(VIP专享)通信原理-教学课件-25.ppt
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- VIP专享 VIP 专享 通信 原理 教学 课件 _25
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1、1通信原理通信原理第第24讲讲 要点回顾和要点回顾和部分习题部分习题2第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统n 数字基带信号的波形、码型和频谱数字基带信号的波形、码型和频谱n 数字基带信号数字基带信号的编码规则的编码规则n NRZ码码,RZ码码,AMI码和码和HDB3码码;n 在码元速率一定时,多元码可以提高信在码元速率一定时,多元码可以提高信 息速率,是以提高发送功率为代价的。息速率,是以提高发送功率为代价的。n 数字基带信号的频谱特性数字基带信号的频谱特性 功率谱可分为功率谱可分为连续谱连续谱和和离散谱离散谱两部分。两部分。n 单极性单极性NRZ、RZ和双极性和双极性NRZ矩形脉冲矩
2、形脉冲 序列的功率谱特性。序列的功率谱特性。3第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统n 数字基带传输系统数字基带传输系统模型模型()()()()TRHGCG n 产生误码的原因:信道加性噪声;码间串扰。产生误码的原因:信道加性噪声;码间串扰。n 码间串扰的定义和影响(严重时会导致误码)。码间串扰的定义和影响(严重时会导致误码)。4第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统n 无码间串扰的时域条件无码间串扰的时域条件n 无码间串扰传输特性的选择依据:无码间串扰传输特性的选择依据:n 奈奎斯特第一准则奈奎斯特第一准则0()00skkh kThk 常数常数2(),SisSiHTTT n 将将
3、H()在在 轴上以轴上以2/Ts为间隔切开,然后分段为间隔切开,然后分段沿沿 轴平移到轴平移到(-/Ts,/Ts)区间内,将它们进行叠区间内,将它们进行叠加,其结果应当为一常数。加,其结果应当为一常数。5第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统n 理想低通传输特性理想低通传输特性n 基带传输最高频带利用率基带传输最高频带利用率/2(B/Hz)BRB n 升余弦滚降频谱特性升余弦滚降频谱特性 (1)NNBfff n 升余弦滚降系统的最高频带利用率为升余弦滚降系统的最高频带利用率为 22B/Hz(1)(1)BNNRfBf 6第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统n 部分响应系统部分响应系
4、统 n 第一类部分响应系统的频带利用率第一类部分响应系统的频带利用率11/2(B/Hz)2BSSRBTT n 第一类部分响应系统的实现第一类部分响应系统的实现预编码预编码-相关编码相关编码-模模2 2判决判决n 预编码规则预编码规则:bk=ak bk-1 即即:ak=bk bk-1n 相关编码:相关编码:ck=bk+bk-1 n 模模2判决:判决:ak=ckmod2 7第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统n 第第IV类部分响应信号类部分响应信号11 r02 r13-rn 考虑输入信号为四进制考虑输入信号为四进制2nnncbb-Mod4nnac 预编码:预编码:2 Mod 4nnnbab
5、-相关编码:相关编码:接收端解码:接收端解码:n 当输入为当输入为L进制信号时,经部分响应传输进制信号时,经部分响应传输 系统得到的第系统得到的第、类部分响应信号的类部分响应信号的 电平数为电平数为(2L-1)。8第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统n 眼图眼图模型和相关概念模型和相关概念n 作用:校正或补偿系统特性,减小码作用:校正或补偿系统特性,减小码 间串扰的影响间串扰的影响。n 均衡器均衡器n 时域均衡原理时域均衡原理 n 均衡器均衡效果评价的方法均衡器均衡效果评价的方法n“迫零迫零”均衡器的设计均衡器的设计6-7 已知信息代码为已知信息代码为1011 0000 0000 01
6、01,假设该,假设该序列前一编码输出为序列前一编码输出为V-。试确定相应的。试确定相应的AMI码以码以及及HDB3码。码。信息码:信息码:1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 AMI码码:+1 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 +1 AMI码码:-1 0 +1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 +1 0 -1 信息码:信息码:1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 HDB3 V-+1 0 -1 +1 0 0 0 V+-B 0 0 V-0 +1 0 -1 6-11 设基带传输系统的发送滤波器、信道和接收滤设基带
7、传输系统的发送滤波器、信道和接收滤波器组成总特性为波器组成总特性为H(),若要求以,若要求以2/Ts波特的速波特的速率进行传输,试验证图率进行传输,试验证图P6-6所示的的各种所示的的各种H(),能否满足抽样点上无码间串扰的条件。能否满足抽样点上无码间串扰的条件。n Nyquist第一准则第一准则2()isiHCTp pw w ST 4()isiHCT ST2212BssRTT (a)Nyquist带宽带宽 1122NssfBTT 该系统无码间串扰传输的最大码元传输速率该系统无码间串扰传输的最大码元传输速率max122BssRBTT 以以2/TS波特的速率进行数据传输时,该系统波特的速率进行数
8、据传输时,该系统不满足消除抽样点上码间串扰的条件。不满足消除抽样点上码间串扰的条件。(b)传输速率传输速率2/Ts虽然小于(奈奎斯特速率)虽然小于(奈奎斯特速率)3/Ts,但由于不是但由于不是2/Ts的整数倍,所以在该系统中以的整数倍,所以在该系统中以2/Ts的速率传输,不能消除码间串扰。的速率传输,不能消除码间串扰。max32322sBssBTRBTT(c)210seqTH ,其它,其它1sBTmax22BsRBT该系统满足消除抽样点上码间串扰的条件。该系统满足消除抽样点上码间串扰的条件。(d)因此,该系统不满足消除抽样点上码间串扰的因此,该系统不满足消除抽样点上码间串扰的条件。条件。1,0
9、,seqTH 其它其它12sBT max122BssRBTT 6.12解解:(1 1)该系统可构成等效矩形系统)该系统可构成等效矩形系统 01,0,eqH 其它其它所以该系统能实现无码所以该系统能实现无码间干扰传输。间干扰传输。(2 2)该系统无码间干扰的最大码元传输速率为)该系统无码间干扰的最大码元传输速率为 002BRf 由于系统的实际带宽为由于系统的实际带宽为 00112Bf 所以,此时系统的频带利用率为所以,此时系统的频带利用率为 0B022(B/Hz)11fRBf 【练习【练习】、设采用预编码的第四类部分响应形成网、设采用预编码的第四类部分响应形成网络的输入序列络的输入序列 为为00
10、011110101001011,试求预编码后,试求预编码后序列序列 和输出序列和输出序列。解解:2 mod 2kkkbab-2 kkkcbb-kb预编码序列预编码序列 :kc输出序列输出序列 :1-10100-1010-1-11100输出输出ck1001000010001100000预编码预编码bk11010010101111000ak0 017第第7章章 数字频带传输系统数字频带传输系统n二进制数字调制的已调信号时域和频域特性:二进制数字调制的已调信号时域和频域特性:n 2ASK信号产生方法:信号产生方法:模拟调制法和键控法模拟调制法和键控法n 2ASK信号的解调方法:非相干解调和相干解调信
11、号的解调方法:非相干解调和相干解调n 2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱信号的功率谱是基带信号功率谱B(f)的线的线 性搬移(属线性调制)。性搬移(属线性调制)。n g(t)为矩形不归零脉冲时为矩形不归零脉冲时2ASK22/ssBfT2ASK信号带宽信号带宽:2ASK21(Baud/Hz)2sASKRB 频带利用率频带利用率:18第第7章章 数字频带传输系统数字频带传输系统n g(t)为升余弦滚降波形时为升余弦滚降波形时22(1)ASKsBBf 2ASK21(Baud/Hz)1sASKRB 22ASKsBf n 二进制频移键控(二进制频移键控(2FSK)的产生方法)的产生方法n 若以功率谱第
12、一个零点之间的频率间隔计算若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算 2FSK信号的带宽,则其带宽近似为信号的带宽,则其带宽近似为2212FSKsBfff-19第第7章章 数字频带传输系统数字频带传输系统n 2PSK信号的时域表达式和信号波形信号的时域表达式和信号波形n“倒倒”现象现象或或“反相工作反相工作”n PSK特点:特点:无离散载波分量;解调时存在相位无离散载波分量;解调时存在相位 模糊;模糊;与与ASK有相同的频带利用率。有相同的频带利用率。但是功率但是功率 利用率高于利用率高于2ASK信号。信号。n 2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位是利用前后相邻码元的载波相对相位 变化来表示
13、数字信息。变化来表示数字信息。n 2DPSK信号的波形和解调方法:信号的波形和解调方法:相干解调加码反变换法相干解调加码反变换法 延迟差分相干解调法延迟差分相干解调法2DPSK2PSKB2sBf20第第7章章 数字频带传输系统数字频带传输系统n 多进制数字调制原理多进制数字调制原理n MASK信号的频带利用率信号的频带利用率/1(/)sRBbaud Hz n MFSK信号的带宽:信号的带宽:B fM-f1+fn 多进制绝对相移键控多进制绝对相移键控(MPSK):PAs22/M SKM SKsBBfT采用频带传输时,频带利用率最高为采用频带传输时,频带利用率最高为1Baud/Hz.21第第7章章
14、 数字频带传输系统数字频带传输系统n 正交相移键控正交相移键控(QPSK)n QPSK信号矢量图信号矢量图参考相位参考相位34 54 74 110100104 4,4M 系系统统4 系统系统2 参考相位参考相位2 23 1000011104,0M 22第第7章章 数字频带传输系统数字频带传输系统n 正交相移键控正交相移键控(QPSK)n 对于对于QPSK调制信号,如果用功率谱谱零点调制信号,如果用功率谱谱零点 宽度宽度(主瓣、双边带主瓣、双边带)来表示其占据的带宽,来表示其占据的带宽,则则QPSK信号的带宽为信号的带宽为2/Ts,频带利用率为,频带利用率为 1bps/Hz。n 偏置偏置QPSK
15、(OQPSK):为了减小此相位突变,为了减小此相位突变,将两个正交分量在时间上错开半个码元将两个正交分量在时间上错开半个码元,使,使 之不可能同时改变。之不可能同时改变。7-7 已知发送数字信息为已知发送数字信息为011010,分别画出下列两种,分别画出下列两种情况下的情况下的2PSK、2DPSK和相对码的波形:和相对码的波形:(1)码元速率为)码元速率为 ,载波频率为,载波频率为 ;(2)码元速率为)码元速率为 ,载波频率为,载波频率为 ;1200B1200B1200Hz1800Hz 解解:n7-8 在在2ASK系统中,已知码元传输速系统中,已知码元传输速 率率 ,信道加性高斯白噪声的单边功
16、率,信道加性高斯白噪声的单边功率谱密度为谱密度为 ,接收端解调器输入端,接收端解调器输入端的峰值振幅的峰值振幅 ,试求:,试求:(1)非相干接收时系统的误码率;)非相干接收时系统的误码率;(2)相干接收时系统的误码率。)相干接收时系统的误码率。【解解】:(:(1)非相干接收时,)非相干接收时,噪声功率:噪声功率:信噪比:信噪比:62 10 BBR 180610W/Hzn-40aV /412rePe-2186110026*10*2*102.4*10()nBn BnRW-262211(40*10)10033.3322*2.4*103nar-41.20*10eP-(2)相干接收时,)相干接收时,51
17、2.23*1022erPerfc-/4512.35*10rePer-n7-11 某某2FSK系统中的码元传输速率系统中的码元传输速率 发送发送1符号的频率符号的频率f1的频率为的频率为10MHz,发送,发送0符号的符号的频率频率f2的频率为的频率为10.4MHz,且发送概率相等。信道,且发送概率相等。信道加性高斯白噪声的单边功率谱密度为加性高斯白噪声的单边功率谱密度为 接收端解调器输入端的峰值振幅接收端解调器输入端的峰值振幅 。试求:试求:(1)2FSK信号的第一谱零点带宽;信号的第一谱零点带宽;(2)非相干接收时系统的误码率;)非相干接收时系统的误码率;(3)相干接收时系统的误码率。)相干接
18、收时系统的误码率。62 10 BBR 180610 W/Hzn-40aVm m 解解:带宽:带宽:非相干接收时非相干接收时 相干接收时相干接收时/281/2*2.89*10rePe-218611026 104 102.4 10()nBnRWs s-2233.332nars s913.89*1022erPerfc-/2914.0*102rePer-6662120.4 102 2 104.4 10 HzBBffR-292FSK2FSK信号的功率谱和带宽信号的功率谱和带宽n7-16 已知数字信息为已知数字信息为1时,发送信号的功率为时,发送信号的功率为1kW,信道信道功率损耗为功率损耗为60dB,接
19、收端解调器输入的噪声功率为,接收端解调器输入的噪声功率为 W ,试求非相干解调试求非相干解调OOK及相干解调及相干解调2PSK系统的误码率。系统的误码率。解:计算接收信号功率解:计算接收信号功率信噪比信噪比 OOK非相干解调:非相干解调:2PSK相干解调相干解调3360/1061010 log60()10()1010ttrrPPdBPWP-34101010rnPrP-/421/2*4.1*10rePe-613.87*102ePerfcr-410-n7-20 采用采用4PSK调制传输调制传输2400bps数据,数据,(1)最小理论带宽是多少?)最小理论带宽是多少?(2)若传输带宽不变,而比特率加
20、倍,则调制方式如何)若传输带宽不变,而比特率加倍,则调制方式如何 改变?改变?解:(解:(1)符号速率符号速率最小理论带宽最小理论带宽基带:最大频带利用率为基带:最大频带利用率为2;调制信号:最大频带利用率为;调制信号:最大频带利用率为1;(2)若比特率加倍,而传输带宽不变,则波特率应不变,)若比特率加倍,而传输带宽不变,则波特率应不变,M16,故可使用,故可使用16PSK调制进行传输。调制进行传输。222400/log2400/log 41200()bBbRbpsRRMBaud 1200BBR24800log/4800/12004bbBRbpsMRR1200BR 32第第8 8章章 新型数字
21、带通调制技术新型数字带通调制技术n16QAM信号和信号和16PSK信号的性能比较信号的性能比较n正交正交2FSK信号的最小频率间隔信号的最小频率间隔1/(2Ts)nMSK和和GMSK的调制和解调原理的调制和解调原理nOFDM的基本原理的基本原理 fmin=1/Tsfk2/Tsfk1/Tsfk ff33第第8 8章章 新型数字带通调制技术新型数字带通调制技术n MSK信号特点信号特点1/(4)sT 1/2h /2 (1)已调信号的振幅是恒定的;)已调信号的振幅是恒定的;(2)信号的频率偏移严格地等于)信号的频率偏移严格地等于 相应的调制指数相应的调制指数(3)以载波相位为基准的信号相位在一个码)
22、以载波相位为基准的信号相位在一个码 元期间内准确地线性变化元期间内准确地线性变化(4)在码元转换时刻信号的相位是连续的,)在码元转换时刻信号的相位是连续的,或者说,信号的波形没有突跳。或者说,信号的波形没有突跳。练习练习 一个一个8PSK和和8QAM的星座图如题图的星座图如题图5-10所示所示(1)若)若8PSK星座图中两相邻星座点之间的最小欧星座图中两相邻星座点之间的最小欧式距离为式距离为A,求圆的半径,求圆的半径r;(2)若)若8QAM星座图中两相邻星座点之间的最小星座图中两相邻星座点之间的最小欧式距离为欧式距离为A,求其内圆和外圆的半径,求其内圆和外圆的半径a和和b;(3)假设星座图上的
23、各信号点等概率出现,求出)假设星座图上的各信号点等概率出现,求出两信号星座图对应的信号平均功率,在相邻星两信号星座图对应的信号平均功率,在相邻星座点之间的最小欧式距离均为座点之间的最小欧式距离均为A的条件下比较这的条件下比较这两种星座图对应的两种星座图对应的8PSK和和8QAM信号的发送功信号的发送功率差异。率差异。解解:(1)对于)对于8PSK,最小欧式距离,最小欧式距离A与圆的半径与圆的半径r 满足余弦定理:满足余弦定理:22222cos45Arrr -22Ar-(2)对于)对于8QAM信号,内圆最小欧式距离信号,内圆最小欧式距离A与内与内圆的半径圆的半径r的关系为:的关系为:222Arr
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