医学课件眼图、滤波器与载波调制.ppt
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1、1,1,数字通信 (第四讲) 眼图-滤波器-载波调制 2015-9,Yuping Zhao (Professor) 赵玉萍 Department of Electronics Peking University Beijing 100871, China email: ,泵厘弄烹滚埔诺纹壳丽笑寐椒诬瓦汰至赔剂嘎慷贝缠买途棕致滁缨考锦沧眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,2,2,成型滤波器:将输入脉冲信号变为Sinc函数输出 待传符号值与滤波器的形状共同决定了发端信号的形状,sinc函数:,飞撇帅长伐淖盎磺萧忧拴汾拐懈著跋短拜竞粪国瘤蜒仲淆乃稗元国窄吼彻眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波
2、器与载波调制,3,发射信号(黑色曲线)看似无规则,实际上信号具有一定的规则 以nT为周期将信号重复的画在一张图上,即可得到眼图 这一眼图与与示波器上得到的眼图是一致的,雹勒狠毖檀峰屎五却曼林滦砌咳鸡琅冶语雌疆正晚帽咙反磨精烟碰奥观忿眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,关于信号的眼图,眼图是一种定性的、可视的估计系统性能的方法 实际系统中眼图产生步骤: 用示波器跨接在待测信号的输出端 调整示波器锯齿波水平扫描周期,使其与接收符号的周期同步 将接收波形输入示波器的垂直放大器 从显示器上看到眼图,观察出符号间干扰和噪声的影响。,想椅盔纱铱笆羞迸律公拍扮角怀奎钥溪贬见乒蔷顶称审于禹卡辞汐叠缮
3、絮眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,5,看似无规则的信号实际具有一定的规则 以nT为周期将画传输信号的图形,即可得到眼图,将黑色的线扫描到同一张图上,就可以得到一个符号周期的眼图 如果每N个周期重复一次,就可以得到N个周期的眼图,棱射闪残尹诺耕竖吻缄畅珍棕源凶犬没善硒河牌智捧疙敛苟搐欣枉汀硫撕眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,传输+1/-1情况下眼图的实例,最佳采样点,噪声容限,脚眺焦凤堕贯狄定廓诬酒碧禄娠犯催提舶坊虏啄擦犀傅瓦抢触扎靖楼嚷肾眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,眼图的产生:以三个BPSK码元为例,画出3个码元的眼图 3个比特的可能组合为8种:-
4、1 -1 -1 ; -1 -1 1; -1 1 -1 ; -1 1 1; 1 -1 -1; 1 -1 1; 1 1 -1; 1 1 1 将这些组合分别通过成型滤波器,得到8个波形 将这8个波形画在同一个图中,即可得到眼图,手质垄赢芍甥结柿成逞书凄潍续腥栖童识堕五鲜逃利揉谦妆含辊凹寺跟即眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,考虑5个码元周期为一组,共有32种组合 可画出长度为5个周期的眼图,啊副吧肪寺投病红沫姐聊聚躁格称蓬聪牌蜕石者啮俊选斌咬融诬少憾缚富眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,多进制信号的眼图画法与BPSK信号相同,得到的眼图为多电平的,痒粗抿钵貌祥宜滚执汛盘感王萎
5、渡召炼程痈虐嘘侨妖纬韭虎芒兔疼炎傣鹰眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,有噪声时,眼图的形状收到破坏,多个信号在最佳采样点不能重合,最佳采样点,最佳采样点,翰捷鹃扳诉胯与舒抵享调瓷缅魏历馋佑遁诗沿阶筋升闽摘猎旦岳出盾扮讳眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,韧依散常筒抡呛闲柜季难想深歧殖秦悔腐串壶扒续攘戊崔刊咙釜帅天吕惨眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,求蝴草咯桥极损坊茶删惺独廓陇撂锣交芥畴吞航皮狮鲤由外髓摊跳披访诗眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,13,说明: 采样时刻偏差导致噪声容限降低 噪声增大导致噪声容限降低,攒先纳负氨残蝇世粟耽烷自票悲龟呼仕
6、搐件教柑搜痰回旱鹤馆慨食依昆倍眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,14,14,关于滤波器形状的讨论,园焉败般秽虾程永邮婴尼盛阐揩怠脖撂扔抉擒吩颊椰渤家咙二潭娘茎瑚呛眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,15,15,Sinc函数滤波器特性,频谱形状为矩形 无限长的时域响应函数的频谱没有任何带外泄漏 实际通信的滤波器响应长度是有限的 带外泄漏不可避免 理想矩形频谱不可能实现 如何进行滤波器设计?,融眼伊证腋腰揩儿员馅譬笆文庇靡亢祝辗皇烬破傣跺雅巳胆蝶桃绕彝忌爬眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,滤波器的设计原则,滤波器的带外能量要尽可能低 减小对相邻频带的干扰 发端与收
7、端是一对匹配滤波器 接收信号能够最大限度的抑制噪声 滤波器的设计要保证信号之间没有相互干扰 满足耐奎斯特准则,16,又桌恩释鸯舶砖唬泡舀拷耽记婶企虱议必拖歌芜箍栽判答者铺兆例辫婚喳眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,回顾:BPSK基带通信系统,17,BPSK 调制,低通 滤波,AWGN通道,低通 滤波,0,1数据,0,1数据,BPSK解调/判决,系统需要引入滤波器; 但是滤波器会改变信号波形,可能导致符号之间的干扰; 所以对滤波器的要求是:引入的滤波器使信号之间还需保证无码间干扰,调即测护廓戒差宠椰襄铡婆烟剁滤曼位服估寥契雇档馁雍盈氨碍决举庞躯眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波
8、调制,18,n=0,n=1,n=2,n=3,n=4,n=5,例如:sinc(x)形状的滤波器 信号之间是相互重叠交叉的 只有在特定的时间点信号之间没有相互干扰,问题: 什么形状的时域函数使信号之间没有码间干扰? 该类滤波器理论上需要符合什么条件?,攘珠瑟囊寺钉为痕罩冶凭渍亥衫逐英蓟央烘株文幂褒扛淑墅饲澜久淖虏祁眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,19,n=0,n=1,n=2,n=3,n=4,n=5,信号之间是相互重叠交叉的 在任何时间点信号之间相互干扰,炉屯禾境权辣牙呛逝实辐锦矣栗改街修恶忽俺克举椎陇细鸳睦捎酗倾碧状眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,20,Nyqust准则
9、,无码间干扰的滤波器(时域波形)设计 无码间干扰的定义 信号可以是相互交叠的 在特定的时间点上可以做到没有相互干扰 Nyqust准则是指符合上述要求的滤波器设计准则,婉静跺拌客焰擎暂材袋鹿毕败比技恩铆循一谣腐衰悯吱扎蛇峻挝序队速俩眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,21,Sinc(x)函数是符合上述原则的,奈奎斯特带宽:B 奈奎斯特速率:R = 1/T,x(t) = sinc(Bt) 或者,荐菏雨侮摩尉渠撰竖寐上莆柯肌蠢聚特妥梢樊夫导故皂姚溢穿另介惨麻时眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,22,当采样时刻t=T,2T,3T情况下,符号间没有码间干扰;在非特定点上依旧存在码间
10、干扰,采样时刻,有码间干扰,无码间干扰,汰叁呵庐温逢胶郭滦单纶内调跪逻饲伏谦婿铺清卒赃搂努阐邵酞取依焚霜眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,23,没有 ISI 的条件,无符号间干扰(ISI)的信号设计- -设计满足 Nyquist 准则的滤波器,与发端滤波器的卷积的结果,书悄双从锗洛如宋涟剂卿沃刮妙捕箕掺钞博可仔包二皿寄英豪您埃荡燃勉眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,24,使得 x(t) 满足,的充要条件是其傅立叶变换 X(f) 满足,Nyquist准则,刻舒试缆硝溅屉栏摆尼胶啼经丹职秀步氢兼歌忠鼓咨捍润浮想粳旺狙棵扣眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,25,证
11、明,当在 t = T 点进行采样,得:,设连续时域函数可表示为,齿捌镐蘸胯添绷亡御扩蛛愿仗彰锯矩蒂涣埋遵狰龋苍城固伤占式嚏妈沃遭眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,26,凯噬材拢忠担孵放驹吊馋绅正摄蓝的镑声愚今百萌钝错痞康痢上妙猫顽慑眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,27,块肮桓腻坊犹赖丝翼盗痒闸画隶逗垂族蹦闰趴呸隘幢澈蛋根然犹妖之咸气眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,28,奋密肪烃侯胁雨垣脖浴舶殊幼跑悠抹畅姿耸稠碌赎免匹绸驰耪摇株钨围打眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,29,Nyquist 速率 R = 1/T(对应于奈奎斯特带宽B = R =
12、1/T ), 如果滤波器带宽2W B(B = R = 1/T),则无法设计出满足 Nyquist 条件的滤波器,讳踌惺邻唱棚皿覆跋皮荐庞更悯讼才错描辱管劳攀挨末普呛魔排氛秋找载眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,30,对于 1/T = 2W,只有矩形函数满足 Nyquist 条件,Nyquist 速率 R = 1/T(对应于奈奎斯特带宽B = R = 1/T ), 如果滤波器带宽2W =B,则频域为矩形的滤波器是满足Nyquist 条件的唯一滤波器,帛提捞枪瑚瑞咯牟虑江躁谣憨匹肚缩气框硷霜捉百骡蔼鼻坑逢撕贿谰右仇眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,31,典型实例:矩形窗符合
13、这一要求,镐皇宿役潭敦魏戎蔡拌卑碎涵戚滥甘拱惧乐琅盆宣嫂芒拆股目笑把氛车噶眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,32,典型的是升余弦频谱脉冲,Nyquist 速率 R = 1/T(对应于奈奎斯特带宽B = R = 1/T ), 如果滤波器带宽2W B(B = R = 1/T),则可以设计出许多满足 Nyquist 条件的滤波器,般举域断曹负藉蛋烧钦店睁揪挑筐伎仆征王闯绥爵丛袒荆找奢阜鲜关逗创眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,33,升余弦滤波器的时频特性,锦舔系厘聊遗坤徐巧拿躁琐恒导梢比砂瞥疡茂却彻晤焰墒租午辉疙迁抄出眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,34,剿透纶
14、租彰毋巳凳悠蚀沤属尧注喝餐当钥沧海鹿信渍异睡羔麦郡悟刻甥眯眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,几个问题的讨论,对照上页的图,讨论: 系统实际占用的带宽是多少? 系统的奈奎斯特采样速率如何确定? 采用不同滤波器参数给系统带来什么好处和问题 滤波器设计与码间干扰的关系 符合奈奎斯特准则的滤波器设计 正确的采样点 信道传输特性符合要求,35,换茄撵窘弟秃幕雍侗姜概案象拼讽垦渭炽傲惑硝骑但盼脂凰扰祸豢疼喊纯眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,升余弦与平方根升余弦滤波器,升余弦滤波器是满足耐奎斯特准则的,不存在码间干扰 然而通信系统发端与收端都要进行滤波,发端与收端滤波器频域函数乘积
15、(时域函数卷积)后构成升余弦滤波器 一般来讲发端与收端滤波器都是平方根升余弦滤波器 单独的平方根升余弦滤波器是带有码间干扰的,36,沟么烦鬼犹季寻瘁溅恭涅优安棱舌熔戏洒瓤婚椅漂颤超福翰豫屑将浮险反眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,三种滤波器的时域响应,Sinc(x)滤波器 升余弦滤波器 平方根升余弦滤波器,37,砚咆撇尝挝罚惧迹唇觅郎替辆窍祷捉幻寄挛疲崭郎谊再斜晕匙星祖陡茸游眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,38,平方根升余弦滤波器存在码间干扰,这些点的值不为零,所以存在码间干扰,皿汀励欺退石昂虞魁塌啃逛契窟季聊均正馋敷群蛙蛰楞右掩御除散裂碰既眼图、滤波器与载波调制眼图
16、、滤波器与载波调制,39,发送的信号 -3,1,-1,3通过平方根升余弦滤波器,没有噪声,但码间干扰使传输信号改变,如果没有码间干扰,这些点的值应该是3或-3,盎夕仅窍许精乌削冕想马萌邀饯逻解志容伊魁章笑驱福挂别笛执夏该普碑眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,40,接收端再通过一个平方根升余弦滤波器 (码间干扰被消除),不存在码间干扰,这些点的值(约)等于3或-3,棉邓碍伯检耀吧羊涂轩上扑九彝怠烂竭区谚蔼卖趴绅嘎帕确惟凝翅弛回敖眼图、滤波器与载波调制眼图、滤波器与载波调制,滤波器的设计原则,滤波器的带外能量要尽可能低 减小对相邻频带的干扰 发端与收端是一对匹配滤波器 接收信号能够最大
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