通信原理相干解调系统的抗噪声性能

1、联合战术通信教研室张伟明理 工 大 学 通 信 工 程 学 院理 工 大 学 通 信 工 程 学 院5正弦载波数字调制n5.1概述n5.2二进制数字调制原理n5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能n5.4二进制数字调制系统的性能比较n5.5多进制数字调制系统5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能n5.3.1相干解调系统的抗噪声性能n5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能n5.3.3其它解调系统5.3.1相干解调系统的抗噪声性能相干解调系统的抗噪声性能无论是哪一种调制，在某一个码元间隔内，无论是哪一种调制，在某一个码元间隔内，实际只有一种确定的波形输出实际只有一种确定的波

2、形输出 1 0 0 1( )s t2FSKt2PSKt2ASKt因此二进制调制信号实际上就是二元确知因此二进制调制信号实际上就是二元确知信号，即频率及相位均精确已知的信号信号，即频率及相位均精确已知的信号 我们可以利用二元确知信号相同的分析方我们可以利用二元确知信号相同的分析方法和结论法和结论5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：二进制调制信号的相干解调系统的抗噪声性能：二进制调制信号的统一表示统一表示10( )1( )0,( )0bs te ttTs t发送符号“”时发送符号“ ”时0011: ( )( )( )0: ( )( )( )bHr ts tn ttTHr ts tn t 接收波形接

3、收波形发送波形发送波形接收机的目的接收机的目的判断发送的到底是比特判断发送的到底是比特0还是比特还是比特1接收机的基本结构接收机的基本结构二元检测二元检测接收机的基本结构（条件：接收机的基本结构（条件：n(t)为为AWGN）一元检测一元检测二元检测二元检测5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机结构相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机结构0( )bTdt0( )bTdt1( )s t0( )s t判决dV相关接收最佳检测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相关系数信号能量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相干解调系统的抗噪声性能：相干解调系统的抗噪声性能：2ASK1( )coscs tt0( )bTdt判决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相干解调相干解调各点波形示意图各点波形示意图门

5、限值可以实现信号频谱的反搬移！取样判决器tcfbTt2cos2)(位定时abcde)()()(2tntstxASK图6.2.4 2ASK信号的相干解调器接收信号bTdt0 5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：相干解调系统的抗噪声性能：2FSK0( )bTdt0( )bTdt2cos2f t1cos2f t判决dV相干解调最佳检测y( )s t( )n t( )r t ka2( )FSKet12( )cos2s tf t01( )cos2s tf t一般选择两频率正交，即满足=0 0122beEperfcn001(/2)ln()/ ()dVnp Hp H0dV等概 0(1)122beEperfc

6、n=05.3.1相干解调系统的抗噪声性能：相干解调系统的抗噪声性能：2PSK0(1)122beEperfcn=1 012beEperfcn001(/2)ln()/()dVnp Hp H0dV等概 0( )bTdt0( )bTdt2cos2f t1cos2f t判决dV相干解调最佳检测y( )s t( )n t( )r t ka2( )FSKetcos2cf tcos2cf ttftSc2cos)(0tftSc2cos)(15.3.1 2PSK相干解调各点波形示意图相干解调各点波形示意图10110011011001结论结论n在信号能量相同的情况下，二进制调制信号采用相干解调方式时，2PSK信号的

7、抗噪声性能最好，2FSK信号其次（差3dB），2ASK信号最差（比2FSK差3dB）。n如果我们以“1”“0”码元内平均能量相等来衡量的话，则2ASK与2FSK性能相同，但均比2PSK信号差3dB。20124be ASKEperfcn20122be FSKEperfcn2012be PSKEperfcn5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：相干解调系统的抗噪声性能：2DPSK2PSK相干解调码反变换器epep( )iy t输出问题：当已知问题：当已知2PSK相干解调误码率相干解调误码率Pe时，时，Pe与与Pe之间的关系如何？之间的关系如何？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发送绝对码发送相对码无错：接收相对码绝对码错1：接收相对码绝对码绝对码错2：接收相对码错5：接收相对码绝对码(a)(b)(c)(d)Tb5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：相干解调系统的抗噪声性能：2DPSKnePPPP222212PSK相干解调码反变换器ep

9、ep( )iy t输出Pn为码反变换器输入端相对码序列连续出现n个错码的概率 n个码元同时出错与在该一串错码两端都有一码元不错 neeeneenPPPPPP2)1 ()1 ()1 (222(1) ()neeeeePPPPP222(1)(1)neeeeePPPPP2111eeePPPeeePPP)1 (220112ebPerfcEnPe1 002bEZn04011244bEnbeEPeerfcn0412bEnePe信噪比Eb/n01 5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK0412bEnePe包络解调包络解调相干解调相干解调0124beEperfcn5.3.2

10、2ASK包络解调各点波形示意图包络解调各点波形示意图11110000001111图6.2.8 2ASK 包络解调器各点波形示意图( )s t( )n t( )r t0( )bTdt0cost ka0( )bTdt0sint 判决 2 20X0Y0MdV5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK试求（试求（1）相干解调法解调时系统总的误码率；（相干解调法解调时系统总的误码率；（2）包络解调法解调时系统总）包络解调法解调时系统总的误码率。的误码率。 例例6-2设某设某2ASK系统中二进制码元传输速率为系统中二进制码元传输速率为9600波特，发送波特，发送“1”符号和

11、符号和“0”符号的概率相等，接收端分别采用相干解调法和包络解符号的概率相等，接收端分别采用相干解调法和包络解调法对该调法对该2ASK信号进行解调。已知接收端输入信号幅度信号进行解调。已知接收端输入信号幅度A=1mV，信道，信道等效加性高斯白噪声的双边功率谱密度等效加性高斯白噪声的双边功率谱密度n0/2=4 10 13W/Hz。解：（解：（1）对于）对于2ASK信号，码元传输速率为信号，码元传输速率为9600波特，则码元间隔为波特，则码元间隔为1/1/9600bBTR16.276941115.97 10243.1416 65.1rerPerfceer（2）包络解调法解调时系统总的误码率）包络解调

12、法解调时系统总的误码率16.27684114.27 1022rePee96002102232bbTAE1 .651081960021013230nErb5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能n5.3.1相干解调系统的抗噪声性能n5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能n5.3.3其它解调系统5.3.3其它解调系统其它解调系统广泛应用原因：广泛应用原因：n简单易行；简单易行；n当信噪比很大时，性能接近于最佳接收的性能。当信噪比很大时，性能接近于最佳接收的性能。主要介绍：主要介绍：n2FSK信号过零检测法信号过零检测法n2FSK差分检测法差分检测法n2DPSK信号差分检测法

13、信号差分检测法 5.3.3其它解调系统：其它解调系统： 2FSK信号过零检测法及差分检信号过零检测法及差分检测法测法限幅微分整流脉冲形成低通输出（a）（b）2( )FSKetabcdefabcdef图6-19过零检测法原理图和各点时间波形5.3.3其它解调系统：其它解调系统： 2FSK信号过零检测法及差分检信号过零检测法及差分检测法测法带通延迟低通抽样( )iy t( )y t( )z t( )x t( )s t()y t图6-20差分检测法原理方框图0=/2 1 当满足条件当满足条件cos 0 =0及及1时，输出电压将与角频偏时，输出电压将与角频偏呈线性关系呈线性关系 )(cos()cos(

14、)(00tAtAtz)cos(2)()(2cos202002AtA)cos(2)(02Atxsin2)(2Atx2)(2Atx5.3.3其它解调系统：其它解调系统：2DPSK信号差分检测法信号差分检测法 (a)带通延迟bT低通抽样2( )DPSKetacde定时脉冲b优点优点：（1）不需要专门的相干载波，因此是一种非相干解调方法 ；（2）抗频率漂移能力、抗多径效应以及抗相位慢抖动能力方面均优于采用相干解调的绝对调相方式 ；缺点缺点： 抗AWGN能力不如采用相干解调的绝对调相方式0,12bEne DPSKPe)(2tsDPSKttttt1011001tacedf图6.4.14 2DPSK相位比较

15、法解调器及各点波形示意图bdtbT05正弦载波数字调制n5.1概述n5.2二进制数字调制原理n5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能n5.4二进制数字调制系统的性能比较n5.5多进制数字调制系统5.4.1误码率误码率421rerfc421re221rerfc221rererfc21re21表表6-2 二进制数字调制系统的误码率公式一览表二进制数字调制系统的误码率公式一览表调制方式调制方式误码率误码率相干解调相干解调非相干解调非相干解调2ASK （大信噪比）（大信噪比）2FSK2PSK/2DPSK 2PSK 2DPSKPSKFSKASKrrr222420bErn横向比较横向比较 采用相干解调方式的

16、误码率低于采用非相干采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率解调方式的误码率纵向比较纵向比较5.4.1误码率误码率表表6-3 Pe=10-5时时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倍倍分贝分贝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.65.4.1误码率误码率表表 6-4 r=10=10时时2ASK、2FSK和和2PSK/2DPSK的误码率的误码率方式方式误码率误码率Pe相干解调相干解调非相干解调非相干解调2ASK1.2610-24.110-22FSK7.910-43.3710-32PSK/2DPSK3.910-62.2710-55.4.1误码率误码率图6-22 误码率Pe与信噪比r的关系曲线-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图 7-32 误码率Pe与信噪比r的关系曲线差分检测5.4.2频带带宽频带带宽bfB2bfB2212fffBb2ASK2PSK、2DPSK2