最新数字带通传输系统教案第七章教学讲义ppt
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第7章【数字带通传输系统】--7.1资料
t
b
t
c
t
d
1
0
0
1
t
8
2ASK信号
功率谱密度
2ASK信号可以表示成 e 2ASK (t ) st cos c t
式中 s(t) － 二进制单极性 NRZ矩形脉冲序列
设：Ps (f) － s(t) 的功率谱密度 P2ASK (f) － 2ASK信号的功率谱密度 2ASK信号的功率谱
P2ASK ( f ) 1 Ps ( f f c ) Ps ( f f c ) 4
2FSK信号
其他解调方法： 鉴频法、差分检测法、过零检测法等。
19
2FSK信号
2FSK信号的功率谱密度
e2 FSK (t ) s1 (t ) cos1t s2 (t ) cos2t
其中，s1(t)和s2(t)为两路二进制基带信号。
根据2ASK信号功率谱密度的表示式， 2FSK信号的功率 谱密度的表示式：
1 0 1 1 0 1 1 0 1
t t t
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。
3
二进制振幅键控(2ASK）
“通-断键控(OOK)” 信号表达式
Acos c t, eOOK (t ) 0，
1
以概率P 发送“ 1”时 以概率1 P 发送“0”时
0 0 1
波形
s t
Ts
t
载波
t
2ASK
t
4
2ASK信号
2ASK信号的一般表达式
其中 s(t )
e2ASK (t ) st cosc t
数字带通传输系统PPT课件
❖ 功率谱是双极性基带脉冲频谱的搬移，不是单极性基带脉冲频谱 的搬移，双极性是单极性经码变换得来的，所以2DPSK信号不 是线性变换，而是非线性变换, 属于非线性调制。
❖ 功率谱一般情况下由离散谱和连续谱所组成，当 “1” 和“0” 符号出现概率相等时，则不存在离散谱。
❖ 带宽是基带信号波形带宽的两倍, 即B2DPSK=2B基=2fB。 ❖ 传码率RB=fB(Baud)，故频带利用率为
1
0 1 1 00
1
绝对码an
0°初相
180°初相
1
1 0 1 11
0
相对码bn
12
X
7.5 二进制数字调制原理-2DPSK
2DPSK 信号的表示、时间波形 2DPSK信号的功率谱密度 2DPSK 信号的调制原理 2DPSK 信号的解调
13
X
2DPSK信号的功率谱密度 --与2PSK相同
bn = an ⊕bn-1
P2DPSK(f) =P2PSK(f)
1[ 4
ps (
f
fc)
ps (
f
fc )]
TB 4
[ Sa2 (
f
fc )TB
Sa2 ( f
fc )TB ]
(“0”和“1”符号等概时）
14
X
2DPSK信号e2DPSK(t)的功率谱密度
Ps(f)¼后->左移、右移到载频fc处--P2DPSK(f)
连续谱由基带信号波形 决定
码变换器：
bn = an ⊕bn-1 bn-1 bn
相对移相 = 码变换（绝对码变为相对码）+ 绝对移相
码反变换器：
an= bn ⊕bn-1
7
X
bn = an ⊕bn-1
❖ 功率谱一般情况下由离散谱和连续谱所组成，当 “1” 和“0” 符号出现概率相等时，则不存在离散谱。
❖ 带宽是基带信号波形带宽的两倍, 即B2DPSK=2B基=2fB。 ❖ 传码率RB=fB(Baud)，故频带利用率为
1
0 1 1 00
1
绝对码an
0°初相
180°初相
1
1 0 1 11
0
相对码bn
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7.5 二进制数字调制原理-2DPSK
2DPSK 信号的表示、时间波形 2DPSK信号的功率谱密度 2DPSK 信号的调制原理 2DPSK 信号的解调
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X
2DPSK信号的功率谱密度 --与2PSK相同
bn = an ⊕bn-1
P2DPSK(f) =P2PSK(f)
1[ 4
ps (
f
fc)
ps (
f
fc )]
TB 4
[ Sa2 (
f
fc )TB
Sa2 ( f
fc )TB ]
(“0”和“1”符号等概时）
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X
2DPSK信号e2DPSK(t)的功率谱密度
Ps(f)¼后->左移、右移到载频fc处--P2DPSK(f)
连续谱由基带信号波形 决定
码变换器：
bn = an ⊕bn-1 bn-1 bn
相对移相 = 码变换（绝对码变为相对码）+ 绝对移相
码反变换器：
an= bn ⊕bn-1
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X
bn = an ⊕bn-1
数字带通传输系统107页PPT文档
[( f
f2) ( f
f2 )]
➢ 当P＝1/2时
P eo(f)11f6 s[G |(ff1)|2|G (ff1)|2|G (ff2)|2|G (ff2)|2]
当P＝1/2时
PE(f)116fs[G | (f fc)|2|G(f fc)|2]
116fs2|G(0)|2[(f fc)(f fc)]
第7章 数字带通传输系统
➢ 根据矩形波形g(t)的特点，对于所有的m≠0的整数，有
G(mfs)=0
P s ( f) f s P ( 1 P ) |G ( f) |2 f s 2 ( 1 P ) 2 |G ( 0 ) |2( f)
➢ 时域表达式（波形）
S F( S t) K a n g (t ns) T co 1 t s a n g (t ns) T co 2 ts
n
n
➢ g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为Ts
0, 出现概率P为 an 1，出现概率1－ 为P
➢
an
是an的反码，即若an＝0，a n＝1；
若an＝1， ＝0 a n
• 典型波形如下
演示
第7章 数字带通传输系统
举例：消息信号为10101101
解调方法： 非相干解调（包络检波法）
相干解调（同步检测法）
第7章 数字带通传输系统
非相干解调 相干解调
第7章 数字带通传输系统
2ASK信号的频谱 ➢ 二进制信号的时域表达式
eo(t)s(t)cocst
➢ 功率谱密度
P E(f)1 4[P s(ffc)P s(ffc)]
5、了解2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的系统性能比较。
第7章 数字带通传输系统
数字调制
最新通信原理第六版(樊昌信)第7章 数字带通传输系统教学教材
通信原理第7章数字带通传输系统●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：通常把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。
◆ 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。
●7.1 二进制数字调制原理⏹7.1.1 二进制振幅键控(2ASK ）◆基本原理：☐“ 通- 断键控(OOK)” 信号表达式☐波形振幅键控 频移键控 相移键控⎩⎨⎧-=”时发送“以概率，”时发送“以概率0P 101P t,Acos )(c OOK ωt e 11()s t 载波2ASK◆2ASK 信号的一般表达式其中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。
◆2ASK 信号产生方法➢模拟调制法（相乘器法）➢键控法◆2ASK 信号解调方法☐☐ 相干解调( 同步检测法)()tt s t e c ωcos )(2ASK =∑-=ns n nT t ga t s )()(⎩⎨⎧-=PP a n 1,0,1概率为概率为))开关电路2e 2e☐非相干解调过程的时间波形◆功率谱密度2ASK 信号可以表示成式中 s (t ) －二进制单极性随机矩形脉冲序列 设：P s (f ) － s (t ) 的功率谱密度 P 2ASK (f ) － 2ASK 信号的功率谱密度 则由上式可得由上式可见，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式中 f s = 1/T s G (f ) － 单个基带信号码元g (t )的频谱函数。
第7章 数字带通系统PPT课件
故其包络可表示为
发1 ” 送时 “ 发0 送 ”“ 时
V(t) Anc(t)2ns2(t)
nc2(t)ns2(t)
发送 1”“ 时 发送 0”“ 时
可见，发“1”时带通滤波器输出的包络服从莱斯分 布，发“0”时带通滤波器输出的包络服从瑞利分布。
9
7.2 二进制振幅键控(2ASK)－误码率
假定判决门限值等于h，并规定当V > h时，判为 收到“1”；当V h时，则判为“0”。
第7章 数字带通传输 系统
1
7.2 二进制振幅键控(2ASK)
三、误码率
假设：信道噪声是均值为零的高斯白噪声（一般信 道的随机噪声均属此情况）。
设在T 内，带通滤波后的接收信号和噪声电压等于:
y (t) s (t) n (t) 0 t T
式中， s(t) Acos0t
0
当发1送 ”“ 时， 当发0送 ”“ 时。
7.2 二进制振幅键控(2ASK)
例1：设发送的二进制信息为101011001，采用2ASK 方式传输。已知码元传输速率为1200B，载波频率 为2400Hz：
（1）试画出2ASK信号的时间波形； （2）试画出2ASK信号频谱结构示意图，并计算其带
宽。
返回
14
7.3 二进制频移键控(2FSK)－误码率
1、相干解调法的误码率：
抽样判决处的电压x(t)为
x(t) nAc (t)nc(t)
当发1” 送时 “ 当发0送 ”“ 时
式中，nc(t) － 高斯过程。
4
7.2 二进制振幅键控(2ASK)－误码率
∴当发送“1”时，x(t)的概率密度等于：
p1(x)2 1nex (p xA )2/2 n 2
发1 ” 送时 “ 发0 送 ”“ 时
V(t) Anc(t)2ns2(t)
nc2(t)ns2(t)
发送 1”“ 时 发送 0”“ 时
可见，发“1”时带通滤波器输出的包络服从莱斯分 布，发“0”时带通滤波器输出的包络服从瑞利分布。
9
7.2 二进制振幅键控(2ASK)－误码率
假定判决门限值等于h，并规定当V > h时，判为 收到“1”；当V h时，则判为“0”。
第7章 数字带通传输 系统
1
7.2 二进制振幅键控(2ASK)
三、误码率
假设：信道噪声是均值为零的高斯白噪声（一般信 道的随机噪声均属此情况）。
设在T 内，带通滤波后的接收信号和噪声电压等于:
y (t) s (t) n (t) 0 t T
式中， s(t) Acos0t
0
当发1送 ”“ 时， 当发0送 ”“ 时。
7.2 二进制振幅键控(2ASK)
例1：设发送的二进制信息为101011001，采用2ASK 方式传输。已知码元传输速率为1200B，载波频率 为2400Hz：
（1）试画出2ASK信号的时间波形； （2）试画出2ASK信号频谱结构示意图，并计算其带
宽。
返回
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7.3 二进制频移键控(2FSK)－误码率
1、相干解调法的误码率：
抽样判决处的电压x(t)为
x(t) nAc (t)nc(t)
当发1” 送时 “ 当发0送 ”“ 时
式中，nc(t) － 高斯过程。
4
7.2 二进制振幅键控(2ASK)－误码率
∴当发送“1”时，x(t)的概率密度等于：
p1(x)2 1nex (p xA )2/2 n 2
第7章 数字通带传输系统 优质课件
e2 ASK (t)
乘法器
s(t)
键控法
cosct
cosct
开关电路
e2 ASK (t)
s(t)
6
第7章数字带通传输系统
2ASK信号解调方法
非相干解调(包络检波法)
e2 ASK (t)
带通
a
全波
滤波器
整流器
相干解调(同步检测法)
e2 ASK (t)
带通 滤波器
相乘器
b
低通
滤波器
e2FSK (t) s1(t) cos1t s2 (t) cos2t
其中，s1(t)和s2(t)为两路二进制基带信号。
据2ASK信号功率谱密度的表示式，不难写出这种2FSK信
号的功率谱密度的表示式：
P2FSK ( f )
1 4
Ps1 ( f
f1) Ps1 ( f
9
第7章数字带通传输系统
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
Ps ( f ) fs P(1 P) G( f ) 2 fs (1 P)G(mf s ) 2 ( f mf s )
m
式中 fs = 1/Ts
G(f) － 单个基带信号码元g(t)的频谱函数。
式中 s1t an g(t nTs )
n
2FSK信号的产生方法
s2 t an g(t nTs )
n
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。
振荡器1
f1
选通开关
基带信号
反相器
e2FSK (t) 相加器
第七章数字带通输系统
S(t) ang(tnTs) n
an 1 0 ,,以 以概 1 概 p -,时 p ,时 率 率 域 域 g 1 波 ( g t2 ) 波 (频 t,)频 形 , 形 域 G 1 域 G 为 (f2 为 )(为 f)为
二进制振幅键控信号（2ASK）时域波形：
4. 2ASK信号解调
思考
前面分析：
2FSK信号的功率谱由连续和谱离散谱两部分构成
离散谱出现在f1, f2位置连续谱的中心频为率f1, f2
基带信号带宽fs
1 Ts
f2 f1 5k Hz 2 fs
RB 1k Hz ,连续谱呈现双峰
且带宽B f2 f1 2 fs 7KHz
注意：
载波的波形是任意的，但大多数的数字调制系统都 选择单频信号（正弦波或余弦波）作为载波，因为 便于产生与接收。称为正弦载波数字调制系统。
7.1.2 数字信号的传输方式
数字信号共有两种传输方式 1. 基带传输
（已经在第五章介绍）：数字信号直接传送的方式。
2. 频带传输
（将在本章介绍）：用数字基带信号调制载波后的传 送方式。
—
而 S 2 (t) an g (t nT s ) n
Ps2 ( f ) f sp(1 - p) G(f) 2 p 2 f
P 1时 2
PFSK
(
f
)
Ts 16
sa (
f
f1 )Ts 2
sa (
f
f1 )Ts 2
1 16
1001
S(t)
t
2ASK
t
1001
S(t)
t
通信原理第七章数字带通传输系统课件
xDSL技术
xDSL技术利用数字带通传输系统实现宽带接入，提供了高速上 网、视频通话等服务。
光纤通信系统
光纤通信系统利用数字带通传输系统实现长距离、高速、大容量 的数据传输，广泛应用于城域网、骨干网等。
卫星通信系统中的数字带通传输系统
卫星电视接收系统
数字带通传输系统用于卫星电视接收系统中传输电视信号，实现 了覆盖广泛的电视节目服务。
无线局域网（WLAN）
WLAN利用数字带通传输系统实现无线高速上网，提供了灵活的接入方 式和便捷的数据传输服务。
03
全球定位系统（GPS）
GPS通过数字带通传输系统发送和接收信号，实现了高精度的定位和导
航功能。
有线通信系统中的数字带通传输系统
有线电视网络
数字带通传输系统用于有线电视网络中传输电视信号，提供了高 清晰度、稳定的电视节目服务。
通信原理第七章数 字带通传输系统课 件
contents
目录
• 数字带通传输系统的基本概念 • 数字带通传输系统的调制技术 • 数字带通传输系统的解调技术 • 数字带通传输系统的性能分析 • 数字带通传输系统的实际应用案例
01
CATALOGUE
数字带通传输系统的基本概念
数字带通传输系统的定义
数字带通传输系统是指利用调制 技术将数字信号转换为适合在带 通频段上传输的信号的一种通信
差错控制技术
采用各种差错控制技术，如奇偶校验、循环冗余校验、自动重传等， 可以降低误码率，提高抗干扰性能。
带通传输系统的频带利用率
频带利用率
数字带通传输系统的频带利用率 是指在有限的频带资源内传输尽 可能多的信息。
调制方式
采用高效的调制方式，如QPSK、 16QAM、64QAM等，可以有效 提高频带利用率。
xDSL技术利用数字带通传输系统实现宽带接入，提供了高速上 网、视频通话等服务。
光纤通信系统
光纤通信系统利用数字带通传输系统实现长距离、高速、大容量 的数据传输，广泛应用于城域网、骨干网等。
卫星通信系统中的数字带通传输系统
卫星电视接收系统
数字带通传输系统用于卫星电视接收系统中传输电视信号，实现 了覆盖广泛的电视节目服务。
无线局域网（WLAN）
WLAN利用数字带通传输系统实现无线高速上网，提供了灵活的接入方 式和便捷的数据传输服务。
03
全球定位系统（GPS）
GPS通过数字带通传输系统发送和接收信号，实现了高精度的定位和导
航功能。
有线通信系统中的数字带通传输系统
有线电视网络
数字带通传输系统用于有线电视网络中传输电视信号，提供了高 清晰度、稳定的电视节目服务。
通信原理第七章数 字带通传输系统课 件
contents
目录
• 数字带通传输系统的基本概念 • 数字带通传输系统的调制技术 • 数字带通传输系统的解调技术 • 数字带通传输系统的性能分析 • 数字带通传输系统的实际应用案例
01
CATALOGUE
数字带通传输系统的基本概念
数字带通传输系统的定义
数字带通传输系统是指利用调制 技术将数字信号转换为适合在带 通频段上传输的信号的一种通信
差错控制技术
采用各种差错控制技术，如奇偶校验、循环冗余校验、自动重传等， 可以降低误码率，提高抗干扰性能。
带通传输系统的频带利用率
频带利用率
数字带通传输系统的频带利用率 是指在有限的频带资源内传输尽 可能多的信息。
调制方式
采用高效的调制方式，如QPSK、 16QAM、64QAM等，可以有效 提高频带利用率。
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最小理论带宽是：BMPSK=RB
B4PSK=4800 Hz
(2)若BMPSK=2400 Hz ，
最小理论带宽BMPSK=RB, RB=BMPSK=2400
log2M=Rb/RB=9600/2400=4,M=24=16,
应采用16QPSK或16QAM。
17
X
章 数字带通传输系统--例新型7数.字1带0通-调4制采技术用16PSK调制传输9600b/s数据：
e0(t) = ∑ Xn g(t-nTs)cosωct +∑ Yn g(t-nTs)sinωct
= I (t ) cosωct + Q(t ) sinωct
可见APK可以看作两个正交调制信号之和。
3
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
16QAM信号和16PSK信号的性能比较
d2和d1的比值 代表这两种体制 的噪声容限之比
在最大功率（振幅）相等的条件下：最大振幅AM相等，16PSK信号的相邻矢量 端点的欧氏距离
d1 AM 80.393AM
AM
d1 AM
16QAM信号的相邻点欧氏距离
d2
2AM 3
0.47A 1M
d2
d2超过d1约1.57 dB
RB B
,x2
B4PSK=1200 Hz
(2)若BMPSK=1200 Hz 不变，Rb=4800b/s(加倍)，
最小理论带宽BMPSK=RB, RB=BMPSK=1200
log2M=Rb/RB=4800/1200=4,M=24=16,应采用16QPSK
本例说明：在传输带宽不变的情况下，增加进制数可以提高信息速率
本例说明：在相同信息速率下，增加进制数可以减小带宽，减小码元速率，提
高频带利用率
b
Rb B
16
X
章 数字带通传输系统--例新型7数.字1带0通-调3制采技术用MPSK调制传输9600b/s数据：
(1)若M=4，最小理论带宽是多少？
(2)若传输带宽为2400Hz ，M=？
解：(1) M=4 ，Rb=9600b/s, RB=Rb/log2M=4800Baud;
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
QAM矢量图--4QAM
Xk = Akcosk Yk = -Aksink
若：k--取/4和-/4，Ak--取+A和-A，
sk(t) X kco 0 t sY ksi0 n t
则：Xk和Yk--取±(√2/2)--±1(归一化），
4QAM信号--两个幅度为±1的正交振幅键控信号之和
在平均功率相等条件下：
(a) 16QAM
(b) 16PSK
16PSK信号的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）；
16QAM信号，在等概率条件下，其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55 dB。
12 因此，16QAM比16PSK信号的噪声容限大4.12dB。
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
15
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
例7.10-2 采用2PSK调制传输2400b/s数据：
最小理论带宽是多少？ 解：M=2，Rb=2400b/s, RB=Rb=2400Baud; 最小理论带宽是：B2PSK=RB=2400 Hz
比较：例7.10-1中 采用4PSK调制，所需带宽B4PSK=1200 Hz,是二进制的一半。
2400
(a) 传输频带
14
A 1011 1001 1110 1111 1010 1000 1100 1101 0001 0000 0100 0110
0011 0010 0101 0111
(b) 16QAM星座
X
章 数字带通传输系统--例新型7数.1字0带-通1调采制技用术4PSK或4QAM调制传输2400b/s数据：
数字带通传输系统教案第 七章
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
7.10 新型数字带通调制技术-正交振幅调制QAM
1. 振幅相位联合键控（APK） 2. 正交调制模型 3. 正交振幅调制信号的表示 4. 16QAM产生方法 5. QAM信号和PSK信号的性能比较 6. 16QAM实例 7. 例题
2
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
振幅相位联合键控（APK）
振幅相位联合键控（APK）--振幅和相位都有几种取值。 APK信号的一般表达式：
e0(t) = ∑ang(t-nTs)cos(ωct+ φn ) = [∑an g(t-nTs) cosφn ]cos(ωct) - [∑an g(t-nTs) sinφn ] sin(ωct) 令：an cosφn =Xn, -an sinφn =Yn
4QAM就成为QPSK--QPSK信号是一种QAM信号
7
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
16QAM矢量图
是两路四个幅度的正交振幅键控信号之和
8
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
64QAM和256QAM矢量图
64QAM是两路八个幅度的正交振幅键控信号之和 256QAM是两路十六个幅度的正交振幅键控信号之和
64QAM信号矢量图
9
256QAM信号矢量图
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
16QAM产生方法--正交调幅法
两路独立的正交4ASK信号叠加
10
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
16QAM产生方法--复合相移法
两路独立的QPSK （大圆和小圆）信号叠加
AM
AM
11
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
QAM信号和PSK信号的性能比较
QAM比PSK信号的抗噪声能力更好。 二者的信号带宽相同，频带利用率相同。
13
X
章 数字带通传输系统--新型数字带通调制技术
16QAM实例
一种用于调制解调器的传输速率为9600b/s的16QAM方案，其载频为 1650 Hz，信道带宽为2400 Hz，滚降系数为10％。
(1)最小理论带宽是多少？
(2)若传输带宽不变，而比特率加倍，则调制方式应如何改变？
解：(1)M=4，Rb=2400b/s, RB=Rb/log2M=1200Baud;
BMPSK=2B基， （B基）min=RB/2=600 Hz
( 2 时，理论上最小，为乃奎斯特带宽)
最小理论带宽是：BMPSK=2B基=2×RB/2=RB