通信原理第十六讲(第6章)讲解

通 信 原 理 课 程 教 学,讲授：伍宗富,2019年11月12日星期二,湖南文理学院电气与信息工程学院,主要内容： 数字调制系统的组成框图 三大类数字调制方法 各种接收系统的原理 抗噪声性能的分析方法,重点： 数字调制系统的组成框图 各种已调信号的性能和参数计算 各种接收系统的差别 信噪比公式,第6章 数字带通传输系统,6.1 引 言,6.2 二进制数字调制原理,6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能,6.4 二进制数字调制系统的性能比较,第6章 数字带通传输系统,6.5 多进制数字调制系统,6.6 改进的数字调制方式,第 十六 讲 二进制数字调制与解调原理,应用举例,6.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能 6.3 二进制数字调制系统的性能比较,6.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能,6.2.1 2ASK 系统的抗噪声性能,6.2.2 2FSK 系统的抗噪性能,6.2.3 2PSK 及 2DPSK 系统的抗噪性能,6.2.1 2ASK系统的抗噪声性能,6.2.1.1 接收信号描述,6.2.1.2 非相干接收系统,6.2.1.3 相干接收系统,分析：一个码元宽度Ts的信号,发送信号 ST ( t ) =,UT ( t ) = Acosc t 0 t Ts 发 “1 ”, 接收信号,6.2.1.1 接收信号描述,0 其它 发 “0 ”, yi( t ) 是 正弦波窄带高斯过程 。包络服从广义瑞利分布,yi( t ) + ni( t ) =,（包络检波法）,6.2.1.2 非相干接收系统,yi( t ) + ni( t ),发 “1 ”,发 “0 ”,是包络检波器的输出，为随机信号,令 最佳判决门限为 ，满足, 误码形式为 P(10)、 P(01),pe0 = P(01) = P( v ),则 pe1= P(10) = P( v ), 系统总误码率： Pe= p( 1 ) pe1 + p( 0 ) pe0,误码率推导,最佳判决门限,误码率与信噪比,定义: Q 函数,零阶修正贝塞尔函数,带通滤波器的输出信噪比,定义： 归一化门限值,结论：Pe 的大小取决于、b0,确定最佳门限电压 、,方程两边同取自然对数,化简,同理：,带通滤波器的输出信噪比,实际工作情况:在实际工作中，系统总是工作在大信噪比的情况下，因此最佳门限应取,即,此时系统的总误码率为:,当r 时，上式的下界为:,6.2.1.3 相干接收系统,2 fs, 总误码率,Pe = p(1) pe1 + p(0) pe0,当 为最佳门限、,例子,（设 ）,例：已知2ASK 的码元速率 RB= 4.8×10 6 波特，解调器输入信号的幅度a = 1 mv，信道加性噪声的单边功率谱密度为 n0=2×10-15 W/Hz ， 试求: 1）包络检波的误码率 2）同步检波的误码率,解：, Rb = RB = 4.8×10 6 bit/s, 带通滤波器的带宽 B = 2RB = 9.6×10 6 （ Hz ）, 带通的输出噪声功率n2 = n0 B = 1.92×10 - 8 ( W ), 解调器的输入信噪比, 此系统为大信噪比工作,1）包络检波,2）同步检波,6.2.2 2FSK系统的抗噪声性能,6.2.2.1 非相干接收系统,6.2.2.2 相干接收系统,（包络检波法）,6.2.2.1 非相干接收系统,发 “1 ” ：上支路输出为, 一路 2FSK 信号是两路 2ASK 信号的合成,下支路输出为,其中：,发 “0 ” ：上支路输出为,下支路输出为, 与 2ASK 信号分析相似,（噪声）,发“ 1 ” 错判, 2FSK 的系统总误码率,发“ 0 ” 错判,判决规则：V1 V0 判 “ 1 ”,V1 V0 判 “ 0 ”,6.2.2.2 相干接收系统 (同步检测法）,发 “1 ” ：,x0( t ) = n2c( t ),解调器上支路输入：, a+n1c ( t ) cos1 t - n1s ( t ) sin1 t,下支路输入：,n2c ( t )cos2 t - n2s ( t ) sin2 t,x1( t ) = a + n1c( t ),解调器上支路输出：,下支路输出：,判决规则：x1 x0 判 “ 1 ”,x1 x0 判 “ 0 ”, 发 “1” 错判, 2FSK 的系统总误码率,同理：发 “0” 错判,例子,例：已知2FSK信号的 f1=2025 Hz , f2=2225 Hz , RB= 300 波特。信道有效带宽 2400 Hz , 信道输出端信噪比为 6 dB , 求：1）2FSK信号的带宽。 2）包络检波时的误码率； 同步检波时的误码率。,解：, 2FSK 的带宽 f = | f2 - f1 | + 2 fs,1） fs = RB = 300 （Hz ）,= ( 2225- 2025 ) + 2×300 = 800 (Hz),2） Pe 与解调器输入端的 有关,令 接收系统结构选用上、下支路形式,B = 2RB = 600 （Hz ）, 带通带宽,又 信道带宽为 2400 Hz ,为带通带宽的 4 倍, 带通的输出信噪比是其输入信噪比的 4 倍, 包络检波, 同步检波,带 通,6.2.3.2 非相干接收系统,6.2.3.1 相干接收系统,6.2.3 2PSK 及 2DPSK 系统的抗噪性能,2PSK 系统,6.2.3.1 相干接收系统, S( t ) 为双极性非归零信号, 判决器的输入信号为,x( t ) =,- a + nc( t ) 发 “0”,a + nc( t ) 发 “1”,x( t ), 发 “1” 错判,发 “0” 错判,2PSK 系统总误码率,2DPSK 系统,系统特征：在 2PSK 系统的基础上增加码反变换电路。,码反变换电路自身不产生误码（与噪声无关），但其输入相对码有误差时，必然会造成其输出绝对码与发端基带信号失真，因而系统总误码应为2PSK 系统的误码加码反变换的误码积累。,结论：系统总误码率,误码积累,误码公式,+ E,S( t ),- E,绝对码,正确相对码,0,1 0 0 1 0 1 1,1 1 1 0 0 1 0,码反变换,错误相对码,1 0 1 0 0 1 0,0,1 0 0 0 0 1 0,0,1 0 0 1 0 1 0,0,码反变换,码反变换,错误相对码,错误相对码,1,1,0,1,1,1,相对码中出现的每一串错码，反变换后产生两位错码。,码反变换引入的误码规律：,相对码中出现的每一串错码，反变换后产生两位错码。,设 Pn 表示同步检波输出相对码中出现 n 个连续错码事件的概率,表示码反变换输出的总误码率, “ n 个码元同时出错 ”,属同时发生事件,“该串错码两端都有一个正确码元”,（Pe总是小于1）,（若Pe总是很小）,（若Pe很大致1/2）,6.2.3.2 非相干接收系统,2DPSK 系统,y1( t ) = a + n1c ( t ) cosc t - n1s ( t )sinc t,y2( t ) = a + n2c ( t ) cosc t - n2s ( t )sinc t,x( t ) = a + n1c ( t ) a + n2c ( t ) - n1s ( t ) n2s ( t ) ,判决规则：x 0 判 “ 1 ”,x 0 判 “ 0 ”,结论：系统总误码率,例子,例：已知2DPSK 信号 的码元速率 RB= 10 6 波特，信道加性噪声的单 边功率谱密度为 n0=2×10-10 W/Hz ，要求系统的误码率不大于 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 2）采用极性比较法解调时，接收机输入端所需的信号功率,解：, 带通滤波器的带宽 B = 2RB = 2×10 6 （ Hz ）, 带通的输出噪声功率n2 = n0 B = 4×10 - 4 ( W ),1）差分相干解调,查表P417附表,2）采用极性比较法解调,6.3 二进制数字调制系统的性能比较,应用举例6,示例6,应用举例7,示例7,应用举例7,应用举例8,示例8,应用举例8,应用举例9,示例9,应用举例9,应用举例10,示例10,应用举例11,示例11,应用举例12,示例12,应用举例13,示例13,应用举例13,应用举例14,示例14,应用举例14,应用举例15,示例15,作业： 教材236 习题：7-14,7-15,