通信原理__基本的数字调制系统

通信原理张伟[e-mail]通信原理1通信原理第6章基本的数字调制系统2二进制数字调制系统多进制数字调制系统通信原理温故：调制在通信系统中的作用3调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以适应信道的要求；或者形成特定的频谱以适应信道的特性。容易辐射实现频率分配实现多路复用减少噪声和干扰的影响，提高系统抗干扰能力通信原理温故：调制的基本特征和分类4调制器m(t)C(t)s(t)单音正弦波连续变化的模拟量：模拟调制离散的数字量：二进制数字脉冲数字调制单频正弦波连续波形连续载波调制脉冲波形脉冲载波调制矩形周期脉冲通信原理温故：调制的基本特征和分类5调制器m(t)C(t)s(f)线性调制非线性调制m(f)s(f)m(t)改变载波信号C(t)的不同参数幅度调制：AM、PAM、ASKs(t)相位调制：PM、PPM、PSK频率调制：PM、FM、FSK频谱之间呈线性搬移关系：AM、ASK频谱之间没有线性对应关系：FM、PM、FSK通信原理温故：数字调制解调所在位置6信源信源编码信道编码数字调制信道噪声源数字解调信道译码信源译码信宿数字通信系统框图通信原理知新：本章研究的问题71001()st2FSKt2PSKt调制器m(t)C(t)s(t)数字基带信号正弦载波2ASKt通信原理二进制振幅键控(2ASK)(1)82ASK波形载波2ASK信号b(t)1011Ts001ttt通信原理二进制振幅键控(2ASK)(2)92ASK表达式2c()()cosASKetstttnTtganncscos)(PPan1,0,1出现概率出现概率为其中通信原理二进制振幅键控(2ASK)(3)102ASK调制方法（1）模拟法)(ts×tccos2()()cosASKcetstt通信原理二进制振幅键控(2ASK)(4)11键控法～tccos)(ts2()()cosASKcetstt通信原理二进制振幅键控(2ASK)(5)122ASK的解调2ASK可以采用2种解调方法相干解调非相干解调通信原理二进制振幅键控(2ASK)(6)132ASK的相干解调)(2teASK×tccost低通滤波抽样判决tt通信原理二进制振幅键控(2ASK)(7)142ASK的非相干解调(包络检波))(2teASKt包络检波低通滤波抽样判决通信原理二进制振幅键控(2ASK)(8)152ASK的功率谱密度设的功率谱密度为，s(t)的功率谱密度为则与时域表达式对应的频域表达式为s(t)为单极性随机矩形脉冲序列，可直接得到，即式中。根据的频谱特点，对于所有m≠0的整数，有得2()ASKet)(fPE)(fPS)()(41)(cScSEffPffPfP)(fPS)()()1()()1()(2222smssssmffmfGPffGPPffP)()(tgfG)(tg()0sGmf2222()(1)()(1)(0)()sssPffPPGffPGf2csc()()cos()cosASKnnetsttagtnTt通信原理二进制振幅键控(2ASK)(9)16222221()(1)()()41(1)(0)()()4EsccsccPffppGffGfffpGffff当数值信号码元1，0统计独立且等概率时，，则又有又因为幅度为1，周期为的矩形脉冲频谱为,代入表达式可得21p222211()()()(0)()()1616EsccsccPffGffGfffGffffSTsin()()()sssSsTfGfTSaTfTTf.)0(sTG()EPf22sin()sin()1()()()16()()16scScSEcccscsTffTffTPfffffffTffT通信原理二进制振幅键控(2ASK)(10)17fOsR2sR()sPf()EPfcfcsfRcsfR通信原理二进制振幅键控(2ASK)(11)182ASK的抗噪声性能设2ASK系统中发送一个码元时间Ts内波形为而接收波形为对于2ASK信号可以采用包络检波和相干解调法进行解调，但在解调器前端都需经过一个带通滤波器，其输出波形为2cos1()00cASKAtet发送时发送时cos()1()()0ciiiatntytnt发送时发送时时发送时发送0)(1)(cos)(tntntatyc通信原理二进制振幅键控(2ASK)(12)19为经过带通滤波器后的噪声，为一个窄带高斯白噪声)(tnittnttntncsccisin)(cos)()(则有时发送时发送0,sin)(cos)(1,sin)(cos)(cos)(ttnttnttnttntatycscccsccci通信原理二进制振幅键控(2ASK)(13)20由表达式可知经包络检波和低通滤器的输出包络为发送1码的包络函数为正弦波加窄带随机过程包络，其分布服从Rice分布；发送0码的包络函数为窄带随机过程包络，其分布服从瑞利分布。2222()()1()()()0cscsantntVtntnt发送时发送时)(tyinnnavavIvvf22220212exp)()(nnvvvf22202exp)(式中的方差。)(2tnn为包络检波法的系统性能通信原理二进制振幅键控(2ASK)(14)21瑞利分布莱斯分布通信原理二进制振幅键控(2ASK)(15)22抽样判决器对输出包络函数进行判决，设判决门限电平为b，（1）当发送为“1”码，判决为“0”码的差错概率为11122222()()1()()1()exp2beobobnnnPPvbfvdvfvdvvavvaIdv为计算上式积分值，引入特殊函数－Q函数（Marcum函数），该函数定义为则有220()(,)()exp2tQtItdt11(,)1(2,)eonnabPQQrb式中，为信号与噪声的平均功率之比，称为信噪比。而为归一化门限值。222narnobb通信原理二进制振幅键控(2ASK)(16)23（2）同理，当发送“0”码时，判决为“1”的差错概率为系统总误码率为当时，bbnnboeoevvvvfbvPP222222)2exp()()(20212)0(),2(1)1()0()1(obeeeepbrQPppppp21)0()1(pp20221),2(121obeebrQP通信原理二进制振幅键控(2ASK)(17)24最佳判决门限b*：10**fbfb2022*ln2nnaabrIr1(大信噪比)：*2abr1(小信噪比)：22221*42nnaabr2*2nb0*2b或0/2nbbr或222*2nnaabr通信原理二进制振幅键控(2ASK)(18)25采用包络检波的系统通常工作在大信噪比情况下，最佳门限取再利用Q函数特性，当时则当；故上式中时11，2/44111(2,)exp()222112/211111()()2224222eorrbPQrbrrrerfceerfce0)(xerfcx时r4/21reeP/2r11()12222Qerfcerfc--，通信原理二进制振幅键控(2ASK)(19)26BPF相乘器LPF抽样判决器定时脉冲输入输出tccos()iyt)(tx相干解调法的系统性能时发送时发送0,sin)(cos)(1,sin)(cos)(cos)(ttnttnttnttntatycscccsccci()()cos[()]1(1cos2)()sin2,122()10(1cos2)()sin2,22icccscccscxtyttanttnttnttntt发“”时发“”时通信原理二进制振幅键控(2ASK)(20)27系数1/2由电路中的增益来加以补偿，则抽样判决输入波形为由于是高斯过程，因此当发送“1”时，过程的一维概率密度为时发送时发送0)(1)()(tntnatxcc)(tnc)(tnac2121()()exp22nnxafx，发送1时通信原理二进制振幅键控(2ASK)(21)28发送“0”时，的一维概率密度为令判决门限电平值为b，则发送码元1错判为0的概率为发送0码错判为1码的概率为bbneaberfcdxxfdxxfP)2(211)(1)(111)(tnc2021()()exp022nnxfx，发送时bneberfcdxxfP)2(21)(02通信原理二进制振幅键控(2ASK)(22)29系统总误码率为21)0()1(eeePPPPP在发送码元1和0概率相等情况下)2(41)2(21121)0()1(21nneeeberfcaberfcppppp由可确定最佳门限电平或最佳归一化门限电平*/2ba*/2obr**10()()fbfb通信原理二进制振幅键控(2ASK)(23)30利用关系之后，得到2ASK系统总误码率为当时，有，于是上式变为)(2)(,2,2/*xerfcxerfcrarbbnn221rerfcpe21)(xexxerfc/41reper1r4/21reeP通信原理二进制频移键控(2FSK)(1)312FSK：用二进制数字基带信号去控制正弦载波的载频。“1”码和“0”码对应的载波频率分别是f1和f2通信原理二进制频移键控(2FSK)(2)322FSK波形原始信息ttt2ASK2FSK通信原理二进制频移键控(2FSK)(3)332FSK表达式t2FSK可分解成tt可见2FSK可看作是2个2ASK信号之和tnTtgann1scos])(tnTtgann2scos])(通信原理二进制频移键控(2FSK)(4)342FSK表达式2FSKs1s2()[()]cos[()]cosnnnnetagtnTtagtnTt通信原理二进制频移键控(2FSK)(5)352FSK的调制直接调制法通信原理二进制频移键控(2FSK)(6)36键控法：相位不连续的2FSK信号11222()cos2,0()cos2，FSKsstAftsttTstAft“1”“0”12,2cfff122fff12()cos2,0()cos2，cscstAffttTstAfft定义通信原理二进制频移键控(2FSK)(7)37模拟调频法：相位连续的2FSK信号2FSK()cos2()tcfstAtkbdRe()cjtvte()()jtvtAe＝()2()tftkbd■复包络：通信原理二进制频移键控(2FSK)(8)38间接调制法～1～2反相器门电路1Acos(1t+1)As(t)cos(1t+1)门电路2＋Acos(2t+θ2)s(t)2FSK信号(a)taks(t)t1011001tAcos(1t+θ1)基带信号输入)+cos()(22θttsA)(ts)(ts通信原理二进制频移键控(2FSK)(9)39间接调制法tAcos(2t+θ2)tAs(t)c