现代通信理论与技术(P-9系统分析与设计)-XXXX

现代通信理论与技术TheoriesandTechnologiesinModernCommunicationSystems主讲：熊淑华副教授四川大学电子信息学院E-mail：[e-mail]2015/12/9《现代通信理论与技术》第9章通信系统分析、设计与仿真电子信息学院杨万全2目录第1章现代通信理论与技术概述第2章通信系统中的信号、信道和噪声第3章信源编码第4章加密编码第5章信道编码第6章多路复用与多址接入第7章数字信号的基带传输第8章数字信号的带通调制与解调第9章通信系统分析、设计和仿真2015/12/9《现代通信理论与技术》第9章通信系统分析、设计与仿真电子信息学院杨万全3现代数字通信系统原理框图基于比特流的数字信号处理信源编码数字信号的载波传输数字基带信号数字信号的基带载输调制器解调器信道噪声源信道再生再生中继信道噪声源噪声源数字基带信号基于比特流的数字信号处理多路复用..来自其它信源到其它信宿扩频多址接入解扩多址分接RF发送RF接收信息源格式变换数据压缩加密编码信道编码脉冲成形信源译码多路分离..信宿格式变换数据解压解密译码信道译码抽样判决2015/12/94第9章通信系统分析、设计和仿真AnalysesandDesignsandSimulationsofCommunicationSystems2015/12/95通信系统的性能指标；数字载波通信系统的抗噪声性能分析；数字通信系统的通信链路分析；数字通信系统设计。知识要点2015/12/969.1通信系统的主要性能指标（PerformanceMeasurementsofCommunicationSystems）2015/12/97通信的任务是传递信息，传输信息的有效性和可靠性是通信系统最主要的性能指标。所谓有效性（efficiency），是指在给定的信道内传输的信息内容的多少，表征通信系统传输信息的数量指标。所谓可靠性（reliability），是指接收信息的准确程度，表征通信系统传输信息的质量指标。有效性和可靠性两者相互矛盾而又相互联系，通常也是可以互换的。2015/12/98有效性efficiency可靠性reliability模拟通信系统有效传输频带收信机输出信噪比数字通信系统码元传输速率或信息传输速率误码率或误信率有效性和可靠性指标：2015/12/99数字通信系统的抗噪声性能用误码率描述。9.2数字载波通信系统的抗噪声性能2015/12/910白噪声n(t)s(t)检测器抽样判决器带通滤波器BPFr(t)ri(t)=s(t)+ni(t)”时传送码元“以概率”时传送码元“以概率11,0)(0,0)(=)(10PTttsPTttstsbb9.2.1数字载波通信系统抗噪声性能分析的一般模型2015/12/911每次抽样判决的平均误码率为：)1((0))0((1)01sPPsPPPe若码元“0”和码元“1”的出现概率相等，则平均误码率为：)1()0(2101sPsPPe最佳判决门限：0ToptVVedVdP2015/12/9129.2.2ASK系统的抗噪声性能对于二进制ASK系统，在一个码元的持续时间内，接收机收到的信号为（1）相干ASK系统的误码率；（2）非相干（包络检测）ASK系统的误码率。带通滤波器让有用信号完整地通过，最大限度地抑制输入噪声，其输出为”时传送码元“以概率”时传送码元“以概率0,0011,0cos=)(PTtPTttAtsbbcASK0,0sin)(cos)(11,0sin)(cos)]([=)(+)(=)(c”时传送码元“以概率”时传送码元“以概率PTtttqttiPTtttqttA+itntstrbcncnbncniASKi2015/12/913（1）相干ASK系统的误码率：相干检测器的输出为：0P)(,)1()(11)(,)1()(=)(01”时传送码元“以概率发送端用”时传送码元“以概率发送端用tskTtTktiPtskTtTktA+itrbbnbbn白噪声n(t)LPF抽样判决器BPFri(t)=sASK(t)+ni(t)sASK(t)cos(ωct)r(t)2015/12/914误码率的计算:发送端用s1(t)传送码元“1”时，r(t)的条件概率密度函数和误码率分别为：2221e21)s((r-A)rp发送端用s0(t)传送码元“0”时，r(t)的条件概率密度函数和误码率分别为：2220e21)(rsrprdsrpsPV)()0(11rdrpsPV)s()1(002015/12/915总误码率Pe为：]e21e21[21)1()0(21222222)-(01drrdsPsPPrVArVe最佳判决门限：2AVT222A2222e1=e21=ydrdPyrAe22erfc21A最小误码率：2015/12/916当码元“0”和“1”等概率出现时，ASK信号的平均功率为：4021221)(21)(21222021AAtsts平均功率信噪比为：224A2N噪声功率为：2015/12/917用平均功率信噪比表示的相干ASK系统对应于最佳判决门限的最小误码率为：)2erfc(21eP2e21实际接收机的误码率只能接近它而不会小于它。误码率随信噪比的增大而按指数下降。2015/12/918（2）非相干（包络检测）ASK系统的误码率：0,0)]([cos)()(11,0)]([cos)()]([=)(022122”时传送码元“以概率”时传送码元“以概率PTttttqtiPTttttqtA+itrbcnnbcnni0,0)()(11,0)()]([=)(2222”时传送码元“以概率”时传送码元“以概率PTttqtiPTttqtA+itrbnnbnn白噪生n(t)包络检测器抽样判决器BPFri(t)=sASK(t)+ni(t)sASK(t)r(t)2015/12/919rdeArrrdsrpsPArVV2222202101I1)()0(2erfc21,1VAVAQ222222200)()s1(VrVVerderrdsrpP22222021eI)s(ArArrrp22220e)(rrsrp2015/12/920非相干ASK系统的误码率：若等概率传送码元“1”和码元“0”时，非相干ASK系统每次抽样判决的平均误码率为：2220121)2erfc(41=)1()0(21VeeVAsPsPP最佳门限值为：2AVT2015/12/921228221)2erfc(4121)22erfc(41eeAPAe2e21在大信噪比情况下，ASK信号采用包络检测与采用相干解调的抗噪声性能相差不大。当二者的总误码率相同时，采用包络检测所要求的信噪比只比采用相干解调时大不到1dB。而采用包络检测时不需要相干载波，设备要简单得多。最小误码率：)2erfc(21eP2e21相干ASK：2015/12/9229.2.3FSK系统的抗噪声性能（1）相干FSK系统的误码率：221)2erfc(21=ePe（2）非相干FSK系统的误码率：20121=)1()0(21esPsPPe2015/12/923（1）相干FSK系统的误码率：0,0cos=)(11,0cos=)(s=)(00112”时传送码元“以概率”时传送码元“以概率PTttωAtsPTttωAttsbcbcFSK2015/12/924用s1(t)传送码元“1”ri(t)=sFSK(t)+ni(t)tωtqtωtA+itrcncni11111sin)(cos)(=)(sin)(cos)(=)(00000tωtqtωtitrcncni)()()(01titA+itrΔnn白噪声n(t)LPF抽样判决器BPFsFSK(t)LPFBPFcos(ωc0t)r0(t)cos(ωc1t)r1(t)2015/12/925)()()(01titA+itrΔnn0)(krΔ因为如果，判决器将产生误码，把发送码元“1”误判成传送的码元“0”。AtrΔE)]([222}])({[)]([σAtrΔEtrΔD242)r(141)(σAΔeσπsrΔp所以σArΔdeσπrΔdsrΔpsPσArΔ2erfc2141)()0(242)(01012015/12/926用s0(t)传送码元“0”)()()(01tiAtitrΔnn平均误码率242)r(041)(σAΔeσπsrΔpσArΔdsrΔpsP2erfc21)()1(0002erfc212erfc21=)1()0(2101γσAsPsPPe2015/12/927相干FSK系统的误码率因为FSK信号的平均功率为221)2erfc(21)2erfc(21=γeeγπγσAP相干FSK系统的误码率：2coscos21=2022122AtωAtωAScc噪声功率为σ2，所以平均功率信噪比为222σAγ2015/12/928FSK系统的抗噪声性能（1）相干FSK系统的误码率：221)2erfc(21=ePe（2）非相干FSK系统的误码率：20121=)1()0(21esPsPPe2015/12/9299.2.4PSK和DPSK系统的抗噪声性能（1）相干PSK系统的误码率：（2）相干DPSK系统的误码率：ePe41)erfc(21=})][erf(1{21)](erfc211)[(erfc212=)(2DPSKeP（3）非相干DPSK系统的误码率：esPsPPe21=)]1()0([21012015/12/930（1）相干PSK系统的误码率：相干检测器的输出为：白噪声n(t)LPF抽样判决器BPFri(t)=sPSK(t)+ni(t)sPSK(t)cos(ωct)r(t)0,0cos=)(11,0cos=)(=)(01”时传送码元“以概率”时传送码元“以概率PTttωAtsPTttωAtstsbcbcPSK0,0)(11,0)(=)(”时传送码元“以概率”时传送码元“以概率PTttA+iPTttA+itrbnbn2015/12/931相干PSK系统的误码率：条件概率密度函数为：白噪生n(t)LPF抽样判决器BPFri(t)=sPSK(t)+ni(t)sPSK(t)cos(ωct)r(t)222)(121)(σr-Aeσπsrp222)(021)(σr+Aeσπsrp2015/12/932平均误码率2)cos()cos(21=222AtωAtωAScc222σAγPSK信号的平均功率为σAsPsPsPPe2erfc21=)1()1()0(21001噪声功率为σ2，所以平均功率信噪比为γeπγγPe41erfc21=PSK信号的平均误码率为2015/12/933（2）相干DPSK系统的误码率1=kkkdda白噪声n(t)延时TbPSK相干解调sDPSK(t)相对码dk绝对码akdkak2015/12/934平均误码率当{dk}序列中连续出现n个错误码元时，将影响到{ak}序列中的n+1个码元，但其中只有首尾两个码元出错。若令Pn表示{dk}序列中连续n个码元错误的发生概率，则差分译码器输出序列的误码率为由于“连续n个码元错误”意味着“连续的n个码元同时出错而该串错误码元两端