现代通原理与技术chp7课件.ppt

1、第七章：第七章：数字频带传输系统数字频带传输系统2 2、了解多进制数字调制原理及特点；掌握各类、了解多进制数字调制原理及特点；掌握各类多进制调制信息速率、码元速率、信号带宽及多进制调制信息速率、码元速率、信号带宽及频带利用率的计算。频带利用率的计算。1 1、掌握二进制振幅调制、频率调制和相位调制、掌握二进制振幅调制、频率调制和相位调制的信号波形、时间函数表示式、频谱、带宽、调的信号波形、时间函数表示式、频谱、带宽、调制和解调方法制和解调方法;了解误码性能分析及结论和计算了解误码性能分析及结论和计算方法。方法。e(t)000011S(t)e(t)000011S(t)(b)FSK载波f1载波f2S

2、(t)S(t)000011e(t)S(t)载波移相e(t)0(c)PSK开关载波发生器s(a)ASKS(t)一、二进制数字振幅键控（一、二进制数字振幅键控（2 2ASKASK或或OOKOOK）基带信号形成器：基带信号形成器：将将an转变为转变为单极性码单极性码1 1、产生框图及时域表示式、产生框图及时域表示式相乘器和带通滤波器：相乘器和带通滤波器：完成完成2 2ASKASK信号相关调制信号相关调制e0(t)载波发生器sS(t)基带信号形成器相乘器cos0tanS(t)ttsteccos)()(0图 二进制振幅键控信号时间波型载波信号2ASK信号s(t)1011Tb001ttt开关载波发生器s(

3、a)ASKS(t)ttsteccos)()(0ncbntnTtgatecos)()(010nattsteccos)()(02 2、解调方法与框图、解调方法与框图带通滤波器半波或全波整流低通滤波器抽样判决器yi(t)s(t)v(t)y(t)定时脉冲定时脉冲带通滤波器低通滤波器抽样判决器yi(t)s(t)x(t)y(t)定时脉冲cos0tZ(t)Z(t)=y(t)cos0t=s(t)cos2 0t=s(t)211+cos20tLPFX(t)=S(t)3 3、2 2ASKASK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽ttsteccos)()(0ncbntnTtgacos)(10na21)()(RP)()

4、()(2121)(ccsePP)()()(00teteERe)(cos)(cos)(ttsttsEcc)2cos(cos)(21cccstERcsRcos)(21)()(41cscsPP)()(41)(cscseffPffPfP二进制数字基带信号的功率谱密度二进制数字基带信号的功率谱密度若二进制基带信号s(t)的功率谱密度Ps(f)为)()()1()()(221smssmffmfGpffGfsp)21()(41)(42pffTSaTSS设Ps(f)Tb/40f.)()()()()(1612216ccbcbcTeffffTffSaTffSafPb)()(41)(cscseffPffPfP)(41

5、)(4)(2ffTSaTfPSSs.f0Tb/16Pe(f)fc-fc2fbG2(f)Tb0fPs(f)Tb/40f.f0Tb/16Pe(f)fc-fc2fb1/16B2ASK=2fb )(tg二、二进制数字频移键控（二、二进制数字频移键控（2 2FSKFSK）1 1、产生框图及时域表示式、产生框图及时域表示式FSK:FSK:相位连续的相位连续的FSKFSK记记为为CPFSKCPFSK 相位不连续的相位不连续的FSKFSK记记为为DPFSKDPFSK基带基带信号形成器信号形成器将将an转变为单极性码转变为单极性码相乘器和带通滤波器：相乘器和带通滤波器：完成完成2 2FSKFSK信号相关调制信号

6、相关调制(b)FSK载波f1载波f2S(t)e(t)000011S(t)振荡器振荡器f1倒相器倒相器振荡器振荡器f2控制门控制门1控制门控制门2相加器相加器S(t)S(t)基带信号输入输出输出e0(t)e0(t)ts(t)t11100概率概率p p概率概率1-1-p p01a)nTt(ga)t(snbnn概率概率p p概率概率1-1-p pnnbnanTtgatsttsttste10)()()cos()()cos()()(2n10jnaak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信 号 ts2 2、解调方法与框图、解调方法与框图带通滤波器相乘器带通滤波器相乘器取样判决器

7、Yi(t)21Z2(t)Z1(t)Y1(t)Y2(t)取样脉冲输入S(t)输出低通滤波器低通滤波器X1(t)X2(t)S(t)带通滤波器包络检波器带通滤波器包络检波器取样判决器Yi(t)21v2(t)v1(t)Y1(t)Y2(t)取样脉冲输入输出111000001012FSK信 号限 幅e2FSK(t)ab微 分c整 流d脉 冲 形成低 通ef输 出(a)abcdef1200;0:)cos(2)()(2cos2)(cos)cos()(0200200AtAtAAtz)cos(2A)t(xLPF02BPF延迟LPF抽样S(t)y(t-)X(t)Z(t)Y(t)Yi(t)cp若00f412则)sin

8、(2A)t(x2若1f4323002Asin2A)t(x22)t(x当)t(x2A)t(x123 3、2 2FSKFSK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽)cos()()cos()()(22110jjttsttsteDP2FSK带宽bFSKDPfffB2212bASK2bbFSK2DPf4B2f2f2BBDP2FSK比B2ASK大 ，若选若选，则则21ff bfff221 f8Tb81081bfff8.021呈双峰呈单峰bfff8.021)(fpe)(fpe绝对相移（绝对相移（PSKPSK），），相对相移（相对相移（DPSKDPSK）（一）绝对码和相对码（一）绝对码和相对码绝对码：数字信息绝

9、对码：数字信息“1 1”为高，为高，“0 0”为低。为低。相对码：数字信号相对码：数字信号“1 1”电平变，电平变，“0 0”电平电平不变不变a a 绝对码绝对码 相对码相对码三、二进制数字移相键控及差分移相键控三、二进制数字移相键控及差分移相键控 （2 2PSKPSK及及2 2DPSKDPSK）延迟延迟Tbanbnbn-1（a）b b 相对码相对码 绝对码绝对码（b）延迟延迟Tbanbnbn-11 1、绝对调相、绝对调相 利用载波信号相位直接表示数字信号，例利用载波信号相位直接表示数字信号，例如与未调载波同相表示数字信号如与未调载波同相表示数字信号“0 0”，与未，与未调载波反相表示数字信号

10、调载波反相表示数字信号“1 1”。（二）绝对调相和相对调相（二）绝对调相和相对调相2 2、相对调相、相对调相 向量差：向量差：利用载波相对相位表示数字信号，本码元初利用载波相对相位表示数字信号，本码元初相与前一码元终相比较，相同为相与前一码元终相比较，相同为 “0 0”，不同为，不同为“1 1”。相位差：相位差：利用载波相对相位表示数字信号，本码元初利用载波相对相位表示数字信号，本码元初相与前一码元初相比较，相同为相与前一码元初相比较，相同为 “0 0”，不同为，不同为“1 1”。t2PSKt2DPSK1t2DPSK2bn1bn2t未调载波未调载波0111an数字信息数字信息规则：规则：“1

11、1”变变“0 0”不变不变PSKPSK：载波相位载波相位DPSKDPSK：与前一码元的初相位与前一码元的初相位相对相移相对相移是对绝对码是对绝对码a an n 来说的来说的 对相对码对相对码b bn n来说是绝对移相来说是绝对移相 （三）（三）2 2PSKPSK信号的产生和解调信号的产生和解调 0BA参考相位参考相位A A方式方式-/2 参考相位参考相位/2B B方式方式1 1、2 2PSKPSK信号的产生与表示式信号的产生与表示式基带信号形成器相乘器带通滤波器cos0tanS(t)e0(t)2PSK信号基带基带信号形成器信号形成器将将an转变为双极性码转变为双极性码相乘器和带通滤波器：相乘器

12、和带通滤波器：完成完成2 2PSKPSK信号相关调制信号相关调制S(t)tcos0tte0(t)t振荡器振荡器门电路门电路1倒相器倒相器门电路门电路2相加器相加器倒相器倒相器e0（t）S（t）相0相PSKPSK信号：由双极性信号与载波之积构成的信号：由双极性信号与载波之积构成的ncbntnTtgatecos)()(011nattsteccos)()(02 2、2 2PSKPSK信号解调信号解调抽样判决器定时脉冲定时脉冲输出输出Yi（t）y1（t）z（t）xi（t）cos0t na)tcos()t(yn01jj jn=0代表数字信号代表数字信号0j jn=代表数字信号代表数字信号1)2cos(2

13、1cos21cos)cos()(000nnnttttzjjjLPFjjjnnn21021cos21)t(x判决准则判决准则0 x0 x判判“0”判判“1”若本地载波相位反相，为若本地载波相位反相，为cos（0t+），），则则ncos21)t(xj 判决输出全错，产生相位模判决输出全错，产生相位模糊问题。糊问题。（四）（四）2 2DPSKDPSK信号的产生和解调信号的产生和解调1 1、2 2DPSKDPSK信号的产生信号的产生e0（t）差分编码器极性变换器带通滤波器cos0t na nb1110tttttt本地载波Z（t）X（t）ant定时脉冲抽样值2PSK信号 na1110tttttttz（t

14、）X（t）an本地载波定时脉冲抽样值2PSK信号 na 2 2PSKPSK信号的解调易出现反向工作或相位模糊的现象信号的解调易出现反向工作或相位模糊的现象2、2DPSK信号的解调信号的解调（1）极性比较）极性比较 2PSK解调器解调器Tb输入输入2DPSK信号信号 na nb1nb 若若2PSK解调器相干载波倒相，则输出解调器相干载波倒相，则输出 ，差，差分译码分译码nbn1nnn1nnabbabb克服了反向工作问题克服了反向工作问题（2）相位比较法相位比较法 抽样判决器抽样脉冲抽样脉冲输出输出Yi（t）y1（t）z（t）x（t）na延迟Tby2（t）1110an0t2DPSK信号ty2（t）

15、tz（t）tx（t）t抽样脉冲t na11100110201)(cos)()cos()(nnnnbnTttyttyjjjjj)Tt2cos(21)Tcos(21)Ttcos()tcos()t(z1nnb00nb01nb00n0jjjjjnb0nb0nb0sinTsin21cosTcos21)Tcos(21)t(xLPFjjjk2TT2Tk0bb0（正整数）若0bTT 10 x00 x2/102/1cos21)t(xnnn判判判决jjj解调失效。）都为（时，）（）（）（即）（若0tx0sin21tx41k221k21TT21kTnn0bb0jj（五）（五）二进制移相信号的功率谱及带宽二进制移相信

16、号的功率谱及带宽nbnTtgatsttste)()(cos)()(0g（t）为高为高1，宽为，宽为Tb的矩形波的矩形波ppan111概率概率双极性码功率谱密度双极性码功率谱密度)()0()12()()1(4)(2222fGpffGppffpbbs)()()0()12()()()1()()(41)(0022241202000ffffGpfffGffGppfffpffpfpbbsse)()2()()0(21babbabbfTsTTsTfGTGpbbDpskpskbababefBBBTffsTffsTfp22)()(4)(2202022fbf0-f0Pe（f）0f4Tb第第2 2、3 3节节 二进制

17、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第第4 4节节 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 采用多进制的采用多进制的特点特点如下如下1 1）码元速率相同时，）码元速率相同时，m m进制的信息速率进制的信息速率为二进制的为二进制的loglog2 2m m倍倍2 2）在）在r r一定多进制比二进制误码率大。一定多进制比二进制误码率大。（一）（一）MASK MASK信号波形及表示式信号波形及表示式 一、多进制数字振幅调制的原理一、多进制数字振幅调制的原理 t0e3（t）t0e2（t）t0e1（t）t0e（t）t0001112233s（t）tcosnTt(gatcos)t(s)t(e0

18、nbn01m210np1mp2p1p0a概率。概率概率概率1p1m0iig g（t t）高为高为1 1，宽为，宽为T Tb b的门函数的门函数ncbmmncbncbtnTtgctetnTtgctetnTtgctecos)()(.cos)()(cos)()(1111001m1m1m2221110p10p1cp10p1cp10p1c11c概率为概率为概率为概率为概率为概率为概率为 则则m m电平电平MASKMASK为为振幅不等，时间上错开的振幅不等，时间上错开的多个多个2 2ASKASK叠加。叠加。10)()(miitete(二二)MASKMASK信号带宽及频带利用率信号带宽及频带利用率MASKM

19、ASK功率谱为功率谱为M M个个2 2ASKASK信号功率谱叠加信号功率谱叠加bASK2MASKf2BB 若若M M进制与二进制码的信息速率相等，进制与二进制码的信息速率相等，则码元速率满足下式：则码元速率满足下式：2kf2kfBkfBk1kf2f2Blogkfk1ffflogmbmbmbASK2bmbMASKm2bmbbmbm2频带利用率则优缺点：优缺点：频带利用率是频带利用率是2 2ASKASK的的k=logk=log2 2m m倍，采用正交调幅可提倍，采用正交调幅可提高频带利用率。高频带利用率。（2 2）抗衰落能力差）抗衰落能力差（3 3）在信噪比一致的情况下，）在信噪比一致的情况下，M

20、ASKMASK比比2 2ASKASK误码大。误码大。（4 4）设备复杂。）设备复杂。（1 1）传输效率高）传输效率高二、多进制数字频率调制原理二、多进制数字频率调制原理（一）（一）MFSKMFSK系统方框图系统方框图 串/并变换逻辑电路f1f2fm门电路相加器信道信道门电路门电路12。k12。m输输入入并/串变换接收滤波器逻辑电路抽抽样样判判决决器器 包 络检波器 包 络检波器 包 络检波器带通fm带通f2带通f1抽样脉冲12。k12。m12。m输出（二）二）MFSKMFSK信号带宽及频带利用率信号带宽及频带利用率 相位不连续时相位不连续时，可看作可看作m m个载波不同，时间上个载波不同，时间

21、上互不相容的互不相容的2 2FSKFSK信号叠加。信号叠加。若若MFSKMFSK信号码元宽信号码元宽bT1bbTf 12bmMFSKfffB）（最大频偏122bDMFSKmDffBffff1f2fm-1fmP（f）ffb2fD若相邻载波之差等于若相邻载波之差等于2bfMFSKMFSKmMFSKbMFSKbBmmmkBkfmf2log222则1 1、直接调相法、直接调相法（1 1）4 4PSKPSK信号的产生信号的产生 二进制码两位一组，经串并变换变成宽度二进制码两位一组，经串并变换变成宽度加倍的并行码，再分别进行极性变换，分别加倍的并行码，再分别进行极性变换，分别与相互正交的载波相乘，经合成得

22、到与相互正交的载波相乘，经合成得到4 4PSkPSk信号。信号。三、多进制数字相位调制三、多进制数字相位调制串/并变换相移/2单/双极性变换单/双极性变换tCOS0tSin0/2相 0-/2相 1B0 1相 0相AA 11B 01ABAB1011e0（t）00 1001 11AB其中，极性变换器将其中，极性变换器将“1”“1”变为变为-1-1，“0”“0”变为变为+1+1。串/并变换/4单/双极性变换单/双极性变换tCOS0e（t）-/4码变换ABABABcd）（4tCOS0）（4tCOS00/41-3/4 3/4 1-3/4 010000111 码变换器，将输入码变换器，将输入A A，B B

23、变为相对码变为相对码C C，D D，再经绝对调相器输出再经绝对调相器输出/2/2系统的系统的4DPSK4DPSK信号。信号。（2 2）4 4DPSKDPSK信号的产生信号的产生2 2、相位选择法、相位选择法 串串/并并变换变换逻辑选相逻辑选相电路电路4相载波相载波发生器发生器带通带通输入输入输出输出AB2320 根据输入的双比特码产生控制信号，选择根据输入的双比特码产生控制信号，选择相位不同的载波信号，输出相位不同的载波信号，输出4 4DPSKDPSK信号。信号。四、多进制数字调制系统的性能四、多进制数字调制系统的性能1 1、MFSKMFSK与与MASKMASK，MPSK MPSK，MDPSK

24、MDPSK比较比较 随随m m增大，其误码率增大，其误码率p pe e增大得不多，占用频带增大得不多，占用频带最大，频带利用率最低。最大，频带利用率最低。2 2、M M相同时，相干检测相同时，相干检测MPSKMPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能优于差分检测优于差分检测MDPSKMDPSK系统，系统，MDPSKMDPSK系统无反向工系统无反向工作问题，频带利用率高。作问题，频带利用率高。3 3、实际中，在信道功率受限，而带宽不受限的、实际中，在信道功率受限，而带宽不受限的场合用场合用MFSKMFSK；在信道带宽受限，而功率受限的在信道带宽受限，而功率受限的场合用场合用MDPSKMDPSK；在信道带宽受限，而功率不受限在信道带宽受限，而功率不受限的恒参信道用的恒参信道用MASKMASK。