滤波器-眼图-载波调制ppt课件

1、1数字通讯数字通讯 (第四讲第四讲)滤波器滤波器-眼图眼图-载波调制载波调制 Yuping Zhao (Professor)赵玉萍赵玉萍Department of ElectronicsPeking UniversityBeijing 100871, China: 2成型滤波器：将输入脉冲信号变为Sinc函数输出sinc函数： sin(/T)( )/Ttg ttt-50-40-30-20-1001020304050-0.4-0.60.81sinc函 数样 点信号幅度看似无规那么的信号实践具有一定的规那么以T为周期将画传输信号的图形，即可得

2、到眼图注：把黑色曲线以T为周期画出来即得到眼图关于信号的眼图 眼图是一种定性的、可视的估计系统性能的方法 眼图产生步骤： 用示波器跨接在待测信号的输出端 调整示波器锯齿波程度扫描周期，使其与接纳符号的周期同步 将接纳波形输入示波器的垂直放大器 从显示器上看到眼图，察看出符号间干扰和噪声的影响。 传输+1/-1情况下眼图的实例0102030405060-1.5-1-0.500.511.5Eye Figure of the three binary data眼图的产生：以三个眼图的产生：以三个BPSK码元为例码元为例能够组合：能够组合：-1 -1 -1 ; -1 -1 1; -1 1 -1 ; -

3、1 1 1; 1 -1 -1; 1 -1 1; 1 1 -1; 1 1 1 102030405060708090100-1.5-1-0.500.511.5无 噪 声 时 BPSK调 制 信 号 的 眼 图序 号信号幅度五个码元周期多进制信号的眼图0102030405060-1.5-1-0.500.511.5Eye Figure of the three binary data added noise(snr=20)有噪声时的眼图有噪声时的眼图102030405060708090100-1.5-1-0.500.511.5有 噪 声 时 BPSK调 制 信 号 的 眼 图序 号信号幅度102030

4、405060708090100-1.5-1-0.500.511.5有 噪 声 时 BPSK调 制 信 号 的 眼 图序 号信号幅度12关于滤波器外形的讨论13Sinc函数滤波器特性 频谱外形为矩形 无限长的时域呼应函数的频谱没有任何带外走漏 实践通讯的滤波器呼应长度是有限的 带外走漏不可防止 理想矩形频谱不能够实现0-100-80-60-40-20020Normalized Frequency ( rad/sample)Magnitude (dB)Magnitude Response (dB)低通滤波器的带外频谱走漏留意：此图纵坐标取了对数

5、，用dB来表示衰落-4-3-2-10123-60-50-40-30-20-100Frequency (Hz)H(f) (dB, normalized to 0 dB)Magnitude Response (dB) 2 sidelobs5 sidelobs边瓣长度影响带外特性Sinc Filter 的时域与频域特性17对sinc函数滤波器的讨论 边瓣带有一定的能量，截短的边瓣长度导致其特性变差 边瓣带有的能量越小越好 由于接纳端采样时辰偏向而引起的码间干扰很大 边瓣不为零所引起180123456-0.4-0.60.81S ubcarrier Num ber kSpectra由

6、于边瓣带有一定的能量，因此采样时辰不准确将带来符号之间的干扰19 ,0,sinsinc/TfBXfotherwiset Ttx tt TT低通滤波：成型滤波低通滤波：成型滤波 矩形窗矩形窗20-40-30-20-10010203040-0.6平 方 根 升 余 弦 函 数 （ 边 瓣 长 度 5， 滚 降 系 数 0.5）t/s信号幅度21Sinc Filter 与 Sqrt_Cosine_Filter 对比22Sinc Filter 与 Sqrt_Cosine_Filter 对比23 Impulse response of Sinc and Sqrt_C

7、osine filter Sinc Filter Sqrt_Cosine_Filter 2sin(1)/ )cos(1)/ )4( ) 4(1 (4/ ) )R t TR t TtRThtRTRt Tsin(/T)( )/Ttg tt24 222222/41/cossinc/41/cossin21, 02121,21cos12210,TtTtTtTtTttTttxTfTfTTfTTTfTfX升余弦滤波器，升余弦滤波器，思索收发为一个思索收发为一个整体，两端分别整体，两端分别为根升余弦为根升余弦2526三种成型滤波器的频谱特性比较-4-3-2-101234-70-60-50-40-30-20-1

8、0010f/HzdB三 种 滤 波 器 函 数 的 频 谱 矩 形 函 数 滤 波 器Sinc函 数 滤 波 器根 升 余 弦 滤 波 器27 三种成型滤波器的频谱特性比较-4-3-2-101234-70-60-50-40-30-20-10010f/HzdB三 种 滤 波 器 函 数 的 频 谱 矩 形 函 数 滤 波 器Sinc函 数 滤 波 器根 升 余 弦 滤 波 器28一样边瓣长度时带外特性的比较：sinc函数：5； 升余弦函数：5。 -4-3-2-101234-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100两 种 成 型 滤 波 后 信 号 功 率 谱 比 较 （ 归

9、 一 化 ）f /hzdBSinc函 数 滤 波 器 （ 5个 边 瓣 ）根 升 余 弦 滤 波 器 （ 5个 边 瓣 ）升余弦函数优于sinc函数29-4-3-2-101234-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100两 种 成 型 滤 波 后 功 率 谱 比 较 （ 归 一 化 ）f /hzdBSinc函 数 滤 波 器 （ 5个 边 瓣 ）根 升 余 弦 滤 波 器 （ 3个 边 瓣 ）不同边瓣长度时带外特性的比较：sinc函数：5； 升余弦函数：3。升余弦函数与sinc函数类似30-4-3-2-101234-100-90-80-70-60-50-40-30-20-

10、100两 种 成 型 滤 波 后 信 号 功 率 谱 比 较 （ 归 一 化 ）f /hzdBSinc函 数 滤 波 器 （ 10个 边 瓣 ）跟 升 余 弦 滤 波 器 （ 2个 边 瓣 ）升余弦函数能够比sinc函数还差不同边瓣长度时带外特性的比较：sinc函数：10； 升余弦函数：2。31不同边瓣长度时带外特性的比较：sinc函数：100； 升余弦函数：2。-4-3-2-101234-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100两 种 成 型 滤 波 后 信 号 功 率 谱 比 较f /hzdBSinc函 数 滤 波 器 （ 100个 边 瓣 ）根 升 余 弦 滤 波

11、器 （ 2个 边 瓣 ）升余弦函数能够比sinc函数还差32关于发端成型滤波器的讨论 选择边瓣能量小的滤波器可降低带外频谱能量 增大边瓣长度可降低带外频谱能量 实践系统中普通运用升余弦滤波器33结论结论低通滤波器也称为成型滤波器，其时域呼应低通滤波器也称为成型滤波器，其时域呼应决议了信号的时域波形决议了信号的时域波形无限长时域呼应成型滤波器特性是理想的，无限长时域呼应成型滤波器特性是理想的，而实践系统的是与呼应都是有限长的而实践系统的是与呼应都是有限长的当当值确定情况下，滤波器时域呼应越长带值确定情况下，滤波器时域呼应越长带外特性越好外特性越好一样时域呼应长度下，一样时域呼应长度下，值越大带外

12、频谱特值越大带外频谱特性越好性越好 34关于载波调制的讨论载波调制信源编码信道编码调制低通滤波载波调制通道载波解调低通滤波解调信道解码同步平衡信宿发射天线接纳天线低频信号要调制到相应载波频率上进展传输,各个载波信号之间要有一定的间隔36为什么要进展载波调制？ 必要性：频率资源是有限的，任何系统只能占用一定的频谱资源 定义了将低通讯号变换为带通讯号时频谱的搬移量cf发射信号的载频调制带有载波的普通讯号表示方式带有载波的普通讯号表示方式 0fcB fc为载波中心频率，为载波中心频率， B为系统带宽，其宽为系统带宽，其宽度为低通滤波器的宽度度为低通滤波器的宽度f ,2cos2expRetftgAtf

13、jtgAtscmcmmTt 0PAM信号完好表达式为 脉冲幅度调制脉冲幅度调制 : PAM信号只需cos()载波 ,122cosmMtftgtscmTt 0这里这里,/12MmmMm,.,2 , 1PSK信号带有载波的完好的定义 将上式变形，得到 tfjmMjtgtscm2exp12expRe上式的物理意义为：信息由cos函数为载波的信号的起始相位携带Tt 0tfmMtgtfmMtgtsccm2sin) 1(2sin)(2cos) 1(2cos)()(将上式变形，得到 这里的物理意义为：信号由I路和Q路的和差构成I路信号由基带信号实部构成，Q路信号由基带信号的虚部构成传输的信号为实数信号I路Q

14、路 ,122cosmMtftgtscm问题：请说出式中各个部分的物理意义，假设该部分的值发生变化，将影响传输信号的哪一部分该部分值确实定应该在遵照什么限制条件讨论题：关于下式的讨论Tt 0 tftgAtftgAtfjtgjAAtscmscmccmsmcm2sin2cos2expReTt 0完好正交幅度调制QAM表达式 AmcAms决议了信号星座点在I/Q平面的位置 QAM 信号可以看成是幅度和相位的结合调制。信号可以看成是幅度和相位的结合调制。 43X(t)-I路 tftytftxtfjtjytxtsccc2sin2cos2expRe实践系统的发射机的信号模型实践系统的发射机的信号模型发射信号

15、可以写为XXtfc2costfc2sin-+s(t)Y(t)-Q路为高速变化的正弦和余弦函数的和携带了I路与Q路得传输信息恣意时辰其值为实数值44通常情况下Am为复数，其等效低频表达式为 mmz tA g tmTt在对通讯系统的研讨中，主要研讨在对通讯系统的研讨中，主要研讨Z(t)的各种特性的各种特性z(t)的特性：随着时间缓慢变化的，其确切值由Am和个g(t)共同决议是一个复数值实部与虚部共同决议了该复数的幅度与相位调制的图解表示调制的图解表示 a t t低通讯号低通讯号 jtz tx tjy ta t e 221,tana txtytty tx t46载频信号调制的表达式实数值的载波调制的

16、信号复数低频信号载波频率实部In phase, 或I路虚部quadrater phase,或Q路 2Recjf ts tz t e jtz tx tjy tc t e47调制的图解表示调制的图解表示 a t t1tfc2高速旋转高速旋转yxxy1tan22yx tfc2 ts(a) 低通讯号低通讯号(b) 载波载波(c) 带通讯号带通讯号 jtz tx tjy ta t e48上图中的阐明上图中的阐明Fig (a): 低通讯号可以表示成在低通讯号可以表示成在I-Q平面的时变的一平面的时变的一个矢量。随着时间的变化，该矢量的幅度和相位均个矢量。随着时间的变化，该矢量的幅度和相位均变化变化 。信号变化的快慢即信号的周期。信号变化的快慢即信号的周期T及变化及变化轨迹决议了该低频信号所占的带宽。轨迹决议了该低频信号所占的带宽。Fig (b): 载波复指数载波复指数 exp(2fct). 在在 I-Q 平面内以恒平面内以恒定的频率定的频率 2fct, 幅度为幅度为 1的矢量方式旋转。的矢量方式旋转。Fig (c): 带通讯号。带通讯号。 其幅度是上述两信号幅度的乘其幅度是上述两信号幅度的乘积，积， 其相位是上述两信号相位的和。其相位是上述两信号相位的和。4950发射信号一定是实信号，但包括了I,Q两路的成分 Reexp2mcms tA g tmT