第7章-数字带通传输系统-ppt课件.ppt

1、第第7章章 数字带通传输系统数字带通传输系统 1、掌握三种基本二进制数字频带调制方式、掌握三种基本二进制数字频带调制方式（2ASK、 2FSK、2PSK/2DPSK）的调制和解调原理、带宽。的调制和解调原理、带宽。2、掌握三种方式的误码率信噪比公式，会计算。、掌握三种方式的误码率信噪比公式，会计算。3、了解多进制数字频带调制系统原理和抗噪性、了解多进制数字频带调制系统原理和抗噪性。 1PPT课件主要外语词汇主要外语词汇振幅键控振幅键控 ASK（Amplitude Shift Keying） 通断键控通断键控 OOK（On-Off Keying）频移键控频移键控 FSK（Frequency Sh

2、ift Keying） 相移键控相移键控 PSK（Phase Shift Keying）差分（相对）相移键控差分（相对）相移键控DPSK（Differential Phase Shift Keying）正交相移键控正交相移键控QPSK（Quadriphase Shift Keying）M进制振幅键控进制振幅键控 MASK（M-ary Amplitude Shift Keying）2PPT课件作业作业P235 1，2，3，7，11， 17（二进制信息为（二进制信息为10110001）3PPT课件本章主要内容本章主要内容 7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理 7.2 二进制数字调制系统的抗噪

3、声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能7.3 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较7.4 多进制数字调制原理及抗噪声性能多进制数字调制原理及抗噪声性能4PPT课件频率很低的频率很低的电信号电信号信息源信息源语言语言音乐音乐图像图像直接转换直接转换 包括（或不包括）直流包括（或不包括）直流分量的低通频谱分量的低通频谱最高频率和最低频率最高频率和最低频率之比远大于之比远大于1 1基带信号基带信号如电话信号的频率范围如电话信号的频率范围在在3003400Hzv基带信号可以直接通过架空明线、电缆等有线信道传输，基带信号可以直接通过架空明线、电缆等有线信道传输，但不可能在无线信道直接传

4、输。但不可能在无线信道直接传输。 v 即使可以在有线信道传输，但一对线路上只能传输一路信即使可以在有线信道传输，但一对线路上只能传输一路信号，对信道的利用是很不经济的。号，对信道的利用是很不经济的。概述：概述：基带信号基带信号5PPT课件概述：概述：调制和解调调制和解调原始信号原始信号调制器调制器调制：发送端把基带信号频谱调制：发送端把基带信号频谱搬移到给定信道通带内的过程搬移到给定信道通带内的过程解调器解调器解调：在接收端把已搬到给定信道解调：在接收端把已搬到给定信道通带内的频谱还原为基带信号的过程通带内的频谱还原为基带信号的过程原始信号原始信号6PPT课件概述：概述：调制的基本特征和分类调

5、制的基本特征和分类调制器调制器m (t )C (t )Sm (t )单音正弦波单音正弦波连续变化的模拟量：连续变化的模拟量：模拟调制模拟调制离散的数字量：离散的数字量：二进制数字二进制数字脉冲脉冲数字调制数字调制单频正弦波单频正弦波连续波形连续波形连续载波调制连续载波调制脉冲波形脉冲波形脉冲载波调制脉冲载波调制矩形周期脉冲矩形周期脉冲7PPT课件引言引言一、一、什么是什么是数字信号的带通传输？数字信号的带通传输？数字信号的带通传输又称数字信号的带通传输又称数字频带传输数字频带传输（数数字载波传输字载波传输），是将数字基带信号的信息转载到），是将数字基带信号的信息转载到高频载波上去的处理过程。高

6、频载波上去的处理过程。数字基数字基带信号带信号调制器调制器信道信道解调器解调器数字数字信号信号数字带通传输系统数字带通传输系统（数字频带传输系统）数字频带传输系统）8PPT课件二、二、为什么要为什么要进行数字频带传输？进行数字频带传输？1 1、基带传输损耗大、易误码。、基带传输损耗大、易误码。 基带传输一般用于局域网，较少用于长途基带传输一般用于局域网，较少用于长途传输。传输。2 2、便于利用各种模拟信道（带通信道）资源、便于利用各种模拟信道（带通信道）资源传输数字信号。传输数字信号。9PPT课件三、三、怎样进行怎样进行数字频带传输？数字频带传输？ （数字信号的调制）（数字信号的调制）v高频载

7、波高频载波C(t)=ACOS(c t + 0 )为等幅单频余弦电波。为等幅单频余弦电波。v需要让载波携带的数字基带信号信息，为需要让载波携带的数字基带信号信息，为有限个离散值有限个离散值。v可以携带数字基带信号信息的参量有可以携带数字基带信号信息的参量有幅度幅度、频率频率和和相位相位。因此可设计出三种调制方案：因此可设计出三种调制方案：1、让载波幅度、让载波幅度A 按数字信号的代码变化按数字信号的代码变化 数字调幅数字调幅；2、让载波频率、让载波频率c按数字信号的代码变化按数字信号的代码变化 数字调频数字调频；3、让载波相位、让载波相位 0 按数字信号的代码变化按数字信号的代码变化 数字调相数

8、字调相。10PPT课件调制器调制器S (t )C (t )e (t )数字基带数字基带信号信号正弦载波正弦载波 调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制中，载波的幅二进制数字调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有度、频率或相位只有两种两种变化状态。变化状态。1 0 0 1( )s t2ASKt2PSKt2FSKt11PPT课件 7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理一、二进制振幅键控一、二进制振幅键控数字振幅调制又称振幅键控，记作数字振幅调制又称振幅键控，记作ASK（Amplitude shift key

9、ing），二进制振幅键控，二进制振幅键控记作记作2ASK。1、时域表示及波形、时域表示及波形2ASK是利用代表数字信息（是利用代表数字信息（“0”或或“1”）的基带矩形脉冲去键控一个连续的正弦型载波的的基带矩形脉冲去键控一个连续的正弦型载波的振幅，使载波振幅，使载波时断时续时断时续地输出。地输出。有载波输出时表有载波输出时表示发送示发送“1”，无载波输出时表示发送，无载波输出时表示发送“0”。 12PPT课件特点：特点：“1”码期间有等幅正弦波输出，相当于开关开通；码期间有等幅正弦波输出，相当于开关开通； “0”码期间无输出，相当于开关切断。码期间无输出，相当于开关切断。因此，数字调幅又称为因

10、此，数字调幅又称为开关键控开关键控(通断键控通断键控)，记作，记作OOK(On Off Keying)。二进制振幅键控信号的时间波形二进制振幅键控信号的时间波形1 1 1100 0ttt载波信号2ASK信号bT( )s tTs13PPT课件数字基带信号数字基带信号 ，式中式中g(t)是宽度为是宽度为Ts、高度为、高度为A的矩形脉冲。的矩形脉冲。a n为数字序列为数字序列a n的第的第n个码元的电平值。个码元的电平值。nsnnTtgats)()(PPan101出现概率为，出现概率为，载波是单频正弦波载波是单频正弦波 c(t)=COS(ct+ 0 )已调波已调波001coscos)()(2nnCC

11、ASKaatAttste当，当类似于模拟信号调幅，现在是用数字基带信号去调幅类似于模拟信号调幅，现在是用数字基带信号去调幅,调制信号是调制信号是单极性不归零码。单极性不归零码。14PPT课件2、调制方法：、调制方法：( )二进制单极性二进制单极性不归零的随机不归零的随机矩形脉冲序列矩形脉冲序列 乘法器coscte2ASK(t)as(t)模拟相乘法模拟相乘法( )cos ct开关电路开关电路s(t)b数字键控法数字键控法e2ASK(t)1015PPT课件3、2ASK信号的解调信号的解调 与模拟调制系统一样，数字调制系统的与模拟调制系统一样，数字调制系统的解调也有相干和非相干两种方式：解调也有相干

12、和非相干两种方式：v 相干解调相干解调采采用相干波相乘的方法，主要用用相干波相乘的方法，主要用于线性调制信号，如于线性调制信号，如ASK和和PSK；v非相干解调非相干解调采用包络检波的方法，采用包络检波的方法，主要用于主要用于FSK，也可用于，也可用于ASK。16PPT课件2ASK非相干解调流程框图非相干解调流程框图(1)(1)非相干解调非相干解调（包络检波法）（包络检波法）带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKabcd17PPT课件带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKabcd2ASK非相非相干解干解调各调各步波步波形形18PPT课

13、件(2) )相干解调（同步检测法）相干解调（同步检测法）2ASK相干解调流程框图相干解调流程框图与模拟系统解调的不同点仅仅与模拟系统解调的不同点仅仅在于多了一个抽样判决在于多了一个抽样判决。带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKtccosabcdz(t)x(t)19PPT课件带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKtccosabcdz(t)x(t) 2ASK相干解调相干解调各步波形各步波形20PPT课件ttststtsttsttetzccccASK2cos)(21)(212cos1 21)(cos)(cos)()(22v 相乘器输出为相乘器输出

14、为v 经经LPF，滤除，滤除 2C 频率分量，频率分量，x(t) = s(t) / 2 。v 对对x(t) 进行抽样，取得抽样值进行抽样，取得抽样值 x 。当当x 判决门限，判为判决门限，判为“1”码。码。e2ASK=s(t)cosct21PPT课件用用SYSTEMVIEW仿真仿真2ASK调制解调系统调制解调系统22PPT课件23PPT课件24PPT课件4、2ASK信号的功率谱和带宽信号的功率谱和带宽 2ASK是是单极性不归零码与载波相乘单极性不归零码与载波相乘所得。所得。我们知道，当信号乘以我们知道，当信号乘以 cosc t 后，其频谱为线后，其频谱为线性搬移性搬移：)()(21)(cos)

15、()(22ccASKcASKSSEttste)()(41)(2cscsASKffPffPfP其功率谱密度为：其功率谱密度为：25PPT课件)(41)(4)(2fTfSTfPsasSv基带信号（单极性不归零码）功率谱：基带信号（单极性不归零码）功率谱：)()(161)()(16)(222ccscscsASKffffTffSaTffSaTfPv2ASK信号功率谱信号功率谱：26PPT课件基带信号功率基带信号功率谱密度谱密度 Ts/4fPs(f)0 fs1/4fP2ASK(f)0 2fs-fcTs/161/16fc2ASK信号功信号功率谱密度率谱密度 27PPT课件 结论结论: (1) 2ASK信号

16、的功率谱是信号信号的功率谱是信号s(t) 功率谱的线性搬移，功率谱的线性搬移，属线性调制；属线性调制；(2) 2ASK信号的功率谱包含连续谱和离散谱两部分；信号的功率谱包含连续谱和离散谱两部分；(3) 2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍。信号的带宽是基带信号带宽的两倍。v有效带宽取第一零点处带宽。基带带宽有效带宽取第一零点处带宽。基带带宽Bm = fs=RBv2ASK带宽则为带宽则为B2ASK= 2Bm = 2fs= 2/Ts=2RBv2ASK信号频带利用率信号频带利用率 =RB / B2ASK=RB / 2 RB =1/2（Baud / Hz）28PPT课件例例1 已知某已知某OOK系统

17、的码元传输速率为系统的码元传输速率为103B，所用的载波信号为，所用的载波信号为Acos(4106t)。（1）设所传送的数字信息为）设所传送的数字信息为011001，试画出，试画出相应的相应的OOK信号波形示意图。信号波形示意图。（2）求）求OOK信号的第一零点带宽。信号的第一零点带宽。29PPT课件二、二、二进制数字频移键控二进制数字频移键控1、时域表示及波形、时域表示及波形数字频率调制又称频移键控，记作数字频率调制又称频移键控，记作FSK（ Frequency shift keying ），二进制频移键控，二进制频移键控记作记作2FSK。2FSK系统是利用二进制数字基带信号系统是利用二进制

18、数字基带信号控制载波频率进行频谱变换的过程。控制载波频率进行频谱变换的过程。30PPT课件 它相当于它相当于载波在两种不同频率之间进行切换载波在两种不同频率之间进行切换，故称频移键控故称频移键控 (FSK Frequency Shift Keying)。二进制基带信号只有两种代码，所以调频二进制基带信号只有两种代码，所以调频时，载波频率只能被置于两种频率，即：时，载波频率只能被置于两种频率，即： 即即用频率为用频率为f1的载波代表的载波代表“1”码，用频率码，用频率为为f2的载波代表的载波代表“0”码码，或相反。，或相反。02coscos12coscos)(22112nnFSKatfAtAat

19、fAtAte当当31PPT课件载波在两种不同频率之间进行切换载波在两种不同频率之间进行切换 生成生成2FSK信号的波形信号的波形e2FSK(t)32PPT课件000ttts(t) e2FSK(t)+1-1两种两种2FSK信号波形信号波形相位不连相位不连续的续的2FSK调制调制相位连续的相位连续的2FSK调制调制e2FSK(t)33PPT课件相位连续和相位不连续相位连续和相位不连续 这种键控切换方式，只要码元间隔时间这种键控切换方式，只要码元间隔时间Ts一到，一到，载波立即发生切换，造成载波立即发生切换，造成s2FSK(t)波形不连续，称之波形不连续，称之为为相位不连续的相位不连续的FSK调制调

20、制。 为了波形连续，又发明了为了波形连续，又发明了相位连续的相位连续的FSK调制调制。首先，两个不同频率的载波应来自同一振荡源首先，两个不同频率的载波应来自同一振荡源(晶晶振振)，由不同的分频倍程所得；其次，还要恰当选，由不同的分频倍程所得；其次，还要恰当选择择1和和 2 ，使一个码元时段产生的相移之差为，使一个码元时段产生的相移之差为2的整数倍，即的整数倍，即 (1 - 2 ) Ts = 2n。 (f1-f2=nfs)34PPT课件 另一方面，另一方面，2FSK调制信号也可以看作调制信号也可以看作两个两个2ASK调制信号的叠加调制信号的叠加：)cos()()cos()()(212ttstts

21、teFSKnsnnTtgats)()(nsnnTtgats)()(）概率为（概率为PPan1, 0, 1）概率为（概率为PPan1, 1, 035PPT课件两个两个2ASK调制信号合成调制信号合成2FSK信号信号an1011001 s(t)s(t)2FSKc1(t)c2(t)s(t)c1(t)s(t)c2(t)36PPT课件2、调制方法：、调制方法：s(t)e2FSK (t)模拟调频器(a)模拟调频法模拟调频法(b)频率键控法频率键控法振荡器1f1反相器振荡器2f2选通开关选通开关相加器基带信号)(2teFSK37PPT课件3、2FSK信号的解调信号的解调 (1) (1) 过零检测法过零检测法

22、（属非相干解调）（属非相干解调） 过过零零检检测测法法原原理理框框图图和和各各点点时时间间波波形形限 幅e2FSK(t)ab微 分c整 流d脉 冲 形成低 通ef输 出(a)abcdef38PPT课件(2) 差分检波法差分检波法（属相干解调）（属相干解调）设接收的设接收的2FSK信号为：信号为：式中式中an=0时取时取“+”号，号， an=1时取时取“-”号。号。经延时经延时后变为：后变为：tAtuC)cos()(1)(cos()()(12tAtutuCLPF抽样抽样判决判决e2FSKS(t)抽样脉冲抽样脉冲BPF延迟延迟 u1(t)u2(t)u3(t)u0(t)39PPT课件)cos(2)(

23、20CAtu)sin(2)2cos(2)(,2220AAtuC则2)(, 120Atu)()(2cos)cos(21)(cos()cos()()()(2213CCCCCtAtAtAtututu二者相乘为：二者相乘为：经低通滤波后为：经低通滤波后为：调节延时调节延时，使，使在频偏较小时：在频偏较小时：于是，由正负号就可判定：于是，由正负号就可判定：负值判为负值判为“0” 0” ；正值判为；正值判为“1”1”40PPT课件f f1 1带通带通滤波器滤波器包络包络检波检波抽样抽样f f2 2带通带通滤波器滤波器包络包络检波检波抽样抽样判定判定再生再生s s2FSK2FSK(t)(t)V1V2V1V2

24、判为判为f f1 1代代表的基带信号表的基带信号V1V2V1 0）,表明前后码元相同，表明前后码元相同，判判定为定为“0”码码； =，v(t) = - A2/2（抽样值抽样值 0）,表明前后码元不同表明前后码元不同，判判定为定为“1”码码； 64PPT课件从从2PSK信号和信号和2DPSK信号的波形来说，信号的波形来说，都可等效为都可等效为双极性不归零基带信号的幅度调双极性不归零基带信号的幅度调制制，表达式相同，表达式相同，e2PSK(t)=s(t)cosct 。不同在。不同在于于2DPSK信号中的信号中的s(t)为由为由2PSK信号的基带信号的基带信号变换而来的差分码数字信号。信号变换而来的

25、差分码数字信号。所以，所以，2PSK信号与信号与2DPSK信号功率谱信号功率谱 密度相同。密度相同。3、 2PSK信号和信号和2DPSK信号的功率谱和带宽信号的功率谱和带宽65PPT课件乘以余弦调制后乘以余弦调制后2PSK(2DPSK)信号功率谱密信号功率谱密度为（信源等概）度为（信源等概）:)()(4)()(41)(222ScaScaScscsPSKTffSTffSTffPffPfP双极性不归零码（等概）的功率谱为：双极性不归零码（等概）的功率谱为：)()(2sasSTfSTfP)ff()ff()0(G)P21(f41)ff(G)ff(G)P1(Pf)f(Pcc222s2c2cs2PSK2P

26、SK(2DPSK)信号功率谱密度为（信源不等概）信号功率谱密度为（信源不等概）:66PPT课件除了没有冲激项之外，功率谱与除了没有冲激项之外，功率谱与P2ASK(f)完全相同。完全相同。因此因此2PSK信号和信号和2DPSK信号的带宽仍然是基带带宽的信号的带宽仍然是基带带宽的两倍两倍: B2PSK= B2DPSK= B2ASK= 2fs= 2/Ts=2RBfsfsfsfsfs-fs67PPT课件例例3 假设在某假设在某 2DPSK 系统中，载波频率为系统中，载波频率为 2400 Hz，码元速率为，码元速率为 1200波特，已知波特，已知 相对码相对码序列为序列为1 1 0 0 0 1 0 1

27、1 1 。 (1)试画出试画出2DPSK信号波形；信号波形； (2)若采用差分相干解调法接收该信号时，试若采用差分相干解调法接收该信号时，试画出解调系统的各点波形；画出解调系统的各点波形； (3) 若发送信息符号若发送信息符号 0 和和 1 的概率分别为的概率分别为 0.6 和和 0.4，试求，试求 2DPSK 信号的功率谱密度。信号的功率谱密度。 68PPT课件(1) (2)已知已知Ts=2Tc带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(DPSK2te延迟Tsabcde 相对码相对码 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 (参考参考)2DPSK延时延时Ts二者相乘二者相乘低通滤

28、波低通滤波抽样信号抽样信号再生信号再生信号 绝对码绝对码 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 2DPSK差分相干解调差分相干解调流程框图流程框图69PPT课件)2400()2400(10)2400(1200)2400(1200102)()()0()21 (41)()()1 (2224222222DPSKfffSfSffffGpfffGffGppfPaaccsccs)()(SSTfSaTfGSTG)0(3) 若发送信息符号若发送信息符号 0 和和 1 的概率分别为的概率分别为 0.6 和和 0.4，试求试求 2DPSK 信号的功率谱密度。信号的功率谱密度。p=0.470PPT课件例例4 7-

29、6 设发送的设发送的绝对码绝对码序列为序列为0110110，采用，采用 2DPSK 方式传输。已知码元速率为方式传输。已知码元速率为 2400波特，波特，载波频率为载波频率为 2400 Hz。 (1)试构成一种试构成一种2DPSK信号调制器原理框图；信号调制器原理框图； (2)若采用相干解调码反变换器方式进行解若采用相干解调码反变换器方式进行解调，试画出解调系统的各点时间波形；调，试画出解调系统的各点时间波形； (3)若采用差分相干解调法接收该信号时，试若采用差分相干解调法接收该信号时，试画出解调系统的各点波形。画出解调系统的各点波形。 71PPT课件绘制二进制数字频带调制信号波形示意图。绘制

30、二进制数字频带调制信号波形示意图。1100110011t数字序列数字序列ant(a) 2ASKt(b) 2FSKt(c) 2PSKt(d) 2DPSK初始参考相位初始参考相位例例572PPT课件 7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能一、一、2ASK系统的抗噪声性能：系统的抗噪声性能：”时发送“，”时发送“，001cos)(tatuCi接收端收到的接收端收到的2ASK信号为信号为信道信道2ASK信号信号数字信号数字信号误码率误码率y(t)n(t)相干解调相干解调非相干解调非相干解调BPF解调解调ni (t)信噪比信噪比73PPT课件信道噪声为高斯白噪声，经信道噪声为

31、高斯白噪声，经BPF后形成后形成窄带高斯白噪声窄带高斯白噪声：ttnttntttAtttAtttAtncscccccsin)(cos)(sin)(sin)(cos)(cos)()(cos)()(BPF输出是输出是2ASK信号和窄带高斯白噪声的叠加，信号和窄带高斯白噪声的叠加，在一个码元周期在一个码元周期Ts内：内：”时发“，”时发“，0sin)(cos)()(1sin)(cos)()()()(ttnttntnttnttnatntutycscccscci74PPT课件1、相干解调时、相干解调时2ASK系统误码率系统误码率低 通滤波器s (t)x(t)定时脉冲带 通滤波器抽 样判决器y(t)yi(

32、t)z(t)coscty(t)与相干载波与相干载波cosct 相乘后的波形相乘后的波形z(t)为为z(t)= y(t)cosct =a+nc(t)cos2ct - ns(t)sinctcosct，发送发送“1”码码 nc(t) cos2ct - ns(t) sinct cosct，发送发送“0”码码 = a+nc(t) + a+nc(t) cos2ct-ns(t) sin2ct / 2，发送发送“1”码码 nc(t)+nc(t) cos2ct-ns(t) sin2ct / 2，发送发送“0”码码 75PPT课件z(t)经经LPF后，在后，在抽样判决器抽样判决器输入端输入端得到：得到： ”发“，

33、”，发“0)(1)()(tntnatxccx(t)值的一维值的一维概率密度为：概率密度为： ”，发“ 12)(exp21221nnaxxf ”，发“0)2exp(21220nnxxf设设b为判决门限电平值（阈值电平），判决规则为：为判决门限电平值（阈值电平），判决规则为： xb ，判为判为“1”码码 xb ，判为判为“0”码码76PPT课件P x b | 0 =P(1| 0)表示发出表示发出“0”码而错判为码而错判为“1”码的概率。码的概率。总误码率为总误码率为 Pe= P(1) P( 0 | 1 ) + P(0) P( 1 | 0 ) = P( 0 | 1 ) + P( 1 | 0 ) /

34、2 （信源等概）（信源等概）P(0/1) P(1/0)77PPT课件由概率密度分布图不难看出，最佳判决门限为：由概率密度分布图不难看出，最佳判决门限为：b*= a / 2，此时误码率（阴影面积）最小。，此时误码率（阴影面积）最小。此时，此时， P( 0 | 1 ) = P( 1 | 0 ) ，则则)2(121exp2121)()()(0)|()0| 1 (2222/0000000*2*222nbubnbbexuduedxdxxfdxxfdxxfbxPPPnnx令78PPT课件误差函数误差函数补误差函数补误差函数xuduexerf022)(xuduexerfxerfc22)(1)()2(21)2

35、(2121*nneberfcberfP则误码率为则误码率为解调器输入解调器输入端信噪比端信噪比为为（b*= a / 2）22*)(22221nbNSna42)()2(22*2*nnbb则则v2ASK系统系统相干解调相干解调时误码率：时误码率：421erfcPev当信噪比远大于当信噪比远大于1 1时，上式近似为：时，上式近似为：41ePe（P198 7.2-19）79PPT课件2、非相干解调（包络检波）时、非相干解调（包络检波）时2ASK系统误码率系统误码率低 通滤波器s (t)v(t)定时脉冲带 通滤波器包 络检波器抽 样判决器y(t)yi(t)s(t)BPF输出是输出是2ASK信号和窄带高斯

36、白噪声的叠加，信号和窄带高斯白噪声的叠加，在一个码元周期在一个码元周期Ts内：内：”时发“，”时发“，0sin)(cos)()(1sin)(cos)()()()(ttnttntnttnttnatntutycscccscci80PPT课件经包络检波器检测，输出包络信号：经包络检波器检测，输出包络信号：发发“1”1”时时，包络是窄带高斯噪声加正弦波的包络，包络是窄带高斯噪声加正弦波的包络，一维概率密度函数服从（一维概率密度函数服从（广义瑞利分布广义瑞利分布）莱斯分布莱斯分布： (P55(P55，3.6-8)3.6-8)I0(x)为零阶修正贝赛尔函数。为零阶修正贝赛尔函数。发发“0”0”时时，包络是

37、窄带高斯噪声的包络，一维概，包络是窄带高斯噪声的包络，一维概率密度函数服从率密度函数服从瑞利分布瑞利分布： (P53(P53，3.5-20)3.5-20)”发“，”，发“0)()(1)()()(2222tntntntnatVscsc2222/ )(2021)()(naVnneaVIVVf222/20)(nVneVVf81PPT课件设设b为判决门限电平值为判决门限电平值（阈值电平），判决规则为：（阈值电平），判决规则为： Vb ，判为判为“1”码码Vb ，判为判为“0”码码总误码率为总误码率为 Pe= P(1) P( 0 | 1 ) + P(0) P( 1 | 0 ) = P( 0 | 1 )

38、+ P( 1 | 0 ) / 2 （信源等概）（信源等概）由概率密度分布图不难看出，由概率密度分布图不难看出，最佳判决门限最佳判决门限b*应取在两曲线交点的横坐标处，才能使误码率应取在两曲线交点的横坐标处，才能使误码率（阴影面积）最小。（阴影面积）最小。P(0/1) P(1/0)82PPT课件此时有此时有 f1 ( b*)=f0 ( b*)可得可得)(ln22022nnabIa发发“1”时，当信噪比时，当信噪比= (a2/2n2)1的大信噪比情的大信噪比情况下，有况下，有2222nnaba最佳判决门限为：最佳判决门限为：b*= a / 2 误码率为误码率为*001)(21)(21bbedVVf

39、dVVfP83PPT课件)2(41)(21*01*nbbaerfcdVVf2)(exp21)2exp(21)(2122*2220*nbnnbbdVVVdVVfv 前项为前项为v 后项为后项为解调器输入解调器输入端信噪比端信噪比为为（b*= a / 2）22*)(22/22nbNSnannbaa2224*则则42)(22*nbv 前项为前项为v 后项为后项为)4(41)(21*01erfcdVVfb4/021)(21*edVVfb84PPT课件v 2ASK系统系统非相干解调非相干解调时误码时误码率率v 当信噪比远大于当信噪比远大于1 1时，上式近似为：时，上式近似为：421reeP4/21441

40、eerfcpev 将上式和同步检测法（即相干解调）的误码率公式相比较可将上式和同步检测法（即相干解调）的误码率公式相比较可以看出：在相同的信噪比条件下，同步检测法的抗噪声性能优以看出：在相同的信噪比条件下，同步检测法的抗噪声性能优于包络检波法，但在大信噪比时，两者性能相差不大。然而，于包络检波法，但在大信噪比时，两者性能相差不大。然而，包络检波法不需要相干载波，因而设备比较简单。另外，包络包络检波法不需要相干载波，因而设备比较简单。另外，包络检波法存在门限效应，同步检测法无门限效应。检波法存在门限效应，同步检测法无门限效应。（P200 7.2-38）（P200 7.2-37）85PPT课件 设

41、有一设有一2ASK信号传输系统，其码元速率为信号传输系统，其码元速率为 RB = 4.8 106波特，发波特，发“1”和发和发“0”的概率相等，接收的概率相等，接收端分别采用同步检测法和包络检波法解调。已知接收端端分别采用同步检测法和包络检波法解调。已知接收端输入信号的幅度输入信号的幅度a = 1 mV，信道中加性高斯白噪声的单，信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度边功率谱密度n0 = 2 10-15 W/Hz。试求。试求 (1) 同步检测法解调时系统的误码率；同步检测法解调时系统的误码率； (2) 包络检波法解调时系统的误码率。包络检波法解调时系统的误码率。【解】根据【解】根据2ASK信号的

42、频谱分析可知，信号的频谱分析可知，2ASK信号所需信号所需的传输带宽近似为码元速率的两倍，所以接收端带通滤的传输带宽近似为码元速率的两倍，所以接收端带通滤波器带宽为波器带宽为带通滤波器输出噪声平均功率为带通滤波器输出噪声平均功率为例例6(P200例例7-1)Hz016 . 926BRBW0192. 1n802Bn86PPT课件信噪比为信噪比为(1) 同步检测法解调时系统的误码率为同步检测法解调时系统的误码率为(2)包络检波法解调时系统的误码率为包络检波法解调时系统的误码率为45 . 641066. 1261416. 311eerPr/e45 . 64105 . 72121eePre126109

43、2. 1210128622nar 可见，在大信噪比的情况下，包络检波法可见，在大信噪比的情况下，包络检波法解调性能接近同步检测法解调性能。解调性能接近同步检测法解调性能。87PPT课件例例7P2357-8 若采用若采用OOK方式传送二进制数字信息，方式传送二进制数字信息，已知码元传输速率已知码元传输速率 RB = 2106B ，接收端解调器，接收端解调器输入信号的振幅输入信号的振幅 a= 40V ，信道加性噪声为高斯，信道加性噪声为高斯白噪声，且其单边功率谱密度白噪声，且其单边功率谱密度n0 = 610 -18 W/Hz，试求试求: (1)非相干接收时，系统的误比特率；非相干接收时，系统的误比

44、特率； (2)相干接收时，系统的误比特率。相干接收时，系统的误比特率。 88PPT课件二、二进制频移键控二、二进制频移键控(2FSK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出t1cos2发送端信道)(tsT)(tni)(tyi)(1ty)(1txeP带通滤波器相乘器低通滤波器t2cos2)(2ty)(2tx1289PPT课件采用采用包络检波包络检波时时2FSK系统的总误码率为系统的总误码率为 （P205 7.2-64）221reeP结论：将结论：将2FSK包络检波和同步检波时系统的误码率公式比较包络检波和同步检波时系统的误码率公式比较可见，在大信噪比条件

45、下，可见，在大信噪比条件下，2FSK信号包络检波时的系统性能信号包络检波时的系统性能与同步检测时的性能相差不大，但同步检测法的设备却复杂得与同步检测时的性能相差不大，但同步检测法的设备却复杂得多。因此，在满足信噪比要求的场合，多采用包络检波法多。因此，在满足信噪比要求的场合，多采用包络检波法 。采用采用同步检测同步检测时时2FSK系统的总误码率为系统的总误码率为 （P203 7.2-54）在大信噪比条件下，上式可以近似表示为在大信噪比条件下，上式可以近似表示为 （P203 7.2-55） 221ererfcP221reerP222/nar90PPT课件 采用采用2FSK方式在等效带宽为方式在等

46、效带宽为2400Hz的传的传输信道上传输二进制数字。输信道上传输二进制数字。2FSK信号的频率分别为信号的频率分别为 f1 = 980 Hz，f2 = 1580 Hz，码元速率，码元速率RB = 300 B。接。接收端输入（即信道输出端）的信噪比为收端输入（即信道输出端）的信噪比为6dB。试求：。试求：（1）2FSK信号的带宽；信号的带宽；（2）包络检波法解调时系统的误码率；）包络检波法解调时系统的误码率；（3）同步检测法解调时系统的误码率。）同步检测法解调时系统的误码率。【解】（【解】（1）根据式）根据式(7.1-22)，该，该2FSK信号的带宽为信号的带宽为（2）由于误码率取决于带通滤波器

47、输出端的信噪比。）由于误码率取决于带通滤波器输出端的信噪比。由于由于FSK接收系统中上、下支路带通滤波器的带宽接收系统中上、下支路带通滤波器的带宽近似为近似为例例8(P205例例7-2)1200Hz300298015802122FSKsfffB600Hz22BsRfB91PPT课件它仅是信道等效带宽（它仅是信道等效带宽（2400Hz）的）的1/4，故噪声功率也，故噪声功率也减小了减小了1/4，因而带通滤波器输出端的信噪比比输入信，因而带通滤波器输出端的信噪比比输入信噪比提高了噪比提高了4倍。又由于接收端输入信噪比为倍。又由于接收端输入信噪比为6dB，即，即4倍，故带通滤波器输出端的信噪比应为倍

48、，故带通滤波器输出端的信噪比应为将此信噪比值代入误码率公式，可得包络检波法解调时将此信噪比值代入误码率公式，可得包络检波法解调时系统的误码率系统的误码率（3）同理可得同步检测法解调时系统的误码率）同理可得同步检测法解调时系统的误码率 1644r482107 . 12121eePre5821039. 3e32121reerP92PPT课件三、三、2PSK和和2DPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能2PSK信号相干解调时系统的总误码率为信号相干解调时系统的总误码率为 （P207 7.2-72）在大信噪比条件下，上式可以近似表示为在大信噪比条件下，上式可以近似表示为 （P207 7.2-73）re

49、rfcPe21reerP2193PPT课件2DPSK信号相干解调时系统的总误码率为信号相干解调时系统的总误码率为 （P208 7.2-77/80）在大信噪比条件下，上式可以近似表示为在大信噪比条件下，上式可以近似表示为 （P208 7.2-81）)()211 ()(1 2121)1 (22erfcerfcerfrerfcPPPPeeee)(2rerfcPPee2DPSK信号差分相干解调时系统的总误码信号差分相干解调时系统的总误码率为率为 （P210 7.2-96） reeP2194PPT课件 假设采用假设采用2DPSK方式在微波线路上传送二进制方式在微波线路上传送二进制数字信息。已知码元速率数

50、字信息。已知码元速率RB = 106 B，信道中加性高斯，信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度白噪声的单边功率谱密度n0 = 2 10-10 W/Hz。 今要求今要求误码率不大于误码率不大于10-4。试求。试求(1)采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率；采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率；(2)采用相干解调采用相干解调-码反变换时，接收机输入端所需的信号码反变换时，接收机输入端所需的信号功率。功率。【解】【解】(1)接收端带通滤波器的带宽为接收端带通滤波器的带宽为其输出的噪声功率为其输出的噪声功率为所以，所以，2DPSK采用差分相干接收的误码率为采用差分相干接收的误码率为