通信原理第10111213章课件.ppt

1、数字信号的最佳接收信道前置滤波器解调器判决器G.W发送信号s(t)判决门限y(t)ys(t)+n(t)输出数据-有误码，以Pe大小衡量系统性能好坏!y=S1+n 0t Ts 以概率P(1)S0+n 0t Ts P(0)s(t)=s1(t)0t Ts 以概率P(1)s0(t)0t Ts P(0)1、问题的提出数字信号的接收机一、最佳接收的含义及准则vG.W背景下,基于PePemin准则设计接收机!v欲PePemin,要求接收机基于两准则:v 最大输出信噪比准则(第一准则)v要求接收机前置滤波器输出的混合信号在各抽样时刻具最大瞬时信噪比r0maxv匹配滤波接收机v 似然比准则和似然函数择大准则(第

2、二准则)接下页似然比准则判发S0判发S1)0()1()()(10ppyfyfss)0()1()()(10ppyfyfss2、最佳接收机的设计准则 fs0(y)fs1(y)判发S0 fs0(y)fs1(y)判发S1-fs0(y)-G.W下,发0时收端样值（RV）的概密函数-fs1(y)-G.W下,发1时收端样值（RV）的概密函数 -相关接收机基于该准则!(在准则基础上,先将有关条件(如:收到的数字已调信号的形式等)代入并作数学推导化简后,再据最简数学式画接收机原理框图)似然函数择大准则(P(1)=P(0)时用)本地相干载波2ASK信号入至受信者载波恢复积分器抽样判决器判决门限=?例：2ASK相关

3、接收机结构-源于相干接收机P(1)=P(0)时由似然比或似然函数择大准则导出!二、各种确知数字已调信号的相关接收机1101011数字基带信号1111100重建数据重建数据低通输出抽样脉冲 各抽样时刻-每-码元的中间时刻2ASK相干接收机各点波形2ASK信号相乘器输 出1101011数字基带信号积分器输 出1111100重建数据抽样脉冲 各抽样时刻-每码元的终止时刻2ASK信号相乘器输 出1、概念使用场合：-作为最佳接收机的前置滤波器能使输出信噪比最大-从而使接收机的误码率最小2、设计方法匹配滤波器H()h(t)线性滤波器 x(t)X()y（t）Y()激励:x(t)=s(t)+n(t)响应:y(

4、t)=s0(t)+n0(t)传输特性:冲激响应:信号响应:s0(t)=s(t)*h(t)第11章-一、引言二、纠错编码基本原理三、常用简单编码四、线性分组码概念差错控制编码1、差错控制目的 提高数字通信系统的可靠性（减小错码率Pe）减小Pe的措施p 均衡p 合理选择调制解调方式p 适当增大发送功率p 接收端加前置带通p 合理选择判决规则及门限p 差错控制编码（属“信道编码”范畴）p 一、引言l 反馈检验法l 检错重发（ARQ）l 前向纠错（FEC）l 混合方式（在纠错能力范围内可自动纠错，超出纠错范围则要求重发）2.差错控制方式3.如何识别和纠错？识别依据-在信息码流中加监督码!纠正前提-知错

5、码具体位置！-在信息码流中按一定规则加监督码的过程就是差错控制编码1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0知其错,所以正确的应“0”二元代码（信息码）信息0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 晴霜雾云雪阴雨雹二元代码（信息码）信息0 0 00 1 11 0 11 1 0 晴云阴雨其余为“禁用码组”码组错1位可检出二元代码（信息码）信息0 0 01 1 1 晴雨 其余6组为“禁用码组”可检2位错，纠正1位错88组码全部用来表消息组码全部用来表消息（无禁用（无禁用码组）码组）一旦出错收端无从知道！一旦出错收端无从知道！二、纠错编

6、码基本原理1.举例（关于许用与禁用码组概念）结构：码组长度 n=k位信息码+r位监督码an-1an-2arar-1a1a02.分组码概念(要求弄清!)二元代码信息0 0 00 1 11 0 11 1 0 晴云阴雨K=2r=1譬如：有监督码就意味着收端可纠检错码！监督码位数与码型？与具体编码规则及信息码码型有关(见后)码重(weight)-一个码组中“1”的数目n 码距(distance，又称汉明距离)概念两码组间对应位上数字不同的位数（例）n 与纠检错能力关系1 0 1 0 0 1 10 1 0 1 1 0 01 0 0 0 1 1 00 0 1 0 1 1 1 d0 e+1 (可检测e个错码

7、)d0 2t+1 (可纠正t个错码)d0 e+t+1(et)(可纠正t个错码同时检测e个错码)3.码距与纠错能力(要求掌握!)1.奇偶监督码 an-1an-2an-3 a0 =0u 一维奇偶监督码n=k位信码+1位监督码n 编码规则：思考：a0应=？n 检错能力：-可检测奇数个错码！？或an-1an-2an-3 a0 =1u 二维奇偶监督码问题-哪些错码可检测出来？n 编码规则？（参见P283）n 应用场合-检测突发错码 a1n-1 a1n-2 a1n-3 a11 a10 a2n-1 a2n-2 a2n-3 a21 a20amn-1 amn-2 amn-3 am1 am0cn-1 cn-2 c

8、n-3 c1 c02.正反码 特点-能纠错 解码规则 信息位监督位=合成码组 合成码组校验码组 信码组有奇数个“1”时，合成码组=校验码组 信码组有偶数个“1”时，合成码组=校验码组 编码规则 r=k(码组监督位个数=信息位个数)监督位与信息位码型相同（信码组有奇数个“1”时）监督位与信息位码型相反（信码组有偶数个“1”时）线性码-按一组线性方程构成的分组码分组码-K个信息位+r个监督位 线性分组码 奇偶监督码校正子：S=an-1an-2an-3 a1a0监督位：a0=an-1an-2an-3a1 汉明码-见下页；循环码-见后面 S0或1分别说明？监督码是“1”是“0”由信息码决定例1:设汉明

9、分组码(n,k)中k=4,为纠正1位错,监督位r3(由2r k+r+1得出)则：n=k+r=7 且有3校正子S1,S2,S3，求每码组的监督码型？-下面分几个步骤获监督关系式有了监督关系是式才能据信息码得监督码a6a5a4a3a2a1a0(7,4)汉明码的码组结构r=3 校正子有3个k=4 2.汉明码（典型线性分组码之一）（先举例说明）n 校正子及监督关系式（汉明码编码规则与此有关）n 收端如何判断错码？S的个数 r 信息码型决定监督关系式 监督码元是“1”还是“0”由监督关系式决定 计算校正子S，据几个校正子情况判断(1)汉明码编码原理归 纳特点 码长：n=2m-1；信息码位：k=2m-1；

10、监督码位r=n-k=m 最小码距：d0=3 纠/检错能力：t=1 e=2m序列的概念与性质 随机序列-代表原始消息的数字序列随机!(接收者无法预知某时刻会收到1还是0)伪随机序列 -既有一定的周期性，又具有随机性的数字序 列（又称伪数据）-由专门电路产生 m序列(一种常见伪随机序列)-最长线性反馈移位寄存器序列 1、概念应用场合n 实验用信息源或噪声源n 作为保密通信的人为密码n 作为帧同步、群同步码组n 作为CDM、CDMA（码分多址）的地址码n 作为扩频通信用的特殊载波n m序列-周期=m(=2n-1)其中：n为移位寄存器的级数 m序列发生器的结构 -线性反馈逻辑电路+移位寄存器见下页(m

11、序列发生器)n级线性反馈移位寄存器组成的m序列发生器 基本结构图（图12-4 P380）an-1an-2an-3a1a0c1c2c3Cn-1c1=1cn=1an输出 ci代表反馈线连接与否：ci=1（表连接上）ci=0（表不连接）an=c1an-1c2an-2 c3an-3 cna0 可由表12-1(见P385)设计任意级数的m序列发生器第13章-l 载波同步l 位同步l 群（帧、字、码组）同步l 网同步同步原理1、插入导频法：-DSB中插入导频（相位与发载波相差900）M（f）ffDSB频谱导频fc属带内插入 相干接收时，收端如何获得C(t)？方法分类：插入导频(有辅助导频)法 直接提取(无

12、辅助导频)法插入导频法双边带频谱fcfmM（f）-fmVSB频谱f1f2注：f1、f2间有特定便收端获C(t)的关系VSB滤波特性2、直接提取法 插入导频法缺点 -导频消耗发送功率，影响调制效率 直接法分类 平方变换法（例见下页）平方环法（例-见后面）同相正交环法 柯斯塔斯环法 平方律部件窄带滤波器二分频LPF相干解调器m0（t）Sm（t）e（t）2fCc（t）本地相干载波 设Sm（t）为DSB信号，e（t）=？m（t）由一系列不同频幅的低频正弦波叠加而成 相干载波提取支路平方律部件环路滤波器二分频VCOPD（2）平方环法锁相环Sm（t）V（t）c（t）本地相干载波V1（t）V2（t）ud（t

13、）设Sm（t）为2PSK信号，V1（t）=？用锁相环将VCO产生正弦波的频、相(角度)锁定在 平方律部件输出正弦波的角度上 C(t)有1800相位模糊(随机倒)问题这样，收端用窄带滤波器可从中提取fs或2fs分量，经适当处理，作为抽样脉冲!-发S(t)的同时，发与发定时有关的导频信号，便收端提取位定时。譬如:Ps（f）f导频先验等概时的单极性不归零波形的功谱密度fs导频fPs（f）先验等概时的双极性归零波形的功谱密度2fs波形变换窄带滤波器移相脉冲形成fs数字基带信号入位定时脉冲出 波形变换目的-使信号含有fs分量 波形变换包括 不归零随机码归零随机码 微分+整流+形成 对2PSK进行包络检波

14、 收端直接从未含定时（即fs分量）的数字基带信号中提取位定时。譬如：数字锁相 微分整流型锁相 同相正交积分型数字锁相2、直接提取法之二：锁相环法目的-获得与群起止时刻一致的定时脉冲,便收端区别各帧、字！免相互混杂,无法正常通信分类:外同步法-在发数据中插入专门的帧同步脉冲(或脉冲组)作为标志,收端据它确定帧字的起止时刻 自同步法-不专门发标志脉冲,收端利用数字序列本身的特性来获帧同步脉冲.三、群 同 步（包括帧、字节、码组、基群、二次群同步）5位信息码止起1位（1bit）1.5位（1.5bit）止脉冲每帧(字节)占据时间=7.5Ts 收端据起、止脉冲判断每一帧的起止时刻 优点：易实现 缺点：传

15、输不方便、效率低,抗噪声性能差 (同步判错整个字节丢失)几种帧字同步的方法(外同步法)（2）连贯式(集中式)插入法 在每帧(或群)开头处插入群同步码组 群同步码组特点 码组具尖锐单峰特性的局部自相关函数 收端识别器电路要简单 巴可码序列 码组位数为n(n=2,3,4,5,7,11)码型见P371表11-1 7位巴克码的自相关函数及收端识别器电路见 P371图11-24,25 数字识别器输出波形(见P372图11-26)巴克码序列具备这些特点（3）（具体见P372）v 群同步码组被分散插到信息流中(每隔一定数量的信息码元,插入一个群同步码元)v（4）v加高式v帧头处插入一幅度大于信码幅度的帧同步脉冲v优点：便产生、便提取.缺点：抗干扰能力差、调制功能无法充分利用v加宽式v帧头处插入一脉宽大于信码宽度的帧同步脉冲v缺点：传输效率低帧同步头信息码组收端判决同步头的门限电平 目的-使网内各设备、各分支机构时间节拍的一致.分类v 主从同步法v 相互同步法v 码速调整法v 水库法 四、网同步