《现代通信系统原理》电子教案 第5章 数字信号的频带传输

fc )
带宽为：B2 ASK
2Bs
2 Tb
2 fb
频带利用率为：
1
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Tb fb 1 (Baud / Hz)
2 2 fb 2
Tb
现代通信系统原理 5
第5章 数字信号的频带传输
Ps ( f )
fb 0
fb
f
(a)
Pe ( f )
fcfb fc fc fb
0
(b)
fc fb fc fcfb
决器输入端得到：
x(t)
A nc
nc (t)，发“1” (t)，发“0”
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现代通信系统原理 11
第5章 数字信号的频带传输
x(t)值的一维概率密度为：
f1x
f0 x
1 exp[ (x A)2 ]，发“1”
2 n
2
2 n
1 exp( x 2 )，发“0”
2 n
2
2 n
A
cos ct nc (t) nc (t) cos ct
cos ct ns (t) ns (t) sin ct，
sin
c
t，发“1” 发“0”
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第5章 数字信号的频带传输
经包络检波器检测，输出包络信号：
x(t)
A nc (t)2 ns2 (t)，发“1”
x2 (t) 定时脉冲
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现代通信系统原理 24
第5章 数字信号的频带传输
发送端产生的2FSK信号可表示为：
sT
(t )
s 2 FSK
(t )
A cos 1t，发“1” A cos 2t，发“0”
接收机收入端合成波形为：
s 2 t
nt ，发“1” nt ，发“0”
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y1 (t )
BPF1
f1 中心频率
f2
BPF2
y2 (t)
半波或全 波整流
LPF
半波或全 波整流
LPF
解调器
v1 v1
v2， v2，
判为“1” 判为“0”
v1
抽样
s(t)
判决器
v2
定时脉冲
现代通信系统原理 17
第5章 数字信号的频带传输
2. 相干检测法
2FSK
BPF1
f1 中心频率
f2
BPF2
x
LPF
cos c1t
x
LPF
cos c2t 解调器
v1
抽样
s(t)
判决器
v2
定时脉冲
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现代通信系统原理 18
第5章 数字信号的频带传输
3. 过零检测法
a 限幅 b 微分 c 整流 d
宽脉冲 发生器
e
LPF
f
a
b
c
d e
f
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现代通信系统原理 19
第5章 数字信号的频带传输
存在两种错判的可能性：一是发送的码元
为“1”时，错判为“0”，其概率记为P(0 /1) ；
二是发送的码元为“0”时，错判为“l”，其概
率记P(1为/ 0) 。
P(1/ 0) P(x Ud ) Ud f0 (x)dx S0
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P(0 /1)
P(x
Ud
)
Ud 0
f1 xdx
S1
现代通信系统原理
其中：
s(t) an g(t nTb )
1,
n
s(t) ang(t nTb )
an
0,
概率为 P 概率为（1 P）
n
初相位可以是不连续，也可以是连续的；
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第5章 数字信号的频带传输
基带 信号
s(t)
f1振荡器 反向器
f2振荡器
选通开关
s(t)
s (t ) 选通开关
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第5章 数字信号的频带传输
则系统的总误码率为 ：
Pe P(1)P(0 /1) P(0)P(1/ 0)
不难看出，当时，该阴影面积之和最小，
即误码率最低。称此使误码率获最小值的门
限为最佳门限，其值为U d
U
d
A / 2。系统的
误码率近似为：
Pe
1
e
r 4
2
其中
r
A2
/(
2
2 n
)
表示信噪比。
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第5章 数字信号的频带传输
第5章 数字信号的频带传输
➢ 5.1 二进制数字幅度调制 ➢ 5.2 二进制数字频率调制 ➢ 5.3 二进制数字相位调制 ➢ 5.4 二进制数字调制系统的性能
比较
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现代通信系统原理 1
第5章 数字信号的频带传输
5.1 二进制数字幅度调制
调制信号为二进制数字信号时，这种 调制称为二进制数字调制。在二进制数字 调制中，载波的幅度、频率或相位只有两 种变化状态。 5.1.1 一般原理与实现方法
s(t) 模拟调 e0(t)
频器
(a)
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～ f1
k
～
f2
s(t)
(b)
1001
e0(t) s(t)
t
e0(t) t
f1 f2 f2 f1
(c)
现代通信系统原理 14
第5章 数字信号的频带传输
根据2FSK信号的产生原理，已调信号的 数字表达式可以表示为：
e0 (t) s(t) cos(1t n ) s(t) cos(2t n )
f(x)
f0(x)
A/2
f1(x)
0
Ud A
x
p(0/1) p(1/0)
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现代通信系统原理 12
第5章 数字信号的频带传输
不难看出，最佳判决门限为：U
d
A/
2
可以证明，这时系统的误码率为：
Pe
1 2
erfc
r 2
当信噪比远大于1时，上式近似为：Pe
1
r
e4
r
在大信噪比情况下，2ASK信号相干解
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现代通信系统原理 21
第5章 数字信号的频带传输
5.2.3 2FSK信号的功率谱及带宽
2FSK信号可视为两个2ASK信号的合成：
e0 (t) s(t) cos(1t n ) s(t) cos(2t n )
则2FSK信号功率谱为两个2ASK功率谱之和。
Pe ( f )
相加器 e0(t)
图 5-8 图 图 图 图 图 图 图 2FSK图 图 图 图 图 图 图
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现代通信系统原理 16
第5章 数字信号的频带传输
5.2.2 2FSK信号的解调
数字调频信号的解调方法很多，如鉴频
法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、
差分检测法等。
1.包络检波法
2FSK
BPF y(t)
半波或全 波整流
LPF
包检器
抽 样 {an] 判决器
s(t) 定时脉冲
z(t)
y(t)
co s c t
s(t)
cos2
ct
1 2
s(t)(1
cos2
ct)
1 2
s(t)
1 2
s(t)
cos2
ct
2ASK信号 BPF
e0(t)
y(t)
z(t)
x LPF
cosωct 解调器
抽 样 {an] 判决器
1 4 [Ps ( f
f1) Ps ( f
f1)]
1 4 [Ps ( f
f 2 ) Ps ( f
f2 )]
Pe ( f )
3 fb
1.4 fb
fb
0
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fc 2 fb fcfb fc fcfb fc 2现fb代通信f系统原理 22
第5章 数字信号的频带传输
分析上图可见： （1）2FSK信号的功率谱与2ASK信号的
1 2 z
符号而错判为“1”符号的 P(z 0)
概率为
P(1/
0)
P( x1
x2 )
1 2
erfc
r 2
0a
功率谱相似，由离散谱和连续谱两部分组成。 （2）连续谱的形状随着 f2 f1 的大小而
异。f2 f1 fb 出现双峰；f2 f1 fb出现单峰。 （3）2FSK信号的频带宽度为
B2FSK f 2 f1 2 fb 2( f D fb ) (2 D) fb
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数字幅度调制又称幅度键控（ASK）， 二进制幅度键控记作2ASK。
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现代通信系统原理 2
第5章 数字信号的频带传输
2ASK信号可表示为：e0 (t) s(t) cos ct
s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列：
s(t) an g(t nTb )
n
1， 出现概率为 P an 0， 出现概率为（1 P）
输出分别为：
x1(t) a n1c (t)
x2 (t) n2c (t)
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现代通信系统原理 26
第5章 数字信号的频带传输
将造成发送“1”码而错判为“0”码，错 误概率为：
P(0 /1) P(x1 x2 ) P(x1 x2 0) P(z 0)
其一维概率密度函数可表示为：
[na1c(tn) 1cco(st
)]cos 1t 1t n1s