07---接收机的构成原理(1)(2).ppt
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1、1,数字通信 (第七讲) 接收机的构成原理(1) 2014,Yuping Zhao (Professor) 赵玉萍 Department of Electronics Peking University Beijing 100871, China email: ,2,通信系统中存在加性高斯噪声,接收信号为发送信号与噪声之和,3,接收机的主要工作步骤: 1。去除高频信号,将信号解调到基带 利用正弦信号的正交性 2。利用低通滤波器降低接收信号中的噪声 利用噪声功率谱远远比信号功率谱宽的特性滤除带外噪声 3。对信号进行采样 在信号点上进行采样,得到幅度和时间离散的信号 4。对接收信号进行判决: 利用
2、最佳判决准则,得到误码率最低的结果,4,载波解调,A/D变换,高频信号(时间/幅度模拟,带通,一路实信号),低频信号(时间/幅度模拟,低通,I/Q两路),低通滤波,下采样,时间/幅度离散信号,N倍过采样,I/Q两路分别去除带外噪声,得到采样点的值(去掉过采样的点),得到距采样点最近的发射信号的值,信号判决,转换成比特值,与发送比特比较,得到接收比特序列,得到误比特率(BER),内容提要,载波解调的原理及实现框图 一切遵循正交性原则正交性原则 收端滤波器的设计与特性 匹配滤波器是最佳的收端滤波器 滤波器只能滤除带外噪声,带内噪声依然保留 滤波过程减小了噪声的能量,信号能量不变 接收信号的判决:猜
3、一猜发射信号的值 最大似然准则:发射信号等概率时的判决准则 方法1:寻找与接收信号具有最小欧几里德距离的星座点 方法2:寻找与接收信号具有最大内积的星座点 最大后验概率准则:发射信号不等概率的判决准则,6,载波解调,A/D变换,高频信号(时间/幅度模拟,带通,一路实信号),低频信号(时间/幅度模拟,低通,I/Q两路),低通滤波,下采样,时间/幅度离散信号,N倍过采样,I/Q两路分别去除带外噪声,得到采样点的值(去掉过采样的点),得到距采样点最近的发射信号的值,信号判决,转换成比特值,与发送比特比较,得到接收比特序列,得到误比特率(BER),内容提要,载波解调的原理及实现框图 一切遵循正交性原则
4、正交性原则 收端滤波器的设计与特性 匹配滤波器是最佳的收端滤波器 滤波器只能滤除带外噪声,带内噪声依然保留 滤波过程减小了噪声的能量,信号能量不变 接收信号的判决:猜一猜发射信号的值 最大似然准则:发射信号等概率时的判决准则 方法1:寻找与接收信号具有最小欧几里德距离的星座点 方法2:寻找与接收信号具有最大内积的星座点 最大后验概率准则:发射信号不等概率的判决准则,8,接收信号可以表示为(一个信号周期内),n(t)表示具有功率谱密度 为N0/2 W/Hz的加性高斯白噪声的样本函数。,接收信号的描述,决定了信号星座点在I/Q平面的位置,9,X(t)-I路,回顾:发射机的信号发射,发射信号可以写为
5、,X,X,-,+,s(t),Y(t)-Q路,(适用于单个频率的各种调制方式), 如PSK,QAM等,10,接收机如何去掉载频,X,X,s(t),使用三角函数的正交性将接收信号的I路和Q路区分开 (适用于单个频率的各种调制方式),低通滤波器,I路,低通滤波器,Q路,积分,积分,载波解调讨论,单一载波调制的系统采用的是正弦/余弦信号的正交性,因此载波解调也使用该性质 载波解调器有两路并行信号,cos()与sin(),其输出结果分别对应于原低通信号的实部与虚部 一般来讲输出信号为幅度与时间均连续的时间信号,11,12,扩展:N个可能的正交信号,13,对于N个正交信号组成的发射信号s(t),使接收信号
6、 r(t)信号通过一组并行的N个相关器,其中 r(t)可能包含所有的正交分量,求第k个分量的方法是使用正交性:,积分结果包含两部分内容: 1)信号在fk上的投影 2)噪声在fk上的投影,由于使用了正交性原则,除 之外的所有正交分量均为零。,想一想,fk可能是什么函数?,14,接收信号为多个正交分量之和,接收信号可表示为,其中,n(t) :接收信号总噪声 n(t) :与任何正交分量都正交的量,其值与判决无关 nk, 噪声在第k个正交分量上的投影,该噪声直接影响系统性能,换句话说,判决完全根据相关器的输出信号的噪声分量nk进行判决。,15,噪声在各个基函数分量上是相互独立的,在处理某一基函数方向的
7、噪声时,可以不考虑其他方向噪声的影响,16,讨论1: 使用如下调制方式时f1fN的函数是什么? a). BPSK调制 b). QPSK调制 c). 16QAM调制,考虑单一载频的函数,17,X,X,r(t),t=T/N时刻采样,I路基带信号,Q路基带信号,18,收端经过AWGN信道之后的实部和虚部波形,此时信号的带宽一定,而噪声的带宽极其宽,19,载波解调,A/D变换,高频信号(时间/幅度模拟,带通,一路实信号),低频信号(时间/幅度模拟,低通,I/Q两路),低通滤波,下采样,时间/幅度离散信号,N倍过采样,I/Q两路分别去除带外噪声,得到采样点的值(去掉过采样的点),得到距采样点最近的发射信
8、号的值,信号判决,转换成比特值,与发送比特比较,得到接收比特序列,得到误比特率(BER),内容提要,载波解调的原理及实现框图 一切遵循正交性原则正交性原则 收端滤波器的设计与特性 匹配滤波器是最佳的收端滤波器 滤波器只能滤除带外噪声,带内噪声依然保留 滤波过程减小了噪声的能量,信号能量不变 接收信号的判决:猜一猜发射信号的值 最大似然准则:发射信号等概率时的判决准则 方法1:寻找与接收信号具有最小欧几里德距离的星座点 方法2:寻找与接收信号具有最大内积的星座点 最大后验概率准则:发射信号不等概率的判决准则,关于噪声,实际系统中,I路或Q路得噪声只与噪声在该轴上的投影有关,与其他轴上的投影无关,
9、 I路与Q路的噪声可以考虑成完全独立的。只与噪声在该轴上的投影有关,与其他轴上的投影无关 信号带宽为低通滤波器的带宽,传输过程中带宽不变 接收噪声信号带宽为低通滤波器带宽与过采样倍数的乘积-(为什么?),22,信号谱,噪声谱,f,思考:对信号进行了8倍过采样后,对每个样点加上噪声,那么信号带宽与噪声带宽的比值是多少?,23,接收信号的合并问题,下述波形代表一个发射信号(例如“1”),思考: 如何将发射波形合并 有噪声情况下如何使系统接收信号SNR最大最大比合并,24,接收信号的滤波,I路信号,Q路信号,低通滤波器,低通滤波器,采样,采样,25,匹配滤波器的设计目标: 滤波器输出应使信号信噪比(
10、SNR)最大,滤波器响应函数的推导,设接收信号在T点的采样值为Y(T),其中信号采样值为Ys(T),噪声采样值为Yn(T),信噪比(SNR)定义为,26,采样后的信号值为:,上式中分母(噪声能量)与滤波器形状没有关系,可以考虑为常数,27,利用不等式,上式只有在g1(t)=cg2(t)条件下使得等号成立(c为常数),左边一项达到最大值,优化目标:如何确定h(.)使分子部分得到最大值?,因此下式中当 h(t)=Cs(T-t), 即 h(t) 匹配于信号 s(t)时,SNR最大,28,此时匹配滤波器获得的输出的 SNR,结论:时域上,当发射信号为s(t)时,匹配滤波器形状如下时,在t=T时刻,信号
11、信噪比达到最大值。,29,匹配滤波器的频域解释 对匹配滤波器进行傅里叶变换,得到其频域相应,幅频响应与发送信号谱相同,但其相位相反。另外,还有一个时延T。,结论:,30,匹配滤波器实例,例:设发送信号为s(t) ,按照上述理论,我们来构造的线性滤波器的响应函数h(t),s(t)和h(t) 的响应函数如下图所示,31,滤波器的输出(卷积计算),当 t=T 时刻对滤波器的输出抽样,如果不考虑噪声(即 ) ,则,32,上式的公式在t=T时刻取得最大值,也就是匹配滤波器输出为最大值,此时采样,可以得到信号输出的最大值,33,Example 5-1-2(匹配滤波器例),双正交信号 设两个基函数分别为 f
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- 07 接收机 构成 原理
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