通信原理PPT第6章

1、1 通信原理 第第6章數(shù)字調(diào)制章數(shù)字調(diào)制 2 數(shù)字調(diào)制 l定義定義 數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號控制控制載波載波的的 某參量。某參量。 常用的載波信號為正弦信號 ，其 中 為載波振幅， 為載波的角頻率， 為載 波的初始相位。 )cos( n ctwA A c n 3 數(shù)字調(diào)制的分類 n振幅鍵控(ASK):用數(shù)字消息控制載波的 幅度 n移頻鍵控(FSK):用數(shù)字消息控制載波的頻 率 n移相鍵控(PSK):用數(shù)字消息控制載波的相 位 n數(shù)字調(diào)制又可分為二進(jìn)制和M進(jìn)制 4 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK) l2ASK的時域表達(dá)式及波形的時域表達(dá)式及波形 l2ASK的產(chǎn)生與解調(diào)的產(chǎn)生與解

2、調(diào) l2ASK的功率譜密度的功率譜密度 l2ASK的抗噪聲性能的抗噪聲性能 5 2ASK的時域表達(dá)式 l定義：用二進(jìn)制的數(shù)字信號去控制載波的振幅。定義：用二進(jìn)制的數(shù)字信號去控制載波的振幅。 l時域表達(dá)式：時域表達(dá)式： tnTtgatASK c n sn cos)()(2 g(t)是持續(xù)時間為是持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖，的矩形脈沖，an取值服從取值服從 P P a n 1,0 ,1 概率為 概率為 單極性矩形脈沖序列。單極性矩形脈沖序列。 n sn nTtgatb)()( ttbtASK c cos)()(2 6 2ASK的波形特點(diǎn) 當(dāng)傳“1”信號時，發(fā)送載波 當(dāng)傳“0”信號時，發(fā)送0電平 7

3、2ASK信號的實現(xiàn)（1） 相乘器法相乘器法 8 2ASK信號的實現(xiàn)（2） l當(dāng)基帶信號b(t) 為高電平時，開關(guān)電路如圖所示; 當(dāng)基帶信號b(t) 為低電平時，開關(guān)處于斷開狀態(tài)。 此時二進(jìn)制振幅鍵控信號又常稱為通-斷鍵控信號 (OOK信號)。 9 2ASK的動畫演示 10 2ASK的解調(diào)（1） 非相干解調(diào)非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法) 帶通 濾波器 全波 整流器 低通 濾波器 抽樣 判決器 定時 脈沖 輸出 )( 2 te ASK a b c d 11 2ASK的解調(diào)（2） 帶通 濾波器 相乘器 低通 濾波器 抽樣 判決器 定時 脈沖 輸出 )( 2 te ASK t c cos 相干解調(diào)

4、相干解調(diào)(同步檢測法同步檢測法) http:/ 12 2ASK的功率譜密度 ttbtASK c cos)()(2 )()( 4 1 )( 2ASKcbcb ffPffPfP 2ASK信號可以表示成信號可以表示成 (f) b(t)的功率譜密度 P2ASK (f) 2ASK信號的功率譜密度 則由上式可得則由上式可得 b P 13 14 2ASK的功率譜密度特點(diǎn) l2ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分 組成組成 l2ASK信號的帶寬信號的帶寬 是數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍是數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍 RsB ASK 2 2 式中式中 Rs = 1/Ts 即，即，2AS

5、K信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍 15 2ASK的抗噪聲性能 l非相干解調(diào)非相干解調(diào) l相干解調(diào)相干解調(diào) 這里的這里的r指的是信噪比指的是信噪比,r1 16 習(xí)題1 已知某已知某OOK系統(tǒng)的碼元傳輸速率系統(tǒng)的碼元傳輸速率103B，所用的載，所用的載 波信號為：波信號為： （1）所設(shè)傳送的數(shù)字信息為）所設(shè)傳送的數(shù)字信息為0 1 1 0 0 1，試畫出相，試畫出相 應(yīng)的應(yīng)的OOK信號波形示意圖；信號波形示意圖； （2）求）求OOK信號的帶寬。信號的帶寬。 17 習(xí)題2 若采用若采用OOK方式傳送二進(jìn)制數(shù)字信息，已知方式傳送二進(jìn)制數(shù)字信息，已知 碼元傳輸速率，接收端解調(diào)

6、器輸入信號的碼元傳輸速率，接收端解調(diào)器輸入信號的 振幅，信道加性噪聲為高斯白噪聲，且其振幅，信道加性噪聲為高斯白噪聲，且其 單邊功率譜密度。試求：單邊功率譜密度。試求： （1）非相干接收時，系統(tǒng)的誤碼率；）非相干接收時，系統(tǒng)的誤碼率； （2）相干接收時，系統(tǒng)的誤碼率。）相干接收時，系統(tǒng)的誤碼率。 18 習(xí)題3 若采用若采用OOK方式傳送二進(jìn)制數(shù)字信息。已方式傳送二進(jìn)制數(shù)字信息。已 知發(fā)送端發(fā)出的信號振幅為知發(fā)送端發(fā)出的信號振幅為5V，輸入接收，輸入接收 端解調(diào)器的高斯噪聲功率，今要求誤碼率。端解調(diào)器的高斯噪聲功率，今要求誤碼率。 試求：試求： （1）非相干接收時，由發(fā)送端到解調(diào)器輸入）非相干接

7、收時，由發(fā)送端到解調(diào)器輸入 端的衰減應(yīng)為多少？端的衰減應(yīng)為多少？ （2）相干接收時，由發(fā)送端到解調(diào)器輸入端）相干接收時，由發(fā)送端到解調(diào)器輸入端 的衰減應(yīng)為多少？的衰減應(yīng)為多少？ 19 二進(jìn)制移頻鍵控2FSK l2FSK的時域表達(dá)式及波形的時域表達(dá)式及波形 l2FSK的產(chǎn)生與解調(diào)的產(chǎn)生與解調(diào) l2FSK的功率譜密度的功率譜密度 l2FSK的抗噪聲性能的抗噪聲性能 20 2FSK的時域表達(dá)式 l定義：用二進(jìn)制的數(shù)字信號控制載波的頻率。定義：用二進(jìn)制的數(shù)字信號控制載波的頻率。 l時域表達(dá)式：時域表達(dá)式： P P aa P P an n nn 概率為 概率為 的反碼 概率為 概率為 個信號碼元第 ,

8、1 1, 0 , 1, 1 , 0 )cos()()cos()()(2 21n n s n n n sn tnTtgatnTtgatFSK .,個信號碼元的初相位分別是第n nn ttbttbt FSK22112 cos)(cos)()( 21 2FSK的波形特點(diǎn) 2 f l當(dāng)傳送“1”時，發(fā)送載波頻率 l當(dāng)傳送“0”時，發(fā)送載波頻率 1 f 22 2FSK的產(chǎn)生 23 2FSK的動畫演示 24 2FSK信號的解調(diào)方法（1) p非相干解調(diào) 25 2FSK信號的解調(diào)方法（2) p相干解調(diào) 帶 通 濾 波 器 帶 通 濾 波 器 抽 樣 判 決 器 輸 出 低 通 濾 波 器 低 通 濾 波 器

9、1 2 )( 2 te FSK定 時 脈 沖 相 乘 器 相 乘 器 t 1 cos t 2 cos 26 2FSK的功率譜密度 ttbttbt FSK22112 cos)(cos)()( )()( 4 1 )()( 4 1 )( 22112 2211 ffPffPffPffPfP bbbbFSK 不難寫出這種2FSK信號的功率譜密度的表示式： 信號帶寬信號帶寬 s ffff2 12 27 2ASK的抗噪聲性能 l非相干解調(diào)非相干解調(diào) l相干解調(diào)相干解調(diào) 這里的這里的r指的是信噪比指的是信噪比 2 2 1 r e e r P 28 二進(jìn)制移相鍵控2PSK l2PSK的時域表達(dá)式及波形的時域表達(dá)

10、式及波形 l2PSK的產(chǎn)生與解調(diào)的產(chǎn)生與解調(diào) l2PSK的功率譜密度的功率譜密度 l2PSK的抗噪聲性能的抗噪聲性能 29 2PSK的概念 l定義：用二進(jìn)制的數(shù)字信號去控制載波的相定義：用二進(jìn)制的數(shù)字信號去控制載波的相 位。位。 l時域表達(dá)式：時域表達(dá)式： l當(dāng)當(dāng)b(t)=1時，對應(yīng)的是時，對應(yīng)的是 l當(dāng)當(dāng)b(t)=0時，對應(yīng)的是時，對應(yīng)的是 ttbtS cPSK cos)(21)( 2 )cos(costt cc )0cos(costt cc 30 2PSK的波形特點(diǎn) 傳傳“1”信號時，發(fā)起始相位為信號時，發(fā)起始相位為的載波；的載波； 傳傳“0”信號時，發(fā)起始相位為信號時，發(fā)起始相位為0的載

11、波。的載波。 31 2PSK的實現(xiàn) 32 2PSK的動畫演示 33 2PSK的解調(diào) 2PSK通常采用相干解調(diào) 34 2PSK的功率譜 已調(diào)信號的帶寬是基帶信號的倍 35 2PSK抗噪聲性能 2PSK采用相干解調(diào) 36 2PSK“倒”現(xiàn)象 l2PSK發(fā)送端是以某一個相位作基準(zhǔn)的發(fā)送端是以某一個相位作基準(zhǔn)的 ，如，如 果這個參考相位發(fā)生變化（果這個參考相位發(fā)生變化（0相位變相位變相位相位 或或相位變相位變0相位相位 ），會在接收端得到完全），會在接收端得到完全 相反的數(shù)字信號，這種現(xiàn)象稱為相反的數(shù)字信號，這種現(xiàn)象稱為 2PSK“倒倒” 現(xiàn)象現(xiàn)象 。 37 二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2

12、DPSK） 1. 一般原理及實現(xiàn)方法一般原理及實現(xiàn)方法 2DPSK方式是利用前后相鄰碼元相位之差來傳送方式是利用前后相鄰碼元相位之差來傳送 數(shù)字信息的。數(shù)字信息的。 1 0 1 1 0 0 1 2PSK 2DPSK 圖5-24 2DPSK信號的波形 絕對碼an 0 1 1 0 1 1 1 0相對碼bn 相位 0 0 38 2DPSK產(chǎn)生的步驟 l將絕對碼變換成相對碼將絕對碼變換成相對碼 l對相對碼進(jìn)行絕對移相鍵控（對相對碼進(jìn)行絕對移相鍵控（2PSK） 39 2DPSK的解調(diào) l相干解調(diào)相干解調(diào) 相干載波 BPFLPF抽判 按2PSK解調(diào) 碼 反 變 換 s2DPSK(t) a n bn 1 n

13、nn bab 1 nnn bba l碼反變換碼反變換 40 2DPSK的功率譜密度 l無論是無論是2PSK還是還是2DPSK信號，就波形本身而信號，就波形本身而 言，它們都可以等效成雙極性信號作用下的調(diào)言，它們都可以等效成雙極性信號作用下的調(diào) 幅信號，無非是一對倒相信號的序列。有以下幅信號，無非是一對倒相信號的序列。有以下 結(jié)論：結(jié)論： l（1）2DPSK與與2PSK有相同的功率譜；有相同的功率譜； l（2）它們的帶寬和頻帶利用率均相同。）它們的帶寬和頻帶利用率均相同。 b b sASKPSKDPSK f T BBBB2 2 2 222 )/( 2 1 222 HzBaud ASKPSKDPS

14、K 41 2DPSK的抗噪聲性能 l2DPSK相干解調(diào)的總誤碼率相干解調(diào)的總誤碼率 ePe 2 1 r為解調(diào)輸入的信噪比為解調(diào)輸入的信噪比 42 習(xí)題1 l設(shè)載頻為設(shè)載頻為1800Hz，碼元速率為，碼元速率為1200Baud， 發(fā)送數(shù)字信息為發(fā)送數(shù)字信息為011010（設(shè)定參考載波相（設(shè)定參考載波相 位為位為sin3600t). 若相位偏移若相位偏移0度代表數(shù)字信號度代表數(shù)字信號“0”,180度代表度代表 數(shù)字信號數(shù)字信號 “1”,試畫出這時的試畫出這時的2DPSK信號波信號波 形；形； 43 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) l多進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控多進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控(MASK) l多進(jìn)制數(shù)字頻率鍵控多進(jìn)制數(shù)

15、字頻率鍵控(MFSK) l多進(jìn)制數(shù)字相位鍵控多進(jìn)制數(shù)字相位鍵控(MPSK) 44 多進(jìn)制振幅鍵控(MASK) lM進(jìn)制振幅鍵控信號的時域表達(dá)式為進(jìn)制振幅鍵控信號的時域表達(dá)式為 其中， 為基帶信號波形， 45 46 MASK波形圖 47 MASK與2ASK帶寬比較 MASK信號的功率譜與2ASK信號的完全相同。 它相當(dāng)于 電平基帶信號對載波進(jìn)行雙 邊帶調(diào)幅，因此MASK信號的帶寬是 電 平基帶信號的兩倍。由于 電平信號每 個碼元間隔內(nèi)可以傳送 比特信息， 碼元速率下降為信息速率的 倍，因此MASK信號的帶寬在相同信息速率 時是2ASK的 倍。 48 MFSK的產(chǎn)生 串并變換電路和邏輯電路將輸入的

16、二進(jìn)制碼轉(zhuǎn) 換成多進(jìn)制碼。當(dāng)某組二進(jìn)制碼到來時，邏輯 電路的輸出僅打開相應(yīng)的一個門電路，將和該 門電路相應(yīng)的載波發(fā)送出去;其他頻率對應(yīng)的門 電路此時是關(guān)閉的 49 MFSK的帶寬 鍵控法產(chǎn)生的MFSK信號，可以看作 由 個幅度相同、載頻不同、時間 上互不重疊的2ASK信號疊加的結(jié)果。 設(shè)MFSK信號碼元的寬度為 ，即傳 輸速率 （Baud），則 頻制 信號的帶寬為 式中 為最高選用載頻， 為最低 選用載頻。 50 MPSK 進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)，載波的相位 有 種取值，MPSK系統(tǒng)是利用載波 的 種相位來表征數(shù)字信息。 時域表達(dá)式為 為受調(diào)的載波相位; ; 51 多進(jìn)制相位調(diào)制系統(tǒng)中使用的最廣

17、泛的是四相 制和八相制。本節(jié)以四相制為例來講述多進(jìn)相 位調(diào)制系統(tǒng)的原理 。 52 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) lQPSK利用載波的四種相位來表征數(shù)字信息。利用載波的四種相位來表征數(shù)字信息。 因此，對輸入的二進(jìn)制序列應(yīng)該先分組，將因此，對輸入的二進(jìn)制序列應(yīng)該先分組，將 每兩個比特編為一組，然后用四種不同的每兩個比特編為一組，然后用四種不同的 載波相位去表征他們。載波相位去表征他們。 53 l如果輸入的二進(jìn)制數(shù)字信息序列為如果輸入的二進(jìn)制數(shù)字信息序列為 1001001110.,則可將它們分成則可將它們分成10，01，00， 11，.由于每個載波相位代表兩

18、個比特信由于每個載波相位代表兩個比特信 息，所以每個四進(jìn)制碼元又被稱作雙比特息，所以每個四進(jìn)制碼元又被稱作雙比特 碼元，我們把組成雙比特碼元的前一個信碼元，我們把組成雙比特碼元的前一個信 息比特用息比特用a表示，后一個信息用表示，后一個信息用b表示，雙表示，雙 比特碼元中兩個信息比特比特碼元中兩個信息比特ab通常按格雷碼通常按格雷碼 排列。排列。 54 格雷碼（RBC) l格雷碼是一種循環(huán)碼，第一次循環(huán)的碼元格雷碼是一種循環(huán)碼，第一次循環(huán)的碼元 因子是因子是(0110),第二次循環(huán)的碼元因子是第二次循環(huán)的碼元因子是 (00111100),第三次循環(huán)的碼元因子是第三次循環(huán)的碼元因子是 (0000111111110000),以此類推。以此類推。 55 雙比特碼元與載波相位的關(guān)系 56 QPSK的波形 l輸入二進(jìn)制序列輸入二進(jìn)制序列00011011 57 QPSK的產(chǎn)生 58 QPSK的解調(diào) 59 習(xí)題 l設(shè)發(fā)送數(shù)字信息序列為設(shè)發(fā)送數(shù)字信息序列為01011000110100， 畫出相應(yīng)的畫出相應(yīng)的4PSK信號的所有可能