1、1第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统2第七章 数字带通传输系统7.1 二进制数字调制原理7.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能7.3 二进制数字调制系统的性能比较7.4 多进制数字调制系统第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统3信源信源信源信源编码器编码器信道信道编码器编码器数字数字调制器调制器信宿信宿信源信源译码器译码器信道信道译码器译码器数字数字解调器解调器信道信道噪声噪声基带脉冲基带脉冲生成器生成器采样采样判决器判决器 na)()(snnTtgats引言n数字系统模型)(teo)(tsna 第七章第七章 数字带通传输系统数
2、字带通传输系统4s(t)eo(t)1 0 0 1振幅键控振幅键控(ASK)(ASK)s(t)eo(t)1 0 0 1f1 f2 f2 f1移频键控移频键控(FSK)(FSK)1 0 0 1 0 1 0 绝对码绝对码载波载波2PSK信号移相键控移相键控(PSK)(PSK)第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统57.1 二进制数字调制原理第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统6n二进制振幅键控(2ASK：Amplitude Shift Keying)发送发送滤波器滤波器 snnTta )()(snnTtgatstA0cos teoKs(t)载波开关电路通通-断键控断键控(OOK,O
3、n-Off Keying)an为单极性码为单极性码g(t)为矩形脉冲波形为矩形脉冲波形 teo第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统7s(t)eo(t)1 0 0 1A A0 0-A-A1 11 10 00 0t tT Tb b基带信号波形基带信号波形OOKOOK信号波形信号波形 ttstnTtgaAteccsnocos)(cosOOK信号波形及表达式第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统8定时脉冲定时脉冲 输入输入 输出输出 带通带通 滤波器滤波器半波或全半波或全波整流器波整流器 低通低通 滤波器滤波器 抽样抽样 判决器判决器2ASK的非相干解调器第七章第七章 数字带通传输系
4、统数字带通传输系统9 抽样抽样 判决器判决器 输入输入 带通带通 滤波器滤波器coscos c ct t 低通低通 滤波器滤波器 输出输出定时脉冲定时脉冲2ASK的相干解调器第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统10：基带信号谱零点带宽sssASKffTB22 PS()PE()00c-c2/TSASK信号带宽：)()(41)(cScSEPPP矩形脉冲基带信号的2ASK信号功率谱第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统11Ws(f)f f0 0B B-B-BWASK(f)f0 0fc+Bfc-fcfc-B-fc+B-fc+B下边带下边带上边带上边带ASK信号带宽：BBASK2 升余
5、弦滚降基带信号的2ASK信号功率谱 第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统12若基带脉冲为矩形脉冲波形，则在一个码元周期内，若基带脉冲为矩形脉冲波形，则在一个码元周期内，FSK信号可以表示为信号可以表示为 sFSKTttAtAts 0 0 cos 1 cos21 K Ks(t)s(t)f f1 1载波载波。s sFSKFSK(t(t)天关电路天关电路(a)(a)相位不连续相位不连续FSKFSK调制调制 f f2 2载波载波基带脉冲序列基带脉冲序列n二进制频移键控(2FSK：Frequency Shift Keying)FSK：利用数字基带信号控制载波的频率。第七章第七章 数字带通传输系
6、统数字带通传输系统13基带信号基带信号FSKFSK信号信号 1 0 0 1f1 f2 f2 f1f1 f1f2 f2 ASKASK信号信号ASKASK信号信号FSKFSK信号为两个不同频率交替发送的信号为两个不同频率交替发送的ASKASK信号的和。信号的和。tnTtgatnTtgatsnsnnsnFSK212coscos 第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统14基带脉冲基带脉冲生成器生成器 snnTta )(snnTtga 基带脉冲序列 tsFSK 模拟模拟 调频器调频器(b)(b)相位连续相位连续FSKFSK调制调制第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统15Sx()0Sy(
7、)f00f2f1f1-fsf2+fsfo=(f1+f2)/2sT2ssTf1第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统162FSK信号功率谱信号功率谱f00ff1=f0-fsf2=f0+fsf1=f0-0.6*fsf2=f0+0.6*fsf1=f0-0.4*fsf2=f0+0.4*fs第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统17 1抽样脉冲抽样脉冲 输入输入 带通带通 滤波器滤波器 包络包络 检波器检波器 抽样抽样 判决器判决器 输出输出 输入输入 带通带通 滤波器滤波器 包络包络 检波器检波器 22FSK的非相干解调器第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统18第七章第七章
8、数字带通传输系统数字带通传输系统19第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统20 输入输入cos 1t抽样脉冲抽样脉冲 抽样抽样 判决器判决器 输出输出 输入输入cos 2t 低通低通 滤波器滤波器 1 22FSK的相干解调器 低通低通 滤波器滤波器 带通带通 滤波器滤波器 带通带通 滤波器滤波器第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统212FSK的过零检测法 输入输入宽脉冲宽脉冲发生器发生器 带通带通 滤波器滤波器限限幅幅微微分分整整流流低低通通abcdef第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统222PSK调制器及其波形e0(t)0s(t)移相载波k(b)1 0 0 1
9、0 1 1 0 s(t)载波载波2PSK信号信号cos cte0(t)s(t)(a)0第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统23tTntgattstecsnncocos)(cos)()()1(,1,1PPan概率概率)1(cosP,cos)(Ptttecco，概率概率第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统242PSK的相干解调器 输入输入cos ct 输出输出定时脉冲定时脉冲 抽样抽样 判决器判决器 带通带通 滤波器滤波器 低通低通 滤波器滤波器第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统25数字基带信号：数字基带信号：未调载波：未调载波：2PSK已调信号：已调信号：第七章第
10、七章 数字带通传输系统数字带通传输系统262PSK解调器 抽样抽样 判决器判决器 输入输入 带通带通 滤波器滤波器cos ct 低通低通 滤波器滤波器 输出输出定时脉冲定时脉冲鉴相器鉴相器第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统2710a110100bcde当恢复的相干载波产生当恢复的相干载波产生180180倒相时，有倒相时，有“倒倒”现象。现象。第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统28DPSK信号波形 1 0 0 1 0 1 1 0 绝对码绝对码载波载波2PSK信号信号 (0)()()(0)()(0)(0)()DPSK信号信号 ()(0)(0)(0)()()(0)()()相对
11、码相对码 0 1 1 1 0 0 1 0 0 第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统29DPSK信号调制器(绝对码绝对码)DPSK信号信号(相对码相对码)差差 分分编编 码码二进信息二进信息cos ct0s(t)(b)ke0(t)移相移相载波载波差差 分分编编 码码(a)第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统30DPSK信号解调器 码(反)变换器 2PSK解调器 数据输出定时脉冲 DPSK信号(a)第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统31(b)DPSK带带 通通低低 通通抽抽 样样判判 决决 器器信号信号输出输出延迟延迟 TsabcdeDPSK信号二进制信息10001
12、10第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统322PSK信号功率谱Sx()Sy()00c-c第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统337.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能通断键控(OOK)系统的抗噪声性能二进制移频键控(2FSK)系统的抗噪声性能二进制移相键控及差分相位键控(2PSK及2DPSK)系统的抗噪声性能第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统34二进制调制系统抗噪声模型cBPFr(t)ni(t)解调器解调器)()()(tntrtyiittnttntncsccsin)(cos)()()()()(tntrty窄带高斯噪声：窄带高斯噪声：第七章第七章 数字带通传输系统
13、数字带通传输系统35n通断键控（OOK）系统的抗噪声性能接收信号波形时发送时发送0,0 1,cos)(tAtscT时发送时发送0sin)(cos)(1 sin)(cos)(cos)(ttnttnttnttntatycscccsccc时发送时发送0,0 1,cos)(tatrc时发送时发送0sin)(cos)(1 sin)(cos)(ttnttnttnttnacscccscc第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统36 抽样抽样 判决器判决器 输入输入 带通带通 滤波器滤波器2cos2cos c ct t 低通低通 滤波器滤波器 输出输出定时脉冲定时脉冲)()()(tntrtyii)()(
14、)(tntrty)(tx 时发送时发送0)(1)()(tntnatxcc同步检测法系统性能第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统37a0 xf 0(x)f 1(x)b2211()exp()/22nnf xxa2201()exp(/2)2nnfxx)()2exp(21)()1|(211nbabebaQdzzdxxfbxPPn)()2exp(21)()0|(200nbbebQdzzdxxfbxPPn第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统38)()(212110nneeebQbaQPPP2*ab 最佳门限：)2(neaQP222/nar信噪比：)2(rQPe包络检波法系统性能4/21
15、)2(21reerQP4/21reePr第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统39例7.1设有一2ASK信号传输系统，RB=4.8106B,发送0和1的概率相等，接收端分别采用同步检波及包络检波法解调，已知接收端信号的幅度是a=1mA，信道中加性高斯白噪声单边功率功率谱密度n0=21015W/Hz。试求：1.同步检波法解调时的误码率。2.包络检波法解调时的误码率。第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统40解：1.接收端带通滤波器的带宽 B=2RB=9.6 106Hz；带通滤波器输出噪声功率为n2=n0B=1.92 10-8W;系统的信噪比为：用于同步法检测解调时系统的误码率为：
16、2.包络检波法的误码率为：/46.54117.5 1022rPeee非相干/46.5411(/2)1.66 103.14 26rPeQreer相干266.5281 1026122 1.92 10nare第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统41n二进制移频键控(2FSK)系统的抗噪声性能接收信号波形时发送时发送0,cos 1,cos)(21tAtAtsT时发送时发送0sin)(cos)(1 sin)(cos)()(111111111ttnttnttnttnatyscsc时发送时发送0,cos 1,cos)(21tatatr时发送时发送0,0 1,cos)(11tatu时发送时发送0,c
17、os 1,0)(22tatu时发送时发送0sin)(cos)(1 sin)(cos)()(222222222ttnttnattnttntyscsc第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统42)()()(tntrtyii)()()(111tntuty)(1tx 时发送时发送0)(1)()(111tntnatxcc同步检测法系统性能 输入输入2cos 1t抽样脉冲抽样脉冲 抽样抽样 判决器判决器 输出输出 输入输入2cos 2t 低通低通 滤波器滤波器 2 低通低通 滤波器滤波器 带通带通 滤波器滤波器 带通带通 滤波器滤波器)()()(222tntuty)(2tx时发送时发送0)(1)()
18、(222tnatntxcc第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统43)1|0()1|(21211ccennaPxxPP)1|0(zP122222221212122222 2()22 2ccccccccnznzannE zaE zE annnnan naE zEz高斯随机变量：2001121()(0|1)()exp()22ezzzzaaPP zf z dzdzQ)(rQPe222/nar信噪比：包络检波法系统性能2/21reeP第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统44例7.2采用2FSK方式在等效带宽为2400Hz的传输信道上传输二进制信息，2FSK信号的频率分别为f1=980
19、Hz;f2=1580Hz；码元速率RB=300B。接收端输入的信噪比为6dB。试求：1.2FSK信号的带宽；2.包络检波法解调时的误码率。3.同步检波法解调时的误码率。第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统45解：1.2FSK信号的带宽是：2.由于接收系统中上下支路带通滤波器近似带宽均为B=2fs=2RB=600Hz;仅是等效带宽的1/4，所以噪声功率也为输入的1/4，所以输出信噪比为：3.同理，可得同步检波误码率为：0.6/28410416111.7 1022rrPeee非相干21221580 9802 3001200FSKsBfffHz/28511()3.39 10232rPeQr
20、eer相干第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统46n二进制移相键控及差分相位键控(2PSK及2DPSK)系统的抗噪声性能接收信号波形时发送时发送0,cos 1,cos)(tAtAtsccT时发送时发送0sin)(cos)()(1 sin)(cos)()(ttnttntnattnttnatycsccccscc时发送时发送0,cos 1,cos)(tatatrcc第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统47 抽样抽样 判决器判决器 输入输入 带通带通 滤波器滤波器coscos c ct t 低通低通 滤波器滤波器 输出输出定时脉冲定时脉冲)()()(tntrtyii)()()(tn
21、trty)(tx时发送时发送0)(1)()(tnatnatxcc2PSK同步检测法系统性能第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统48a-arf 0(x)f 1(x)b2/)(exp21)(220nnaxxf2/)(exp21)(221nnaxxf)()2exp(21)()1|(211nbabebaQdzzdyyfbxPPn)()2exp(21)()0|(200nabbeabQdzzdyyfbxPPn第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统49)()(212110nneeeabQbaQPPP0*b最佳门限：)(neaQP222/nar信噪比：)2(rQPe2DPSK差分检测系统误码
22、性能2DPSK同步检测系统误码性能reeP21)2(1)2(21(22PSK,2PSK,rQrQPPPeee同步同步）第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统50例7.3假设信道采用2DPSK方式在微波线路上传送二进制数字信息。已知码元速率RB=106B，信道中加性高斯白噪声单边功率功率谱密度n0=21010W/Hz。要求误码率不大于10-4。试求：1.采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率；第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统51解:1.接收端带通滤波器的带宽为B=2RB=2106Hz;其输出的噪声功率为n2=n0B=410-4W；2DPSK采用差分相干接收的误码率为
23、：422232110r2r3.4 1022rnnPeeaaW非相干8.52；=8.52第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统52n频带宽度设基带信号带宽为B，则nB2ASK=2B;nB2PSK=B2DPSK=2B;nB2FSK=|f1-f2|+2B;设基带信号为速率等于rs的不归零方波，则第一过零点带宽为nB2ASK=2rs;nB2PSK=B2DPSK=2rs;nB2FSK=|f1-f2|+2rs;7.3 二进制数字调制系统的性能比较第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统53n误码率 222/nar信噪比：名称相干OOK非相干OOK相干2FSK非相干2FSK相干2PSK差分相干
24、2DPSK相干2DPSK)2/(rQPe)(214/rePre)(rQPe2/21reeP)2(rQPereeP21)2(1)2(2rQrQ第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统54相干OOK 非相干OOK非相干FSK相干PSK差分相干DPSK相干FSK相干2DPSK第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统55n对信道特性变化敏感性判决门限的设置相干载波的恢复受到信道条件影响n设备复杂程度相干解调比非相干解调更复杂非相干解调时，2DPSK2FSKOOk 第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统56例7.4 如果误码率Pe不超出104：(1)在2ASK相干接收时，要求功率信噪
25、比A2/22是多少？(2)以128量化级的PCM传送4kHz语音信号，取样速率为8kHz，问在该情况下平均每秒产生的误比特数是多少？注：解答(1)(2)56*103*10-4=5.6 bits410)72.3(,)2/(QrQPe且)4.14(68.27/2Ar8384.1372.32/222dBrn第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统57例7.5 若采用2ASK方式传送二进制数字信息。已知发送端发出的信号振幅A为5V，输入接收端解调器的高斯噪声功率2n31012W，今要求误码率Pe104，试求：1)相干接收时由发送端到解调器输入端的衰减应为多少？2)非相干接收时呢？注：解答(1)a2/2227.68,a=1.29*10-5,衰减-111.8dB(2)a2/2234.07,a=1.43*10-5,衰减-105.4dB44/10)72.3(,21,)2/(QePerQPer且非相干相干)lg(20Aa衰减倍数：第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统58本章作业：本章作业：n习题：习题：7-1；7-2；7-3；7-4；7-6；
