通信原理相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能

1、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)通信教研室張偉明理 工 大 學 通 信 工 程 學 院理 工 大 學 通 信 工 程 學 院5正弦載波數(shù)字調(diào)制n5.1概述n5.2二進制數(shù)字調(diào)制原理n5.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能n5.4二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較n5.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)5.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能n5.3.1相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能n5.3.2非相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能n5.3.3其它解調(diào)系統(tǒng)5.3.1相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能無論是哪一種調(diào)制，在某一個碼元間隔內(nèi)，無論是哪一種調(diào)制，在某一個碼元間隔內(nèi)，實際只有一種確定的波形輸出實際只有一種確定的波

2、形輸出 1 0 0 1( )s t2FSKt2PSKt2ASKt因此二進制調(diào)制信號實際上就是二元確知因此二進制調(diào)制信號實際上就是二元確知信號，即頻率及相位均精確已知的信號信號，即頻率及相位均精確已知的信號 我們可以利用二元確知信號相同的分析方我們可以利用二元確知信號相同的分析方法和結(jié)論法和結(jié)論5.3.1相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：二進制調(diào)制信號的相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：二進制調(diào)制信號的統(tǒng)一表示統(tǒng)一表示10( )1( )0,( )0bs te ttTs t發(fā)送符號“”時發(fā)送符號“ ”時0011: ( )( )( )0: ( )( )( )bHr ts tn ttTHr ts tn t 接收波形接

3、收波形發(fā)送波形發(fā)送波形接收機的目的接收機的目的判斷發(fā)送的到底是比特判斷發(fā)送的到底是比特0還是比特還是比特1接收機的基本結(jié)構(gòu)接收機的基本結(jié)構(gòu)二元檢測二元檢測接收機的基本結(jié)構(gòu)（條件：接收機的基本結(jié)構(gòu)（條件：n(t)為為AWGN）一元檢測一元檢測二元檢測二元檢測5.3.1相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：最佳接收機結(jié)構(gòu)相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：最佳接收機結(jié)構(gòu)0( )bTdt0( )bTdt1( )s t0( )s t判決dV相關(guān)接收最佳檢測y( )s t( )n t( )r t ka1、0等概等能量001()ln2()dnp HVp H0(1)122beEperfcn100( )( )bTbs t s t

4、dtE220100( )( )bbTTbESt dtSt dt相關(guān)系數(shù)信號能量01124beEperfcn001(1)ln2bdp HEVnp H1、0等能量1、0不等能量1、0等概不等能量5.3.1相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：2ASK1( )coscs tt0( )bTdt判決dV( )r t1( )coscs tt ka( )n t2( )ASKet1、0不等能量0( )0s t 001(1)ln2bdp HEVnp H001ln2bdp HEVnp H=0 等概 2bdEV0124beEperfcn5.3.1 2ASK相干解調(diào)相干解調(diào)各點波形示意圖各點波形示意圖門

5、限值可以實現(xiàn)信號頻譜的反搬移！取樣判決器tcfbTt2cos2)(位定時abcde)()()(2tntstxASK圖6.2.4 2ASK信號的相干解調(diào)器接收信號bTdt0 5.3.1相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：2FSK0( )bTdt0( )bTdt2cos2f t1cos2f t判決dV相干解調(diào)最佳檢測y( )s t( )n t( )r t ka2( )FSKet12( )cos2s tf t01( )cos2s tf t一般選擇兩頻率正交，即滿足=0 0122beEperfcn001(/2)ln()/ ()dVnp Hp H0dV等概 0(1)122beEperfc

6、n=05.3.1相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：2PSK0(1)122beEperfcn=1 012beEperfcn001(/2)ln()/()dVnp Hp H0dV等概 0( )bTdt0( )bTdt2cos2f t1cos2f t判決dV相干解調(diào)最佳檢測y( )s t( )n t( )r t ka2( )FSKetcos2cf tcos2cf ttftSc2cos)(0tftSc2cos)(15.3.1 2PSK相干解調(diào)各點波形示意圖相干解調(diào)各點波形示意圖10110011011001結(jié)論結(jié)論n在信號能量相同的情況下，二進制調(diào)制信號采用相干解調(diào)方式時，2PSK信號的

7、抗噪聲性能最好，2FSK信號其次（差3dB），2ASK信號最差（比2FSK差3dB）。n如果我們以“1”“0”碼元內(nèi)平均能量相等來衡量的話，則2ASK與2FSK性能相同，但均比2PSK信號差3dB。20124be ASKEperfcn20122be FSKEperfcn2012be PSKEperfcn5.3.1相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：2DPSK2PSK相干解調(diào)碼反變換器epep( )iy t輸出問題：當已知問題：當已知2PSK相干解調(diào)誤碼率相干解調(diào)誤碼率Pe時，時，Pe與與Pe之間的關(guān)系如何？之間的關(guān)系如何？0 0 1 0 1 1 0 1 1 10 0 0 1 1

8、 0 1 1 0 1 00 0 1 1 0 1 1 0 1 00 1 0 1 1 0 1 1 10 0 1 0X 0 1 1 0 1 00 1 1X 0X 1 0 1 1 10 0 1 0X 1X 1 1 0 1 00 1 1X 1 0X 0 1 1 10 0 1 0X 1X 0X 0X 1X 1 00 1 1X 1 1 0 1 0X 1發(fā)送絕對碼發(fā)送相對碼無錯：接收相對碼絕對碼錯1：接收相對碼絕對碼絕對碼錯2：接收相對碼錯5：接收相對碼絕對碼(a)(b)(c)(d)Tb5.3.1相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：2DPSKnePPPP222212PSK相干解調(diào)碼反變換器ep

9、ep( )iy t輸出Pn為碼反變換器輸入端相對碼序列連續(xù)出現(xiàn)n個錯碼的概率 n個碼元同時出錯與在該一串錯碼兩端都有一碼元不錯 neeeneenPPPPPP2)1 ()1 ()1 (222(1) ()neeeeePPPPP222(1)(1)neeeeePPPPP2111eeePPPeeePPP)1 (220112ebPerfcEnPe1 002bEZn04011244bEnbeEPeerfcn0412bEnePe信噪比Eb/n01 5.3.2非相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：非相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：2ASK0412bEnePe包絡解調(diào)包絡解調(diào)相干解調(diào)相干解調(diào)0124beEperfcn5.3.2

10、2ASK包絡解調(diào)各點波形示意圖包絡解調(diào)各點波形示意圖11110000001111圖6.2.8 2ASK 包絡解調(diào)器各點波形示意圖( )s t( )n t( )r t0( )bTdt0cost ka0( )bTdt0sint 判決 2 20X0Y0MdV5.3.2非相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：非相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能：2ASK試求（試求（1）相干解調(diào)法解調(diào)時系統(tǒng)總的誤碼率；（相干解調(diào)法解調(diào)時系統(tǒng)總的誤碼率；（2）包絡解調(diào)法解調(diào)時系統(tǒng)總）包絡解調(diào)法解調(diào)時系統(tǒng)總的誤碼率。的誤碼率。 例例6-2設某設某2ASK系統(tǒng)中二進制碼元傳輸速率為系統(tǒng)中二進制碼元傳輸速率為9600波特，發(fā)送波特，發(fā)送“1”符號和

11、符號和“0”符號的概率相等，接收端分別采用相干解調(diào)法和包絡解符號的概率相等，接收端分別采用相干解調(diào)法和包絡解調(diào)法對該調(diào)法對該2ASK信號進行解調(diào)。已知接收端輸入信號幅度信號進行解調(diào)。已知接收端輸入信號幅度A=1mV，信道，信道等效加性高斯白噪聲的雙邊功率譜密度等效加性高斯白噪聲的雙邊功率譜密度n0/2=4 10 13W/Hz。解：（解：（1）對于）對于2ASK信號，碼元傳輸速率為信號，碼元傳輸速率為9600波特，則碼元間隔為波特，則碼元間隔為1/1/9600bBTR16.276941115.97 10243.1416 65.1rerPerfceer（2）包絡解調(diào)法解調(diào)時系統(tǒng)總的誤碼率）包絡解調(diào)

12、法解調(diào)時系統(tǒng)總的誤碼率16.27684114.27 1022rePee96002102232bbTAE1 .651081960021013230nErb5.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能n5.3.1相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能n5.3.2非相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能n5.3.3其它解調(diào)系統(tǒng)5.3.3其它解調(diào)系統(tǒng)其它解調(diào)系統(tǒng)廣泛應用原因：廣泛應用原因：n簡單易行；簡單易行；n當信噪比很大時，性能接近于最佳接收的性能。當信噪比很大時，性能接近于最佳接收的性能。主要介紹：主要介紹：n2FSK信號過零檢測法信號過零檢測法n2FSK差分檢測法差分檢測法n2DPSK信號差分檢測法

13、信號差分檢測法 5.3.3其它解調(diào)系統(tǒng)：其它解調(diào)系統(tǒng)： 2FSK信號過零檢測法及差分檢信號過零檢測法及差分檢測法測法限幅微分整流脈沖形成低通輸出（a）（b）2( )FSKetabcdefabcdef圖6-19過零檢測法原理圖和各點時間波形5.3.3其它解調(diào)系統(tǒng)：其它解調(diào)系統(tǒng)： 2FSK信號過零檢測法及差分檢信號過零檢測法及差分檢測法測法帶通延遲低通抽樣( )iy t( )y t( )z t( )x t( )s t()y t圖6-20差分檢測法原理方框圖0=/2 1 當滿足條件當滿足條件cos 0 =0及及1時，輸出電壓將與角頻偏時，輸出電壓將與角頻偏呈線性關(guān)系呈線性關(guān)系 )(cos()cos(

14、)(00tAtAtz)cos(2)()(2cos202002AtA)cos(2)(02Atxsin2)(2Atx2)(2Atx5.3.3其它解調(diào)系統(tǒng)：其它解調(diào)系統(tǒng)：2DPSK信號差分檢測法信號差分檢測法 (a)帶通延遲bT低通抽樣2( )DPSKetacde定時脈沖b優(yōu)點優(yōu)點：（1）不需要專門的相干載波，因此是一種非相干解調(diào)方法 ；（2）抗頻率漂移能力、抗多徑效應以及抗相位慢抖動能力方面均優(yōu)于采用相干解調(diào)的絕對調(diào)相方式 ；缺點缺點： 抗AWGN能力不如采用相干解調(diào)的絕對調(diào)相方式0,12bEne DPSKPe)(2tsDPSKttttt1011001tacedf圖6.4.14 2DPSK相位比較

15、法解調(diào)器及各點波形示意圖bdtbT05正弦載波數(shù)字調(diào)制n5.1概述n5.2二進制數(shù)字調(diào)制原理n5.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能n5.4二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較n5.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)5.4.1誤碼率誤碼率421rerfc421re221rerfc221rererfc21re21表表6-2 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式一覽表二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式一覽表調(diào)制方式調(diào)制方式誤碼率誤碼率相干解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)非相干解調(diào)2ASK （大信噪比）（大信噪比）2FSK2PSK/2DPSK 2PSK 2DPSKPSKFSKASKrrr222420bErn橫向比較橫向比較 采用相干解調(diào)方式的

16、誤碼率低于采用非相干采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率解調(diào)方式的誤碼率縱向比較縱向比較5.4.1誤碼率誤碼率表表6-3 Pe=10-5時時2ASK、2FSK和和2PSK所需要的信噪比所需要的信噪比方式方式信噪比信噪比r倍倍分貝分貝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.65.4.1誤碼率誤碼率表表 6-4 r=10=10時時2ASK、2FSK和和2PSK/2DPSK的誤碼率的誤碼率方式方式誤碼率誤碼率Pe相干解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)非相干解調(diào)2ASK1.2610-24.110-22FSK7.910-43.3710-32PSK/2DPSK3.910-62.2710-55.4.1誤碼率誤碼率圖6-22 誤碼率Pe與信噪比r的關(guān)系曲線-8-4048121610-710-610-510-410-310-210-1非相干ASK相干ASK非相干FSK相干PSK差分相干DPSK相干FSKr/dBPe圖 7-32 誤碼率Pe與信噪比r的關(guān)系曲線差分檢測5.4.2頻帶帶寬頻帶帶寬bfB2bfB2212fffBb2ASK2PSK、2DPSK2