第5章 数字频带传输系统.ppt
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1、第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程第第5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统 5.1 二进制数字幅移键控二进制数字幅移键控 5.2 二进制数字频二进制数字频移移键控键控 5.3 二进制数字相二进制数字相移移调制调制 5.4 二进制数字调制系统比较二进制数字调制系统比较5.5 多进制数字频带系统多进制数字频带系统5.6 正交振幅调制正交振幅调制5.7 恒包络调制方式恒包络调制方式5.8 多载波调制多载波调制 12/18/20221第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程本章内容目的要求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
2、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。12/18/20222第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程5.1 二进制数字幅移键控二进制数字幅移键控 调制信号为二进制数字信号时,这种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。在二进制数字调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制中,载波的
3、幅度、频率或相位只有两调制中,载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态。种变化状态。数字幅度调制又称幅度键控(数字幅度调制又称幅度键控(ASK),),二进制幅度键控记作二进制幅度键控记作2ASK。12/18/20223第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程5.1.1 2ASK信号的时域、频域和空间描述信号的时域、频域和空间描述 1、时域表示及波形、时域表示及波形 2ASK信号可表示为:信号可表示为:其中其中s(t)为单极性为单极性NRZ矩形脉冲序列:矩形脉冲序列:12/18/20224第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 2、频域表示及频谱图、频域表
4、示及频谱图 2ASK信号傅氏变换可以表示成:信号傅氏变换可以表示成:设:调制信号的功率谱为设:调制信号的功率谱为Pd(f),则已则已调信号的功率谱为调信号的功率谱为P2ASK(f):12/18/20225第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程12/18/20226第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程结论结论:(1)2ASK信号的功率谱是信号信号的功率谱是信号s(t)的功率谱的线性搬移;的功率谱的线性搬移;(2)包含连续和离散两部分;包含连续和离散两部分;(3)信号带宽信号带宽 3、信号空间表示(、信号空间表示(P140 图图5.1.3)5.1.2
5、2ASK调制系统调制系统 1、2ASK调制调制12/18/20227第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 2、2ASK解调解调 相干检测法和包络检波法相干检测法和包络检波法12/18/20228第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 3、频带利用率为、频带利用率为 4、2ASK系统的误码率系统的误码率 误码率是指在无码间串扰条件下的错误误码率是指在无码间串扰条件下的错误概率概率 12/18/20229第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 假定信道噪声为加性高斯白噪声,假定信道噪声为加性高斯白噪声,其均值为其均值为0 0、方差
6、为、方差为 ;发送的信号;发送的信号为:为:下面讨论在下面讨论在相干接收法相干接收法和非相干和非相干接收接收(包络检波法包络检波法)时的时的系统误码率系统误码率12/18/202210第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程包络检测时包络检测时2ASK系统的误码率系统的误码率 接收带通滤波器接收带通滤波器BPF的输出为:的输出为: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”时时,包络服从莱斯分布包络服从莱斯分布;发发“0”时,瑞利分时,瑞利分布布12/18/202211第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 存在两种错判可能
7、性:发送的码元为存在两种错判可能性:发送的码元为“1”时,错判为时,错判为“0”,其概率记为,其概率记为 ;发送的码元为发送的码元为“0”时,错判为时,错判为“l”,其概率其概率记为记为 。12/18/202212第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 则系统的总误码率为则系统的总误码率为:不难看出,当时,该阴影面积之和最小,不难看出,当时,该阴影面积之和最小,即误码率最低。称此使误码率获最小值的门即误码率最低。称此使误码率获最小值的门限为最佳门限,其值为限为最佳门限,其值为 。系统的。系统的误码率近似为:误码率近似为:其中其中 表示信噪比。表示信噪比。12/18/202
8、213第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程相干解调时相干解调时2ASK系统的误码率系统的误码率 其接收带通滤波器其接收带通滤波器BPFBPF的输出为:的输出为:取本地载波,则乘法器输出,在抽样判决器取本地载波,则乘法器输出,在抽样判决器输入端得到:输入端得到:12/18/202214第第5 5章章 数字频带传输系统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:值的一维概率密度为:12/18/202215第第5 5章章 数字频带传输系统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:不难看出,最佳判决门限为:可以证明,这时系统的误码率为:可以证明,这时
9、系统的误码率为:当信噪比远大于当信噪比远大于1时,上式近似为:时,上式近似为:在大信噪比情况下,在大信噪比情况下,2ASK信号相干解调信号相干解调时的误码率总是低于包络检波时的误码率,时的误码率总是低于包络检波时的误码率,即相干解调即相干解调2ASK系统的抗噪声性能优于非相系统的抗噪声性能优于非相干解调系统。注意例题。干解调系统。注意例题。12/18/202216第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程5.2 二进制数字频移键控二进制数字频移键控 定义定义:频移键控是用数字信号来控制载频移键控是用数字信号来控制载波的频率参数而实现其调制的一种方波的频率参数而实现其调制的一种
10、方式。有式。有2FSK,MFSK2FSK,MFSK等形式。等形式。5.2.1 2FSK信号的时域、频域和空间描述信号的时域、频域和空间描述 12/18/202217第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程2FSK表达式:表达式:其中:其中:2、频域表示及频谱图、频域表示及频谱图 2FSK信号可视为两个信号可视为两个2ASK信号的合成,信号的合成,则则2FSK信号功率谱为两个信号功率谱为两个2ASK功率谱之和。功率谱之和。12/18/202218第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程则则 结论结论:(1)属于非线性调制;属于非线性调制;(2)单峰,否则双
11、峰;单峰,否则双峰;(3)带宽带宽12/18/202219第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 3、信号空间表示、信号空间表示5.2.2 2FSK调制系统调制系统 1、2FSK调制调制 主要包括模拟调频法和频率键控法主要包括模拟调频法和频率键控法 2、2FSK解调解调 包括鉴频法、相干检测法、包络检波法、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。过零检测法、差分检测法等。12/18/202220第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 过零检测法过零检测法 12/18/202221第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通
12、信原理教程差分检测法差分检测法 角频率频移有两种取值,乘法器输出为:角频率频移有两种取值,乘法器输出为:合理的选取延迟,使得合理的选取延迟,使得 则则 经抽样判决器可检测出经抽样判决器可检测出“1”和和“0”。12/18/202222第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程非相干解调非相干解调 12/18/202223第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程相干接收法相干接收法 12/18/202224第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 3、2FSK系统的频带利用率系统的频带利用率 4、2FSK系统的误码率系统的误码率 非相干解
13、调时非相干解调时2FSK系统的误码率系统的误码率 信号信号12/18/202225第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程发送发送“1”时时发送发送“0”时时 12/18/202226第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程发送发送“1”时,包络为时,包络为发送发送“0”时,包络为时,包络为 经计算经计算2FSK信号采用包络检波法解调时信号采用包络检波法解调时系统的误码率为:系统的误码率为:12/18/202227第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程非相干解调时非相干解调时2FSK系统的误码率系统的误码率发送发送“1”符号时符号时
14、 发送发送“0”符符号时号时12/18/202228第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 发送发送“1”码而错判为码而错判为“0”码,错误概码,错误概率为:率为:12/18/202229第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程其一维概率密度函数可表示为其一维概率密度函数可表示为12/18/202230第第5 5章章 数字频带传输系统数字频带传输系统通信原理教程 同理可得,发送同理可得,发送“0”符号而错判为符号而错判为“1”符符号的概率为号的概率为 于是可得于是可得2FSK信号采用同步检测法解调信号采用同步检测法解调时系统的误码率为:时系统的误码率为
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