石河子大学：《通信原理简明教程》电子教案（PPT教学课件）第5章 数字信号的调制传输（5.2-5.5）

学习内容 第5章 数字带通传输系统 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 明德正行博学多能 1 二进制数字调制原理 ○ 2 二进制数字调制系统的抗噪声性能 0 3 二进制数字调制系统的性能比较 4 多进制数字调制原理 ○ 5 多进制数字调制系统的抗噪声性能 信息科学与技术学院 2 现代通信教研室 田敏

信息科学与技术学院 明德正行 博学多能 2 现代通信教研室 田敏 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 学习内容 1 2 3 4 二进制数字调制原理 5 第5章 数字带通传输系统 二进制数字调制系统的抗噪声性能 二进制数字调制系统的性能比较 多进制数字调制原理 多进制数字调制系统的抗噪声性能

第二节二进制数字调制系统的抗噪声性能 通信原理【第5章数字信号的调制传输】 明德正行博学多能 。引言 通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。 在数字通信系统中，信道噪声有可能使传输码元产生错误，错 误程度通常用误码率来衡量。因此，与分析数字基带系统的抗 噪声性能一样，分析数字调制系统的抗噪声性能，也就是求系 统在信道噪声干扰下的总误码率。 分析条件：假设信道特性是恒参信道，在信号的频带范围 内具有理想矩形的传输特性（可取其传输系数为K);信道噪 声是加性高斯白噪声。且认为噪声只对信号的接收带来影响， 因而，分析系统性能是在接收端进行的。 信息科学与技术学院 3 现代通信教研室田敏

信息科学与技术学院 明德正行 博学多能 3 现代通信教研室 田敏 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。 在数字通信系统中，信道噪声有可能使传输码元产生错误，错 误程度通常用误码率来衡量。因此，与分析数字基带系统的抗 噪声性能一样，分析数字调制系统的抗噪声性能，也就是求系 统在信道噪声干扰下的总误码率。 分析条件：假设信道特性是恒参信道，在信号的频带范围 内具有理想矩形的传输特性（可取其传输系数为K）；信道噪 声是加性高斯白噪声。且认为噪声只对信号的接收带来影响， 因而，分析系统性能是在接收端进行的。 第二节 二进制数字调制系统的抗噪声性能  引 言

第二节二进制数字调制系统的抗噪声性能 通信原理【第5章数字信号的调制传输】 明德正行博学多能 一、二进制振幅键控（2ASK)系统的抗噪声性能 1、同步检测法的系统性能 分析模型 发送端 信道 带通 低通 抽样 输出 滤波器 相乘器 滤波器 判决器 P sr(t) y,(t) y(t) x() 2cos@t 定时 n,(t) 脉冲 信息科学与技术学院 4 现代通信教研室田敏

信息科学与技术学院 明德正行 博学多能 4 现代通信教研室 田敏 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 一、二进制振幅键控（2ASK）系统的抗噪声性能 带通 滤波器 相乘器 低通 滤波器 抽样 判决器 定时 脉冲 输出 t c 2cos 发送端 信道 s (t) T n (t) i y (t) i y(t) x(t) Pe 第二节 二进制数字调制系统的抗噪声性能 分析模型 1、同步检测法的系统性能

第二节二进制数字调制系统的抗噪声性能 通信原理【第5章数字信号的调制传输】 明德正行博学多能 f(x)和f(x)的曲线如下： P(0)f6(x) p()f(x) x>b时，判为“1” 若取判决门限为b,规定判决规则为 x≤b时，判为“0” 2ASK系统的误码率P与判决门限b的选择密切相关。 信息科学与技术学院 5 现代通信教研室田敏

信息科学与技术学院 明德正行 博学多能 5 现代通信教研室 田敏 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 第二节 二进制数字调制系统的抗噪声性能 f1（x）和 f0（x）的曲线如下： 若取判决门限为b，规定判决规则为 x > b时，判为“1” x  b时，判为“0” 2ASK系统的误码率Pe与判决门限b的选择密切相关

第二节二进制数字调制系统的抗噪声性能 通信原理【第5章数字信号的调制传输】 明德正行博学多能 最佳门限 从曲线求解 P(0)6(x) P(1)f(x) 从阴影部分可知，误码率P等于图中阴影的面积。若改变 判决门限b,阴影的面积将随之改变，即误码率P的大小将随判 决门限b而变化。 进一步分析可得，当判决门限b取两条曲线相交点*时，阴 影的面积最小，即判决门限取为b*时，系统的误码率P最小。 这个门限b*称为最佳判决门限。 信息科学与技术学院 6 现代通信教研室 田敏

信息科学与技术学院 明德正行 博学多能 6 现代通信教研室 田敏 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 从曲线求解 第二节 二进制数字调制系统的抗噪声性能 从阴影部分可知，误码率Pe等于图中阴影的面积。若改变 判决门限b，阴影的面积将随之改变，即误码率Pe的大小将随判 决门限b而变化。 进一步分析可得，当判决门限b取两条曲线相交点b*时，阴 影的面积最小，即判决门限取为b*时，系统的误码率Pe最小。 这个门限b*称为最佳判决门限。  最佳门限

第二节'二进制数字调制系统的抗噪声性能 通信原理【第5章数字信号的调制传输】 明德正行博学多能 最佳判决门限也可通过求误码率P关于判决门限b的最小 值的方法得到，令 aP。 =0 ab 可得 a P(0 即为最佳判决门限。 2 a P(1) 若发送“1”和“0”的概率相等，则b*=a/2。 此时，2ASK信号相干解调（同步检测）时系统的误码率为 r>1,即大信噪比时， P r/4 πr 信息科学与技术学院 现代通信教研室田敏

信息科学与技术学院 明德正行 博学多能 7 现代通信教研室 田敏 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 = 0   b Pe 最佳判决门限也可通过求误码率Pe关于判决门限b 的最小 值的方法得到，令 第二节 二进制数字调制系统的抗噪声性能 (1) (0) ln 2 2 * P P a a b  n 可得 = + 即为最佳判决门限。 若发送“1”和“0”的概率相等，则b* = a / 2 。 此时，2ASK信号相干解调（同步检测）时系统的误码率为         = 2 4 1 r P erfc e 1 −r / 4  e r Pe  r >> 1，即大信噪比时

第二节二进制数字调制系统的抗噪声性能 通信原理【第5章数字信号的调制传输】 明德正行博学多能 2、包络检波法的系统性能 分析模型：只需将相干解调器（相乘一低通）替换为包络 检波器（整流一低通)，即可以得到2ASK采用包络检波法的 系统性能分析模型。 (V b,*为归一化最佳判决门限值： P(0)() P(1)i(w) b r/2 r>>1时 bo= √2 r<<时 P(0/1) P(1/0) 0 b0b0" V/an 信息科学与技术学院 8 现代通信教研室田敏

信息科学与技术学院 明德正行 博学多能 8 现代通信教研室 田敏 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 分析模型：只需将相干解调器（相乘－低通）替换为包络 检波器（整流－低通），即可以得到2ASK采用包络检波法的 系统性能分析模型。 第二节 二进制数字调制系统的抗噪声性能 2、包络检波法的系统性能 b0 *为归一化最佳判决门限值：       = = 时 时 2 1 / 2, 1 * * 0 r b r r b  n

第二节二进制数字调制系统的抗噪声性能 UN 通信原理【第5章数字信号的调制传输】 明德正行博学多能 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 bo= 此时，2ASK系统包络检波的总误码率为R-0V片 当r→o时，上式的下界为 信息科学与技术学院 9 现代通信教研室田敏

信息科学与技术学院 明德正行 博学多能 9 现代通信教研室 田敏 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 2 * 0 r b = 2 * a b = 4 2 1 4 4 1 r e e r P erfc − +         = 4 2 1 r e P e − = 第二节 二进制数字调制系统的抗噪声性能 当r →  时，上式的下界为 此时，2ASK系统包络检波的总误码率为 即 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

第二节二进制数字调制系统的抗噪声性能 U 通信原理【第5章数字信号的调制传输】 明德正行博学多能 2ASK系统抗噪性能讨论： -r/4 从同步检测法（即相干解调）和包络检波法的误码率公式 比较可以看出：在相同的信噪比条件下，同步检测法的抗噪声 性能优于包络检波法，但在大信噪比时，两者性能相差不大。 然而，包络检波法不需要相干载波，因而设备比较简单。 另外，包络检波法存在门限效应，同步检测法没有门限效应。 信息科学与技术学院 10 现代通信教研室田敏

信息科学与技术学院 明德正行 博学多能 10 现代通信教研室 田敏 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 从同步检测法（即相干解调）和包络检波法的误码率公式 比较可以看出：在相同的信噪比条件下，同步检测法的抗噪声 性能优于包络检波法，但在大信噪比时，两者性能相差不大。 然而，包络检波法不需要相干载波，因而设备比较简单。 另外，包络检波法存在门限效应，同步检测法没有门限效应。 第二节 二进制数字调制系统的抗噪声性能  2ASK系统抗噪性能讨论： 4 2 1 r e P e − = 1 −r / 4  e r Pe 

第二节'二进制数字调制系统的抗噪声性能 通信原理【第5章数字信号的调制传输】 明德正行博学多能 [例5.1]设某2ASK信号，码元速率R4.8×10波特，采用 包络检波或同步检波法解调。已知接收端输入信号幅度 1V,信道中加性白高斯噪声的单边功率谱密度 n2X10-15W/Hz,试求 (1)包络检波法解调时系统误码率； (2)同步检波法解调时系统误码率。 信息科学与技术学院 11 现代通信教研室田敏

信息科学与技术学院 明德正行 博学多能 11 现代通信教研室 田敏 通信原理【第5章 数字信号的调制传输】 [例5.1]设某2ASK信号，码元速率RB=4.8×106波特,采用 包络检波或同步检波法解调。已知接收端输入信号幅度 a=1mV，信道中加性白高斯噪声的单边功率谱密度 nO=2×10-15 W/Hz，试求 (1) 包络检波法解调时系统误码率； (2) 同步检波法解调时系统误码率。 第二节 二进制数字调制系统的抗噪声性能