1 2 fs 双峰； f2 f1 fs 单峰
➢ 谱零点带宽：
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§7.2
二进制数字调制系统 抗噪声性能
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概述
性能指标：系统的误码率 Pe
分析方法：借用数字基带系统的方法和结论 分析条件：恒参信道（传输系数取为 K ）
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2ASK信号相干解调时系统的总误码率为
1
a
Pe
2
erfc( 2
)
2 n
r
a2
2
2 n
解调器 输入端 信噪比
r >>1
时
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2ASK---包络检波
包络检波器 V (t)
整流---低通
y(t
)
a
cos c t
0
n(t ) n(t )
发 “1” 时 ~正弦波+窄带高斯噪声 发 “0” 时~窄带高斯噪声
n(t ) nc (t )cos ct ns (t )sinct
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当发送“1”符号时，包络检波器的输出为
V (t) [a nc (t)]2 ns2(t)
1
0
1
0 绝对码
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消除 影响
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（2） 2DPSK 差分相干解调 (相位比较)法
e2DPSK (t) 带通
滤波器
a
相乘器
c
低通 滤波器
d
抽样 判决器
延迟TB
b
定时 脉冲
e 输出
相乘器 起着 相位比较的作用
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§7.1.5 二进制数字已调信号的功率谱 (PSD)
ASK
Frequency Shift Keying PSK
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§7.1 二进制数字调制原理
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§7.1.1 二进制振幅键控 （2ASK）
原理： s(t)载波幅度 表达式：
单极性
波形：
e2ASK (t) s(t) cosct
概率为 P 概率为1 P
概率为1 P 概率为 P
n和n分别是第n个信号码元（1或0）的初始相位，通常可令其为
零。因此，2FSK信号的表达式可简化为
e2FSK (t) s1 t cos1t s2 t cos2t
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课件制作：曹1丽0 娜
2FSK 产生
模拟调频法：相邻码元之间的相位是连续变化的。 键控法：相邻码元之间的相位不一定连续。
第7章
数字带通传输
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通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
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本章内容:
第7章 数字调制
二进制数字调制/解调原理
2ASK 2FSK 2PSK/2DPSK
二进制数字调制系统抗噪声性能 二进制数字调制系统的性能比较
多进制数字调制原理和特点
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设判决门限为 b，则判决规则为：
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借用：
x(t)
a 0
nc (t) , nc (t) ,
发“1”时 发“0”时
x(t
)
A 0
nR nR
(t (t
) )
=单极性基带信号+高斯噪声
因此，借助单极性基带系统的分析结果：
可方便地得到2ASK-相干系统的分析结果：
n
1, P an 1, 1 P
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n
0，
,
发“0”时 发“1”时
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2PSK 产生
模拟调制法
双极性
非归零信号
e2PSK (t)
乘法器
s(t)
cosct
键控法
cosct
开关电路
e2PSK (t)
移相
s(t )
2PSK 解调
带通
e2PSK(t) 滤波器
发“1”时 发“0”时
x ~高斯 （均值 a或 0，方差 n2），一维概率密度函数：
发送“1”时
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发送“0”时
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咦？ 好像与 单极性 基带系统
的 情况类似！
b
b
P(0 /1) P(x b) f1(x)dx P(1/ 0) P(x b) b f0 (x)dx
载波相位模糊
b
t
倒π现象
c
t
(反相工作)
d
ee
0 1
1
1
0
0
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t 解决方案： DPSK
0
0
1
1
Differential PSK
t
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§7.1.4 二进制差分相移键控 （2DPSK）
原理： 利用前后相邻码元的载波相对相位表示信息。
矢量图:
0
参考相位
A方式
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发“1”错判为“0”的概率为
b
P(0 /1) P(V b) 0 f1(V )dV 1 b f1(V )dV
1
V
b 2 n
I 0
则
P2ASK ( f
)
1 4
Ps
(
f
fc ) Ps ( f
fc )
可见， P2ASK (f) 是Ps (f)的线性搬移（属线性调制）。
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基带带宽
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B2ASK 2 f B
fB = 1/TB=RB
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基准 ——2PSK 前一 ——2DPSK
/2
参考相位
/ 2 B方式
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示例: 波形: 差分编码规则：
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⊕为模2加
bn-1为 bn的前一码元 最初bn-1可任意设定
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2DPSK 产生
构思 模型
2DPSK 解调
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~ f1(V )
V
2 n
I0
aV
2 n
e
(V
2
a2
)
/
2
2 n
广义瑞利分布
当发送“0”符号时，包络检波器的输出为
V (t) nc2(t) ns2(t)
f0 (V
)
V
2 n
eV
2
/
2
2 n
~ 瑞利分布
式中，n2为窄带高斯噪声n(t)的方差。
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设判决门限为b ，判决规则为：
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过零检测法
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FSK应用：
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§7.1.3 二进制相移键控 （2PSK）
原理： s(t)载波相位 波形： 表达式： 双极性
e2PSK (t) s(t) cosct
s(t) an g(t nTs )
抽样 判决器
定时 脉冲
输出
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包络检波法的各点波形
相呼应
e2ASK (t) 带通 a 全波 b 低通 c 抽样 d
滤波器
整流器
滤波器
判决器 输出
定时 脉冲
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§7.1.2 二进制频移键控（2FSK）
原理：
波形： s(t)载波频率
1 0 1 1 01
s(t)
Ts
t
载波
t
s(t) an g(t nTs )
n
+1, P
an =
0,
（1 P）
2ASK
t
2ASK 也称 OOK
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2ASK 产生
模拟调制法
键控法
单极性
非归零信号 乘法器 e2ASK (t)
s(t)
cosct
cosct
s(t )
基带信号
振荡器1
f1
反相器
振荡器2
f2
选通开关
s(t )
相加器 e2FSK (t )
选通开关
特点：转换速度快、电路简单、 产生的波形好、频率稳定度高。
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2FSK 解调
包络检波法
e2FSK (t)
带通 a
滤波器
1
2
带通
滤波器 b
包络 检波器
定时 脉冲
Power Spectral Density
分析目的：B 和 fc
分析方法：借助于基带信号的功率谱
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1 2ASK信号的功率谱密度
e2ASK (t) s(t) cosct
单极性
设
Ps (f) —— s(t) 的PSD
P2ASK (f) —— 2ASK信号的PSD
e2FSK (t) s1(t) cos1t s2 (t) cos2t
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fc ( f1 f2 ) / 2 h ( f2 f1 ) / RB
. .
f
fc 1.5RB
fc RB fc 0.5RB
fc
fc 0.5RB fc RB fc 1.5RB
开关电路
e2ASK (t)
s(t )
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2ASK 解调
包络检波法
e2ASK (t) 带通 a 全波 b 低通 c 抽样 d
滤波器
整流器
滤波器
判决器 输出
定时 脉冲
相干解调法
e2ASK (t) 带通
滤波器
相乘器
低通 滤波器
本地载波
c(t) cosct
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概述
数字调制：用数字基带信号控制载波某个参数的过程。 数字带通传输系统：包括调制/解调过程的数字传输系统。
方法
模拟调制法
数字键控法
分类
二进制和多进制调制
基本调制和新型调制
1
0
1
1
0
1
1
0
1
t
t
t
振幅键控
频移键控
相移键控
Amplitude Shift Keying
FSK
Phase Shift Keying
e2FSK
(t)
AAccooss((21tt
n n
), ),
发送“1”时 发送“0”时
1
0
1
0
(a)2FSK信号 t
（b) s1 t cos 1t
t
(c) s2 t cos 2t
1
t
e2FSK (t) s1(t) cos1t s2 (t) cos2t
表达式：
s1 t an g(t nTs )
信道噪声是加性高斯白噪声 背景知识：
窄带噪声 正弦波+窄带噪声
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§7.2.1 2ASK系统的抗噪声性能
2ASK---相干解调
sT
(t)
A cos ct ,
0,
发“1”时 发“0”时
a = kA
K
ni (t)
yi
(t
)
a
cos 0
ct
ni ni
(t) (t)
y(t
)
a
cos 0
ct
n(t) n(t)
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发“1”时 发“0”时
发“1”时 发“0”时
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y(t
)
a
cos 0
ct
n(t) n(t)
发“1”时 发“0”时
n(t) nc (t) cosct ns (t) sin ct
y(t
)
[a nc
a
相乘器
c
低通 滤波器
d
抽样 e 判决器
输出
b
本地载波
c(t) cosct
定时脉冲
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2PSK 解调原理
框图 和 各点波形： e2PSK(t) 带通
滤波器
a
相乘器
c
低通 滤波器
d
抽样 判决器
e
输出
b 本地载波
定时
1
0
0
1
1
c(t) cosct
脉冲
a
t 2PSK存在问题：