北大数字通信课件5-- 8 接收机的构成原理(1).ppt

1 数字通信 第八讲 接收机的构成原理 1 2008 10 YupingZhao Professor 赵玉萍DepartmentofElectronicsPekingUniversityBeijing100871 Chinaemail yuping zhao 2 通信系统中存在加性高斯噪声 接收机的工作 3 接收机有如下几步完成1 去除高频信号 将信号解调到基带利用正弦信号的正交性2 利用低通滤波器降低接收信号中的噪声利用噪声功率谱远远比信号功率谱宽的事实 取出带外噪声3 对信号进行采样在信号点上进行采样 得到幅度和时间离散的信号4 对接收信号进行判决 利用最佳判决准则 得到误码率最低的结果 4 接收信号可以表示为 n t 表示具有功率谱密度为N0 2W Hz的加性高斯白噪声的样本函数 Sm t 为M个可能发射的信号值之一 一 相关解调去除高频成分 5 使接收信号r t 信号通过一组并行的N个相关器 其中r t 可能包含所有的正交分量 一 相关解调器 去除高频分量 求第k个分量的方法 积分结果包含两部分内容 1 信号在fk上的投影2 噪声在fk上的投影 6 讨论1 使用如下调制方式时f1 fN的函数是什么 a BPSK调制b QPSK调制c 16QAM调制 讨论2 如果发射信号为那么相关器的输出是什么 注意 图中低频的时域响应假定为1 7 接收信号为多个正交分量之和 接收信号可表示为 其中 n t 接收信号总噪声n t 与任何正交分量都正交的量 其值与判决无关nk 噪声在第k个正交分量上的投影 该噪声直接影响系统性能换句话说 判决完全根据相关器的输出信号的噪声分量nk进行判决 8 噪声在各个基函数分量上是相互独立的 在处理某一基函数方向的噪声时 可以不考虑其他方向噪声的影响 9 例 对于I Q平面信号而言 其Y方向德噪声值的大小并不影响其判决结果 10 二 匹配滤波器 考虑成型滤波器的响应函数 运用一组线性滤波器 每个分量为 11 滤波器的输出 当T t时刻对滤波器的输出抽样 12 13 考虑如何将接收信号进行积分 有噪声情况下如何使系统接收信号SNR最大 最大比合并 14 匹配滤波器的性质 可使接收信号输出信噪比 SNR 最大 证明 SNR定义为 上式中分母为常数 表示噪声能量 15 因为 上式在g1 t cg2 t 条件下使得等号成立 左边一项达到最大值 即当h t Cs T t 即h t 匹配于信号s t 时 SNR最大 此时匹配滤波器获得的输出的SNR 优化目标变为如何确定h 使分子部分得到最大值 16 匹配滤波器的频域解释 幅频相应与发送信号谱相同相位相反抽样延时T 17 输出的波形 s t 通过匹配滤波器 当t T 信号通过匹配滤波器 输出的信号的频谱为 18 信号的功率 噪声功率 19 Example5 1 2 匹配滤波器例 双正交信号传输信号s t f1 t 要求得出如下内容基函数是什么 匹配滤波器的冲击相应是怎样的 当发送s1 t 时匹配滤波器的输出波形 20 基函数 21 匹配滤波的冲击响应 22 当发送s1 t 时 匹配滤波器的输出波形 23 16倍的过采样后的实部和虚部结果 24 发端经过余旋滚降低通滤波器后的实部和虚部波形 25 收端经过AWGN信道之后的实部和虚部波形 此时信号的带宽一定 而噪声的带宽极其宽 26 Receivedsignalwithnoise 27 Filteratthereceiverside Usethematchedfilterasthetransmitterside Signalpower Noisepower f 28 经过余旋滚降滤波器滤除噪声后虚部波形 29 落入频带内的噪声信号无法用滤波器滤除 导致滤波后的接收信号与原始发送信号不同 在采样点的值信号也是不同的 30 将采样点的值画在I Q平面上 31 随着SNR的增大 原始信号与滤波后的接收信号之差逐渐减小 32 33 当信噪比进一步增大时 34 35 三 采样 经过滤波器后 接收信号在t T 2T 点上采样 36 Thesignalafterthereceiverfilter withoutnoise 37 Eyediagramwithoutnoise WithoutAWGNsignals 38 Thesignalafterthereceiverfilter withnoise 39 Eyediagram WithAWGNsignals 40 匹配滤波器总结 在各个采样点上加噪声时 从平均意义上讲 所加噪声相同 但由于每个样点上的信号能量不同 因此各点的SNR是不一样的 匹配滤波器即相当于最大比合并 可使接收信号的SNR最大 41 思考题 匹配滤波器的频域表达式是怎样的 匹配滤波过程的频域处理方式是怎样的 经过匹配滤波及采样后信号的输出形式是怎样的 经过相关接收后信号的输出形式是怎样的 经过匹配滤波 相关接收后噪声有什么变化 42 关于升余弦滤波器与平方根升余弦滤波器的讨论 43 43 ImpulseresponseofSincandSqrt CosinefilterSincFilterSqrt Cosine Filter 44 44 升余弦滤波器 考虑收发为一个整体 两端分别为根升余弦 45 45 46 DoesSquareRcosineFilterhasISI Normalizethevalueto1atthesamplingpoint 47 Passthedatasequence 3 1 1 3 afterinsertionintothefilter 48 Passthefiltereddataintothesamefilteroncemore Matchedfilter 49 Conclusion1Sqrt RcosineFilterhasISI apairofthemdoesnothaveISI equalstoaRcosineFilterSincFilterhasnoISI canalsobe