第16讲频带传输基本概念2ASK2FSK课件

频带传输系统频带传输系统信源编码信道编码发送滤波器接收滤波器信道译码信源解码调制器解调器信源信道信宿调制的基本概念二进制信号的调制与解调载波同步信号的矢量表示多进制信号的调制与解调频带信号的功率谱密度信信发接信信调解信信信调制的基本概念调制的概念电磁波在信道传输中，存在信道的频率选择特性和信号在传输过程中能量的损耗问题，需要对信号源的消息信号进行处理，使其变为适合信道传输的形式，这一过程即为调制过程基带信号往往不能作为传输信号，必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号调制的概念电磁波在信道传输中，存在信道的频率选择特性和信号在调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化，即：按原始电信号的变化规律去改变载波某些参量的过程解调则是将基带信号从载波中提取出来以便接收者处理和理解的过程调制的实质：进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而提高系统信息传输的有效性和可靠性调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号模拟调制，连续波调制，用连续变化的信号去调制一个高频载波角度调制(Angularmodulation)相位调制（调相）(Phasemodulation,PM)频率调制（调频）(Frequencymodulation,FM)幅度调制（调幅）(Amplitudemodulation,AM)数字调制，用数字信号对高频载波进行调制相位键控调制(Phase-shiftkeying,PSK)频率键控调制(Frequency-shiftkeying,FSK)振幅键控调制(Amplitude-shiftkeying,ASK)模拟调制，连续波调制，用连续变化的信号去调制一个高频载波2ASK信号（OOK信号）定义：用二进制基带信号调制或控制一个载波的幅度2ASK产生：一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘基带形成发送带通信道接收带通接收低通取样判决噪声2ASK信号（OOK信号）定义：基带形成发送带通信道接收带2ASK信号的数学表示一般情况下调制信号是具有一定波形形状的二进制序列，即：二进制序列幅移键控信号的一般表达式为：2ASK信号的数学表示第16讲频带传输基本概念2ASK2FSK课件产生e2ASK(t)信号的两种方法：1）相乘器2）开关电路产生e2ASK(t)信号的两种方法：2ASK信号的接收分为两类：1）直接对高频载波进行采样判决；利用匹配滤波器的特性，在SNR最大处进行采样2）从高频载波从恢复出基带信号，再进行采样判决，包括两种方法：相干解调：使接收到的高频信号与高频载波相乘，然后滤除高频分量包络检波：高频信号的包络即为携带的基带信号，可以从窄带平稳过程的角度恢复包络2ASK信号的接收分为两类：2ASK信号的接收—匹配滤波采用匹配滤波器的最佳接收因为：故匹配滤波器应与s1(t)匹配，则匹配滤波器的冲击响应为：令t0为Ts，且K=1对h(t)做傅氏变换即可得到匹配滤波器的系统函数条件：高频信号的相位恒定2ASK信号的接收—匹配滤波采用匹配滤波器的最佳接收条件：高先对s1(t)做傅氏变换先对s1(t)做傅氏变换则系统的传递函数为：一般令载波周期为Ts，则上式可化简为：此即为匹配滤波器的系统函数则系统的传递函数为：

匹配滤波器的冲激响应及匹配滤波输出冲激响应：匹配滤波输出：在t=Ts

时刻

ys(t)达到最大

SNR达最大值。

当发送s1(t)信号时，即“1”码，接收信号r(t)可表示为：则匹配滤波器的输出为：当发送s1(t)信号时，即“1”码，接收信号r(t)可表示假设在t=Ts时，对y(t)进行采样，则抽样值为：令：则：假设在t=Ts时，对y(t)进行采样，则抽样值为：则在发送s1(t)信号时，抽样值y的条件均值、方差、概率密度为：则在发送s2(t)

=0信号时：则在发送s1(t)信号时，抽样值y的条件均值、方差、概率密匹配滤波器的错判概率：平均误比特率：当“0”、“1”码等概出现时：匹配滤波器的错判概率：在t=Ts时，y(t)抽样值为：在t=Ts时，y(t)抽样值为：采用低通滤波器的相干解调在进行相干解调时，一般要求本地载波与高频信号同频同相：2ASK信号的接收—相干解调本地载波是通过载波提取电路（窄带滤波器、锁相环、移相器）从y(t)中提取采用低通滤波器的相干解调2ASK信号的接收—相干解调本地载波高斯白噪声n(t)通过带通滤波器或窄带信道后会变成一个包络和相位缓慢变化、频率近似为ωc的正弦波，即窄带高斯白噪声：可被表示为：是一个标准的窄带平稳随机过程。其中ρ(t)为随机包络函数，φ(t)为随机相位函数高斯白噪声n(t)通过带通滤波器或窄带信道后会变成一个包络和又可被表示为：其中：分别称为n(t)的同相分量和正交分量，且有：两个分量的性质：1）若n(t)均值为0，两个分量的均值亦为02）若n(t)是平稳的，两个分量也是平稳的3）若n(t)是高斯的，两个分量同样满足高斯特性，同为高斯过程又可被表示为：则在对于相干解调，接收端BPF输出的信号为：与同频同相的相干载波相乘后：经LPF滤波：则在对于相干解调，接收端BPF输出的信号为：2ASK信号的接收—包络检波2ASK信号的接收—包络检波对于上图，进入接收带通滤波器的信号应为e2ASK(t)+n(t)当噪声信号通过BPF后，变成一个窄带的高斯噪声，即窄带的平稳随机过程对于上图，进入接收带通滤波器的信号应为e2ASK(t)+n(BPF接收到的信号为：通过BPF后的噪声可表示为：则信号e2ASK(t)+n(t)通过BPF后的输出y(t)可表示为：则BPF的输出y(t)的包络为：BPF接收到的信号为：当发送“1”码时：在某一时刻T时，V(t)的眼图睁开程度最大，则在T时刻对其进行采样，所得样值V的概率分布满足广义瑞利分布，也称莱斯分布，其概率密度函数：其中I0(x)为零阶修正贝塞尔函数，当x大于等于0时，I0(x)是单调升函数I0(0)=1当发送“0”码时：样值V的概率分布满足瑞利分布：当发送“1”码时：则根据右侧概率密度曲线图以及样值V的概率密度，即可求得误判概率那么误码率（“1”“0”等概）：最佳判决门限（“1”“0”等概）：则根据右侧概率密度曲线图以及样值V的概率密度，即可求得误判概相位随机的载波的最佳接收相位随机的载波的最佳接收定义用基带数字信号控制载波频率。当传送“1”码时送出一个频率f1，传送“0”码时送出另一个频率f22FSK信号的数学表示：2FSK定义2FSK第16讲频带传输基本概念2ASK2FSK课件e2FSK(t)可以看成是两个频率不同的e2ASK(t)信号的叠加e2FSK(t)可以看成是两个频率不同的e2ASK(t)信号2FSK的相干解调2FSK的相干解调2FSK的非相干解调2FSK的非相干解调对于2FSK信号的解调与2ASK信号解调一样可以采用相干解调和包络检波两种方法，只是需要两套相干解调和包络检波电路此外，2FSK信号的解调还有鉴频法、过零检测法及差分检波法对于2FSK信号的解调与2ASK信号解调一样可以采用相干解调采用匹配滤波器接收正交2FSK信号信号的正交性：有两个信号f(t)与g(t)，其内积为：若内积为零，则表示两个信号正交物理意义：信号的内积表示两个信号的相似程度，内积越大，相似程度越大；为0时表示正交采用匹配滤波器接收正交2FSK信号信号的正交性：有两个信号f上支路匹配滤波器的冲击响应为：上支路匹配滤波器的冲击响应为：接收系统的输入r(t)为（s1(t)与s2(t)正交）：上支路下支路上支路匹配滤波器的冲击响应为：上支路下支路那么当信号s1(t)+n(t)通过下支路时，下支路匹配滤波器的采样输出为：根据正交性原理，上式第一项为0，则此时的采样输出：同理，当信号s1(t)+n(t)通过下支路时，上支路的采样输出为：即：s1(t)信号不会出现在下支路，s2(t)信号不会出现在上支路那么当信号s1(t)+n(t)通过下支路时，下支路匹配滤s1(t)s2(t)2FSK进入上支路的信号进入下支路的信号s1(t)s2(t)2FSK进入上支路的信号进入下支路的信号假设r(t)只有一个码元周期的信号进入接收系统，则：若上述情况相反，则：假设r(t)只有一个码元周期的信号进入接收系统，则：若上述情因此有判决公式：其中因y1与y2为高斯过程，则l也为高斯过程。我们可以将l看作是上下支路组成的等效系统的输出的抽样，那么确定最佳判决门限和平均误比特率的方法与用匹配滤波接收2ASK信号的方法相同因此有判决公式：第16讲频带传输基本概念2ASK2FSK课件频带传输系统频带传输系统信源编码信道编码发送滤波器接收滤波器信道译码信源解码调制器解调器信源信道信宿调制的基本概念二进制信号的调制与解调载波同步信号的矢量表示多进制信号的调制与解调频带信号的功率谱密度信信发接信信调解信信信调制的基本概念调制的概念电磁波在信道传输中，存在信道的频率选择特性和信号在传输过程中能量的损耗问题，需要对信号源的消息信号进行处理，使其变为适合信道传输的形式，这一过程即为调制过程基带信号往往不能作为传输信号，必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号调制的概念电磁波在信道传输中，存在信道的频率选择特性和信号在调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化，即：按原始电信号的变化规律去改变载波某些参量的过程解调则是将基带信号从载波中提取出来以便接收者处理和理解的过程调制的实质：进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而提高系统信息传输的有效性和可靠性调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号模拟调制，连续波调制，用连续变化的信号去调制一个高频载波角度调制(Angularmodulation)相位调制（调相）(Phasemodulation,PM)频率调制（调频）(Frequencymodulation,FM)幅度调制（调幅）(Amplitudemodulation,AM)数字调制，用数字信号对高频载波进行调制相位键控调制(Phase-shiftkeying,PSK)频率键控调制(Frequency-shiftkeying,FSK)振幅键控调制(Amplitude-shiftkeying,ASK)模拟调制，连续波调制，用连续变化的信号去调制一个高频载波2ASK信号（OOK信号）定义：用二进制基带信号调制或控制一个载波的幅度2ASK产生：一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘基带形成发送带通信道接收带通接收低通取样判决噪声2ASK信号（OOK信号）定义：基带形成发送带通信道接收带2ASK信号的数学表示一般情况下调制信号是具有一定波形形状的二进制序列，即：二进制序列幅移键控信号的一般表达式为：2ASK信号的数学表示第16讲频带传输基本概念2ASK2FSK课件产生e2ASK(t)信号的两种方法：1）相乘器2）开关电路产生e2ASK(t)信号的两种方法：2ASK信号的接收分为两类：1）直接对高频载波进行采样判决；利用匹配滤波器的特性，在SNR最大处进行采样2）从高频载波从恢复出基带信号，再进行采样判决，包括两种方法：相干解调：使接收到的高频信号与高频载波相乘，然后滤除高频分量包络检波：高频信号的包络即为携带的基带信号，可以从窄带平稳过程的角度恢复包络2ASK信号的接收分为两类：2ASK信号的接收—匹配滤波采用匹配滤波器的最佳接收因为：故匹配滤波器应与s1(t)匹配，则匹配滤波器的冲击响应为：令t0为Ts，且K=1对h(t)做傅氏变换即可得到匹配滤波器的系统函数条件：高频信号的相位恒定2ASK信号的接收—匹配滤波采用匹配滤波器的最佳接收条件：高先对s1(t)做傅氏变换先对s1(t)做傅氏变换则系统的传递函数为：一般令载波周期为Ts，则上式可化简为：此即为匹配滤波器的系统函数则系统的传递函数为：

匹配滤波器的冲激响应及匹配滤波输出冲激响应：匹配滤波输出：在t=Ts

时刻

ys(t)达到最大

SNR达最大值。

当发送s1(t)信号时，即“1”码，接收信号r(t)可表示为：则匹配滤波器的输出为：当发送s1(t)信号时，即“1”码，接收信号r(t)可表示假设在t=Ts时，对y(t)进行采样，则抽样值为：令：则：假设在t=Ts时，对y(t)进行采样，则抽样值为：则在发送s1(t)信号时，抽样值y的条件均值、方差、概率密度为：则在发送s2(t)

=0信号时：则在发送s1(t)信号时，抽样值y的条件均值、方差、概率密匹配滤波器的错判概率：平均误比特率：当“0”、“1”码等概出现时：匹配滤波器的错判概率：在t=Ts时，y(t)抽样值为：在t=Ts时，y(t)抽样值为：采用低通滤波器的相干解调在进行相干解调时，一般要求本地载波与高频信号同频同相：2ASK信号的接收—相干解调本地载波是通过载波提取电路（窄带滤波器、锁相环、移相器）从y(t)中提取采用低通滤波器的相干解调2ASK信号的接收—相干解调本地载波高斯白噪声n(t)通过带通滤波器或窄带信道后会变成一个包络和相位缓慢变化、频率近似为ωc的正弦波，即窄带高斯白噪声：可被表示为：是一个标准的窄带平稳随机过程。其中ρ(t)为随机包络函数，φ(t)为随机相位函数高斯白噪声n(t)通过带通滤波器或窄带信道后会变成一个包络和又可被表示为：其中：分别称为n(t)的同相分量和正交分量，且有：两个分量的性质：1）若n(t)均值为0，两个分量的均值亦为02）若n(t)是平稳的，两个分量也是平稳的3）若n(t)是高斯的，两个分量同样满足高斯特性，同为高斯过程又可被表示为：则在对于相干解调，接收端BPF输出的信号为：与同频同相的相干载波相乘后：经LPF滤波：则在对于相干解调，接收端BPF输出的信号为：2ASK信号的接收—包络检波2ASK信号的接收—包络检波对于上图，进入接收带通滤波器的信号应为e2ASK(t)+n(t)当噪声信号通过BPF后，变成一个窄带的高斯噪声，即窄带的平稳随机过程对于上图，进入接收带通滤波器的信号应为e2ASK(t)+n(BPF接收到的信号为：通过BPF后的噪声可表示为：则信号e2ASK(t)+n(t)通过BPF后的输出y(t)可表示为：则BPF的输出y(t)的包络为：BPF接收到的信号为：当发送“1”码时：在某一时刻T时，V(t)的眼图睁开程度最大，则在T时刻对其进行采样，所得样值V的概率分布满足广义瑞利分布，也称莱斯分布，其概率密度函数：其中I0(x)为零阶修正贝塞尔函数，当x大于等于0时，I0(x)是单调升函数I0(0)=1当发送“0”码时：样值V的概率分布满足瑞利分布：当发送“1”码时：则根据右侧概率密度曲线图以及样值V的概率密度，即可求得误判概率那么误码率（“1”“0”等概）：最佳判决门限（“1”“0”等概）：则根据右侧概率密度曲线图以及样值V的概率密度，即可求得误判概相位随机的载波的最佳接收相位随机的载波的最佳接收定义用基带数字信号控制载波频率。当传送“1”码时送出一个频率f1，传送“0”码时送出另一个频率f22FSK信号的数学表示：2FSK定义2FSK第16讲频带传输基本概念2ASK2FSK课件e2FSK(t)可以看成是两个频率不同的e2ASK(t)信号的叠加e2FSK(t)可以看成是两个频率不同的e2ASK(t)信号2FSK的相干解调2FSK的相干解调2FSK的非相干解调2FSK的非相干解调对于2FSK信号的