通信原理基本的数字频带传输学习教案

1、会计学1通信原理基本通信原理基本(jbn)的数字频带传输的数字频带传输第一页，共160页。2/1332021-12-21图5.0 二元ASK、FSK与PSK的信号(xnho)波形 单极性NRZ双极性NRZASK信号(xnho)PSK信号FSK信号第2页/共160页第二页，共160页。3/1332021-12-21第3页/共160页第三页，共160页。4/1332021-12-21信道噪声(zoshng)接收(jishu)设备信源信宿格式化脉冲基带调制发送(f sn)设备信源编码信道编码加密频带调制发射机格式化脉冲基带检测信源译码信道译码解密频带解调接收机数字通信系统简化模型 m t m t s

2、 t n t r t信号处理信号处理基带信号基带信号第4页/共160页第四页，共160页。5/1332021-12-21 m t m t s t r ts tn t调制(tiozh)信号已调带通信(tng xn)号数字(shz)基带信号数字基带信号带通信号数字载波系统模型： n t频带调制频带调制传输媒介(信道)第5页/共160页第五页，共160页。6/1332021-12-21已调带通信(tng xn)号: 的频谱:( ) s t 1/2ccS fG ffGff或功率(gngl)谱: 1/4 sgcgcPfPffPff G fF g t ,PSDgPfg t是的2( )( )cos2( )(

3、 )cos2( )sin2Re ( )ccccscjf ts ta tf ttx tf tx tf tg t e( )( )( )( )( )jtcsg ta t ex tjx t令：第6页/共160页第六页，共160页。7/1332021-12-21(2 Amplitude Shift Keying)BASK第7页/共160页第七页，共160页。8/1332021-12-215.1.1 基本原理 2ASK或OOK (二进制幅移键控) 键控（改变(gibin)）正弦载波的振幅来传输0或1符号。 1. 2ASK信号及其调制(tiozh)方法 图5.1.1 2ASK（或OOK）信号(xnho)的波

4、形 通断键控或启闭键控 nacos2cAf t m t 2ASKstON-OFF KeyingBASK第8页/共160页第八页，共160页。9/1332021-12-21 nTbnm ta gtnT 2cos2ASKcstAm tf t1 ,p,0 ,qna依概率依概率 2cos2,0,cASKAf tst传号空号,1bbnTtnT 2ASK信号(xnho)也可以表示为： 2ASK信号(xnho)时域表示：第n个码元 Tgt 基带脉冲形状其中(qzhng):第9页/共160页第九页，共160页。10/1332021-12-21（a）乘积(chngj)法 （b）开关(kigun)法（键控法） t

5、m 2 ASKstcos2cAf t乘法器单极性不归零信号(xnho)cos 2cAf t tm 2 ASKst图5.1.2 2ASK调制框图 载波产生 2ASK信号的产生：第10页/共160页第十页，共160页。11/1332021-12-212. 包络检波解调(ji dio)方法 2 ASKst na na发送(f sn)端信道(xn do)BPF包络检波器抽样判决器( )r t定时信号输出图 5.1.3 2ASK包络检波解调框图 2 ASKir tstnt( )m t带宽B带宽2BB=Rb带宽2B y tAm t( )y t( )n t解调方法简单易实现，成本低廉。第11页/共160页第

6、十一页，共160页。12/1332021-12-211001t ookstt y tAm ttt1001 tmcos2cAf tttt ookst 非相干(xinggn)解调1AAAA第12页/共160页第十二页，共160页。13/1332021-12-21系统(xtng)的误码率： /412ePe定义(dngy)信噪比： 2202(2)2BPFnAAN B niPf02NfcfcfBPFB20nBPFN B 大信噪比时，BPF的输出(shch)信噪比22A接收信号s(t)中“1”码对应码元的平均功率得最佳误码率BPFbBR理论最小带宽大于10倍以上第13页/共160页第十三页，共160页。1

7、4/1332021-12-21 小信噪比时，包络检波器抗噪性能急剧下降，系统无法正常(zhngchng)工作。存在门限效应。，得最佳(zu ji)误码率PeBPFbBR0)/24(/1212bNeEPee2221002100cos21 cos4220,24bbTTbbccbbbbbA TAEAf tdtf t dtEEA TEE最佳(zu ji)性能指标，用于提供宏观指导第14页/共160页第十四页，共160页。15/1332021-12-21例5.1 2ASK系统的传输率为5Mbps，接收BPF输出(shch)幅度为223.6mV；高斯噪声的功率谱密度分别为 和 。求两种情况下包络检波器输出

8、(shch)的误码率。22296000000.22362.5 104445 10bbbEA TANNN RNN 025,bEN 256211.86 102ePe由门限效应(xioyng)可知，系统无法正常工作。（不再用公式计算） 1001 10N 903 10N 解：1001)1 10,N 当00.83bEN 902)3 10,N 当0(/)/212bENePe第15页/共160页第十五页，共160页。16/1332021-12-21例5.2 考虑基带信号为矩形NRZ信号，2ASK系统的传输率为5Mbps，接收BPF输出(shch)幅度为223.6mV；高斯噪声的功率谱密度分别为 和 。求两种

9、情况下包络检波器输出(shch)的误码率。1001 10N 903 10N 2229260000.22362.5 1022245 10nbAANRNN 254419.65 102ePe由门限效应可知(k zh)，系统无法正常工作。（不再用公式计算） 2002BPnFbNNBR/412ePe25,r 1001)1 10,N 当0.83,r 902)3 10,N 当1 ,r 由于5,bBRMHz解：取可得作业(zuy)：1、2第16页/共160页第十六页，共160页。17/1332021-12-215.1.2 功率(gngl)谱与带宽 复包络(bo lu):( )( )g tAm t 2cos2A

10、SKcstAm tf t 222sin( )44bbgbA TfTAPfffT1( )()()4sgcgcP fPffPff单极性NRZ信号(xnho)第17页/共160页第十七页，共160页。18/1332021-12-21 fPgf0bBRbRbRfcfcbfRcbfR fPs2ASK22bBBR第18页/共160页第十八页，共160页。19/1332021-12-21当作(dn zu)无 ISI 滤波时 (如 作升余弦谱滤波）02211TbBBfR接收机须是相干(xinggn)解调 gPff00f01BffcfcfBcfB sPf0理论(lln)最小带宽：TbBR0第19页/共160页第

11、十九页，共160页。20/1332021-12-21v ASK for no ISI CCHf P fLPFcos2cAf t2cos2cf t()nsnatnT( )()nsnm ta p tnT( )Am t1.信道带宽足够时的相干(xinggn)解调第20页/共160页第二十页，共160页。21/1332021-12-21 RCHf CCHf P f p t tLPF抽样(chu yn)判决 TCHf eh t eHfcos2cft cpt ecHf cos2ecechth tf t总的基带系统(xtng)频率特性总的射频(sh pn)系统频率特性射频基本脉冲基带基本脉冲2cos2cft

12、 echt2.信道带宽不够时的相干解调（要作无ISI滤波）第21页/共160页第二十一页，共160页。22/1332021-12-21当 满足无ISI的时域条件时或当 满足无ISI的频域条件时，数字(shz)调制系统无ISI( )eh t( )eHf图中各点波形(b xn)如图所示：010 p t cpt eh t echt eHff00f01BffcfcfBcfB ecHf0第22页/共160页第二十二页，共160页。23/1332021-12-21 向上(xingshng)频移基带接收(jishu)滤波器 m t抽样(chu yn)与判决BPFLPFcos2cAf t naB2B na基带

13、发送滤波器向下频移2cos2cf tAWGN频带信道 CAm tnt符号定时相干解调的2ASK传输系统:0/2N)( fHRC基带发送滤波器，基带接收滤波器:第23页/共160页第二十三页，共160页。24/1332021-12-21(2 Frequency-Shift Keying)BFSK第24页/共160页第二十四页，共160页。25/1332021-12-215.2.1 基本原理 2FSK或BFSK（二进制频移键控）键控正弦载波的频率来传输(chun sh)二元符号。 1. 2FSK信号(xnho)及其调制方法 1001 tmt tsFSKt1f1f0f0f 210cos2cos2FS

14、KstAm tf tAm tf t第25页/共160页第二十五页，共160页。26/1332021-12-21 120cos2,11cos2,0nFSKbbnAf tastnTtnTAf ta 2FSK信号(xnho)时域表示（相当于两路OOK） ：也可以(ky)表示为： 210cos2cos2FSKstAm tf tAm tf t 与 “互补”： m t m t 1m tm t 第26页/共160页第二十六页，共160页。27/1332021-12-21图5.2.2 2FSK信号(xnho)的时域波形及其互补OOK特点 na 1cos2Am tf t 2FSKst1cos2Af t0cos2

15、Af t m t m t 0cos2Am tf t1 0 1 0 0 1第27页/共160页第二十七页，共160页。28/1332021-12-211cos2Af t0cos2Af t m t单极性 NRZ图5.2.1 2FSK信号的产生原理(yunl)框图 2FSK信号(xnho)的产生： 2FSKst第28页/共160页第二十八页，共160页。29/1332021-12-212. *相位(xingwi)连续性 (a) (b) 图5.2.3 不连续与连续相位(xingwi)的2FSK信号 相位(xingwi)不连续的信号占据很多的频带，应该尽量避免 相位不连续相位连续保持相位连续的方法： 1

16、）桑德FSK信号的参数： 1(1)bfkR0,bfkR其中：k 为某固定正整数第29页/共160页第二十九页，共160页。30/1332021-12-21 iFMftkm t max1max0,cicFMcffff tfkm tfff10max,2FMfffk2）使用(shyng)压控振荡器产生10()/2cfff 2cos 22tFSKcFMstAf tmdk即用模拟调频的方式产生(chnshng)FSK信号其中(qzhng)， 是双极性NRZ信号 m t平均载频（虚拟载频）第30页/共160页第三十页，共160页。31/1332021-12-213. 包络检波解调(ji dio)方法 两个

17、互补OOK接收系统(xtng)的组合： (非相干(xinggn)解调)1010yy判决：若判发“”，否则 判发“ ” Am t包络检波器包络检波器 2FSKst输出 1y t 0yt 0r t 1r t定时信号 na图5.2.4 FSK信号的包络检波接收框图 Am tW=2RbW=2Rb2FSK10s(t)m(t)cos2m(t)cos2Af tAf t整流整流LPFLPF抽样判决BPF( f1 )BPF( f0 )适合于频差较大的场合解调方法简单易实现，成本低廉。100yy或第31页/共160页第三十一页，共160页。32/1332021-12-21（2）判决(pnju)准则为： ， 或 （

18、1）上支路接收 部分， 下支路接收 部分； 系统(xtng)必须满足： ； f1f1bfR0bfR 2FSKPf0f2FSKB 1cos2Am tf t 0cos2Am tf t10bffR1100yy1100()0yy适合(shh)于频差较大的场合第32页/共160页第三十二页，共160页。33/1332021-12-21na 2FSKst 1r t 0r t 1y t 0yt1 0 1 0 0 1图5.2.5 包络检波器的输出(shch) 1cos2Am tf t 0cos2Am tf t第33页/共160页第三十三页，共160页。34/1332021-12-21/212ePe其中(qzh

19、ng)，BPF的输出信噪比 2220(2)(2)nBPFAAN B系统(xtng)的误码率： 大信噪比时，时，得最佳(zu ji)误码率BPFbBR0(/)/212bENePe22110222000cos22cos2,22bbTbbTbbbbA TEAf tdtA TA TEAf tdtE 小信噪比时，包络检波器抗噪性能急剧下降，系统无法正常工作。此称为门限效应。第34页/共160页第三十四页，共160页。35/1332021-12-214. *过零检测(jin c)解调方法 其主要过程：(1) 检测过零点；形成边沿窄脉冲；(2) 将脉冲的疏密变换为电平高低(god)；最后得到0或1 (非相干

20、(xinggn)解调)第35页/共160页第三十五页，共160页。36/1332021-12-21图5.2.6 过零检测器中的主要信号(xnho)波形 (1) 检测过零点；形成边沿窄脉冲(michng)；(2) 将脉冲(michng)的疏密变换为电平高低；最后得到0或1LPFBPF 2FSKsta位同步器输出bcdefW=|f1-f0|+2Rb限幅微分整流单稳抽样判决第36页/共160页第三十六页，共160页。37/1332021-12-21 相干(xinggn)解调频差较大(jio d)时适合”判发“，否则”判发“若判决：0121yy ( )FSKst1cos2f t0cos2f t1y0y

21、code Am t Am t抽样(chu yn)判决LPFLPFBPFBPFW=2RbW=2Rbf1f02FSK10s(t)m(t)cos2m(t)cos2Af tAf t第37页/共160页第三十七页，共160页。38/1332021-12-21频差较小时，若 正交，则LPF换成积分器可实现最佳接收-相关接收机10cos 2, cos 2f tf t( )FSKst1cos2f t0cos2f t1( )y t0( )y tcode抽样(chu yn)判决BPFW=|f1-f0|+2Rb匹配(ppi)滤波器2FSK10s(t)m(t)cos2m(t)cos2Af tAf t第38页/共160

22、页第三十八页，共160页。39/1332021-12-21 1001bTbst st dtE波形(b xn)相关系数:一般2FSK 的两个(lin )载波 1100cos2cos2s tAf tstAf t,(1)ssnTtnT 时 , 称 在0,Tb内正交0 10,s tst当 是满足(mnz)两个波形正交的最小频差时， 2FSK MSK(最小频移键控)10ff10ff010ff很大时，近似正交10min2bRff第39页/共160页第三十九页，共160页。40/1332021-12-215.2.2 功率(gngl)谱与带宽 两个互补(h b)的2ASK信号的功率谱的相加， f1f1bfR0

23、bfR 2FSKPf0f2FSKB传输(chun sh)带宽：2101022FSKbBffBffR2FSK10s(t)m(t)cos2m(t)cos2Af tAf t102bffR第40页/共160页第四十页，共160页。41/1332021-12-21102bffR1f1bfR0bfR 2FSKPf0f2FSKB如果 和 过于接近时，功率谱中两个2ASK频谱将发生重叠。需要(xyo)保持， 一般(ybn)：102bffR1f0f10bffR图5.2.8 FSK信号(xnho)功率谱示意图 第41页/共160页第四十一页，共160页。42/1332021-12-21当作无 ISI 滤波(lb)

24、时 (如 作升余弦谱滤波(lb)）f2fBf 2Bf 11f gPff00f01Bf21210212211TbBffBfffffR sPf发1发0理论(lln)最小带宽：12TbBffR第42页/共160页第四十二页，共160页。43/1332021-12-21例5.3 Bell 103型FSK Modem是一种早期流行的电话线Modem。它通过频带为3003300Hz电话线进行全双工数字通信。两个通信方被称为主叫方与应答方，每个方向上采用300波特的2FSK调制，频率(pnl)参数如表5.2.1。求两路通信的带宽与频带位置。 解：两路均有 10200ffHz与300bRbps21022002

25、 300800FSKbBffRHz 两频带(pndi)分别是： (770 1570)Hz与(1725 2525)Hz300Hz3300Hz1800Hz第43页/共160页第四十三页，共160页。44/1332021-12-21作业(zuy)：3、4第44页/共160页第四十四页，共160页。45/1332021-12-21(2 Phase-Shift Keying)(2 Differential Phase-Shift Keying)第45页/共160页第四十五页，共160页。46/1332021-12-211. 2PSK信号(xnho)及其调制方法 100100cos2cAf tt m tt

26、 2PSKstt5.3.1 2PSK 2PSK或BPSK（二进制相移键控）利用两种相位来传输(chun sh)二元符号。 2PSK最常用(chn yn)的两种相位：0(同相) 或（反相） 同一码元已调载波初相与未调载波初相之差0,1,0传传第46页/共160页第四十六页，共160页。47/1332021-12-21 2cos211cos20cnPSKbbcnAf tastnTtnTAf ta ， 2PSK信号(xnho)时域表示： 2cos2PSKcstAm tf t或，令序列 的双极性二元NRZ基带信号为 ， na( )m t第47页/共160页第四十七页，共160页。48/1332021-

27、12-21信号(xnho)矢量图（星座图）：（未调载波(zib)初相）cos2cf t12相“”02相“”cos2cf t01相0相0（未调载波(zib)初相）信号矢量图（星座图）： 2cos2PSKcstAm tf tA0第48页/共160页第四十八页，共160页。49/1332021-12-21cos2cAf t m t 2PSKst注意(zh y)：“同相”与“反相”是相对于当前时隙的未调载波相位而言的： 图5.3.1 2PSK及其相关(xinggun)信号的波形 1 1 0 1 0 0aabb第49页/共160页第四十九页，共160页。50/1332021-12-21cos2cAf t

28、双极性NRZ m t 2PSK信号(xnho)的产生：乘积法与选择法。 2cos2PSKcstAm tf t m t2( )PSKst开关电路coscto180 移相0第50页/共160页第五十页，共160页。51/1332021-12-21复包络(bo lu):( )( )g tAm t1( )()()4sgcgcP fPffPff双极性NRZ信号(xnho)2. 功率(gngl)谱与带宽 22sin( )bgbbf TPfA Tf T 2cos2PSKcstAm tf t第51页/共160页第五十一页，共160页。52/1332021-12-21 fPgf02bR0bBRbRbRfcfcb

29、fRcbfR 2PSKPf22PSKbBR形状与2ASK的相同(xin tn)，但没有离散的载波谱线。 传输(chun sh)带宽 2PSK又可以看作(kn zu)抑制载波后的2ASK信号，或，2ASK信号确实是2PSK信号与载波的叠加。 cos2cos21cos2cccAm tf tAf tAm tf t双极性单极性第52页/共160页第五十二页，共160页。53/1332021-12-21当作无 ISI滤波(lb)时 (如 作升余弦谱滤波(lb)）02211TbBBfRfcfcfBcfB sPff00f01Bf gPf理论(lln)最小带宽：TbBR第53页/共160页第五十三页，共160

30、页。54/1332021-12-213. 2PSK的相干(xinggn)解调 来自(li z)信道向下(xin xi)频移符号定时基带接收滤波器 r t m t RGf抽样与判决BPFLPF2cos2cf t na图5.3.3 2PSK相干解调框架 B中心 fcB为基带信号带宽 2cos2cos2sin2PSKcccscr tstn tAm tf tntf tntf t cm tAm tnt2B注意：nc(t)的 双边功率谱密度为 N0，带宽等于BLPF 第54页/共160页第五十四页，共160页。55/1332021-12-21 2cos2cos22cos22cos2cccccm tLPF

31、r tf tAm tf tf tLPFn tf tAm tntnc(t)的双边功率(gngl)谱密度LPF（低通滤波器）：LPFBB其中， 正是窄带噪声 的同相分量，功率谱为 ，带宽等于 。 cnt n t0NLPFB 仿佛是基带信号通过AWGN信道的结果。因此，可用LPF(低通滤波)或MF(匹配滤波)方法接收 m t第55页/共160页第五十五页，共160页。56/1332021-12-21()()( )( )0ncncccsP ffP ffffP fP f其它 cos2sin2ccscn tntf tntf t02Ncff nP f2B0cf0Nf cP f0BB第56页/共160页第五十

32、六页，共160页。57/1332021-12-2110010coscAtt m tt 2PSKsttnatttt1001 2PSKst2cosct2PSK调制解调(ji dio)过程：0第57页/共160页第五十七页，共160页。58/1332021-12-21 双极性NRZ向上频移基带接收滤波器 m t 0nt抽样与判决BPFLPFcos2cAf t naB2B na基带发送滤波器向下频移2cos2cf tAWGN频带信道 CAm tnt4. 误码性能(xngnng) p 通过(tnggu) 2PSK的等效基带传输系统求误码率符号(fho)定时图5.3.4 2PSK传输系统与等效AWGN基带

33、信道 AWGN基带信道 Am t Cnt CAm tnt0/2N0N的双边功率谱密度为 N0 cnt第58页/共160页第五十八页，共160页。59/1332021-12-21借助(jizh)第4章中双极性2PAM信号的结论：LPF接收系统(xtng)（带宽 ）： 00bbEPQN1/bBT匹配(ppi)滤波器接收系统： 002bbEPQN双极性2PAM：20bbEA T基带平均码元能量 第59页/共160页第五十九页，共160页。60/1332021-12-212PSK信号的平均(pngjn)码元能量：220cos22bTbbCA TEAf tdt0002bbbENEPQQN1/LPFbbB

34、RT000222bbbNEEPQQN002bbEPQN注意：基带平均码元能量：202bbbEA TE基带2PAM:基带2PAM:00bbEPQN（1）基带接收(jishu)滤波器为 LPF 时（2）基带接收(jishu)滤波器为 MF 时第60页/共160页第六十页，共160页。61/1332021-12-21评述：(1) 2PSK系统与双极性NRZ基带传输系统的抗噪性能相同；(2) 2PSK的抗噪性能比2ASK、2FSK好，(3) 但这种系统需要进行载波同步(tngb)，其复杂度要高出许多。 第61页/共160页第六十一页，共160页。62/1332021-12-21考虑考虑(kol)：（1

35、）广义）广义(gungy)的二进制（基带或带通）信号的二进制（基带或带通）信号： 0( )0s t 1( )1s t 与与（2）接收机为）接收机为线性线性处理器处理器（3）分析单个时隙）分析单个时隙(sh x)上，码元的过程上，码元的过程 02N功率谱：二元信号二元信号 s t0:tt时钟TV:门限 n t线性线性处理器处理器AWGN信道信道 抽样抽样判决判决 r t y tr na( )h t线性滤波器线性滤波器p 通过通用公式求 2PSK的误码率基带时为LPF、MF，带通传输时为相干解调器和MF第62页/共160页第六十二页，共160页。63/1332021-12-21第四章结论(jiln

36、)：对于二进制传输系统，接收机为线性处理器（基带时为LPF、MF，带通传输时为相干解调器和MF） (1) 最佳(zu ji)门限：104.3.192ssTyyV(2) 最小平均(pngjn)误码率，2102()4.3.204ssenyyPQ 0、1等概发送时第63页/共160页第六十三页，共160页。64/1332021-12-21匹配(ppi)滤波器 接收机 - 最小错误概率接收机min001QQ4.3.212bdeEEPNN 2100bTdEs tstdt其中：10()/2bbbEEE 22110000,bbTTbbEst dtEst dt 1001,bTbs t st dtE 10s t

37、st差分输入(shr)信号第64页/共160页第六十四页，共160页。65/1332021-12-21 双极性NRZ向上(xingshng)频移基带接收(jishu)滤波器 m t 0nt抽样(chu yn)与判决BPFLPFcos2cAf t naB2B na基带发送滤波器向下频移2cos2cf tAWGN频带信道 CAm tnt符号定时0/2N相干解调的2PSK传输系统: cos2sin2ccscn tntf tntf t 2220ncBPFntntN B线性处理器第65页/共160页第六十五页，共160页。66/1332021-12-212PSK的平均(pngjn)码元能量：1/,2LP

38、FbbBPFbBRTBR2210200()4ssbenBPFyyEAPQQQN BNmin0012QQbbeEEPNN220cos22bTbbCA TEAf tdt（1）基带接收(jishu)滤波器为 LPF 时（相干解调时）（2）基带接收(jishu)滤波器为 MF 时第66页/共160页第六十六页，共160页。 双极性NRZ向上频移基带接收滤波器 m t抽样与判决BPFLPFcos2cAf t naB2B na基带发送滤波器向下频移2cos2cf tAWGN频带信道 CAm tnt符号定时相干解调的2PSK传输系统:0/2N)( fHRC1.基带接收滤波器(LPF)200beBPFEApQ

39、QN BN2.基带接收滤波器(MF)02ebpQEN3.收发基带接收滤波器 ( )02ebpQEN抗AWGN+抗ISI系统抗AWGN抗AWGN2BPFbBR67/1332021-12-21第67页/共160页第六十七页，共160页。68/1332021-12-21例5.4 假定2PSK系统的传输率为5Mbps，接收带通滤波器的输出信号的幅度为223.6mV,高斯噪声(zoshng)的功率谱密度为 。求相干接收的最佳误码率。 1005 10N22bbA TE 匹配滤波器接收(jishu)系统解：由于(yuy)， 2226100000.223610222 5 105 10bbbEA TANNR N

40、 于是， 602203.87 10bbEPQQN第68页/共160页第六十八页，共160页。69/1332021-12-21 中出现(chxin) 分量，用锁相环提取 分量，得本地载波，保证了同频，但用锁相环恢复的载波相位为：p BPSK 信号(xnho)相干解调的问题：“相位模糊”a. 相干载波(zib)的恢复 2PSKst Rct Rctccctn n为任意整数，锁相环都工作在平衡稳定点：001nn 初相为，且二种情况等可能发生初相为二重相位模糊2222( )( )cos1cos22PSKccAstAm ttt平方二分频第69页/共160页第六十九页，共160页。70/1332021-12

41、-21b. 相位(xingwi)模糊对相干解调的影响 2PSKst tv1 2vt1( )( )cos2cos( ) 1cos2cccv tAm tttAm tt 低通后：2( )( )v tAm t 2cosct抽样(chu yn)、判决LPF二进制代码(di m)第70页/共160页第七十页，共160页。71/1332021-12-215.3.2 2DPSK 2PSK无法(wf)直接应用：本地振荡存在着“不确定性反相”的问题：“0”与“1”颠倒，而自身对此无法(wf)知道。 2DPSK（二进制差分相移键控）将差分编码(bin m)与2PSK相结合，解决了“不确定性反相”的问题。 第71页/

42、共160页第七十一页，共160页。72/1332021-12-21取值0、12PSK相干(xinggn)解调器Tbnbnd1ndna模二加取值-1、1取值0、1相位(xingwi)模糊电平(din pn)转换2DPSK信号其实是传输 的2PSK调制信号 nd 与 绝对码 nbnb 与 相对码 ndnd图5.3.5 2DPSK传输系统 1. 基本原理1nnndbd取值0、1取值-1、1电平转换2PSK调制器Tbnbnd1ndna取值0 、1模二加2PSK( )Dst2PSK( )Dst1nnnbdd第72页/共160页第七十二页，共160页。73/1332021-12-21例: 设11 0 0

43、1 ,0nnbd本码元初相与前 一码元初相之差,10 ,0发发cos2cf ttnb1001t m tt 2stDPSKttnd00naDPSK 实质：用前后码元载波(zib)相位的相对变化传数字信息1nnndbd传号差分(ch fn)编码第73页/共160页第七十三页，共160页。74/1332021-12-212DPSK星座图：1 0前一码元初相00 （参考(cnko)相位）（未调载波(zib)初相）2PSK星座图：（参考(cnko)相位）DPSK 实质：用前后码元载波相位的相对变化传数字信息相对调相绝对调相01 0 0第74页/共160页第七十四页，共160页。75/1332021-12

44、-21 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 - 0 0 - nb相对(xingdu)码 nd绝对(judu)码电平(din pn)变换 na载波相位 n1nnn例5.5 举例说明2DPSK信号产生过程中各码元的变换以及与载波相位变化的关系 1nnndbd,10 ,0传传绝对相位相对相位通过相邻时隙载波相位的变化与否来“携带”信息： “1相位变化”，“0相位不变” 第75页/共160页第七十五页，共160页。76/1332021-12-21 0 1

45、 2 3 4 5 6 7 8+1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 na相对(xingdu)码 nd2PSK解调(ji dio)结果 nbn绝对(judu)码 例5.6 说明2DPSK信号的接收过程。 （1）传输后结果正确，则差分解码的过程为： 本地载波相位正确（2）传输后结果反相，则差分解码的过程为： 本地载波相位相反-1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 na相对码 2PSK解调结果 nb绝对码 nd可见，不论是否发生反相，2D

46、PSK都能正确收到信息。 1nnnbdd第76页/共160页第七十六页，共160页。77/1332021-12-21可以证明(zhngmng)：当二元序列 独立等概出现时，2. 相干解调(ji dio)及其误码性能 2DPSK的误码率 ： nb2DPSK的功率谱、带宽：与2PSK的完全(wnqun)一样。 edP，LPF接收法，匹配滤波器接收法 0_202222bedePSKbEQNPPEQN p 功率谱与带宽 第77页/共160页第七十七页，共160页。78/1332021-12-21取值0、12PSK相干(xinggn)解调器Tbnbnd1ndna模二加取值-1、1取值0、1电平(din

47、pn)转换图5.3.5 2DPSK传输(chun sh)系统 取值0、1取值-1、1电平转换2PSK调制器Tbnbnd1ndna取值0 、1模二加( )m t( )m tnb1ndnd第78页/共160页第七十八页，共160页。79/1332021-12-21表5.3.1 序列(xli)的误码情况 1111212ednnnnneeeeeeePP bPddPddPPP PPPP错误错误正确正确错误 正确(zhngqu) 正确(zhngqu) 正确(zhngqu) 错误(cuw) 正确 错误(cuw) 正确 错误 错误1ndnd 错误 错误 正确nb0000111011101 11 00 10 0

48、IInb1nnnbdd1ndnd第79页/共160页第七十九页，共160页。80/1332021-12-21另一种重要的解调方法：比较两个相邻时隙上信号的相位，还原出绝对码（信息(xnx)比特） ，而不需要本地振荡。3. 差分检测 (差分相干(xinggn)解调)图5.3.6 2DPSK的差分相干(xinggn)解调 BPFLPF延时Tb抽样判决符号定时 nr t 1nrt y tnb2( )stDPSKnb010ny（是一种非相干解调方法）第80页/共160页第八十页，共160页。81/1332021-12-21tccostnb1001t m tt 2DPSKstttnd00natt相乘tt

49、1001t nr t 1nrt y tnb010ny第81页/共160页第八十一页，共160页。82/1332021-12-21002,22,bedbEQLPFNPEQMFN相干解调(ji dio)性能22bbA TE 实际过程中，噪声总是存在的，这种接收系统(xtng)的误码性能： 02/2111exp2222bENenAPee其中(qzhng)， 2220(2)(2)nBPFAAN B折算为 时 ，0/bEN2200022bBPFbEAAN BRNN差分相干解调的性能不如相干解调的 带通滤波器的带宽取为最小理论值带通滤波器的输出信噪比第82页/共160页第八十二页，共160页。83/133

50、2021-12-21解： 2226100000.223610222 5 105 10bbbEA TANNR N 相干(xinggn)接收时误码率为， 60222207.74 10bbEPQQN差分(ch fn)检测的误码率为 0/105112.3 1022bENePee例5.7 假定2DPSK系统的传输率为5Mbps，接收带通滤波器的输出信号的幅度为223.6mV，高斯噪声的功率谱密度为 。求相干接收与差分(ch fn)检测的误码率。 1005 10N 第83页/共160页第八十三页，共160页。84/1332021-12-21习题5.9 设载频为1800Hz，码元速率为1200波特，发送信息

51、为011010。试按下面两种方式画出2DPSK信号的波形。（1）若相位偏移 代表“0”， 代表“1”；（2）若相位偏移 代表“0”， 代表“1”。 018090270解： 180031200 bit/s2bccbTfHzTR（1） 0 1 1 0 1 0nd 2DPSKst001801第84页/共160页第八十四页，共160页。85/1332021-12-21（2） 0 1 1 0 1 0 2DPSKst9002701nd作业(zuy)：7 、8(9.新)、10 (11.新)作业(zuy)：8(9.新)、 9(10.新) 、 10 (11.新)第85页/共160页第八十五页，共160页。86/

52、1332021-12-21第86页/共160页第八十六页，共160页。87/1332021-12-21n MPSK（多进制调相） cos,1cnsss tAtnTtnT 02nm tMFor example: M=4 0000cos2cos142cos242cos34ccccAtAts tAtAt 0,1,2,3m t :0,1,.,1wherem tM2kM 第87页/共160页第八十七页，共160页。88/1332021-12-21信号(xnho)星座图： 0,4 ,0,1,2,3Mm tcosct11010010 05,4 ,0,1,2,34Mm t11010010 0000cos2co

53、s142cos242cos34ccccAtAts tAtAt 参考(cnko)矢量cosct参考(cnko)矢量未调载波初相未调载波初相第88页/共160页第八十八页，共160页。89/1332021-12-21 02( ),0,1,.,1coscoscossinsi)n(ncnncncm tMMs tAtAtAtm t1tannnnyx cossinncncs txttytt MPSK 调制器11010010ncos,sinnnnnxAyA,1ssnTtnT 第89页/共160页第八十九页，共160页。90/1332021-12-212/M2kM 二进制信号(xnho)b/sbRbsRRk多

54、电平(din pn)信号 m(t)cf-90o MPSKst nxt nytcosctsinct cossinncncs txttytt信号(xnho)处理器振荡器星座映射第90页/共160页第九十页，共160页。91/1332021-12-21 MPSK 解调器 s tnxny2cosct2sinct抽样(chu yn)鉴相器1tannnnyx二进制信号(xnho)因为(yn wi)有噪声,nnnn11010010 cossinncncs txttyttcosct参考矢量LPFLPF抽样第91页/共160页第九十一页，共160页。92/1332021-12-21 cos 21QPSKcnss

55、stAf tnTtnT 42 ,2kMk取值有四种(s zhn)可能，以传送四元符号。 n 02nm tM :0,1,2 3wherem t ，5.4.1 QPSK信号(xnho)的基本原理 1. QPSK信号(xnho)QPSK或4PSK（四进制相移键控）： （1）采用了4种相位； （2）采用了正交的载波。 （00 ，01，11，10 ）四元符号第92页/共160页第九十二页，共160页。93/1332021-12-21QPSK的两种星座图： A方式(fngsh)：B方式(fngsh)：00544345474（表5.4.1 QPSK的两套相位(xingwi)值） 0232后面讨论B方式。其实

56、，两种方式只相差 （即 ）454格雷码好处：相邻相位对应的符号中只有1位不同，相位错误通常只导致有1个比特的损失。 第93页/共160页第九十三页，共160页。94/1332021-12-2101011,11,1,1,01,0nnInQnnnbbaabb记：串并变换(binhun)：四元信息序列拆分为两个二元序列 2. QPSK与两路正交2PSK 四元序列 的高位比特与低位比特排成： 与 序列，那么， na1nb0nb则，QPSK是这两个(lin )序列生成的两个(lin )彼此正交(载波相差 )的2PSK信号之和。 /21 0 0 1 1 1 0 1 0 11 0 1 0 0 0 1 1 1

57、 1 na0nb1nb四元符号(fho)序列第94页/共160页第九十四页，共160页。95/1332021-12-21 _cos2sin2cos2sin22cos 22QPSKIncQncIIPSKQPSKcQcncAstaf taf tAstsmtAtf tmttf tf其中(qzhng)： _cos2sin2IPSKIncQPSKQncstaf tstaf tyx011010010 _IPSKst4743454101 _QPSKstnB方式：054第95页/共160页第九十五页，共160页。96/1332021-12-21tccos1 0 0 1357446024244na Imt Qm

58、ttccostcsin cosIcmtt sinQcmtt tsQPSK74yxyx cos2sin2QPSKIcQcstmtf tmtf t34B方式(fngsh)：恒包络(bo lu)最大相位(xingwi)跳变为第96页/共160页第九十六页，共160页。97/1332021-12-21 cos2Icmtf t sin2Qcmtf t QPSKst na0nb1nb Imt Qmt3454474543434357446024244tccos第97页/共160页第九十七页，共160页。98/1332021-12-21 cos2sin2QPSKIcQcstmtf tmtf t2bsbRRR

59、的比特率 IQmtmt、3.功率(gngl)谱与带宽QPSK信号由两路2PSK信号组成，所以QPSK信号的带宽与其中任意支路(zh l)的2PSK信号带宽相同bsBRR的带宽(di kun)为： IQmtmt、任意支路的2PSK信号带宽为：22TsbBBRR 若正交路、同相路基带信号用矩形波（双极性 NRZ)， m tQPSK符号速率 m t第98页/共160页第九十八页，共160页。99/1332021-12-2122TsbBBRR1/bbTRbits s HzBfcsfRcsfR QPSKPfcf0TBQPSK每个时隙(sh x)传输两比特，频带利用率是2PSK的两倍。 第99页/共160

60、页第九十九页，共160页。100/1332021-12-21 若正交路、同相路基(lj)带信号用升余弦谱波02211TsBBfRf01cff QPSKPfcf01cff022/11bsbTsRRbits s HzBRTB理论(lln)最小带宽：TsBR第100页/共160页第一百页，共160页。101/1332021-12-21例5.8 假定QPSK系统的输入二进制序列为011111011000,试说明(1)相应(xingyng)的载波相位(B方式)序列;(2)同相与正交支路的比特序列;(3)传输速率为4800bps时需要的带宽.格雷编码(bin m)电平序列: 1 2 2 1 3 0(1)