通信第八章课件.ppt
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第 8 章 数字信号的最佳接收 §8.1 数字信号接收的统计表述 §8.2 关于最佳接收的准则 §8.3 确知信号的最佳接收 §8.4 随相信号的最佳接收 § 8.1 引言 § 8.2 数字信号接收的统计表述 数字通信系统的统计模型 消息空间x:离散消息的所有可能取值的集合x1,x2, … xm,x的出现概率可以用一维概率分布P(xi)表示; 信号空间s:消息转换为信号是一一对应的,所以P(si)=P(xi); 噪声空间n:假定噪声是高斯型的(均值为零)随机过程,n的统计特性用多维联合概率密度函数来描述。 若是高斯过程且各抽样值独立,则 这里的 是噪声的方差,也就是噪声的功率。k=2fHT是在(0,T)内的抽样点数。噪声的平均功率还可以表示为 所以 于是 n0是单位频带内的噪声功率。 观察空间y: y(t)=s(t)+n(t)。当发出信号为si(t)时,接收信号y(t)为随机过程,其均值为si(t),方差为 ,其概率密度函数为 fsi(y)称为似然函数,它是信号统计检测的依据。按照某种准则,即可对y(t)作出判决,使判决空间中可能出现的状态r1, r2, …, rm与信号空间中的各状态s1, s2, …, sm相对应。 § 8.3关于最佳接收的准则 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。由于信号受到畸变和噪声的干扰,发送消息xi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。这将造成错误接收,错误接收的概率愈小愈好。 以二进制数字通信系统为例,分析在噪声中按何种方法接收才能使错误概率最小? Y中的每个点代表着y(t) 的一个实现。落在A1域 的实现判为r1;A2域中的 实现判为r2。因此Pe可写成 Pe=P(s1)P(A2/s1)+P(s2)P(A1/s2) 正确判决的概率为 Pc=1-Pe=P(s1)P(A1/s1)+P(s2)P(A2/s2) 这里 改写为 同理,在积分域A1内,应该是 或者说, 若 ,判为r1。 若 ,判为r2。 或者 上式称为似然比准则。若P(s1)=P(s2),则似然比准则简化为 若 ,则判为r1 若 ,则判为r2 § 8.4 确知信号的最佳接收 到达接收机的信号分为两类:确知信号、随参信号。 确知信号:所有参数(幅度、频率、相位、到达时间等)都确知,未知的只是信号出现与否。 随机相位信号,除相位外其余参数都确知的信号。 随机振幅、相位信号(简称起伏信号)的振幅、相位都是随机参数,而其余参数是确知的。 8.4.1二进制确知信号的最佳接收机 设到达接收机的两个可能信号为s1(t)和s2(t),它们的持续时间为(0,T)。且有相等的能量。 n(t)是高斯白噪声,其均值为零、单边功率谱密度为n0。现在我们的目的是要设计一个接收机,它能在噪声干扰下有最小的错误概率检测信号。 观察到的波形y(t)可表示为 y(t)={s1(t) 或 s2(t) } + n(t) 若 ,则判决收到s1(t),于是判决收到s1(t)的条件成为, 不等式两边取对数,简化为 再简化为 其中 当P(s1)=P(s2) 时,条件成为 对应的接收机结构称为“相关接收机” 简化的相关接收机 二进制确知信号最佳接收机的性能 当发送信号为s1(t)时,接收机输入信号为 y(t)=s1(t)+n(t) 其中, n(t)是高斯白噪声,其均值为零,方差为σ2n。若 则判为s2(t)出现,是错误判决。 将y(t)=s1(t)+n(t)代入判决式中可得错误判决条件为 化简得到 ,令 则,错误事件可以表示为 随机变量 服从正态分布,它的均值和方差分别为 利用相同的方法.我们可求得 式中 总的错误概率为 由此看出,所求的最佳接收机的极限性能只与先验概率P(s1)和P(s2)、噪声功率诺密度n0及两信号之差的能量有关,而与、s1(t)及s2(t)本身的具体形式无关。 分析Pe与先验概率的关系: 当P(s1)=0,而P(s2)=1或反之P(s
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