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1、二进制数字调制系统 抗噪声性能、性能比较通信原理第二十三讲第七章 二进制数字调制系统 二进制数字调制与解调原理 ASK、FSK、PSK、DPSK 二进制数字调制系统的抗噪声性能分析 二进制数字调制系统的性能比较DPSK 差分解调的误比特率 DPSK差分解调 差分解调与相干检测的不同点是：差分检测加到 理想鉴相器（相当于相乘低通滤波）不是固 定的载波和相位而是附加噪声的延迟输入波形DPSK 差分解调的误比特率 假定采用= 0数字信息“1” 加在鉴相器的两个信号表示为： 延时前信号 延时一码元后的信号 鉴相器输出： 取样输出：DPSK 差分解调的误比特率 判决误码均值=0 sx2=2sn2 高斯随
2、机变量包络符合莱斯分布包络符合瑞利分布DPSK 差分解调的误比特率 与非相干解调FSK的分析相同包络符合莱斯分布包络符合瑞利分布DPSK 码变换法误比特率分析 DPSK相干解调得到相对码，再用码变换恢复绝对码数字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 2PSK (“0”为0相): 0 0 0 0 0 2DPSK(“0” 为=0) 0 0 0 0 0 码变换输出 0 1 1 1 0 0 1 0 1DPSK 码变换法误比特率分析 信道错码对码变换输出的影响DPSK 码变换法误比特率分析 信道错码对码变换输出的影响 定义连续错n码的概率为 在一个很长的序列中，出现一串n个码元连续出错 这一事
3、件，必然是“n个码元同时出错与在该一串 错码两端都有一码元不错”同时发生的事件。连续n个码元错误，导致变换后2个码元错DPSK 码变换法误比特率分析 信道错码对码变换输出的影响信道误码较小时，码变换法解调的误码率大约相 当于码变换输入端相对码序列误码率的2倍DPSK解调误比特率分析例假设采用2DPSK信号在微波线路上传送二 进制数字信息，已知码元速率RB=106波特， 接收机输入端的高斯白噪声的单边功率谱密 度nO=210-10W/Hz要求系统的误码率不大于 10-4。试求： 采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号 功率 采用相干解调码变换时,接收机输入端所需的信 号功率 DPSK解调误比
4、特率分析例 解： DPSK解调器输入端的噪声功率（假定B=2RB） 对于差分解调 对于相干解调-码变换分析可知，信道误码率较 小时，两种方法的结果差 距不大，但差分解调要简 单的多第七章 二进制数字调制系统 二进制数字调制与解调原理 ASK、FSK、PSK、DPSK 二进制数字调制系统的抗噪声性能分析 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方式误误比特率近似带宽带宽 相干解调调非相干解调调ASKFSKPSKDPSK二进制数字调制系统的性能比较方式信噪比倍dB2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.6Pe=10-5时2ASK、2FSK和 2PSK所需要
5、的信噪比二进制数字调制系统的性能比较 信噪比性能 2PSK 2FSK2ASK 带宽利用率 2PSK、2ASK2FSK 对信道的适应能力 2FSK2PSK2ASK在恒参信道传输中 ，如果要求较高的 功率利用率，则应 选择相干2PSK和 2DPSK，而2ASK最 不可取；如果要求 较高的频带利用率 ，则应选择相干 2PSK和2DPSK，而 2FSK最不可取。若 传输信道是随参信 道， 则2FSK具有更 好的适应能力。数字通信的位同步系统数字通信的位同步系统 插入含有位同步信息的导频 直接插入导频 信号包络按位同步变化 直接提取位同步信号 滤波法 波形变换法 锁相法 数字锁相环的基本原理 位同步误差
6、对系统性能的影响 群同步与网同步*位同步提取 位同步与载波同步一样，也可分二类：插入 导频法与直接提载法 基带信号若为随机二进制不归零脉冲序列， 本身不含位同步信息，就应在基带信号中插 入位同步导频信号，或对基带信号进行某种 变换。直接插入导频法 在基带频谱的零点，插入所需导频信号 接收端通过中心频率为1/T（图a）或1/2T（图 b）窄带滤波器直接提取位同步信息，中心频 率1/2T滤波器输出再倍频得1/T。 信号包络按同步信息变化 在PSK或FSK系统中，附加振幅调制，包络按位同步 信号波形变化，接收端进行包络检波即可提取位同步 信息 设移相信号为 用升余弦位同步信号，对S1(t)进行幅度调
7、制 接收端进行包络检波输出为1/2(1+cost) ，滤去直 流分量可得位同步信息1/2cost数字信号中直接提取位同步 滤波法 如果在数据信息中含有位同步信号分量f=1/T，或 经变换后含位同步信息，可通过滤波器直接提取 位同步信号分量，再经过移相、脉冲形成后作定 时信号使用 数字信号中直接提取位同步 波形变换法 对限带信号进行包络检波，如限带2PSK信号，在 相邻码元的相位变换点，产生幅度“陷落”，经 包络检波后可获得同步信息。数字信号中直接提取位同步 锁相法 位同步锁相法的基本原理与载波同步的类似，在 接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位 同步信号的相位，若两者相位不一致（超前或滞
8、 后），鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号 的相位，直至获得准确的位同步信号为止。 模拟锁相法：环路中误差信号去连续地调整位同 步信号的相位。数字信号中直接提取位同步 锁相法 数字锁相法：采用高稳定度的振荡器（信号钟） ，从鉴相器所获得的与同步误差成比例的误差信 号不是直接用于调整振荡器，而是通过一个控制 器在信号钟输出的脉冲序列中附加或扣除一个或 几个脉冲，这样同样可以调整加到鉴相器上的位 同步脉冲序列的相位，达到同步的目的。这种电 路可以完全用数字电路构成全数字锁相环路。 这种环路对位同步信号相位的调整不是连续的， 而是存在一个最小的调整单位，也就是说对位同 步信号相位进行量化调整，故这
9、种位同步环又称 为量化同步器。数字锁相环数字锁相环 数字锁相环 本地时钟：由一个高稳定度的（晶体）振荡器及 其整形电路构成 相位比较器：比较输入信号和本地同步信号，给 出相位“超前”、“滞后”指示 控制器：包括扣除脉冲门，附加脉冲门，根据相 位比较器指示对本地时钟输出序列实施扣除或添 加脉冲 分频器：每输出n个脉冲，它输出一个脉冲，具有 “平滑”的作用数字锁相环数字锁相环 数字锁相环工作原理 为了与发端时钟同步，分频器输出与接收到的码元序列同时 加到相位比较器进行比相。 如果两者完全同步， 此时相位比较器没有误差信号，本地位 同步信号作为同步时钟。 如果本地位同步信号相位超前于接收码元序列时，
10、相位比较 器输出一个超前脉冲加到常开门（扣除门）的禁止端将其关 闭， 扣除一个脉冲，使分频器输出脉冲的相位滞后1/n周期 （360/n） 如果本地同步脉冲相位滞后于接收码元序列时，比相器输出 一个滞后脉冲去打开“常闭门（附加门）”，使分频器输入端 附加了一个脉冲，于是分频器的输出相位就提前1/n周期， 经过若干次调整后，实现位同步。微分整流型鉴相器微分整流型鉴相器 假设接收信号为不归零脉冲（波形a） 每个码元的宽度分为两个区：“超前区”与 “滞后区” 接收码元经过零检测（微分、整流）后，输出一窄脉 冲序列（波形d）。 分频器输出两列相差180的矩形脉冲b和c。当位同步 脉冲波形位于超前区时，波
11、形d和b使与门A产生一超 前脉冲（波形e），与此同时， 与门B关闭，无滞后 脉冲输出。 微分整流型鉴相器的数字锁相环，是从基带信号的过 零点中提取位同步信息的。当信噪比较低时，过零点 位置受干扰很大，不太可靠。同相正交积分型鉴相器同相/正交同相正交积分型鉴相器同相正交积分型鉴相器 使用积分器可以利用码元的能量，（不使用 过零点，抗干扰能力强） 利用同相正交积分器的特点：若位同步脉冲的相位超前两积分器输出电压极性 相同；若位同步脉冲的相位滞后两积分器输出电 压极性相反改善数字锁相环抗噪声性能 设计数字滤波器，滤除噪声引起的扣除、附加脉冲位同步误差对系统性能的影响 位同步的相位误差e主要是造成位定
12、时脉冲的位移， 使抽样判决时刻偏离最佳位置。 前边章节的误码率公式，都是在最佳抽样判决时刻得 到的。当位同步存在相位误差e（或Te）时，必然使 误码率Pe增大。 为分析简单 用时差Te代替相差e对系统误码率的影响 假定采用匹配滤波器法检测，即对基带信号进行积分、取样 和判决。如果位同步脉冲有相位误差Te， 则脉冲的取样时刻 就会偏离信号能量的最大点。 位同步误差对系统性能的影响位同步误差对系统性能的影响 相邻码元的极性无交变时， 位同步的相位误差不影响 取样点的积分输出能量值， 在该点的取样值仍为整个 码元能量E。 当相邻码元的极性交变时，位同步的相位误差使取样 点的积分能量减小，如图t3点的值只是（T-2Te）时间 内的积分值。 故积分能量减小为（1-2Te/T）E。 通常随机二进制数字信号相邻码元有变化和无变化的 概率各占1/2，所以系统的误码率分为两部分来计算 。相邻码元无变化时，仍按原来相应的误码率公式计 算；相邻码元有变化时，按信噪比（或能量）下降后 计算位同步误差对系统性能的影响 以2PSK信号最佳接收为例，考虑同步误差影响时，其误码率为小结 位同步提取有插入导频与直接提取两种方法 直接提取法一般采用数字锁相环 位同步误差对码元恢复有重要影响
