数字带通传输.

1第七章数字带通传输系统电气学院电子工程系林霏机电楼[e-mail]2多进制数字调制系统二进制数字调制系统数字带通传输系统2ASK2FSK2PSK原理与抗噪声性能不同调制系统的比较2BPSKMASKMFSKMPSKMBPSK3要求基本要求：了解多进制数字调制解调原理，掌握数字调制解调的基本原理，尤其是二进制调制系统中二进制数字调制解调原理和方法、和系统抗噪声性能分析（求误码率）。重点：数字调制解调的基本原理。难点：二进制调制系统中二进制数字调制解调原理和方法；系统抗噪声性能分析。4目录（1）7.1二进制数字调制原理7.1.1二进制振幅键控（2ASK）7.1.2二进制频移键控（2FSK）7.1.3二进制相移键控（2PSK）7.1.4二进制差分相移键控（2DPSK）7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能7.2.12ASK系统的抗噪声性能7.2.22FSK系统的抗噪声性能7.2.32PSK和2DPSK系统的抗噪声性能7.3二进制数字调制系统的性能比较5目录（2）7.4多进制数字调制原理7.4.1多进制振幅键控7.4.2多进制频移键控7.4.3多进制相移键控7.4.4多进制差分相移键控7.5多进制数字调制系统的抗噪声性能7.5.1MASK系统的抗噪声性能7.5.2MFSK系统的抗噪声性能7.5.3MPSK系统的抗噪声性能7.5.4MDPSK系统的抗噪声性能6基本概念(1)数字调制数字信号通过正弦载波调制成频带信号数字信号控制正弦载波的某个参量键控信号：对载波参量的离散调制数字带通传输系统通常把包括调制和解调过程的数字传输系统；也称作数字频带传输系统。7基本概念(2)数字调制的方法利用模拟调制的方法去实现数字式调制；通过开关键控载波，通常称为键控法。基本键控方式：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。数字调制可分为二进制调制和多进制（M=2K）调制。ttt111111000振幅键控频移键控相移键控87.1二进制数字调制原理7.1.1二进制振幅键控(2ASK）基本原理振幅键控(2ASK）：利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。常用方法：通－断键控OOK（On-OffKeying）。实现非常简单Morse码的无线电传输（比模拟调制更早）光纤通信抗噪声性能不好卫星通信、移动通信、数字微波不采用这种调制方式9通－断键控OOK（1）用单极性不归零码控制正弦载波的开启与关闭；信号表达式”时发送“以概率，”时发送“以概率0P101Pt,Acos)(cOOKte10通－断键控OOK（2）波形101t0sTst载波tt2ASK112ASK信号的一般表达式2ASK信号的一般表达式其中Ts－码元持续时间；g(t)－持续时间为Ts的基带脉冲波形，通常假设是高度为1，宽度等于Ts的矩形脉冲；an－第N个符号的电平取值，若取ttsteccos)(2ASKnsnnTtgats)()(P0P1an1,,概率为概率为122ASK信号产生方法2ASK信号产生方法模拟调制法键控法乘法器)(2teASK二进制不归零信号tccos)(tstccos)(ts)(2teASK开关电路132ASK信号解调方法（1）非相干解调（包络检波法）带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKabcd1010tt1100abcdtt非相干解调过程的时间波形142ASK信号解调方法（2）相干解调（同步检测法）带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKtccos15单极性NRZ矩形脉冲序列的功率谱双边功率谱密度mSSSSSmffmfGPffGPPffP)()()1()()1()(22若表示“1”码的波形g2(t)=g(t)为不归零（NRZ）矩形脉冲，则其频谱函数为sin()()SSSSSfTGfTTSafTfT当f=mfs时：若m=0，G(0)=TsSa(0)0；若m为不等于零的整数，0)()(nSaTmfGSS功率谱密度简化为：)()0()1()()1(2222fGPffGPPffPsss16功率谱密度（1）功率谱密度2ASK信号可以表示成式中s(t)－二进制单极性随机矩形脉冲序列设：Ps(f)－s(t)的功率谱密度P2ASK(f)－2ASK信号的功率谱密度则由上式可得2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱Ps(f)的线性搬移（属线性调制）。ttsteccos)(2ASK)()(41)(2ASKcscsffPffPfP17功率谱密度（2）l单极性NRZ矩形脉冲序列的功率谱密度为将其代入)()(41)(2ASKcscsffPffPfP)()0()1()()1(2222fGPffGPPffPsss)()()0()1(41)()()1(4122222ASK2ccsccsffffGPfffGffGPPfP18功率谱密度（3）当概率P=1/2时，并考虑到则2ASK信号的功率谱密度为)()()0()1(41)()()1(4122222ASK2ccsccsffffGPfffGffGPPfP)()(SSTfSaTfGSTG)0(222)()(sin)()(sin16)(scscscscsASKTffTffTffTffTfP)()(161ccffff192()ASKPfcffcbffcbffcfcbffcbff0连续谱：由基带信号波形g(t)确定离散谱第一旁瓣峰值比主峰衰减14dBB2ASK是基带信号波形带宽的两倍B2ASK功率谱密度（4）ssss20功率谱密度（5）讨论：2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（第一个谱零点位置），则有式中fs=1/Ts即，2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。sASKfB22217.1.2二进制频移键控（2FSK）基本原理表达式：在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为”时发送“”时发送“0),cos(A1),cos(A)(212FSKnnttte22波形10t10tt1()2FSKa信号11)cosbstt（22()coscstt二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。232FSK的时域表达式式中g(t)－单个矩形脉冲，Ts－脉冲持续时间；n和n分别是第n个信号码元（1或0）的初始相位，通常可令其为零。因此，2FSK信号的表达式可简化为nsnnTtgats)(1)cos()()cos()()(212FSKnnsnnnsntnTtgatnTtgatePPan1,0,1概率为概率为PPan概率为概率为,01,1ttsttste22112FSKcoscos)(nsnnTtgats)(2242FSK信号的产生方法-模拟调频法采用模拟调频电路来实现：信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。调频器s(t)e(t)25相位连续的2FSK波形262FSK信号的产生方法－键控法采用键控法来实现：相邻码元之间的相位不一定连续。振荡器1f1反相器振荡器2f2选通开关选通开关相加器基带信号)(2teFSK键控法与模拟法的区别:键控法的相位不连续27相位不连续的2FSK波形282FSK信号的解调方法(1)2FSK信号的解调方法：将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后判决。非相干解调（包络检波）相干解调（同步检测）过零检测法鉴频法差分检测法29非相干解调BPF1LPFBPF2抽样判决器定时脉冲2FSK解调器中心频率半波或全波整流LPF半波或全波整流2v1v1f2f)(2ty)(1ty)(ts”判为“，”判为“，012121vvvv30非相干解调各点波形FSK()St1()yt2()yt1()vt2()vt()ft定时脉冲101131相干解调带通滤波器带通滤波器抽样判决器输出低通滤波器低通滤波器12)(2teFSK定时脉冲相乘器相乘器t1cost2cos”判为“，”判为“，012121vvvv1v2v32过零检测法过零点的多少决定频率的大小限幅微分整流脉冲展宽输出低通)(2teFSKabcdef33考研题解析(1)（西安电子科技大学2010）在电话信道传输数字信号时，采用2FSK调制方式。已知码元传输速率为1200B，载频分别为1200Hz（对应“1”码）和2400Hz（对应“0”码）。发送的二进制信息符号为101110。（1）试画出2FSK调制器原理框图和发送信号时间波形；（2）若接收端采用相干解调，画出解调器原理框图和各点波形。（至少包括5个波形）；（3）当解调器输入信噪比为10dB时，试计算解调器输出的误码率。34考研题解析(2)(1)键控法原理框图为：振荡器1f1=1200Hz反相器振荡器2f2=2400Hz选通开关选通开关相加器基带信号)(2teFSK35考研题解析(3)(1)发送时间信号波形图为：10t111036考研题解析(4)(2)解调器原理框图为：带通滤波器带通滤波器抽样判决器输出低通滤波器低通滤波器12)(2teFSK定时脉冲相乘器相乘器t1cost2cosabcde37考研题解析(5)：10t1110ttttabcdee115222rPerfcerfc38功率谱密度（1）功率谱密度对相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个不同载频的2ASK信号的叠加其中，s1(t)和s2(t)为两路二进制基带信号。据2ASK信号功率谱密度的表示式，2FSK信号的功率谱密度表示式为：ttsttsteFSK22112cos)(cos)()()()(41)()(41)(221122211ffPffPffPffPfPssssFSK39功率谱密度（2）令概率P=½，将2ASK信号频谱中的fc分别替换为f1和f2，可得：2112112FSK)()(sin)()(sin16)(sssssTffTffTffTffTfP222222)()(sin)()(sin16sssssTffTffTffTffT)()()()(1612211ffffffff40功率谱密度（3）曲线41曲线：带宽：2222112211221122sin()sin()sin()sin()1()16()()()()1()()()()16sssssssssffTffTffTffTPfffTffTffTffTffffffff(f1–f2)=2fsff1+fsf2-fsf2f12fsf1fsff2fs=(f2-f1)fsf1+fsf2-fsf1+fsf2-fs122sffff21cfff42功率谱密度（4）讨论：相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频f1和f2处；连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若|f1–f2|fs，连续谱在fc处出现单峰；若|f1–f2|fs，则出现双峰；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