通信原理相干解调系统的抗噪声性能课件

联合战术通信教研室张伟明理工大学通信工程学院第五章正弦载波数字调制数字通信原理联合战术通信教研室张伟明理工大学通信工程学院第五章正弦载5正弦载波数字调制5.1概述5.2二进制数字调制原理5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.4二进制数字调制系统的性能比较5.5多进制数字调制系统5正弦载波数字调制5.1概述5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系统的抗噪声性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能5.3.3其它解调系统5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系5.3.1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，实际只有一种确定的波形输出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我们可以利用二元确知信号相同的分析方法和结论5.3.1相干解调系统的抗噪声性能无论是哪一种调制，在某一5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：二进制调制信号的统一表示接收波形发送波形接收机的目的判断发送的到底是比特0还是比特15.3.1相干解调系统的抗噪声性能：二进制调制信号的统一表接收机的基本结构

二元检测接收机的基本结构二元检测接收机的基本结构（条件：n(t)为AWGN）一元检测＋－二元检测接收机的基本结构（条件：n(t)为AWGN）一元检测＋－二元5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机结构1、0等概等能量相关系数信号能量1、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：最佳接收机结构1、0等5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2ASK1、0不等能量=0

等概5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2ASK1、0不等能量5.3.1

2ASK相干解调各点波形示意图门限值可以实现信号频谱的反搬移！5.3.12ASK相干解调各点波形示意图门限值可以实现信5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2FSK一般选择两频率正交，即满足=0

等概=05.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2FSK一般选择两频率5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2PSK=1

等概5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2PSK=1等概5.3.1

2PSK相干解调各点波形示意图101100110110015.3.12PSK相干解调各点波形示意图10110011结论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信号的抗噪声性能最好，2FSK信号其次（差3dB），2ASK信号最差（比2FSK差3dB）。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。结论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5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2DPSK问题：当已知2PSK相干解调误码率Pe时，Pe’与Pe之间的关系如何？Tb5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2DPSK问题：当已知5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2DPSKPn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Pe<<1码反变换器的影响是使输出误码率增大，但实际中仍然用2DPSK而不用2PSK5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2DPSKPn为码反变5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系统的抗噪声性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能5.3.3其它解调系统5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能相干解调是在假设接收端对接收信号的载波频率及相位均已知（确知信号）时的最佳接收。当接收端对接收信号的载波频率已知但相位未知（即相位是一个随机变量）时，显然不能用二元确知信号的接收方法，这种情况下信号的接收称之为随相信号的接收。5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能相干解调是在假设接收端5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能1与0“正交”

接收波形为发送波形为5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能1与0“正交”接5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机结构最小错误概率准则下的二进制随相信号的最佳接收机结构5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机结构最小错5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能1、0等概求M0、M1的概率分布实际上都是在求某一种包络的分布，因此实际中把随相信号的最佳接收也称为包络解调

等概、等能量、正交的二进制随相信号的最佳接收机性能仅与输入信噪比Eb/n0有关

5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能1、05.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2FSK2FSK信号是等概、等能量、正交的二进制随相信号包络解调相干解调大信噪比时，两者接近；小信噪比时，相干更优5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2FSK2FSK信号5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2FSK举例试求：（1）2FSK信号的第一零点带宽；（2）采用包络检测法解调时系统的误码率；（3）采用相干检测法解调时系统的误码率；［例6-1］采用二进制移频键控方式在信道上传送二进制数字信息。已知2FSK信号的两个频率为f1=980Hz，f2=1580Hz，码元速率RB=300B，传输信道输出端的信噪比为12dB解：（1）2FSK信号的第一零点带宽（2）采用包络检测法解调时系统的误码率（3）采用相干检测法解调时系统的误码率5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2FSK举例试求：（5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK信噪比Eb/n0>>1

信噪比Eb/n0>>1

5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK信噪比Eb/5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK包络解调相干解调5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK包络解调相干5.3.2

2ASK包络解调各点波形示意图11110000001111图6.2.82ASK包络解调器各点波形示意图5.3.22ASK包络解调各点波形示意图111100005.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK试求（1）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的误码率。［例6-2］设某2ASK系统中二进制码元传输速率为9600波特，发送“1”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调法对该2ASK信号进行解调。已知接收端输入信号幅度A=1mV，信道等效加性高斯白噪声的双边功率谱密度n0/2=41013W/Hz。解：（1）对于2ASK信号，码元传输速率为9600波特，则码元间隔为（2）包络解调法解调时系统总的误码率5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK试求（1）相5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系统的抗噪声性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能5.3.3其它解调系统5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系5.3.3其它解调系统广泛应用原因：简单易行；当信噪比很大时，性能接近于最佳接收的性能。主要介绍：2FSK信号过零检测法2FSK差分检测法2DPSK信号差分检测法5.3.3其它解调系统广泛应用原因：5.3.3其它解调系统：2FSK信号过零检测法及差分检测法图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：2FSK信号过零检测法及差分检测5.3.3其它解调系统：2FSK信号过零检测法及差分检测法图6-20差分检测法原理方框图0=/2

<<1

当满足条件cos0=0及<<1时，输出电压将与角频偏呈线性关系

5.3.3其它解调系统：2FSK信号过零检测法及差分检测5.3.3其它解调系统：2DPSK信号差分检测法

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：抗AWGN能力不如采用相干解调的绝对调相方式5.3.3其它解调系统：2DPSK信号差分检测法优点：5正弦载波数字调制5.1概述5.2二进制数字调制原理5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.4二进制数字调制系统的性能比较5.5多进制数字调制系统5正弦载波数字调制5.1概述5.4.1误码率表6-2二进制数字调制系统的误码率公式一览表调制方式误码率相干解调非相干解调2ASK

（大信噪比）2FSK2PSK/2DPSK

2PSK

2DPSK横向比较

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纵向比较5.4.1误码率表6-2二进制数字调制系统的误码率公式5.4.1误码率

表6-3Pe=10-5时2ASK、2FSK和2PSK所需要的信噪比方式信噪比r倍分贝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.65.4.1误码率表6-3Pe=10-5时2ASK、5.4.1误码率表6-4

r=10时2ASK、2FSK和2PSK/2DPSK的误码率方式误码率Pe相干解调非相干解调2ASK1.26×10-24.1×10-22FSK7.9×10-43.37×10-32PSK/2DPSK3.9×10-62.27×10-55.4.1误码率表6-4r=10时2ASK、2FSK5.4.1误码率图6-22误码率Pe与信噪比r的关系曲线差分检测5.4.1误码率图6-22误码率Pe与信噪比r的关系曲线5.4.2频带带宽2ASK2PSK、2DPSK2FSK2ASK与2PSK及2DPSK的频带利用率相同，2FSK的频带利用率最低。5.4.2频带带宽2ASK2PSK、2DPSK2FSK2A5.4.3对信道特性变化的敏感性2FSK最优，2PSK其次，2ASK最差在多径衰落信道中，2FSK的优势更为明显；信道存在严重衰落时，宜用非相干解调；信道稳定，或发射机功率受限时，宜用相干解调。5.4.3对信道特性变化的敏感性2FSK最优，2PSK其次5.4.4设备的复杂程度2DPSK最为复杂，2FSK次之，2ASK最简单；相干解调比非相干解调复杂。高速数据传输用2DPSK，低速数据传输用2FSK或2ASK。5.4.4设备的复杂程度2DPSK最为复杂，2FSK次之，联合战术通信教研室张伟明理工大学通信工程学院第五章正弦载波数字调制数字通信原理联合战术通信教研室张伟明理工大学通信工程学院第五章正弦载5正弦载波数字调制5.1概述5.2二进制数字调制原理5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.4二进制数字调制系统的性能比较5.5多进制数字调制系统5正弦载波数字调制5.1概述5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系统的抗噪声性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能5.3.3其它解调系统5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系5.3.1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，实际只有一种确定的波形输出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我们可以利用二元确知信号相同的分析方法和结论5.3.1相干解调系统的抗噪声性能无论是哪一种调制，在某一5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：二进制调制信号的统一表示接收波形发送波形接收机的目的判断发送的到底是比特0还是比特15.3.1相干解调系统的抗噪声性能：二进制调制信号的统一表接收机的基本结构

二元检测接收机的基本结构二元检测接收机的基本结构（条件：n(t)为AWGN）一元检测＋－二元检测接收机的基本结构（条件：n(t)为AWGN）一元检测＋－二元5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机结构1、0等概等能量相关系数信号能量1、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：最佳接收机结构1、0等5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2ASK1、0不等能量=0

等概5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2ASK1、0不等能量5.3.1

2ASK相干解调各点波形示意图门限值可以实现信号频谱的反搬移！5.3.12ASK相干解调各点波形示意图门限值可以实现信5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2FSK一般选择两频率正交，即满足=0

等概=05.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2FSK一般选择两频率5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2PSK=1

等概5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2PSK=1等概5.3.1

2PSK相干解调各点波形示意图101100110110015.3.12PSK相干解调各点波形示意图10110011结论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信号的抗噪声性能最好，2FSK信号其次（差3dB），2ASK信号最差（比2FSK差3dB）。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。结论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5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2DPSK问题：当已知2PSK相干解调误码率Pe时，Pe’与Pe之间的关系如何？Tb5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2DPSK问题：当已知5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2DPSKPn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Pe<<1码反变换器的影响是使输出误码率增大，但实际中仍然用2DPSK而不用2PSK5.3.1相干解调系统的抗噪声性能：2DPSKPn为码反变5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系统的抗噪声性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能5.3.3其它解调系统5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能相干解调是在假设接收端对接收信号的载波频率及相位均已知（确知信号）时的最佳接收。当接收端对接收信号的载波频率已知但相位未知（即相位是一个随机变量）时，显然不能用二元确知信号的接收方法，这种情况下信号的接收称之为随相信号的接收。5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能相干解调是在假设接收端5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能1与0“正交”

接收波形为发送波形为5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能1与0“正交”接5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机结构最小错误概率准则下的二进制随相信号的最佳接收机结构5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机结构最小错5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能1、0等概求M0、M1的概率分布实际上都是在求某一种包络的分布，因此实际中把随相信号的最佳接收也称为包络解调

等概、等能量、正交的二进制随相信号的最佳接收机性能仅与输入信噪比Eb/n0有关

5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机性能1、05.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2FSK2FSK信号是等概、等能量、正交的二进制随相信号包络解调相干解调大信噪比时，两者接近；小信噪比时，相干更优5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2FSK2FSK信号5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2FSK举例试求：（1）2FSK信号的第一零点带宽；（2）采用包络检测法解调时系统的误码率；（3）采用相干检测法解调时系统的误码率；［例6-1］采用二进制移频键控方式在信道上传送二进制数字信息。已知2FSK信号的两个频率为f1=980Hz，f2=1580Hz，码元速率RB=300B，传输信道输出端的信噪比为12dB解：（1）2FSK信号的第一零点带宽（2）采用包络检测法解调时系统的误码率（3）采用相干检测法解调时系统的误码率5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2FSK举例试求：（5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK信噪比Eb/n0>>1

信噪比Eb/n0>>1

5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK信噪比Eb/5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK包络解调相干解调5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK包络解调相干5.3.2

2ASK包络解调各点波形示意图11110000001111图6.2.82ASK包络解调器各点波形示意图5.3.22ASK包络解调各点波形示意图111100005.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK试求（1）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的误码率。［例6-2］设某2ASK系统中二进制码元传输速率为9600波特，发送“1”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调法对该2ASK信号进行解调。已知接收端输入信号幅度A=1mV，信道等效加性高斯白噪声的双边功率谱密度n0/2=41013W/Hz。解：（1）对于2ASK信号，码元传输速率为9600波特，则码元间隔为（2）包络解调法解调时系统总的误码率5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK试求（1）相5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系统的抗噪声性能5.3.2非相干解调系统的抗噪声性能5.3.3其它解调系统5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.3.1相干解调系5.3.3其它解调系统广泛应用原因：简单易行；当信噪比很大时，性能接近于最佳接收的性能。主要介绍：2FSK信号过零检测法2FSK差分检测法2DPSK信号差分检测法5.3.3其它解调系统广泛应用原因：5.3.3其它解调系统：2FSK信号过零检测法及差分检测法图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：2FSK信号过零检测法及差分检测5.3.3其它解调系统：2FSK信号过零检测法及差分检测法图6-20差分检测法原理方框图0=/2

<<1

当满足条件cos0=0及<<1时，输出电压将与角频偏呈线性关系

5.3.3其它解调系统：2FSK信号过零检测法及差分检测5.3.3其它解调系统：2DPSK信号差分检测法

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：抗AWGN能力不如采用相干解调的绝对调相方式5.3.3其它解调系统：2DPSK信号差分检测法优点：5正弦载波数字调制5.1概述5.2二进制数字调制原理5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能5.4二进制数字调制系统的性能比较5.5多进制数字调制系统5正弦载波数