第15讲 频带传输：基本概念、2ASK.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 频带传输系统 信 源 编 码 信 道 编 码 发 送 滤 波 器 接 收 滤 波 器 信 道 译 码 信 源 解 码 调 制 器 解 调 器 信 源 信 道 信 宿 调制的基本概念 二进制信号的调制与解调 载波同步 信号的矢量表示 多进制信号的调制与解调 频带信号的功率谱密度 调制的概念 电磁波在信道传输中，存在信道的频率选择特性和信号在传输过程中能量的损耗问题，需要对信号源的消息信号进行处理，使其变为适合信道传输的形式，这一过程即为调制过程 基带信号往往不能作为传输信号，必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号 调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化，即：按原始电信号的变化规律去改变载波某些参量的过程 解调则是将基带信号从载波中提取出来以便接收者处理和理解的过程 调制的实质：进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而提高系统信息传输的有效性和可靠性 模拟调制，连续波调制，用连续变化的信号去调制一个高频载波 角度调制(Angular modulation) 相位调制（调相）(Phase modulation, PM) 频率调制（调频）(Frequency modulation, FM) 幅度调制（调幅）(Amplitude modulation, AM) 数字调制，用数字信号对高频载波进行调制 相位键控调制(Phase-shift keying, PSK) 频率键控调制(Frequency-shift keying, FSK) 振幅键控调制(Amplitude-shift keying, ASK) 2ASK信号（OOK信号） 定义： 用二进制基带信号调制或控制一个载波的幅度 2ASK 产生：一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘 基带形成 发送带通 信 道 接收带通 接收低通 取样判决 噪声 2ASK信号的数学表示 一般情况下调制信号是具有一定波形形状的二进制序列，即： 二进制序列幅移键控信号的一般表达式为： 产生e2ASK(t)信号的两种方法： 1）相乘器 2）开关电路 2ASK信号的接收分为两类： 1）直接对高频载波进行采样判决； 利用匹配滤波器的特性，在SNR最大处进行采样 2）从高频载波恢复出基带信号，再进行采样判决，包括两种方法： 相干解调：使接收到的高频信号与高频载波相乘，然后滤除高频分量 包络检波：高频信号的包络即为携带的基带信号，可以从窄带平稳过程的角度恢复包络 2ASK信号的接收—匹配滤波 采用匹配滤波器的最佳接收 因为： 故匹配滤波器应与s1(t)匹配，则匹配滤波器的冲击响应为： 令t0为Ts，且K = 1 对h(t)做傅氏变换即可得到匹配滤波器的系统函数 条件：高频信号的相位恒定 先对s1(t)做傅氏变换 则系统的传递函数为： 一般令载波周期为Ts，则上式可化简为： 此即为匹配滤波器的系统函数 匹配滤波器的冲激响应及匹配滤波输出 冲激响应： 匹配滤波输出： 在t = Ts 时刻 ys(t)达到最大 SNR达最大值。 当发送s1(t) 信号时，即“1”码，接收信号r(t)可表示为： 则匹配滤波器的输出为： 假设在t =Ts时，对y(t)进行采样，则抽样值为： 令： 则： 则在发送s1(t) 信号时，抽样值y的条件均值、方差、概率密度为： 则在发送s2(t) = 0信号时： 匹配滤波器的错判概率： 平均误比特率： 当“0”、“1”码等概出现时： 在t =Ts时，y(t) 抽样值为： 采用低通滤波器的相干解调 在进行相干解调时，一般要求本地载波与高频信号同频同相： 2ASK信号的接收—相干解调 本地载波是通过载波提取电路（窄带滤波器、锁相环、移相器）从y(t)中提取 高斯白噪声n(t)通过带通滤波器或窄带信道后会变成一个包络和相位缓慢变化、频率近似为ωc 的余弦波，即窄带高斯白噪声： 可被表示为： 是一个标准的窄带平稳随机过程。其中ρ(t)为随机包络函数，φ(t)为随机相位函数 又可被表示为： 其中： 分别称为n(t)的同相分量和正交分量，且有： 两个分量的性质： 1）若n(t)均值为0，两个分量的均值亦为0 2）若n(t