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1、第5章 数字频带传输系统通信原理教程第5章 数字信号的频带传输 5.1 二进制数字幅度键控 5.2 二进制数字频率键控 5.3 二进制数字相位调制 5.4 二进制数字调制系统比较 5.5 多进制数字频带系统 5.6 正交振幅调制 5.7 恒包络调制方式 5.8 多载波调制 Date1第5章 数字频带传输系统通信原理教程本章内容目的要求 教学要求:掌握、信号调制与解 调的基本方法，熟练掌握及信 号调制与解调的基本方法，会分析与计算 、及信号采用相干 解调时的系统抗燥声性能（误码率）。了解多进制 数字调制（、）的基 本方法，知道、等窄带 数字调制技术的方法及应用。 内容提要:及性能分析；及性能 分
2、析；及性能分析；、 、及性能分析；窄带数字调制技术。 重点：二进制相移键控（）及性能分析。 难点：各种系统的抗噪声性能（误码率）分析。Date2第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.1 二进制数字幅度键控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，载波的幅度、频率或相位只有两 种变化状态。数字幅度调制又称幅度键控（ASK） ，二进制幅度键控记作2ASK。 Date3第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.1.1 2ASK信号的时域、频域和空间描述1、时域表示及波形2ASK信号可表示为： 其中s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列：Date4第5章 数字频带传输
3、系统通信原理教程2、频域表示及频谱图2ASK信号傅氏变换可以表示成：设：调制信号的功率谱为Pd( f ) ，则已 调信号的功率谱为P2ASK( f )：Date5第5章 数字频带传输系统通信原理教程Date6第5章 数字频带传输系统通信原理教程小结: (1)ASK信号的功率谱是信号s(t)的功率谱 得线性搬移；(2)包含连续和离散两部分；(3)带宽是基带信号的两倍。3、信号空间表示5.1.2 2ASK调制系统1、 2ASK调制Date7第5章 数字频带传输系统通信原理教程2、 2ASK解调相干检测法和包络检波法Date8第5章 数字频带传输系统通信原理教程3、频带利用率为4、 2ASK系统的误
4、码率定义：码元发生错误的概率，这里不考 虑码间串扰。假定信道噪声为加性高斯白噪声，其均 值为0、方差为 ；发送的信号为：Date9第5章 数字频带传输系统通信原理教程包络检测时2ASK系统的误码率（看图） 其接收带通滤波器BPF的输出为： 经包络检波器检测，输出包络信号：发“1”时，包络服从莱斯分布；发“0”时，瑞利分布。 Date10第5章 数字频带传输系统通信原理教程存在两种错判可能性：发送的码元为“1” 时，错判为“0”，其概率记为 ；发送的 码元为“0”时，错判为“l”，其概率记为 。 Date11第5章 数字频带传输系统通信原理教程则系统的总误码率为 ：不难看出，当时，该阴影面积之和
5、最小 ，即误码率最低。称此使误码率获最小值的 门限为最佳门限，其值为 。系统 的误码率近似为：其中 表示信噪比。 Date12第5章 数字频带传输系统通信原理教程相干解调时2ASK系统的误码率 其接收带通滤波器BPF的输出为：取本地载波，则乘法器输出，在抽样判决器输入端得到： Date13第5章 数字频带传输系统通信原理教程x(t)值的一维概率密度为： Date14第5章 数字频带传输系统通信原理教程不难看出，最佳判决门限为： 可以证明，这时系统的误码率为：当信噪比远大于1时，上式近似为：在大信噪比情况下，2ASK信号相干解调 时的误码率总是低于包络检波时的误码率， 即相干解调2ASK系统的抗
6、噪声性能优于非相 干解调系统。注意例题。 Date15第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.2 二进制数字频率键控 数字频移键控是用载波的频率来传送 数字消息，即用所传送的数字消息控制载 波的频率。数字频移键控的主要调制方式 包括：2FSK,MFSK,MSK和GMSK等。5.2.1 2FSK信号的时域、频域和空间描述Date16第5章 数字频带传输系统通信原理教程根据2FSK信号的产生原理，已调信号的 数字表达式可以表示为：其中：初相位可以是不连续，也可以是连续的。2、频域表示及频谱图2FSK信号可视为两个2ASK信号的合成， 则2FSK信号功率谱为两个2ASK功率谱之和。Date17第5章
7、 数字频带传输系统通信原理教程则小结: (1)属于非线性调制；(2) 单峰，否则双峰；(3)带宽Date18第5章 数字频带传输系统通信原理教程3、信号空间表示 5.2.2 2FSK调制系统1、 2FSK调制 主要包括模拟调频法和频率键控法2、 2FSK解调包括鉴频法、相干检测法、包络检波法 、过零检测法、差分检测法等。Date19第5章 数字频带传输系统通信原理教程过零检测法 Date20第5章 数字频带传输系统通信原理教程差分检测法角频率频移有两种取值，乘法器输出为：合理的选取延迟，使得 则 经抽样判决器可检测出“1”和“0”。Date21第5章 数字频带传输系统通信原理教程非相干解调Da
8、te22第5章 数字频带传输系统通信原理教程相干检测法 Date23第5章 数字频带传输系统通信原理教程3、2FSK系统的频带利用率4、 2FSK系统的误码率非相干解调时2FSK系统的误码率信号Date24第5章 数字频带传输系统通信原理教程发送“1”符号 发送“0”符号 Date25第5章 数字频带传输系统通信原理教程发送“1”符号，的包络是发送“0”符号，的包络是经计算2FSK信号采用包络检波法解调时 系统的误码率为：Date26第5章 数字频带传输系统通信原理教程非相干解调时2FSK系统的误码率发送“1”符号时 发送“0”符号时Date27第5章 数字频带传输系统通信原理教程发送“1”码
9、而错判为“0”码，错误概 率为：其一维概率密度函数可表示为： Date28第5章 数字频带传输系统通信原理教程同理可得，发送“0” 符号而错判为“1”符号的 概率为 于是可得2FSK信号采用同步检测法解调 时系统的误码率为：在大信噪比条件下，上式可近似表示为 Date29第5章 数字频带传输系统通信原理教程比较两种解调方法，可以得到结论：（1）在输入信号信噪比一定时，相干解 调的误码率小于非相干解调的误码率；当系 统的误码率一定时，相干解调比非相干解调 对输入信号的信噪比要求低。（2）相干解调时，需要插入两个相干载 波，电路较为复杂。（3）信噪比增大，误码率降低；两个载 频最好相距的远一点。见
10、例题5.2.1 Date30第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.3 二进制数字相位键控 根据载波相位表示数字信息的方式不同 ，数字调相分为绝对相移（PSK）和相对相 移（DPSK）两种。5.3.1 信号的时域、频域和空间表示1. 2PSK、 2DPSK信号的时域表示和波形2PSK信号Date31第5章 数字频带传输系统通信原理教程2PSK信号的典型波形如图所示：2DPSK信号用本码元与前一码元相位之差来传送数 字信息的。Date32第5章 数字频带传输系统通信原理教程2PSK和2DPSK信号的波形如图所示：注意绝对码和相对码的关系。 2. 频域表示和频谱图2PSK和2DPSK信号的功率谱密
11、度是相 同的，可以表示为：Date33第5章 数字频带传输系统通信原理教程对于双极性NRZ码，由于不存在直流成 分，因此，2PSK和2DPSK信号功率谱示意图 如图所示：带宽为：3. 2PSK信号的空间表示Date34第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.3.1 2PSK和2DPSK的调制系统1、二进制相移键控的调制2PSK信号的调制2DPSK信号的调制Date35第5章 数字频带传输系统通信原理教程2、二进制相移键控的解调2PSK信号的解调：通过乘法器，低通滤波以后得Date36第5章 数字频带传输系统通信原理教程波考虑噪声时，2PSK接收系统各点波形 如图所示：参看 p160图(b) 出
12、现反向 工作。Date37第5章 数字频带传输系统通信原理教程2DPSK信号的解调极性比较码变换法。相位比较法不需要码变换器，相干载波发生器，因 此设备比较简单、实用。Date38第5章 数字频带传输系统通信原理教程相位比较法的数学分析经低通滤波后，得其中3、频带利用率Date39第5章 数字频带传输系统通信原理教程4、2PSK系统的误码率(P(1/0)，P(0/1)相干解调系统的误码率经信道传输，接收端输入信号为：Date40第5章 数字频带传输系统通信原理教程与本地载波相乘后，经低通滤波器滤除高 频分量，在抽样判决器输入端得到： Date41第5章 数字频带传输系统通信原理教程2PSK系统
13、的最佳判决门限电平为：在最佳门限时，2PSK系统的误码率为：在大信噪比下，上式成为： Date42第5章 数字频带传输系统通信原理教程极性比较码变换法解调时2DPSK系统的误码率为了分析码反变换器对误码的影响，以 序列0110111001为例，可以得到下图： Date43第5章 数字频带传输系统通信原理教程Date44第5章 数字频带传输系统通信原理教程可以证明，码反变换器器总是使系统误 码率增加，通常认为增加一倍。差分检测时2DPSK系统的误码率经过推导，差分检测时2DPSK系统的误 码率为：Date45第5章 数字频带传输系统通信原理教程2PSK与2DPSK系统的比较 （1）信号带宽均为2
14、fb ;（2）检测这两种信号时判决器均可工作在 最佳门限电平（零电平）。（3）2DPSK抗噪声性能不及2PSK。（4）2PSK系统存在“反向工作”问题，而 2DPSK系统不存在“反向工作”问题。见例题5.3.1 。 Date46第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.4 二进制数字调制系统比较 5.4.1 传输宽度和频带利用率频带利用率：Date47第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.4.2 误码率和信号功率1、新噪比增大误码率降低；2、对于同一调制方式不同检测方法，相干 检测的抗噪声性能优于非相干检测。 3、相干检测时，在相同误码率条件下，对 信噪比的要求是：2PSK比2FSK小3dB，
15、2FSK 比2ASK小3dB；非相干检测时，对信噪比的要 求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小 3dB。Date48第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.4.3 信道特性对调制系统的影响 信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限 有一定的影响。 2ASK系统最差。2FSK系统和2PSK系 统较好。5.4.4 设备复杂性与成本 在高速数据传输中，相干PSK及DPSK用 得较多，而在中、低速数据传输中，特别是 在衰落信道中，相干2FSK用得较为普遍。Date49第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.5 多进制数字频带系统定义：利用多进制数字基带信号来改 变载波的参数，实现频谱的搬移。特点：（1）提高系统的有效性；（2）在信息速率相同的情况下，降 低码元速率，减小串扰；（3）误码率提高，设备复杂。Date50第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.5.1 M进制幅移键控Date51第5章 数字频带传输系统通信原理教程5.5.2 M进制频移键控5.5.3 M进制相移键控1
