09接收机的构成原理3课稿.pptx

1数字通信数字通信 (第九讲第九讲)接收机的构成原理接收机的构成原理(3)2013Yuping Zhao(Professor)赵玉萍赵玉萍Department of ElectronicsPeking UniversityBeijing 100871,Chinaemail:2若发送信号频率为f1，则接收信号为：假设发送信号集为调制到互不交叠的载频 f1,f2,f3,f4M阶正交调制信号误码率推导阶正交调制信号误码率推导3在f1上接收信号的pdf函数可表示为 在其他频率上接收到的信号为4 利用非相干解调，由于只有一个频率发送信号，在接收的四个频率上选取幅度/能量最大者被判决为1，其余判决为0在f1,f2,f3,f4上接收信号的pdf函数(a)(b)(c)(d)5正确接收信号概率的求法：当发送信号为 s1时，接受信号采样值 r1 大于所有噪声采样值由于信号之间相互独立，其概率密度函数可以表示为各项的乘积，其中每一项为6因此正确接收概率为上式对所有M-1个分项都成立，即：错误接收概率为：注意：注意：1.f1发射信号时，接收信号错判为f2,f3,f4的概率是相等的，即这里不存在格林编码的问题。2.上式给出的是M元正交信号的误符号率，其误符号率与误比特率不存在k倍关系7误符号率与误比特率关系推导每个符号错成其他符号的概率为：（共有M-1个可能）每符号错n个比特的情况：平均每符号的错误比特数为：误比特率为（上式除以k）：8Orthogonal signals9设 ak 及 bk 均为二进制符号，编码端有：差分编码误码率推导10设 ak 及 bk 均为复数相位符号，则有表示为相位关系，则有11差分编码差分编码(DPSK)的解调的解调 接收信号相位与其前一个接收信号的相位相减 接收信号与其前一个符号相除设12DPSK信号解调框图信号解调框图13DPSK信号的误码率信号的误码率不失一般性，假设 k-k-1=0 与nk,nk-1具有同等量级。而 ,即两噪声的乘积远小于噪声本身因此化简后可得14这里讨论：讨论：DPSK的误码率求法与PSK相似 DPSK的噪声为两个噪声的和，其能量是PSK信号的两倍由此得到相位:1516 BPSK&4PSK have the same BER 4 phase DPSK worse than 2 phase DPSK17几种调制方式比较几种调制方式比较1。星座图。星座图2。载波携带信息方式。载波携带信息方式3。误码原因。误码原因4。误码特性及误码率求法。误码特性及误码率求法5。实际系统的问题。实际系统的问题18部分响应信号部分响应信号(Duobinary coding,correlative coding)设信息序列设信息序列 In(-1,+1),duobinary 编码器表示为编码器表示为部分响应信号误码率推导19Example:Partial response signalingIn:(1,-1)随即过程，均值为零随即过程，均值为零EIn Im=1，m=n；EIn Im=0，m n2021功率谱密度功率谱密度22信号信号 In 的脉冲波形的脉冲波形 x(t)的托尾以的托尾以 1/t2 衰减，衰减，而而 sinc(x)以以 1/t 衰减衰减!2324检测可以为检测可以为检测检测因为因为(对与信息数据对与信息数据 bn=0,1,.)预编码避免了差错传播预编码避免了差错传播注意注意:如果如果In-1判决出错，判决出错，In将出错，导致差错传播将出错，导致差错传播25有有2627预编码预编码:映射映射:Pm=0 Im=-1;Pm=1 Im=1 发送的信号：发送的信号：经推导得：经推导得：部分响应信号判决方法的推导部分响应信号判决方法的推导或写成或写成Im=2Pm-128因为因为所以所以判决判决29优化双二进制信号优化双二进制信号:信号的谱在信号的谱在 f=0 为零为零3031部分响应信号的扩展部分响应信号的扩展(M 阶阶 PAM信号信号)预编码预编码:32 部分响应信号的错误概率部分响应信号的错误概率逐符号检测逐符号检测发送信号的分布发送信号的分布Bm=0,2d,4d,2(M-1)d3334因为因为所以所以3536性能损失性能损失(/4)2 或或 2.1dB采用采用ML 序列检测序列检测,2.1 dB 的损失可以补偿的损失可以补偿37关于软判决值关于软判决值硬判决：通过判决给出发送信号的确切值。存在问题：每次判决都有一定的概率发生错误，而硬判决没有给出发生错误的可能性。软判决：给出信号的硬判决值，同时给出该硬判决值的可信度。例：图中接收信号A的可靠度明显低于B。但进行硬判决以后其值均为+138软判决值的定义软判决值的定义定义软判决值为可能的两个判决结果的对数似然比（Log Likelihood Ratio，or LLR），即其中 p(r|si)为似然函数39以BPSK为例推导软判决值设发射信号为+1、-1，则不考虑系数部分的影响，可以得到接收信号接收信号 r 的实际的实际值即为软判决值值即为软判决值。40软判决讨论：1.软判决值的正负号表示发射信号为+1或-1；2.软判决值的绝对值大小表示判决可信度的高低：绝对值大可信度高；绝对值小可信度低；3.在序列检测中，绝对值大的软判决值对检测结果贡献大于绝对值小的软判决值。41多中继系统的误码率推导多中继系统的误码率推导中继的作用：将传输过程中衰减的信号进行放大发射机中继器(信道)信号衰减42多中继系统的误码率推导多中继系统的误码率推导中继的种类直接中继：将接收信号直接进行放大后传输出去再生中继：将接收信号解码、判决后，重新调制再发射出去43特性比较特性比较直接中继系统：将信号放大过程中也放大了噪声值，多个中继导致噪声信号的增加再生中继系统：解调和判决过程可以消除部分噪声的影响44例：设某系统需要进行100次中继器才能够将信号从甲地送到乙地，每个中继区间发端到收端的误码率为10-7。-对于再生中继系统，每一次中继增加一个比特错误，100次中继平均增加100个错误比特，因此得到BER为：根据BER-SNR曲线可知，等效于SNR下降了11dB，即：45 -对于直接中继系统，每一次中继为噪声的累加，即噪声增大了100倍：根据BER-SNR曲线可知，等效于SNR下降了29dB，即：要想使两个系统的最终BER相等，系统2比系统1需要多发射的功率为29.6dB-11dB=18.6dB(70多倍)。仿真大作业按照下图产生通信系统，要求如下0,1数据要随机产生调制方式为64QAM插值倍数为8采用平方根升余弦低通滤波器，用三种方式实现方式一：采用每个符号调制一个成型滤波函数，然后将各个函数进行时域叠加的方法方式二：采用信号与低通滤波器响应函数卷积的方法方法三：采用MATLAB自带的平方根升余弦函数64QAM基带仿真系统4764QAM调制低通滤波AWGN信号低通滤波0,1数据产生0,1数据判决64QAM解调8倍插值1/8倍采样图1图2图3图4图5图6图7图8+比较误码率BER图9仿真大作业要求按照框图完成每个模块的功能，仿真报告内容包括原理表达式，原理框图仿真程序（带注释）仿真结果（图或者数据）图1-图4为仿真的时域样点图形图5中将加入AWGN信号前(图4)与加入后的波形画在同一张图上，用不同颜色区分，并标注图6中将图4(原信号)、图5(加入AWGN)、滤波后的图形（图6）画在同一张图上，用不同颜色区分，并标注图7为接收信号的pdf图图8中将发射的0,1信号(图1)与接收的0,1信号画在同一张图上，用不同颜色区分，并标注图9中将理论误码率与仿真误码率画在同一张图上并进行比较SNR（dB）为横轴，BER（指数坐标）为纵轴SNR的范围自定（例如从0dB到20dB，间隔1dB）对每一幅图的仿真结果进行讨论、比较仿真大作业要求按照框图完成每个模块的功能，根据模版撰写仿真报告，内容包括原理表达式，原理框图仿真程序（带注释）仿真结果（图或者数据）仿真结果讨论、比较画出理论与仿真误码率曲线（不同信噪比）