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理 工工 大大 学学 通通 信信 工工 程程 学学 院院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形输出 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接收波形接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接收机的基本结构二元检测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：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：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相干解调相干解调各点波形示意图各点波形示意图门限值可以实现信号频谱的反搬移！5.3.1 2ASK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：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：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相干解调各点波形示意图101100110110015.3.1 2PSK相干解调各点波形示意图10110011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。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：相干解调系统的抗噪声性能：2DPSK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？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：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 Pe1 信噪比Eb/n01 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：非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK包络解调包络解调相干解调相干解调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5.3.2 2ASK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：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解调法对该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，信道等效加性高斯白噪声的双边功率谱密度道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（2）包络解调法解调时系统总的误码率）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：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：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 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：其它解调系统：2DPSK信号差分检测法信号差分检测法 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正弦载波数字调制5.1概述5.4.1误码率误码率表表6-2 二二进制数字制数字调制系制系统的的误码率公式一率公式一览表表调制方式制方式误码率率相干解相干解调非相干解非相干解调2ASK （大信噪比）（大信噪比）2FSK2PSK/2DPSK 2PSK 2DPSK横向比较横向比较 采用相干解调方式的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误码率表6-2 二进制数字调制系统的误码率公式5.4.1误码率误码率表表6-3 Pe=10-5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倍倍分分贝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.65.4.1误码率表6-3 Pe=10-5时2ASK、5.4.1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率Pe相干解相干解调非相干解非相干解调2ASK1.2610-24.110-22FSK7.910-43.3710-32PSK/2DPSK3.910-62.2710-55.4.1误码率表 6-4 r=10时2ASK、2FSK5.4.1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频带带宽频带带宽2ASK2PSK、2DPSK2FSK2ASK与与2PSK及及2DPSK的频带利用率相同，的频带利用率相同，2FSK的频的频带利用率最低。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对信道特性变化的敏感性n2FSK最优，2PSK其次，2ASK最差n在多径衰落信道中，2FSK的优势更为明显；n信道存在严重衰落时，宜用非相干解调；n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设备的复杂程度设备的复杂程度n2DPSK最为复杂，2FSK次之，2ASK最简单；n相干解调比非相干解调复杂。n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，