數(shù)字通信第三講ppt課件

1、1數(shù)字通信數(shù)字通信 (第三講第三講)BPSK通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)2019-9 Yuping Zhao (Professor)趙玉萍趙玉萍Department of ElectronicsPeking UniversityBeijing 100871, China: 最簡(jiǎn)單的BPSK通信系統(tǒng)框圖2BPSK調(diào)制低通濾波載波調(diào)制AWGN通道載波解調(diào)低通濾波0,1數(shù)據(jù)0,1數(shù)據(jù)BPSK解調(diào)最簡(jiǎn)單的BPSK基帶通信系統(tǒng)3BPSK調(diào)制低通濾波AWGN通道低通濾波0,1數(shù)據(jù)0,1數(shù)據(jù)BPSK解調(diào)4 4例：待傳序列為：例：待傳序列為：an=001000。數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)信號(hào)011-

2、11比特比特/符號(hào)符號(hào)Tt。BPSK信號(hào)描述第一步：映射第二步：成型濾波snn=0n=1n=2n=3n=4n=5成型濾波 成型濾波的作用 將時(shí)域脈沖信號(hào)用有限帶寬的sinc(x)進(jìn)行傳輸 成型濾波過(guò)程由成型濾波器完成 成型濾波器為低通濾波器56濾波器響應(yīng)函數(shù)濾波器響應(yīng)函數(shù) g(t)t(t)x(t)x(t) = (t) * g(t)對(duì)于模擬信號(hào)7 7發(fā)送端低頻時(shí)域信號(hào)的形成 設(shè)發(fā)射數(shù)據(jù)取值為+1或-1，第m個(gè)數(shù)據(jù)用Am，表示，發(fā)端濾波器時(shí)域響應(yīng)函數(shù)為g(t)，則發(fā)射信號(hào)可以表示為 mms tAtmTg tmTt 8 8低通濾波低通濾波離散的數(shù)據(jù)序列通過(guò)連續(xù)離散的數(shù)據(jù)序列通過(guò)連續(xù)時(shí)間函數(shù)的低通濾波

3、器，時(shí)間函數(shù)的低通濾波器，輸出為連續(xù)的時(shí)間波形輸出為連續(xù)的時(shí)間波形 Linear filter g(t)Am(t)s(t)Linear filter g(n)Am(n)s(n)在實(shí)際通信系統(tǒng)中，連續(xù)信號(hào)采用離散時(shí)域信號(hào)的插值來(lái)表示離散的數(shù)據(jù)序列通過(guò)離散離散的數(shù)據(jù)序列通過(guò)離散時(shí)間函數(shù)的低通濾波器，時(shí)間函數(shù)的低通濾波器，輸出為離散的時(shí)間序列輸出為離散的時(shí)間序列 9 9成型濾波器：將輸入脈沖信號(hào)變?yōu)镾inc函數(shù)輸出sinc函數(shù)： sin(/T)( )/Ttg ttt-10-50510-0.4-0.60.811.2tg(t)=sin(pi*t/T)/(pi*t/T)1010成型濾波

4、器：將輸入脈沖信號(hào)變?yōu)镾inc函數(shù)輸出sinc函數(shù)： n-50-40-30-20-1001020304050-0.4-0.60.81sinc函 數(shù)樣 點(diǎn)信號(hào)幅度實(shí)際系統(tǒng)操作-生成脈沖序列111020304050607080-1-0.8-0.6-0.4-0.60.81將+1,-1序列中每個(gè)數(shù)據(jù)后面插入N個(gè)0仿真原理121020304050607080-1-0.8-0.6-0.4-0.60.810102030405060708090100-0.4-0.60.81卷積020406080100120140160180-1.

5、5-1-0.500.511.52實(shí)際系統(tǒng)中的濾波器13DDDDDDXXXXXXX+C1CNC3C0C4C5C2輸入輸出D為一個(gè)延時(shí)單位系數(shù)C0-CN為濾波器系數(shù)值濾波前后時(shí)域信號(hào)對(duì)比141020304050607080-1-0.8-0.6-0.4-0.60.81濾波前濾波后15發(fā)端濾波后信號(hào)譜f2fH濾波前后頻譜比較發(fā)端濾波前信號(hào)譜發(fā)端濾波寬度發(fā)射端使用低通濾波器限制發(fā)送信號(hào)帶寬加入高斯噪聲16BPSK調(diào)制低通濾波AWGN信號(hào)低通濾波0,1數(shù)據(jù)0,1數(shù)據(jù)BPSK解調(diào)/判決+高斯噪聲信號(hào)17 222exp21nnrrp高斯噪聲的表達(dá)式：高斯噪聲信號(hào)18 222exp21nnr

6、rp高斯噪聲的表達(dá)式：接收信號(hào)的pdf函數(shù)19當(dāng)發(fā)射+1與-1的接收信號(hào)pdf函數(shù)發(fā)射與接收時(shí)域信號(hào)比較20發(fā)射的基帶信號(hào)-發(fā)端低通濾波器輸出接收的基帶信號(hào)收端低通濾波器輸入21發(fā)射信號(hào)譜噪聲譜f2fH信號(hào)與噪聲頻譜比較發(fā)射信號(hào)譜與噪聲譜之和為接收信號(hào)譜最簡(jiǎn)單的BPSK基帶通信系統(tǒng)22BPSK調(diào)制低通濾波AWGN通道低通濾波0,1數(shù)據(jù)0,1數(shù)據(jù)BPSK解調(diào)/判決接收端使用低通濾波器濾除接收信號(hào)中的噪聲23有用信號(hào)譜殘余噪聲譜f2fH信號(hào)與噪聲頻譜比較低通濾波器將濾除帶外噪聲收端濾波器與發(fā)端濾波器響應(yīng)函數(shù)匹配24有用信號(hào)譜殘余噪聲譜f2fH信號(hào)與噪聲頻譜比較低通濾波器將濾除帶外噪聲收端濾波器與發(fā)

7、端濾波器響應(yīng)函數(shù)匹配經(jīng)過(guò)低通濾波器的接收信號(hào)25藍(lán)色：發(fā)端傳輸?shù)男盘?hào)紅色：接收端濾波后的信號(hào)噪聲較大噪聲較小低通濾波器的討論濾波器可以濾除帶外噪聲帶內(nèi)噪聲依舊存在最簡(jiǎn)單的BPSK基帶通信系統(tǒng)26BPSK調(diào)制低通濾波AWGN通道低通濾波0,1數(shù)據(jù)0,1數(shù)據(jù)BPSK解調(diào)/判決接收信號(hào)星座圖 發(fā)射與接收信號(hào)的星座圖27發(fā)射端信號(hào)接收端信號(hào)最簡(jiǎn)單的BPSK基帶通信系統(tǒng)28BPSK調(diào)制低通濾波AWGN通道低通濾波發(fā)端0,1數(shù)據(jù)收端0,1數(shù)據(jù)BPSK解調(diào)/判決比較誤碼率BER接收信號(hào)的pdf函數(shù)29當(dāng)發(fā)射+1與-1的概率相同時(shí)的接收信號(hào)pdf函數(shù)為：誤碼區(qū)間正確判決區(qū)間3002011exp1NrNsrp0

8、2021exp1NrNsrp發(fā)送正信號(hào)時(shí)，接收信號(hào)為發(fā)送負(fù)信號(hào)時(shí)，接收信號(hào)為此時(shí)判決門(mén)限為0BPSK信號(hào)的誤碼率31判決準(zhǔn)則：判決準(zhǔn)則：發(fā)送發(fā)送“+1信號(hào)信號(hào)(記為記為s1)，接收為負(fù)信號(hào)，接收為負(fù)信號(hào) 接收信號(hào)錯(cuò)誤接收信號(hào)錯(cuò)誤發(fā)送發(fā)送“-1信號(hào)信號(hào)(記為記為s2) ，接收為正信號(hào)，接收為正信號(hào) 接收信號(hào)錯(cuò)誤接收信號(hào)錯(cuò)誤否則判決為接收正確否則判決為接收正確00200111exp1drNrNdrsrpseP發(fā)射“+1情況下，接收為負(fù)信號(hào)的概率32n錯(cuò)誤的發(fā)生也可以理解為噪聲n的絕對(duì)值大于信號(hào)絕對(duì)值，即1nP1330122211221exp22bbNPP e sP e sxdx錯(cuò)誤概率為發(fā)送s1,

9、s2信號(hào)時(shí)的加權(quán)平均由于 0,2exp212xdttxQx所以02NQPbb或者2bbPQ理論與仿真的BER曲線34仿真大作業(yè) 按照下圖產(chǎn)生通信系統(tǒng)，要求如下 0,1數(shù)據(jù)要隨機(jī)產(chǎn)生 調(diào)制方式為BPSK，0對(duì)應(yīng)于+1，1對(duì)應(yīng)于-1 插值倍數(shù)為8 使用sinc(x)函數(shù)低通濾波器，邊瓣長(zhǎng)度為5BPSK基帶仿真系統(tǒng)36BPSK調(diào)制低通濾波AWGN信號(hào)低通濾波0,1數(shù)據(jù)0,1數(shù)據(jù)BPSK解調(diào)8倍插值1/8倍采樣圖1圖2圖3圖4圖5圖6圖7圖8+仿真大作業(yè)要求按照框圖完成每個(gè)模塊的功能，仿真報(bào)告內(nèi)容包括原理表達(dá)式，原理框圖仿真程序帶注釋）仿真結(jié)果圖或者數(shù)據(jù)）圖1-圖4為仿真的時(shí)域樣點(diǎn)圖形圖5中將加入AWGN信號(hào)前(圖