通信原理A第08章.ppt

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1、引言数字信号的最佳接收准则最佳接收机结构最佳接收机的性能最佳基带传输系统第8章数字信号的最佳接收§8.1引言一个通信系统的优劣在很大程度上取决于接收系统的性能。这是因为，影响信息可靠传输的不利因素（信道特性的不理想及信道中存在噪声等）将直接作用到接收端，对信号接收产生影响。从接收角度看，可以采用最佳接收理论，使接收效果达到最佳。最佳接收理论是以接收问题作为自己的研究对象，研究从噪声中如何最好地提取有用信号。最好或最佳并不是绝对的概念，它是在某个准则下的一个相对概念。在某个准则下最佳的接收机，在另一准则下不一定是最佳的。因此，最佳准则的确立至关重要。§8.2数字信

2、号的最佳接收准则在数字通信系统中，最直观且最合理的准则是“最小差错概率”准则。由于在传输过程中，信号会受到畸变和噪声的干扰，发送信号si(t)时不一定能判为ri出现，而是判决空间的所有状态都可能出现。这样将会造成错误接收，我们期望错误接收的概率愈小愈好。最小差错概率准则是数字通信系统最常采用的准则。由于影响接收端差错概率的因素有多个，所以数字信号最佳接收的准则也有多个。1.最大后验概率准则设发送的符号为s1,s2,接收结果为y若条件概率P(s1/y)>P(s2/y),则判决为s1，P(s1/y)

3、况下,计算后验概率存在困难,而利用概率乘法定理可以进行变换概率乘法定理P(s1/y)P(y)=P(y/s1)P(s1)P(s1/y)=P(y/s1)P(s1)/P(y)或P(s1/y)=f(y/s1)P(s1)/f(y)同理P(s2/y)=f(y/s2)P(s2)/f(y)这里P(s1),P(s2)为先验概率，由最大后验概率准则变为另一种准则判为s1判为s2在加性高斯白噪声条件下，似然比准则和最小差错概率准则是等价的。2.似然比准则当s1(t)和s2(t)的发送概率相等时，即P(s1)=P(s2)时，则有fs1(y)＞fs2(y),判为s1fs1(y)＜fs2

4、(y),判为s2其物理概念是，接收到的波形y中，哪个似然函数大就判为哪个信号出现。以上判决规则可以推广到多进制数字通信系统中，对于m个可能发送的信号，在先验概率相等时的最大似然准则为3.最大似然准则fsi(y)＞fsj(y),判为si(i=1,2,…,m;j=1,2,…,m;i≠j)4.最大输出信噪比准则由于信道信噪比r大小直接影响接收机误码率Pe，r增加，Pe减小；若r达到最大，则Pe达到最小，最终实现最佳接收。这就是最大输出信噪比准则。实验证明，在接收机中加入匹配滤波器（MF)，MF能在某时刻给出最大输出信噪比。§8.3确知信号的最佳接收机所谓最佳接收机设计是指

5、在一组给定的假设条件下，利用信号检测理论给出满足某种最佳准则接收机的数学描述和组成原理框图，而不涉及接收机各级的具体电路。1.理想接收机-按照最大后验概率准则建立其中相乘器与积分器构成相关器。接收过程是分别计算观察波形y(t)与s1(t)和s2(t)的相关函数，在抽样时刻t=T，y(t)与哪个发送信号的相关值大就判为哪个信号出现。U1=lnP(s1)U2=lnP(s2)式中：2.理想接收机的简化结构-相关接收机如果发送信号s1(t)和s2(t)的出现概率相等，即P(s1)=P(s2)，可得U1=U2。此时，两个相加器可以省去，先验等概率情况下的二进制确知信号最佳接收

6、机得到简化。也称相关检测式最佳接收机3.匹配滤波器式最佳接收机匹配滤波器可以看成是一个计算输入信号自相关函数的相关器。设发送信号为s(t)，则匹配滤波器的单位冲激响应为h(t)=s(T-t)关于匹配滤波器的特性在数字通信系统中，滤波器是其中重要部件之一，滤波器特性的选择直接影响数字信号的恢复。在数字信号接收中，滤波器的作用有两个方面，第一是使滤波器输出有用信号成分尽可能强；第二是抑制信号带外噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减小噪声对信号判决的影响。匹配滤波器满足：H(ω)=KS*(ω)e-jωt0匹配滤波器举例例：设输入信号如图所示，试求该信号的匹配滤波器传

7、输函数和输出信号波形。so(t)OTt2T2T23Ts(t)0Tt2T12Th(t)0Tt1so(t)其他=可见，匹配滤波器的输出在t=T时刻得到最大的能量E=。匹配滤波器在抽样时刻t=T时的输出样值与最佳接收机中相关器在t=T时的输出样值相等,因此在最小差错概率准则下，相关器形式的最佳接收机与匹配滤波器形式的最佳接收机是等价的。另外，无论是相关器还是匹配式接收机,它们的比较器都是在t=T时刻才作出判决，也即在码元结束时刻才能给出最佳判决结果。因此，判决时刻的任何偏差都将影响接收机的性能。关于最佳接收机结构的说明由于相关器形式的最佳接收机与