第9章数字信号的最佳接收ppt课件

1、9.1 数字信号的最正确接纳9.1.1 数字信号的最正确接纳的根本概念9.1.2 最正确接纳的准那么9.3 最正确基带传输系统9.2 匹配滤波器9.1.3 确知信号的最正确接纳9.1.4 随置信号的最正确接纳本章小结9.1.5 起伏信号的最正确接纳第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳本章要点 数字信号接纳的统计表述 数字信号最正确接纳的根本概念 最正确接纳准那么 确知信号的最正确接纳 随置信号的最正确接纳 起伏信号的最正确接纳 匹配滤波器的原理分析 匹配滤波器的实践运用 实践接纳机与最正确接纳机的性能比较 基带系统的最正确化第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正

2、确接纳本章难点 最正确接纳准那么 三种信号对应的最正确接纳机的构建 匹配滤波器的原理及运用 基带系统的最正确化第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳9.1 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳9.1.1 数字信号的最正确接纳的根本概念数字信号的最正确接纳的根本概念1. 根本概念根本概念 最正确接纳最正确接纳 把接纳问题作为研讨对象，研讨在噪声条件下如何最好地提取有用信把接纳问题作为研讨对象，研讨在噪声条件下如何最好地提取有用信号，且在某个准那么下构成最正确接纳机，使接纳性能到达最正确。号，且在某个准那么下构成最正确接

3、纳机，使接纳性能到达最正确。2. 统计表述统计表述 数字信号接纳的统计模型，如图9-1所示。图9-1中，音讯空间、信号空间、噪声空间、察看空间及判决空间分别代表音讯、信号、噪声、接纳波形及判决的一切能够形状的集合。 判别规那么音讯空间X信号空间S+判决空间D察看空间y噪声空间n图9-1 数字信号接纳的统计模型第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳9.1.2 最正确接纳的准那么最正确接纳的准那么1. 似然比准那么最小错误概率准那么似然比准那么最小错误概率准那么 2112()()()()YfP SSYP SfS2112()()()()YfP SSYP SfS 图9-2为条件概率密

4、度曲线及判决电平表示图。 根据图9-2及一系列推导详细过程见书中内容可以得知，假设按如下规那么进展判决，那么能使总错误概率最小。 VTD2D1y图9-2 条件概率密度曲线及判决电平判为D1 判为D2 9-7 式9-7通常称为似然比判决准那么，即最正确接纳准那么，我们又叫最小错误概率准那么。 第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳2. 最大似然比准那么最大似然比准那么 判为S1 判为S2 9-8式9-8判决规那么意味着哪个大判为哪个，常称为最大似然比准那么。1( /)f y s2( /)f y s1( /)f y s2( /)f y s 假设PS1= PS2，那么有： 9.1.

5、3 确知信号的最正确接纳确知信号的最正确接纳 所谓确知信号是指其取值在任何时间都是确定的，可以预知的。实践中在恒参信道恒参信道是指其传输特性的变化量根本不变，变参信道正好与前者相反中接纳到的数字信号可以以为是确知信号。 1. 二进制确知信号最正确接纳机二进制确知信号最正确接纳机BB110000( ) ( )( )( )TTwy t s t dtwy t s t dt9-13 式中 000011ln()2ln( )2nwP snwP s9-14 第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳 由式9-13表示的判决准那么可以得出二进制确知数字信号最正确接纳机的原理框图。y(t)积分器相

6、加器比较判决相乘器相乘器积分器相加器S1(t)S0(t)01 假设P(S0)=P(S1)，那么式9-13简化为：BB1000( ) ( )( )( )TTy t s ty t s t dt9-15 最正确接纳机的原理方框图也可以简化为如图9-4所示 。y(t)相乘器相乘器积分器积分器比较判决S0(t)S1(t)图9-3 二进制确知数字信号最正确接纳机的原理框图 图9-4 等先验概率二进制确知信号最正确接纳机原理框图第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳2. 多进制确知信号最正确接纳机多进制确知信号最正确接纳机 M进制通讯系统的最正确接纳机构造。其原理框图如图9-5所示。 相乘

7、器相乘器相乘器积分器积分器积分器比较判决S0(t)S1(t)Sm(t)y(t)图9-5 等先验概率M进制确知信号最正确接纳机原理框图3. 二进制确知信号最正确接纳机性能二进制确知信号最正确接纳机性能这种最正确接纳机的中心是由相乘和积分构成的相关运算。所以常称这种运算为相关接纳法。由最正确接纳机得到的误码率在实际上能够到达最小值。 对于二进制确知信号最正确接纳机的总误码率的计算公式，经推导计算可得： b0(1122eEperfcn (9-16) 式中：为码元相关系数，n0为噪声功率谱密度；Eb为码元的能量；erfc(x)为误差函数，可查表求得。第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确

8、接纳9.1.4 随置信号的最正确接纳随置信号的最正确接纳 所谓随置信号是经过信道传输后码元相位带有随机性，而其它参数是确知的一种信号方式。 1. 二进制随置信号最正确接纳机二进制随置信号最正确接纳机 经过复杂的计算，可以得出最终的判决条件，假设接纳信号使： M12M02，那么判为发送码元是S1 9-25 根据式9-25的判决准那么构成的随置信号最正确接纳机的构造原理框图如图9-6所示 sin0tcos0tX0y(t)相加器相关器比较器相关器相关器相关器平方器平方器平方器平方器相加器M02M12Y0X1Y1cos1tsin1t图9-6 2FSK随置信号最正确接纳机原理框图2. 二进制随置信号最正

9、确接纳机的性能二进制随置信号最正确接纳机的性能 等概率、等能量、正交的二进制随置信号的最正确接纳机性能仅与输入信噪比 有关。 b0En第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳9.1.5 起伏信号的最正确接纳起伏信号的最正确接纳 所谓起伏信号是随机振幅和相位信号的简称，它的振幅A和相位 都是随机参数，除了这两个参数外，其他参数是确知的。 1. 二进制起伏信号最正确接纳机二进制起伏信号最正确接纳机 略去每繁琐的计算步骤，计算结果如下：22S000220BS00SB2( )expnfyKnTnnTM22S010220BS00BS2( )expnfyKnTnnTMf1(y)(9-36)

10、9-37 根据式9-36和式9-37可以得出起伏信号的最正确接纳机的方案和随置信号和最正确接纳方案是一样的。但是它的最正确误码率那么不同于随置信号的最正确误码率，这里省略计算直接给出结果：012(/)epEn9-39 第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳9.2 匹配滤波器匹配滤波器1. 配滤波器的原理配滤波器的原理 匹配滤波器是指输出信噪比最大的最正确线性滤波器。这种滤波器在数字通讯信号和雷达信号的检测中具有重要的意义。匹配滤波器是实现最正确接纳的关键部件。 02( )( )jftH fKSf e9-48 式中， 为 的复共轭。也就是说线性滤波器由于它的传输特性与信号频谱的

11、复共轭相一致，因此称它为匹配滤波器。匹配滤波器的传输特性还可用冲激呼应 来表示，得( )Sf( )S f( )h t20( )( )()jfth tH f edfKS tt9-49 即匹配滤波器的冲激呼应是信号 的镜像信号 在时间上平移 。( )s t()st第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳2. 匹配滤波器在最正确接纳中的运用匹配滤波器在最正确接纳中的运用(1) 二元确知信号最正确接纳 对信号s(t)匹配的滤波器，由于s(t)只在0,TB内有值，当t=TB时，输出信号为：B0B0()( ) ( )Tu TKy z s z dz9-52 由上式可以看出， 反映了y(t)与

12、s(t)的相关性，所以可把匹配滤波器作为相关器运用。0B()u T(2) 二元随置信号最正确接纳m2m1输出包络检波器选择最大值包络检波器输出y(t)1( )cos2()(0)BBh tf TttT 2( )cos2()(0)BBh tf TttT 图9-12 随置信号最正确接纳机的另一种构造方式第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳3. 实践接纳机与最正确接纳机的比较实践接纳机与最正确接纳机的比较 表9-1列出了实践接纳机与最正确接纳机的误码性能。 表9-1 实践接纳机与最正确接纳机的比较 实践接纳机的误码性能明显低最正确接纳机.假设要到达最正确接纳机的性能,要求输入信噪比

13、提高1倍即差3dB,所以最正确接纳机的性能是优于实践接纳机的。第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳9.3 基带系统的最正确化基带系统的最正确化1. 最正确基带传输系统的构造最正确基带传输系统的构造系统的构造如图9-13所示。抽样判决n(t)()kknaatkT1/2( )( )GfHf( )1C fR1/2( )( )GfHf ka图9-13 理想信道时最正确基带系统的构造接纳滤波器的特性： 9-60 R( )( )GfH f发送滤波器的特性： 9-61 T( )( )GfH f第第9 9章章 数字信号的最正确接纳数字信号的最正确接纳2. 基带传输系统的性能基带传输系统的性能 我们在分析理想信道下最正确基带传输系统的性能时，依然以错误概率为规范。经计算得： 2013(1)(1)eEPerfcLn L9-62 式中，E为码元平均能量；L是进制数。可以看出，当L增大时，在一样的信噪比