第十四講數(shù)字頻帶傳輸(第1-2節(jié))

第十四講數(shù)字頻帶傳輸(第1-2節(jié))第一頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--數(shù)字調(diào)制振幅鍵控頻移鍵控 相移鍵控2第二頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2ASK

2ASK信號(hào)的一般表達(dá)式3第三頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2ASK

2ASK信號(hào)產(chǎn)生方法模擬調(diào)制法（相乘器法）鍵控法4第四頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2ASK

非相干解調(diào)法

相干解調(diào)法5第五頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2ASK基帶信號(hào)帶寬:2ASK信號(hào)帶寬:碼元速率:頻帶利用率:基帶信號(hào)波形帶寬的兩倍6第六頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2FSK信號(hào)解調(diào)方法非相干解調(diào)相干解調(diào)7第七頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2FSK連續(xù)譜離散譜若載頻之差大于fs，則連續(xù)譜將出現(xiàn)雙峰。若兩個(gè)載波頻差較小，比如小于fs，則連續(xù)譜在f0處出現(xiàn)單峰。8第八頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2PSK2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式

n表示第n個(gè)碼元對(duì)應(yīng)的載波相位偏移：9第九頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2PSK功率譜密度

2ASK：

2PSK：比較可知，兩者的表示形式完全一樣，區(qū)別僅在于基帶信號(hào)B(t)不同，前者為單極性，后者為雙極性?？芍苯右?ASK信號(hào)功率譜密度的公式來(lái)表述2PSK信號(hào)的功率譜：10第十頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2PSK11第十一頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2PSK

2PSK信號(hào)的解調(diào)器原理框圖和波形圖：

111001002PSK信號(hào)載波2PSK信號(hào)×載波輸出信號(hào)低通輸出載波提取2PSK信號(hào)×低通抽樣判決時(shí)鐘提取相干解調(diào)輸出信號(hào)12第十二頁(yè)，共51頁(yè)。復(fù)習(xí)--2PSK

11100100載波提取2PSK信號(hào)×低通抽樣判決時(shí)鐘提取相干解調(diào)輸出信號(hào)2PSK信號(hào)載波2PSK信號(hào)×載波輸出信號(hào)低通輸出

00011011相位模糊倒π現(xiàn)象2PSK信號(hào)的解調(diào)器原理框圖和波形圖：13第十三頁(yè)，共51頁(yè)。5.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）相對(duì)相移鍵控14第十四頁(yè)，共51頁(yè)。5.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法先對(duì)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，把表示數(shù)字信息序列的絕對(duì)碼變換成相對(duì)碼，然后根據(jù)相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。15第十五頁(yè)，共51頁(yè)。5.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

2DPSK信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào)加碼反變換法先對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對(duì)碼，再經(jīng)碼反變換器變換為絕對(duì)碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。2DPSK如何解決載波相位模糊問(wèn)題？16第十六頁(yè)，共51頁(yè)。5.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理abcedf0010110相乘載波發(fā)生器2DPSK信號(hào)絕對(duì)碼相對(duì)碼低通抽樣判決碼變換位定時(shí)abcedf2DPSK的解調(diào)001011017第十七頁(yè)，共51頁(yè)。5.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理延遲差分相干解調(diào)法直接比較前后碼元的相位差，從而恢復(fù)發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息，又稱相位比較法。相乘延遲TS2DPSK信號(hào)絕對(duì)碼低通抽樣判決位定時(shí)延遲差分相干解調(diào)18第十八頁(yè)，共51頁(yè)。5.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理adbce00101102DPSK的解調(diào)相乘延遲TS2DPSK信號(hào)絕對(duì)碼低通抽樣判決位定時(shí)abced延遲差分相干解調(diào)19第十九頁(yè)，共51頁(yè)。5.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理功率譜密度

2DPSK可以與2PSK具有相同形式的表達(dá)式。所不同的是2PSK中的基帶信號(hào)s(t)對(duì)應(yīng)的是絕對(duì)碼序列；而2DPSK中的基帶信號(hào)s(t)對(duì)應(yīng)的是碼變換后的相對(duì)碼序列。2DPSK信號(hào)的信號(hào)帶寬為 與2ASK的相同，也是碼元速率的兩倍。20第二十頁(yè)，共51頁(yè)。第5章數(shù)字頻帶傳輸5.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收5.3二進(jìn)制最佳接收機(jī)的誤碼性能5.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理5.5恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制主要內(nèi)容21第二十一頁(yè)，共51頁(yè)。學(xué)習(xí)目的和要求目的：設(shè)計(jì)特定噪聲下的最佳接收機(jī)要求：①了解數(shù)字信號(hào)最佳接收概念、最佳接收準(zhǔn)則及最佳接收機(jī)的概念；②掌握匹配濾波器的傳輸特性和單位沖激響應(yīng)；③掌握相關(guān)接收機(jī)原理。重點(diǎn)：匹配濾波器22第二十二頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收

在數(shù)字通信中常用的“最佳”準(zhǔn)則是最小錯(cuò)誤概率準(zhǔn)則和最大輸出信噪比準(zhǔn)則。1、最小錯(cuò)誤概率準(zhǔn)則在白噪聲環(huán)境下的判決錯(cuò)誤概率最小。2、最大輸出信噪比準(zhǔn)則

使輸出信號(hào)在某一時(shí)刻（判決時(shí)刻）的瞬時(shí)功率對(duì)噪聲平均功率之比達(dá)到最大。23第二十三頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收5.2.1匹配濾波最佳接收機(jī)什么是匹配濾波器？ 用線性濾波器對(duì)接收信號(hào)濾波時(shí)，使抽樣時(shí)刻上輸出信噪比最大的線性濾波器稱為匹配濾波器。24第二十四頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收數(shù)字信號(hào)接收等效原理圖25第二十五頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收濾波器的傳輸函數(shù)為H(f)，沖激響應(yīng)為h(t)，濾波器輸入為發(fā)送信號(hào)和噪聲之和：高斯白噪聲h(t)x(t)y(t)26第二十六頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收輸出電壓濾波器是線性的，則濾波器的輸出電壓y(t)中也包含相應(yīng)的輸出信號(hào)ys(t)和輸出噪聲n0(t)兩部分h(t)x(t)y(t)27第二十七頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收輸出噪聲平均功率輸出信噪比

在抽樣時(shí)刻Ts上，輸出信號(hào)瞬時(shí)功率與噪聲平均功率之比為28第二十八頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)，等號(hào)成立。29第二十九頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收當(dāng)時(shí)，得到最大輸出信噪比2E/n0。H(f)就是最佳接收濾波器傳輸特性。它等于信號(hào)碼元頻譜的復(fù)共軛（除了常數(shù)因子外），故稱此濾波器為匹配濾波器。

30第三十頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收匹配濾波器的沖激響應(yīng)函數(shù)：

匹配濾波器的沖激響應(yīng)h(t)就是信號(hào)s(t)的鏡像

s(-t)，但在時(shí)間軸上（向右）平移了Ts。

31第三十一頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收若匹配濾波器的輸入電壓為s(t)，則輸出信號(hào)碼元的波形為：

匹配濾波器輸出信號(hào)碼元波形是輸入信號(hào)碼元波形的自相關(guān)函數(shù)的k倍。k是一個(gè)任意常數(shù)，通常取k

＝1。32第三十二頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收【例5.1】設(shè)接收信號(hào)碼元s(t)的表示式為 試求其匹配濾波器的傳輸特性和輸出信號(hào)碼元的波形?！窘狻可鲜剿镜男盘?hào)波形是一個(gè)矩形脈沖tTss(t)1033第三十三頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收

此沖激響應(yīng)示于下圖。由于s(t)的波形對(duì)稱于t=Ts/2，所以反轉(zhuǎn)后，波形不變。由式 求出此匹配濾波器的 輸出信號(hào)波形如下：tTsh(t)10tTsso(t)034第三十四頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收分析：最大輸出信噪比和信號(hào)波形無(wú)關(guān)，只決定于信號(hào)能量E與噪聲功率譜密度n0之比，所以這種匹配濾波法對(duì)于任何一種數(shù)字信號(hào)波形都適用，不論是基帶數(shù)字信號(hào)還是已調(diào)數(shù)字信號(hào)。例5.1中給出的是基帶數(shù)字信號(hào)的例子；而課本P175中給出的信號(hào)則是已調(diào)數(shù)字信號(hào)的例子。35第三十五頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收根據(jù)匹配濾波器原理構(gòu)成的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的最佳接收機(jī)36第三十六頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收最小錯(cuò)誤概率準(zhǔn)則5.2.2

最小錯(cuò)誤概率最佳接收機(jī)觀測(cè)值的條件概率密度函數(shù)：信號(hào)模型：37第三十七頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收判決規(guī)則：

■

若接收信號(hào)落在區(qū)域r1內(nèi)，則判為s1(t)

；

■若接收信號(hào)落在區(qū)域r2內(nèi)，則判為s2(t)。38第三十八頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收發(fā)送s1(t)和s2(t)

時(shí)的判決錯(cuò)誤概率：39第三十九頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收平均錯(cuò)誤概率：最佳判決門限：40第四十頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收41第四十一頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收最小錯(cuò)誤概率判決準(zhǔn)則：最大似然判決準(zhǔn)則似然函數(shù)似然比42第四十二頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收二進(jìn)制最小錯(cuò)誤概率最佳接收機(jī)結(jié)構(gòu)：令43第四十三頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收先驗(yàn)概率不等時(shí)的最小錯(cuò)誤概率最佳接收機(jī)：相關(guān)檢測(cè)器44第四十四頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收先驗(yàn)概率相等時(shí)的最小錯(cuò)誤概率最佳接收機(jī)：45第四十五頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收多進(jìn)制最佳接收機(jī)結(jié)構(gòu)：46第四十六頁(yè)，共51頁(yè)。5.2數(shù)字信號(hào)的最佳接收最小錯(cuò)誤概率最佳接收機(jī)和匹配濾波最佳接收機(jī)比較：匹配濾波器輸出的信號(hào)為：最佳抽樣時(shí)刻相關(guān)接收機(jī)47第四十七頁(yè)，共51頁(yè)。相乘器s(t)積分器t=Tsx(t)y(Ts)相關(guān)接收機(jī)

在信號(hào)等概率分布且能量相同的情況下，最小差錯(cuò)概率準(zhǔn)則下的最佳接收與最大信噪比準(zhǔn)則下的最