通信原理8 现代数字传输技术

1、2022-4-29通信与信息工程学院1第第8章章* 现代数字传输技术现代数字传输技术2022-4-29通信与信息工程学院2第第8章章* 现代数字传输技术现代数字传输技术8.1 最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控和高斯最小频移键控8.2 正交频分复用（正交频分复用（OFDM）8.3* 伪随机序列伪随机序列8.4 扩展频谱技术扩展频谱技术2022-4-29通信与信息工程学院3第第8章章* 现代数字传输技术现代数字传输技术习题习题P3518.1 8.2 8.32022-4-29通信与信息工程学院48.1 最小频移键控和最小频移键控和高斯最小频移键控高斯最小频移键控2022-4-29通信与信息

2、工程学院55.2 2FSK5.2.1 基本原理基本原理1、 2FSK信号及其调制方法（二进制频移键控）信号及其调制方法（二进制频移键控）通过键控正弦载波的频率（利用通过键控正弦载波的频率（利用两个频率两个频率），传输），传输“0”、“1”信号信号“1”：高频率，：高频率，fc+F“0”：低频率，：低频率，fc-F( )cos2 ()FSKcstAfF t 120cos2,11cos2,0nFSKbbnAf tastnTtnTAf ta 2022-4-29通信与信息工程学院65.2 2FSK2*、相位连续性、相位连续性防止防止“1”、“0”换码时，两个正弦波之间出现间断换码时，两个正弦波之间出现

3、间断占据额外的频带，应尽量避免出现占据额外的频带，应尽量避免出现（1）桑德）桑德FSK信号参数信号参数（2）压控振荡器（）压控振荡器（VCO）（FM）( )cos2 ()FSKcstAfF t2022-4-29通信与信息工程学院78.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控8.1.1 连续相位连续相位FSK（CPFSK）M进制的进制的PAM基带信号基带信号CPFSK表示信号表示信号s(t)的附加相位，与数据序列有关的附加相位，与数据序列有关nsnnTtgatm)()(0)(42cos)(tsdcdmTftfAts 1, 3,., (1)naM 02FMkm t dt (

4、 , )4tdst af Tmd2022-4-29通信与信息工程学院88.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控在任意符号周期在任意符号周期 中，附加相位中，附加相位 h=2fdTs，为调制指数，为调制指数相位成型函数相位成型函数) 1( ,ssTkkT)(2)(42),(1skkkdsskjisdkTtqhaafkTtqTaTfat)()0()0(2/12/0)(sssTtTttTttq2022-4-29通信与信息工程学院98.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控例例8.1 给出二进制数给出二进制数an+1，-1和四进制数和四进制数an1

5、，3所有可能的相位轨迹所有可能的相位轨迹 tddmTfat)(4),(2022-4-29通信与信息工程学院108.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1+1+1+1+1+3+3-3-32022-4-29通信与信息工程学院118.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控8.1.2 最小频移键控（最小频移键控（MSK）MSK是调制指数是调制指数h=2fdTs=0.5的正交

6、的正交二进二进CPFSK，附加相位，附加相位由由q(t)表达式可得：表达式可得：)(2),(1skkjikTtqaaatksksskkjiTtaTkTtaaat222),(1kkiikkaa2212022-4-29通信与信息工程学院128.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控MSK是调制指数是调制指数h=2fdTs=0.5的正交的正交二进二进CPFSK211000(cos)(cos)0sTAttdt 11200cos,11cos,0nFSKbbnAtastnTtnTAta 1010101010101010sin()()sin()sin()()sin()0ssTT20

7、22-4-29通信与信息工程学院138.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控1010sin22() sin()022sFTF 讨论相位连续，即讨论相位连续，即 时，要求时，要求取取m=1时，时，h=0.510222sFThm kkiikkaa2212022-4-29通信与信息工程学院148.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控kkiikkaa221211(1)22kkikiaka12111()2kkkkiikkkiiaakakaa11()2kkkkkaa11()2kkkkkaa2022-4-29通信与信息工程学院158.1 最小频移键控和

8、高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控MSK带通信号带通信号 如如kskckskctTafAtTatfAts)4(2cos22cos)(ssTktkT) 1( 1ka)4/(11scTff1ka)4/(12scTff1221/(2)dsffffT )2cos()()2cos()(2211kktfAtstfAts2022-4-29通信与信息工程学院168.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的特点信号的特点 1、MSK类似类似2FSK，是恒包络信号，且，是恒包络信号，且相位连续相位连续2、频率偏移、频率偏移1/4Ts，调制指数，调制指数h=0.5；3

9、、在任何符号间隔区间中，两个码元信号、在任何符号间隔区间中，两个码元信号正交正交4、附加相位在一个码元时间中线性变化，变化量、附加相位在一个码元时间中线性变化，变化量/2正交、相位连续、调制指数最小（频率间隔最小）正交、相位连续、调制指数最小（频率间隔最小）kskTtaat2),(2022-4-29通信与信息工程学院178.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控例例8.2 输入数据输入数据ak=+1, +1, +1, -1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, +1, +1，画出，画出MSK信号的可能相位轨迹线信号的可能相位

10、轨迹线kskTtaat2),(2022-4-29通信与信息工程学院188.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控8.1.3 MSK信号的正交调制与产生方法信号的正交调制与产生方法kskctTafAts)4(2cos)( )cos()cossin()sin22kkckckssaas tttTTsin=0 cos= 1kkkk由于，所以，( )cos()=(coscossinsin)222kkkcccsssaaas tttttttTTT2022-4-29通信与信息工程学院198.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控( )(coscossinsi

11、n)22=coscossinsin22kkccsskkkckcssaas tttttTTaapttqttTT其中其中pk=1，qk=pk（1）pk为同相分量，为同相分量， qk为正交分量，二者不能同时改变极性为正交分量，二者不能同时改变极性（2）为保证相位连续性，）为保证相位连续性， pk与与qk分别对应的分别对应的cos(T)与与sin(T)， 二者分别为极性不同的半周期正弦波二者分别为极性不同的半周期正弦波（P323，图，图8.1.4）2022-4-29通信与信息工程学院208.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控1、正交法、正交法kskctTafAts)4(2

12、cos)(2022-4-29通信与信息工程学院218.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控2、快速、快速FSK法与串行法法与串行法极性线路码极性线路码映射映射FM发射机发射机MSK信号信号a) 快速频移键控产生快速频移键控产生MSK信号信号极性线路码极性线路码映射映射以以f1为中心频率的为中心频率的MSK带通滤波器带通滤波器MSK信号信号b) 串行法产生串行法产生MSK信号信号ka)(tm4/bRf ka)(tm)2cos(tfc2022-4-29通信与信息工程学院228.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控8.1.4 MSK信号的解调与

13、误码性能信号的解调与误码性能相当于两路相当于两路2PSK的相干解调的相干解调02NEQPbMSKe2022-4-29通信与信息工程学院238.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控8.1.5 MSK信号的频谱信号的频谱2022-4-29通信与信息工程学院248.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小频移键控8.1.6 高斯最小频移键控（高斯最小频移键控（GMSK）最典型的最典型的MSK信号生成滤波器：高斯脉冲响应滤波器信号生成滤波器：高斯脉冲响应滤波器2022-4-29通信与信息工程学院258.1 最小频移键控和高斯最小频移键控最小频移键控和高斯最小

14、频移键控8.1.6 高斯最小频移键控（高斯最小频移键控（GMSK）2022-4-29通信与信息工程学院268.2 正交频分复用正交频分复用（OFDM）2022-4-29通信与信息工程学院278.2 正交频分复用（正交频分复用（OFDM）8.2.1 正交频分复用的演进正交频分复用的演进三个阶段三个阶段2022-4-29通信与信息工程学院288.2 正交频分复用（正交频分复用（OFDM）8.2.2 OFDM基本原理（与基本原理（与QPSK的类似之处）的类似之处）（1）将数据流串并转换为）将数据流串并转换为N路速率较低的子数据流路速率较低的子数据流（2）N路子数据流分别调制路子数据流分别调制N路子载

15、波路子载波（3）N路子载波是相互正交的路子载波是相互正交的子数据流传输速率是原来的子数据流传输速率是原来的1/N具有较强的抗多径衰落与抗脉冲干扰能力具有较强的抗多径衰落与抗脉冲干扰能力P3303372022-4-29通信与信息工程学院298.4 扩展频谱技术扩展频谱技术2022-4-29通信与信息工程学院308.4 扩展频谱技术扩展频谱技术8.4.1 扩展频谱通信的基本概念扩展频谱通信的基本概念扩展频谱技术又称为扩频通信技术，具有三个重要属性：扩展频谱技术又称为扩频通信技术，具有三个重要属性：（1）信号所占有频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽）信号所占有频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽（

16、2）频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码）频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关（3）在接收端用同样的编码进行相关同步接收、解扩及恢）在接收端用同样的编码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据复所传信息数据传输速率灵活可变、加入码序列（纠错、同步、密钥）传输速率灵活可变、加入码序列（纠错、同步、密钥）广泛应用于广泛应用于3G移动通信中（移动通信中（CDMA）2022-4-29通信与信息工程学院318.4 扩展频谱技术扩展频谱技术信道容量信道容量C与信道带宽与信道带宽B及其信噪比及其信噪比S/N的

17、关系为：的关系为：扩频因子：扩频因子：扩频方法：扩频方法：直接序列扩频、跳变频率扩频、窄脉冲跳变时直接序列扩频、跳变频率扩频、窄脉冲跳变时 间扩频、宽度线性调频扩频间扩频、宽度线性调频扩频NSBC1log21bRBG2022-4-29通信与信息工程学院328.4 扩展频谱技术扩展频谱技术8.4.28.4.4 两种扩频技术与扩频系统码同步两种扩频技术与扩频系统码同步（P345-349）8.4.5 RAKE接收技术接收技术一种应对多径传输问题的接收方法一种应对多径传输问题的接收方法多径信道：多径信道：无线电磁波由于受各种障碍物的反射，会经过多条无线电磁波由于受各种障碍物的反射，会经过多条路径到达接

18、收端，由于接收到各个信号的相位不同，会造成信路径到达接收端，由于接收到各个信号的相位不同，会造成信号大幅衰落号大幅衰落RAKE接收：接收：将多条路径传输的信号进行分离接收，校正每路将多条路径传输的信号进行分离接收，校正每路信号的相位再进行同相相加，也称为信号的相位再进行同相相加，也称为多径分离技术多径分离技术2022-4-29通信与信息工程学院338.4 扩展频谱技术扩展频谱技术RAKE接收技术广泛应用于各种无线通信系统中接收技术广泛应用于各种无线通信系统中2022-4-29通信与信息工程学院348-1 一个二进制数字序列的码元速率为一个二进制数字序列的码元速率为10 kbps，采用，采用MSK传输，如果载波频率为传输，如果载波频率为5 MHz，请给出，请给出MSK系统的参数：系统的参数：（1）传输码元）传输码元1和和0的频率；（的频率；（2）系统的峰峰值频率偏移；）系统的峰峰值频率偏移；（3）系统传输带宽；（）系统传输带宽；（4）给出传输信号表达式）给出传输信号表达式解解：（：（1）调制指数调制指数h=2fdTs=0.510100.552bbffRhffkHzR102dffff 2022-4-29通信与信息工程学院35传输码元传输码元1的频率的频率传输码元