通信原理相干解调系统的抗噪声性能

2ASK抗噪声性能分析2ASK抗噪声性能分析⽅向：视听模式分析学号：83320081002034 姓名：徐丽丽摘要：2ASK（⼆进制幅度键控）是⼀种最简单的数字信号的载波传输，本⽂通过对数字信号的2ASK调制，解调在不同信噪⽐的情况下误码率分析，得出不同信噪⽐下的误码率。

通过对2ASK的仿真更好的理解了数字调制系统的组成以及各模块的功能。

关键词：⼆进制幅度键控（2ASK），调制，解调，信噪⽐，误码率Abstract:2ASK (2 Amplitude Shift Keying) is the simplest digital signal carrier transmission technique. This paper researches 2ASK, demodulates the BER analysis in with different noise ratioes and arrives at a BER under different noise.Through the simulation of 2ASK, a better understanding of the digital modulation system, as well as the function of each module are acquired.Key words:binary amplitude shift keying (2ASK), modulation, demodulation, SNR, bit error rate(BER)1引⾔：数字基带信号的功率谱从零频开始⽽且集中在低频段，因此只适合在低通型信道中传输。

但常见的实际信道是带通型的，不能直接传送基带信号，因此必须⽤数字基带信号对载波进⾏调制，使基带信号的功率谱搬移到较⾼的载波频率上。

从原理上来说，受调载波的波形可以是任意的，只要已调信号适合于信道传输就可以了。

(本人复习过程中从N!套试卷中总结、整理的一些零碎知识点，其中标号为1的知识点为后期整理以加强记忆)1、相干解调比差分相干解调噪声性能好，因为它的本地载波包含的噪声小，而后者是用前一码元的波形来代替本地载波，包含了信道噪声。

1、为了降低FM调制中的门限值，可以采用锁相环解调器和负反馈解调器。

1、就功率利用率来说，2PSK(2DPSK)比2ASK好，因为2PSK信号功率谱密度中不包含离散谱，而2ASK中有离散谱(即载波分量，箭头)1、CMI码特点→无直流、位定时信息丰富、连零不超过3(因此具有宏观检错能力)、易于实现1、倍频器→载波频率、频偏、调制指数翻倍1、理想信道下的最佳基带系统中，GT(w)=GR(w)=H(w)½1、解调时，载波相位误差的影响→对AM、DSB、2PSK信号幅值衰减cosγ，信噪比衰减cos²γ,对SSB/VSB 信号不仅幅值和信噪比衰减，还会引起输出波形的失真(因为引入了额外分量)1、伪随机序列→既有类似于随机序列的某些统计特性，又能够重复产生(即复制)。

主要应用在噪声产生器、通信加密、数据扰乱、扩频通信1、FEC(前向纠错)→接收端利用发送端在发送序列中加入的差错控制码元，不但能够发现错码还能够纠正错码，对于二进制序列，如果能够定位错码位置便能够纠正。

这种发放不需要反向信道，而且实时性比较好，但是纠错电路实现稍复杂1、编码效率→编码效率越高，纠检错能力越小，当编码效率为1时，就没有纠检错能力。

最小距离d越大，码的抗干扰能力越强，即纠检错能力越强，但这会降低码率。

因此在设计编码方案时，要两方面兼考虑1、完备码→H矩阵中，2^r-1个非全0列全部被利用，且H矩阵中P矩阵的4列随便排序，不影响纠检错能力1、非均匀量化→量化间隔不相等，信号小时量化间隔小，信号大时量化间隔大，提高了小信号的量化信噪比，减少了编码位数，实现起来相对复杂1、TDM和FDM→TDM优势：便于实现数字通信、易于制造和集成、生产成本低，且信道的非线性会再FDM种产生交调失真和高次谐波，引起路间串话，而对TDM影响不大1、GMSK→进一步使信号的功率谱密度集中、减小对邻道的干扰，缺点是存在码间串扰(ISI)1、包络检波器→包括全波整流器，低通滤波器1、DPSK的相干解调和差分相干解调的区别→相干解调需要载波同步、码型反变换，且误码率优于差分，但是在大信噪比时，两者的误码率差不多1、MSK和FSK的相同点→包络恒定，都是数字调频信号1、数字调制的方法→模拟相乘法，数字监控法1、1B1T→1位二进制转换成1位三元码，如AMI码，HDB3码，1B2T→1位二进制转换成2位二进制，如双相码，CMI码，密勒码1、码间串扰→前面码元波形的拖尾蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰，原因→系统传输总特性不理想1、时域均衡→横向滤波器插在接受滤波器和抽样判决器之间1、观察眼图→示波器跨界在抽样判决器输入端，调增扫描周期1、VSB→部分抑制发送边带，又利用平缓滚将滤波器加以补偿，应用于电视广播系统中；FM→幅度恒定，抗快衰落能力好，自动增益控制和带通限幅消除了快衰落引起的幅度效应，宽带FM抗干扰能力强，带宽和信噪比的互换，应用于长距离高质量通信，因存在门限效应，在接收信号弱、干扰大的情况下采用NBFM 1、预加重网络加在调制器之前，去加重网络加在解调器之后1、描述平稳随机过程的两个重要的数字特征→自相关函数和功率谱密度，且随机过程不存在傅里叶变化，也就是说没有确定的频谱函数，属于功率信号1、FM信号振幅增大一倍时，鉴频器输出端输出信号功率增大0dB,输出噪声功率增大-6dB1、时域均衡器实际上是一个横向滤波器1、非均匀量化增大了小信号的量化信噪比，降低了大信号的输出信噪比1、在PCM编码中，如果模拟信号集中在某一段落中，量化信噪比和信号功率的关系→在同一段落中，量化噪声功率相同，因此量化信噪比和信号功率成正比1、从必要性和可能性两个方面说明在载波电话通信系统中，采用SSB调制的原因→SSB信号频带利用率和功率利用率都比较高，带宽仅是DSB和AM的一半，这使得可以重复利用频带进行频分复用。

《通信原理》习题参考答案第六章6-1. 设发送数字信息为011011100010，试分别画出OOK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图。

解：6-4. 假设在某2DPSK 系统中，载波频率为2400Hz ，码元速率为1200B ，已知相对码序列为1100010111：（1）试画出2DPSK 信号波形（注：相位偏移ϕ∆可自行假设）； （2）若采用差分相干解调法接收该信号时，试画出解调系统的各点波形； （3）若发送信息符号0和1的概率分别为0.6和0.4，试求2DPSK 信号的功率谱密度。

解：（1）载波频率为码元速率的2倍0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 OOK 2FSK 2PSK2DPSK 2DPSK 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1（2）相干解调系统的原理框图如下：1 1 0 0 0 1 0 1 1 1abcdef（3） )]2400()2400([41)]()([41-++=-++=f P f P f f P f f P P s s c s c s E ，其中：∑+∞∞---++--=)()(])1([)()()1(2212221s s ss s mf f mf G a P Paf f G a a P P f P δ∑+∞∞--+=)()(04.0)1(196.022s s s mf f m Sa f f Sa f δππ)(04.0)()1200/(sin 115222f f f δππ+= ∴⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=2222)2400()2400(1200sin )2400()2400(1200sin 2.29f f f f P E ππ )]2400()2400([01.0-+++f f δδ6-5. 设载频为1800Hz ，码元速率为1200B ，发送数字信息为011010： （1） 若相位偏差︒=∆0ϕ代表“0”、︒=∆180ϕ代表“1”，试画出这时的2DPSK 信号波形； （2） 又若︒=∆270ϕ代表“0”、︒=∆90ϕ代表“1”，则这时的2DPSK 信号的波形又如何？（注：在画以上波形时，幅度可自行假设。

调频系统的抗噪声性能1．输入端性能分析输入调频信号（FM）为进行非相干解调。

（1）输入信号功率（2）输入噪声功率N i＝n0B FM式中，B FM为调频信号的带宽，即带通滤波器（BPF）的带宽。

（3）输入信噪比2．大信噪比时输出端性能分析（1）输出信号功率（2）输出噪声功率（3）输出信噪比当时，得到输出信噪比为（4）制度增益当时，得到制度增益为在宽带调频时，制度增益为当m f＞＞1时，制度增益近似为则加大调制指数m f时，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。

（5）调频系统与调幅系统的比较①输出信噪比在大信噪比情况下，调频系统与调幅系统的输出信噪比关系为若系统接收端的输入A和n0相同，则宽带调频系统解调器的输出信噪比是调幅系统的倍。

调频方式是以带宽换取信噪比的。

②带宽WBFM信号的传输带宽B FM与AM信号的传输带宽B AM之间的一般关系为当m f＞＞1时，上式近似为B FM≈m f B AM3．小信噪比时的门限效应（1）门限效应的定义门限效应是当S i/N i低于一定数值时，解调器的输出信噪比S o/N o急剧恶化的现象。

（2）门限效应的参量门限值：出现门限效应时所对应的输入信噪比值，记为(S i／N i)b。

（3）门限效应的原理①原理图调频解调器的输出信噪比与输入信噪比的关系曲线如图5-25所示。

图5-25 输出信噪比与输入信噪比的关系曲线②图形分析a．门限值与调制指数m f有关，m f越大，门限值越高。

b．在门限值以上时，(S o／N o)FM与(S i／N i)FM呈线性关系，m f越大，输出信噪比的改善越明显。

c．在门限值以下时，(S o／N o)FM随(S i／N i)FM的下降而急剧下降，m f越大，输出信噪比下降越快。

4．预加重和去加重（1）加重的原因针对鉴频器输出噪声呈抛物线形状的特点，采用加重技术来改善调频解调器的输出信噪比。

（2）加重的设计思想预加重和去加重的设计思想是保持输出信号不变，有效降低输出噪声，以达到提高输出信噪比的目的。

2ASK系统的抗噪声性能分析作者：郭帅指导老师：金中朝摘要：2ASK是利用载波的幅度变化来传递数字信息的，而其频率和初始相位保持不变。

在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“ 1 ”。

有载波输出时表示发送“ 1 ”，无载波输出时表示发送“ 0”。

2ASK信号解调的常用方法主要有包络检波法和相干检测法。

虽然2ASK信号中确实存在着载波分量，原则上可以通过窄带滤波器或锁相环来提取同步载波，但这会给接收设备增加复杂性。

因此，实际中很少采用相干解调法来解调2ASK信号。

但是，包络检波法存在门限效应，相干检测法无门限效应。

所以，一般而言，对2ASK系统，大信噪比条件下使用包络检测，即非相干解调，而小信噪比条件下使用相干解调。

关键字：2ASK,数字调制‘system view1引言通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。

消息有模拟消息 (如语音、图像等)以及数字消息(如数据、文字等)之分。

所有消息必须在转换成电信号(通常简称为信号)后才能在通信系统中传输。

相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的；但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。

数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。

通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。

数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统。

数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。

因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。

近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。

本文主要分析2ASK数字通信的工作原理，并给出同步检测法和包络检波法的分析模型及系统性能分析。

2 2ASK调制原理数字幅度调制又称幅度键控( ASK)，二进制幅度键控记作2ASK 2ASK是利用代表数字信息“ 0”或“ 1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。

参考样卷1（一） 填空题 (每空5分)1．根据仙农信道容量公式，信道频带宽度可以和信噪比 互换，无限增加信道带宽，能否增大信道容量？否2．目前我国移动通信中有下列三种多址方式，频分多址FDMA ，时分多址TDMA ，码分多址CDMA 。

模拟移动通信采用FDMA 多址方式，全球通GMS 采用TDMA 多址方式。

3．已知下列两个码组，C1=（10110），C2-（01000）C2 码组的重量W （C2）=1，C1，C2两码组之间的距离（码距）为W （C1，C2）=4。

4．调频信号鉴频解调器输出噪音功率谱的形状是和频率有抛物线形状关系 ，改善调频系统信噪比的简单方法是预加重和去加重 。

5．数字复接中，帧同步码的作用是 接收端识别出帧同步码后，即可建立正确的路序。

；二次群准同步复接中，塞入码的作用是 调整码速 。

6．在语音信号脉冲编码调制中，采用非均匀量化的目的是降低信息速率，压缩传输频带。

（P129）我国的脉冲编码调制系统，采用哪种对数压缩特性？A 率对数压缩特性。

7，设语音信号的最高频率为3.4khz, 则双边带调幅信号带宽为6.8KHz ，调频指数为10的调频信号的带宽为KHz f m FM 8.74)1(2=+β。

8. 计算机局域网（以太网）中采用的数字基带信号的码型为曼切斯特码（数字双相码），与AMI 码相比，HDB3码的主要优点是便于定时恢复。

9．在数字调制性能评价时，常用到Eb/N0，其含义是比特平均能量噪音单边功率密度比，BPSK 与QPSK 调制在相同Eb/N0时误比特率相同，这是否意味相同信息速率时两者信噪比相同？不同。

10．多进制数字调制中，基带信号常采用格雷码，其目的是减少解调误码率，设QPSK 信号的0相位对应的格雷码为00，分别给出90，180，270 相位对应的格雷码。

01，11，10。

（二）问答题1． （10分）数据通信开放系统互联模型的七层协议是什么内容？调制解调器属于哪一层？ 答：数据通信开放系统互联模型的七层协议是物理层，链路层、网络层、运输层——低层会晤层、表示层、应用层——高层, 调制解调器属于物理层。

参考样卷1（一） 填空题 (每空5分)1．根据仙农信道容量公式，信道频带宽度可以和信噪比 互换，无限增加信道带宽，能否增大信道容量否2．目前我国移动通信中有下列三种多址方式，频分多址FDMA ，时分多址TDMA ，码分多址CDMA 。

模拟移动通信采用FDMA 多址方式，全球通GMS 采用TDMA 多址方式。

3．已知下列两个码组，C1=（10110），C2-（01000）C2 码组的重量W （C2）=1，C1，C2两码组之间的距离（码距）为W （C1，C2）=4。

4．调频信号鉴频解调器输出噪音功率谱的形状是和频率有抛物线形状关系 ，改善调频系统信噪比的简单方法是预加重和去加重 。

5．数字复接中，帧同步码的作用是 接收端识别出帧同步码后，即可建立正确的路序。

；二次群准同步复接中，塞入码的作用是 调整码速 。

6．在语音信号脉冲编码调制中，采用非均匀量化的目的是降低信息速率，压缩传输频带。

（P129）我国的脉冲编码调制系统，采用哪种对数压缩特性A 率对数压缩特性。

7，设语音信号的最高频率为, 则双边带调幅信号带宽为，调频指数为10的调频信号的带宽为KHz f m FM 8.74)1(2=+β。

8. 计算机局域网（以太网）中采用的数字基带信号的码型为曼切斯特码（数字双相码），与AMI 码相比，HDB3码的主要优点是便于定时恢复。

9．在数字调制性能评价时，常用到Eb/N0，其含义是比特平均能量噪音单边功率密度比，BPSK 与QPSK 调制在相同Eb/N0时误比特率相同，这是否意味相同信息速率时两者信噪比相同不同。

10．多进制数字调制中，基带信号常采用格雷码，其目的是减少解调误码率，设QPSK 信号的0相位对应的格雷码为00，分别给出90，180，270 相位对应的格雷码。

01，11，10。

（二）问答题1． （10分）数据通信开放系统互联模型的七层协议是什么内容调制解调器属于哪一层 答：数据通信开放系统互联模型的七层协议是物理层，链路层、网络层、运输层——低层会晤层、表示层、应用层——高层, 调制解调器属于物理层。

第6章 数字信号的载波传输 203 26261610102 1.610n a r σ−−×===× 采用相干解调时，系统误码率为4117.31022e P −===× （3）采用非相干解调时，系统的误码率为/25311e e 3.371022r e P −−−===× 3．匹配滤波系统性能 参照图5-21，2FSK 系统的信号样本为：1122()cos 1()......0()cos 0 s s t a t s t t T s t a t ωω=⎧=<<⎨=⎩发送“”时发送“”时 满足在码元周期内有整数个载波周期条件：122π,2π,s T n T m n m ωω==∈、整数。

匹配滤波器的单位冲激响应1122()cos 1()......0()cos 0 s h t a t h t t T h t a t ωω=⎧=<<⎨=⎩发送“”时发送“”时 2FSK 系统采用频率正交条件的样本波形时，ρ12＝0，212/2s E A T E E ===，对于P (0)=P (1)，最佳判决门限为0，带入式（5.6-31）得：e P = 6.3.3 2PSK 和2DPSK 的抗噪声性能1．2PSK 的相干解调性能分析2PSK 相干解调系统模型与图6-19（a ）相同。

在一个码元持续时间s T 内，低通滤波器的输出波形可以表示为()1()()c c a n t x t a n t +⎧⎪=⎨−+⎪⎩发送“”时发送“0 （6.3-45）上式中，当发送“1”时，()x t 的一维概率密度函数服从均值为a ，方差为2nσ的高斯分布。

当发送“0”时，()x t 的一维概率密度函数服从均值为-a ，方差为2n σ的高斯分布。

()x t 经抽样后的判决准则为：()x t 的抽样值x 大于0时，判为“1”码；x 小于0时，判为“0”码。

当发送“1”码和“0”码的概率相等时，系统总误码率可以由下式计算101(1)(0)2e e e P P P P P =+= （6.3-46） 当1r 时，可得”时。

《通信原理》习题参考答案第四章4-1. 已知线性调制信号表示式如下：(1) t t c ωcos cos Ω(2) ()t t c ωcos sin 5.01Ω+式中，ωc ＝6Ω。

试分别画出它们的波形图和频谱图。

解：(1)t Ωcos 和t c ωcos 的波形分别如下：t c ωcos 的频谱为：()()[]c c ωωδωωδπ-++ ∴t t c ωcos cos Ω的频谱为：()()[]()()[]{}c c ωωδωωδπωδωδππ-++*Ω-+Ω+21()()()()[]c c c c ωωδωωδωωδωωδπ-Ω-+-Ω+++Ω-++Ω+=2()()()()[]c Ω-+Ω-+Ω++Ω+=75572ωδωδωδωδπ(2) ()t Ω+sin 5.01和t c ωcos 的波形分别如下：两波形相乘可得到如下波形：()t t t t t c c c ωωωcos sin 5.0cos cos sin 5.01Ω+=Ω+ ∵t c ωcos 的频谱为：()()[]c c ωωδωωδπ-++t Ωsin 的频谱为：()()[]Ω--Ω+ωδωδπj∴()t t c ωcos sin 5.01Ω+的频谱如下：()()[]()()[]()()[]{}c c c c j ωωδωωδπωδωδππωωδωωδπ-++*Ω--Ω++-++215.0()()[]()()()()[]{}c c c c c c jωωδωωδωωδωωδπωωδωωδπ-Ω---Ω+++Ω--+Ω++-++=4 ()()[]()()()()[]{}Ω--Ω-+Ω+-Ω++Ω-+Ω+=7557466ωδωδωδωδπωδωδπj频谱图如下：4-3. 已知调制信号()()()t t t m ππ4000cos 2000cos +=载波为t π410cos ，进行单边带调制，试确定该单边带信号的表达式，并画出频谱图。

通信原理复习题（含答案）要点通信原理复习题一、单项选择题1.数字通信相对于模拟通信具有（Ｂ)。

A．占用频带小Ｂ.抗干扰能力强C．传输容量大Ｄ．易于频分复用２.对于M进制的离散消息源消息源,其平均信息量最大时的概率分布为( Ａ)。

A.均匀分布B．正态分布C．瑞利分布 D.指数分布3．某二进制信源，各符号独立出现,若“１”符号出现的概率为3/4，则“0”符号的信息量为( B ）bｉｔ。

A. １B.2 Ｃ.1.5 Ｄ.2．54、已知二进制离散信源（0，1），每一符号波形等概独立发送，传送二进制波形之一的信息量为（B ）Ａ．1 biｔ／s B．1 bｉｔC．2 bit/s D．2bit5、如果在已知发送独立的符号中,符号“E”出现的概率为0.125,则符号“E”所包含的信息量为：（ C )A、1bｉtＢ、2ｂit Ｃ、3 bit D、４bit6、离散信源输出五个不同符号，若各符号概率分别为1/2,１/4,１/8,１/１6,１/16，则该信源的熵为多少( B. ）。

A． 1.5biｔ/符号 B. 1.８75 ｂit/符号Ｃ. 2 ｂit/符号 D. 1 ｂit/符号7、离散信源输出四个不同符号,若各符号概率分别为1/２,１/4，１/8，1/8，则该信源的熵为多少（C．）。

A.1．5bit/符号B．１．８75bit/符号C．1.75bit／符号 D.1 bit/符号8、数字通信中,在计算码元速率时,信号码元时长是指( C．）Ａ．信号码元中的最短时长B．信号码元中的最长时长C. 信号码元中的平均时长D．信号码元中的任意一个码元的时长9、一个二进制数字信号码元时间长度为0.1μs,在传输过程中平均2.５秒产生一个错码,则其平均误码率近似为( D )A. ５×１０-6B.2×10-８C．２×1０-7 D.4×1０-8１0、已知一个8进制信号的符号速率为4800波特，则其对应的信息速率是( D)Ａ．48００ｂｉt/ｓ B.2400ｂit/s C.960０ｂit/s D．1４400ｂit ／s１1、下列哪个描述不符合数字通信的特点( B )A.抗干扰能力强B. 占用信道带宽窄C.便于构成综合业务网D.可以时分复用12、下面描述正确的是：(A.)A. 数字通信系统的主要性能指标是传输速率和差错率；B. 从研究消息的传输来说,通信系统的主要性能指标是其标准性和可靠性;Ｃ．对于数字通信系统，传码率和传信率是数值相等,单位不同的两个性能指标；D. 所谓误码率是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例。