bask_bask -bask表述与门限效应
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式中,为载波角频率,s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列其中,g(t)是持续时间为、高度为1的矩形脉冲,常称为门函数; 为二进制数字
2ASK信号的产生方法(调制方法)有两种,如图所示。图(a)是一般的模拟幅度调制方法;图(b)是一种键控方法,这里的开关电路受控制。图(c)给出了及的波形示例。二进制幅度键控信号,由于一个信号状态始终为0,相当于处于断开状态,故又常称为通断键控信号(OOK信号)。
2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中,连续谱取决于数字基带信号经线性调制后的双边带谱,而离散谱则由载波分量确定。如下图:
2ASK信号解调的常用方法主要有包络检波法和相干检测法。在相同大信噪比情况下,2ASK信号相干解调时的误码率总是低于包络检波时的误码率,即相干解调2ASK系统的抗噪声性能优于非相干解调系统,但两者相差并不太大。然而,包络检波解调不需要稳定的本地相干载波,故在电路上要比相干解调简单的多。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。
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。例 某2ASK信号的码元速率=4.8×10 波特,接收端输入信号的幅度A=1mV,信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度n0 =2×10 W/Hz。
(1)接收端带通滤波器带宽
带通滤波器输出噪声的平均功率
解调器输入信噪比
于是,根据式(17)可得包络检波法解调时系统的误码率
(2)同理,根据式(26)可得同步检测法解调时系统的误码率
bask_bask -二进制幅度键控2ASK
一般原理与实现方法
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。有载波输出时表示发送“1”,无载波输出时表示发送“0”。借助于第3章幅度调制的原理,2ASK信号可表示为
(1)
式中,为载波角频率,s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列
(2)
其中,g(t)是持续时间为、高度为1的矩形脉冲,常称为门函数;为二进制数字
(3)
2ASK信号的产生方法(调制方法)有两种,如图1所示。图(a)是一般的模拟幅度调制方法,不过这里的s(t)由式(2)规定;图(b)是一种键控方法,这里的开关电路受s(t)控制。图(c)给出了s(t)及的波形示例。二进制幅度键控信号,由于一个信号状态始终为0,相当于处于断开状态,故又常称为通断键控信号(OOK信号)。
2ASK信号解调的常用方法主要有两种:包络检波法和相干检测法。
包络检波法的原理方框图如图2所示。带通滤波器(BPF)恰好使2ASK信号完整地通过,经包络检测后,输出其包络。低通滤波器(LPF)的作用是滤除高频杂波,使基带信号(包络)通过。抽样判决器包括抽样、判决及码元形成器。定时抽样脉冲(位同步信号)是很窄的脉冲,通常位于每个码元的中央位置,其重复周期等于码元的宽度。不计噪声影响时,带通滤波器输出为2ASK信号,即,包络检波器输出为s(t)。经抽样、判决后将码元再生,即可恢复出数字序列。
相干检测法原理方框图如图3所示。相干检测就是同步解调,要求接收机产生一个与发送载波同频同相的本地载波信号,称其为同步载波或相干载波。利用此载波与收到的已调信号相乘,输出为
经低通滤波滤除第二项高频分量后,即可输出s(t)信号。低通滤波器的截止频率与基带数字信号的最高频率相等。由于噪声影响及传输特性的不理想,低通滤波器输出波形有失真,经抽样判决、整形后再生数字基带脉冲。
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。
信号的功率谱及带宽
前面已经得到,一个2ASK信号可以表示成(4)
这里,s(t)是代表信息的随机单极性矩形脉冲序列。
现设s(t)的功率谱密度为 ,的功率谱密度为 ,则由式(4)可以证得
(5)
对于单极性NRZ码,有
(6)
代入式(5),得2ASK信号功率谱
(7)
其示意图如图4所示。
由图4可见:
(1)2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中,连续谱取决于数字基带信号s(t)经线性调制后的双边带谱,而离散谱则由载波分量确定。
(2)如同第3章分析过的双边带调制一样,2ASK信号的带宽 是数字基带信号带宽 的两倍。
(8)
图4 2ASK信号的功率谱
(3)因为系统的传码率 (Baud),故2ASK系统的频带利用率为
(9)
这意味着用2ASK方式传送码元速率为 的二进制数字信号时,要求该系统的带宽至少为 (Hz)
系统的抗噪声性能
如前所述,通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声的能力。在数字系统中它通常采用误码率来衡量。由于加性噪声被认为只对信号的接收产生影响,故分析系统的抗噪声性能只需考虑接收部分。假定信道噪声为加性高斯白噪声n(t),其均值为0、方差为 ;接收的信号为
(10)
3.1 包络检测时2ASK系统的误码率
对于图2所示的包络检测接收系统,其接收带通滤波器BPF的输出为
(11)
其中, 为高斯白噪声经BPF限带后的窄带高斯白噪声。
经包络检波器检测,输出包络信号
(12)
由式(11)可知,发“1”时,接收带通滤波器BPF的输出y(t)为正弦波加窄带高斯噪声形式;发“0”时,接收带通滤波器BPF的输出y(t)为纯粹窄带高斯噪声形式。于是,根据2.5节的分析,得:发“1”时,BPF输出包络x(t)的抽样值x的一维概率密度函数 服从莱斯分布;而发“0”时,BPF输出包络x(t)的抽样值x的一维概率密度函数 服从瑞利分布,如图5所示。
x(t)亦即抽样判决器输入信号,对其进行抽样判决后即可确定接收码元是“1”还是“0”。我们规定,倘若x(t)的抽样值 ,则判为“是1码”;若 ,判为“是0码”。显然,选择什么样的判决门限电平 与判决的正确程度(或错误程度)密切相关。选定的 不同,得到的误码率也不同。这一点可从下面的分析中清楚看到。
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”,其概率记为P(0/1)。由图5可知
(13)
(14)
式中, 分别为图5所示阴影面积。假设发送“1”码的概率为P(1),发送“0”码的概率为P(0),则系统的总误码率 为
(15)
当P(1)=P(0)=1/2,即等概时
(16)
也就是说, 就是图10中两块阴影面积之和的一半。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。采用包络检波的接收系统,通常是工作在大信噪比的情况下,可以证明,这时的最佳门限 ,系统的误码率近似为
(17)
式中, 为包检器输入信噪比。由此可见,包络解调2ASK系统的误码率随输入信噪比r的增大,近似地按指数规律下降。
必需指出,式(17)是在等概、大信噪比、最佳门限下推导得出的,使用时应注意适用条件。
3.2 相干解调时2ASK系统的误码率
2ASK信号的相干解调接收系统如图3所示。图中,接收带通滤波器BPF的输出与包络检波时相同,为
(18)
取本地载波为,则乘法器输出
将式(18)代入,并经低通滤波器滤除高频分量,在抽样判决器输入端得到
(19)
可知,为高斯噪声,因此,无论是发送“1”还是“0”,x(t)瞬时值x的一维概率密度 都是方差为的正态分布函数,只是前者均值为A,后者均值为0,即
(20)
(21)
其曲线如图6所示。
类似于包络检波时的分析,不难看出:若仍令判决门限电平为 ,则将“0”错判为“l”的概率P(1/0)及将“1”错判为“0”的概率P(0/1)分别为
(22)
(23)
式中, 分别为图6所示的阴影面积。假设P(1)=P(0),则系统的总误码率为
(24)
且不难看出,最佳门限 。
综合式(20)~式(24),可以证明,这时系统的误码率为
(25)
式中,为解调器输入信噪比。当时,上式近似为
(26)
上式表明,随着输入信噪比的增加,系统的误码率将更迅速地按指数规律下降。
必须注意,式(25)的适用条件是等概、最佳门限;式(26)的适用条件是等概、大信噪比、最佳门限。
比较式(26)和式(17)可以看出,在相同大信噪比情况下,2ASK信号相干解调时的误码率总是低于包络检波时的误码率,即相干解调2ASK系统的抗噪声性能优于非相干解调系统,但两者相差并不太大。然而,包络检波解调不需要稳定的本地相干载波,故在电路上要比相干解调简单的多。