通信原理_第14讲_数字带通传输系统(1)_电07.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,通信原理,（第十四讲）,内 容,第一章 绪论（,3,）,第二章 确知信号（,2,）,第三章 随机过程（,5,）,第四章 信道（,2,）,第五章 模拟调制系统（,8,）,第六章 数字基带传输系统（,6,）,第七章 数字带通传输系统（,6,）,第八章 新型数字调制技术（,3,）,第九章 模拟信号的数字传输（,8,）,第十章 数字信号的最佳接收（,4,）,第十三章 同步原理（,4,）,习题（,2,）,总结（,2,）,1/29/2026,2,第七章 数字带通传输系统,7.0,概述,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,多进制数字调制原理,7.5,多进制数字调制系统的抗噪声性能,7.6,小结,1/29/2026,3,本章重点,1.,概念：,调制类型与特点；,多进制数字调制的特点和目的；,数字调制与模拟调制的异同点。,1/29/2026,4,本章重点,2.,计算：,二进制调制信号的表示式、时域波形和调制器（会画）；,各种解调器（接收机）原理框图及各点波形（会画）；,二进制调制信号的传输带宽和频带利用率；,最佳判决门限和误码率；,差分编码和差分译码；二进制数字调制系统的性能（抗噪性能、带宽、频带利用率等）比较；,4PSK,、,4DPSK,信号的相位关系、矢量图和时间波形；,4PSK,、,4DPSK,信号的调制解调器。,1/29/2026,5,7.0,概述,数字调制,：,把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。,数字带通传输系统,：,通常包括调制和解调过程的数字传输系统。,数字调制技术有两种方法,：,利用模拟调制的方法去实现数字式调制；,通过开关键控载波，通常称为键控法。,1/29/2026,6,7.0,概述,基本键控方式,：,振幅键控、频移键控、相移键控,数字调制可分为二进制调制和多进制调制。,1/29/2026,7,7.1,二进制数字调制原理,一、,二进制振幅键控（,2ASK,）,二、,二进制频移键控（,2FSK,）,三、,二进制相移键控（,2PSK,）,四、二进制差分相移键控（,2DPSK,）,1/29/2026,8,7.1,二进制数字调制原理,(1),基本原理,(2),2ASK,信号的一般表达式,(3),2ASK,信号产生方法,(4),2ASK,信号解调方法,(5),功率谱密度,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,9,7.1,二进制数字调制原理,(1),基本原理：,“通断键控（,OOK,）”信号表达式：,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,10,7.1,二进制数字调制原理,(1),基本原理：,波形：,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,11,7.1,二进制数字调制原理,(2)2ASK,信号的一般表达式,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,T,s,码元持续时间,g,(,t,),持续时间为,T,s,的基带脉冲波形，通常假设是高度为,1,，宽度等于,T,s,的矩形脉冲；,a,n,第,N,个符号的电平取值，若取：则相应的,2ASK,信号就是,OOK,信号,1/29/2026,12,7.1,二进制数字调制原理,(3)2ASK,信号产生方法,模拟调制法（相乘器法）,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,13,7.1,二进制数字调制原理,(3)2ASK,信号产生方法,键控法,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,14,7.1,二进制数字调制原理,(4)2ASK,信号解调方法,非相干解调（包络检波法）,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,15,7.1,二进制数字调制原理,(4)2ASK,信号解调方法,非相干解调过,程的时间波形,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,16,7.1,二进制数字调制原理,(4)2ASK,信号解调方法,相干解调（同步检测法）,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,17,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,2ASK,信号可以表示成：,设：,P,s,(,f,),s,(,t,),的功率谱密度,P,2ASK,(,f,),2ASK,信号的功率谱密度,则由上式可得：,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,二进制单极性随机矩形脉冲序列,1/29/2026,18,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,结论：,2ASK,信号的功率谱是基带信号功率谱,P,s,(,f,),的线性搬移（属线性调制）。,知道了,P,s,(,f,),即可确定,P,2ASK,(,f,),。,由,6.1.2,节知，单极性的随机脉冲序列功率谱的一般表达式,为：,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,f,s,=1/,T,s,单个基带信号码元,g,(,t,),的频谱函数,1/29/2026,19,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,对于全占空矩形脉冲序列，可得到：,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,20,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,当概率,P,=1/2,时：,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,21,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,2ASK,信号的功率,谱密度示意图：,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,1/29/2026,22,7.1,二进制数字调制原理,结论：,2ASK,信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于,g,(,t,),经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。,2ASK,信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（第一个谱零点位置），则有：,即,2ASK,信号的传输带宽是码元速率的两倍,。,一、二进制振幅键控（,2ASK,）,f,s,=1/,T,s,1/29/2026,23,7.1,二进制数字调制原理,(1),基本原理,表达式,：,在,2FSK,中，载波的频率随二进制基带信号在,f,1,和,f,2,两个频率点间变化。故其表达式为：,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,24,7.1,二进制数字调制原理,(1),基本原理,典型波形：,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,25,7.1,二进制数字调制原理,(1),基本原理,2FSK,信号的波形,(,g,),可以分解为波形,(,e,),和波形,(,f,),，即：,一个,2FSK,信号可以看成是两个不同载频的,2ASK,信号的叠加,。因此，,2FSK,信号的时域表达式又可写成：,二、二进制频移键控（,2FSK,）,单个矩形脉冲,脉冲持续时间,第,n,个信号码元（,1,或,0,）的初始相位,1/29/2026,26,7.1,二进制数字调制原理,(1),基本原理,通常可令,n,和,n,为零：,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,27,7.1,二进制数字调制原理,(2)2FSK,信号的产生方法,采用模拟调频电路来实现,：,信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。,采用键控法来实现,：,相邻码元之间的相位不一定连续。,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,28,7.1,二进制数字调制原理,(2)2FSK,信号的产生方法,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,29,7.1,二进制数字调制原理,(3)2FSK,信号的解调方法,非相干解调,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,30,7.1,二进制数字调制原理,(3)2FSK,信号的解调方法,非相干解调,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,31,7.1,二进制数字调制原理,(3)2FSK,信号的解调方法,相干解调,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,32,7.1,二进制数字调制原理,(3)2FSK,信号的解调方法,其他解调方法：,比如鉴频法、差分检测法、过零检测法等。下图给出了,过零检测法,的原理方框图及各点时间波形。,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,33,7.1,二进制数字调制原理,(3)2FSK,信号的解调方法,其他解调方法：,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,34,7.1,二进制数字调制原理,(4),功率谱密度,对相位不连续的,2FSK,信号，可以看成由两个不同载频的,2ASK,信号的叠加，它可以表示为：,二、二进制频移键控（,2FSK,）,为两路二进制基带信号,1/29/2026,35,7.1,二进制数字调制原理,(4),功率谱密度,根据,2ASK,信号功率谱密度的表示式可写出这种,2FSK,信号的功率谱密度的表示式：,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,36,7.1,二进制数字调制原理,(4),功率谱密度,若概率,P,=1/2,，可得：,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,37,7.1,二进制数字调制原理,(4),功率谱密度,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,38,7.1,二进制数字调制原理,(4),功率谱密度,结论：,相位不连续,2FSK,信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个中心位于,f,1,和,f,2,处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频,f,1,和,f,2,处；,连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若,|,f,1,f,2,|,f,s,，则出现双峰；,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,39,7.1,二进制数字调制原理,(4),功率谱密度,结论：,若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算,2FSK,信号的带宽，则其带宽近似为：,其中：,f,s,=1/,T,s,为基带信号的带宽,f,0,为两个载频的中心频率。,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,40,7.1,二进制数字调制原理,(4),功率谱密度,二、二进制频移键控（,2FSK,）,1/29/2026,41,7.1,二进制数字调制原理,(1),2PSK,信号的表达式,(2),2PSK,信号的调制器原理方框图,(3),2PSK,信号的解调器原理方框图和波形图,(4),二进制相移键控的相位模糊问题,(5),功率谱密度,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,42,7.1,二进制数字调制原理,(1)2PSK,信号的表达式：,在,2PSK,中，通常用初始相位,0,和,分别表示二进制“,1”,和“,0”,。因此，,2PSK,信号的时域表达式为：,三、二进制相移键控（,2PSK,）,第,n,个符号的绝对相位,1/29/2026,43,7.1,二进制数字调制原理,(1)2PSK,信号的表达式：,上式也可以写为：,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,44,7.1,二进制数字调制原理,(1)2PSK,信号的表达式：,由于两种码元的波形相同，极性相反，故,2PSK,信号可以表述为一个,双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘,：,三、二进制相移键控（,2PSK,）,是脉宽为,T,s,的单个矩形脉冲,1/29/2026,45,7.1,二进制数字调制原理,(1)2PSK,信号的表达式：,即发送二进制符号“,0”,时（,a,n,取,+1,），,e,2PSK,(,t,),取,0,相位；发送二进制符号“,1”,时（,a,n,取,1,），,e,2PSK,(,t,),取,相位。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制,绝对相移方式,。,三、二进制相移键控（,2PSK,）,s,(,t,),1/29/2026,46,7.1,二进制数字调制原理,(1)2PSK,信号的表达式：,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,47,7.1,二进制数字调制原理,(2)2PSK,信号的调制器原理方框图,模拟调制的方法,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,48,7.1,二进制数字调制原理,(2)2PSK,信号的调制器原理方框图,键控法,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,49,7.1,二进制数字调制原理,(3)2PSK,信号的解调器原理方框图和波形图,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,50,7.1,二进制数字调制原理,(3)2PSK,信号的解调器原理方框图和波形图,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,51,7.1,二进制数字调制原理,(3)2PSK,信号的解调器原理方框图和波形图,由于,PSK,信号的功率谱中无载波分量,，所以必须采用相干解调方式。,在相干解调中，,如何得到同频同相的本地载波是个关键问题,。,只有对,PSK,信号进行非线性变换，才能产生载波分量。,两种载波恢复电路,平方环电路,科斯塔斯环电路（,Costas,）,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,52,7.1,二进制数字调制原理,(3)2PSK,信号的解调器原理方框图和波形图,两种载波恢复电路,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,53,7.1,二进制数字调制原理,(4),二进制相移键控的相位模糊问题,在以上两种锁相环中，压控振荡器,VCO,输出载波与调制载波之间的误差电压为：,u,d,=,K,d,sin2,0,、,相位模糊度,：在相位差,=,n,（,n,为任意整数）时,VCO,都处于稳定状态。,VCO,恢复出来的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相,。这种相位关系的不确定性，称为,0,、,相位模糊度。,相位模糊是用锁相环从抑止载波的,PSK,信号中恢复载波的共同问题,。,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,54,7.1,二进制数字调制原理,(4),二进制相移键控的相位模糊问题,这也是,2PSK,方式在实际中很少采用的主要原因。,在随机信号码元序列中，信号波形有可能出现长时间连续的正弦波形，使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。,为了解决上述问题，可以采用,7.1.4,节中将要讨论的差分相移键控（,DPSK,）体制,。,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,55,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,比较,2ASK,信号的表达式和,2PSK,信号的表达式：,2ASK,：,2PSK,：,两者的表示形式完全一样，区别仅在于基带信号,s,(,t,),不同（,a,n,不同），,前者为单极性,，,后者为双极性,。,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,56,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,可以直接引用,2ASK,信号功率谱密度的公式来表述,2PSK,信号的功率谱，即：,三、二进制相移键控（,2PSK,）,这里的,P,s,(,f,),是双极性矩形脉冲序列的功率谱,1/29/2026,57,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,双极性的全占空矩形随机脉冲序列的功率谱密度为：,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,58,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,得：,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,59,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,若,P,=1/2,，并考虑到矩形脉冲的频谱：,则,2PSK,信号的功率谱密度为：,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,60,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,61,7.1,二进制数字调制原理,(5),功率谱密度,二进制相移键控信号的频谱特性与,2ASK,的十分相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。区别仅在于当,P=,1/2,时，其谱中无离散谱（即载波分量），此时,2PSK,信号实际上相当于抑制载波的双边带信号。因此，它可以看作是双极性基带信号作用下的调幅信号。,三、二进制相移键控（,2PSK,）,1/29/2026,62,习 题,思考题：,P.234 7-1,7-7,习 题：,P.235 7-1,7-2,7-3,7-5,1/29/2026,63,