多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪性能分析

1、安康學(xué)院學(xué)年論文（設(shè)計(jì)）題 目 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪性能分析學(xué)生姓名 任永森 學(xué)號(hào) 2009222343所在院（系）安康學(xué)院專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師張申華2012年6月8日多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪性能分析（作者：任永森）（安康學(xué)院電子與信息工程系電子信息工程專業(yè)09級(jí)，陜西 安康725000）指導(dǎo)教師：張申華【摘要】本文以雙模噪聲為背景噪聲，詳細(xì)分析了二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。它是對(duì) 原建立在高斯噪聲基礎(chǔ)上通信與信號(hào)處理理論的完善與補(bǔ)充，有一定的普遍意義。在理論分析的基 礎(chǔ)上，給出了仿真結(jié)果并進(jìn)行了分析?！娟P(guān)鍵詞】雙模噪聲相干檢測(cè)非相干檢測(cè)高斯型混合Anti-noise performance

2、of M-ary digital modulationsystemAuthor: Ren YOn gse n（Department of electronics and Information Engineering Ankang University of electronic informationengineering09, Ankang 725000， Shaanxi）Directed by Zha ng Shen huaAbstract: The bimodal noise background noise, a detailed analysis of the binary dig

3、ital modulation no ise immun ity performa nce of. It is to build in the Gauss no ise based on com muni cati on and sig nal process ing theory perfect and suppleme nt, has certa in com mon sen se. On the basis of theoretical an alysis, simulati on results and an alysis.Key words: Bimodal Noise cohere

4、 nt detecti on non cohere nt detect ion Gauss hybrid0引言通信與信號(hào)處理理論一般是建立在高斯噪聲基礎(chǔ)之上的，它對(duì)建立在高斯噪聲基礎(chǔ)上的數(shù)字調(diào) 制系統(tǒng)中的背景噪聲為高斯噪聲時(shí)的性能分析理論上已經(jīng)比較完善。非高斯噪聲研究是現(xiàn)代信號(hào)處 理的核心內(nèi)容之一，其應(yīng)用范圍以涉及地球物理各個(gè)領(lǐng)域。在信號(hào)處理方法中，特別是對(duì)于各種污 染非高斯噪聲的接收信號(hào)的檢測(cè)和處理，用高斯噪聲進(jìn)行近似分析不能得到滿意效果，所以在處理 信號(hào)和數(shù)據(jù)時(shí)，首先要分清混有那類噪聲，建立其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行處理。非高斯噪聲比高斯噪聲更具一般性，對(duì)于一些最簡(jiǎn)單的非高斯噪聲類型可以建立廣義高斯模

5、型，對(duì)于混合噪聲，有高斯型混合 以及高斯過程非高斯過程混合，應(yīng)分別根據(jù)具體情況建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行分析。B二的雙模過程PDF為在一般電子設(shè)備中把干擾看成高斯噪聲是足夠準(zhǔn)確的；在軍事民航和物探等設(shè)備中，影響信號(hào) 接收的很多噪聲為非高斯噪聲，如看作高斯噪聲有時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生破壞性損失?，F(xiàn)實(shí)中，噪聲往往是 混合噪聲，可能是雙模的雙模噪聲是一種簡(jiǎn)單混合噪聲，研究方法比高斯噪聲稍復(fù)雜，但可以代表 混合噪聲的一些特性。我們以高斯過程疊加均勻相位正弦波震蕩過程以及高斯過程疊加碼間干擾過 程為背景噪聲進(jìn)行研究。高斯過程和非高斯過程混合即高斯過程疊加均勻相位正弦波振蕩過程式（1）(1)圖1 概率密度函數(shù)曲線2兀0 e

6、xp201的丿d日2其中，二是高斯分量的方差。高斯混合過程即高斯過程疊加碼間干擾過程的雙模過程PDF為式（2）:當(dāng)b；/3時(shí)，完全把雙模噪聲等效為高斯噪聲。1雙模噪聲下數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能分析通信系統(tǒng)的抗噪性能是指系統(tǒng)克服加性噪聲影響的能力。在數(shù)字通信中，信道加性噪聲有可能使傳輸碼元產(chǎn)生錯(cuò)誤，錯(cuò)誤程度通常用誤碼率來衡量。下面分別討論二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK ）、移 頻鍵控（2FSK）及移相鍵控系統(tǒng)（2PSK）的抗噪性能。1.1 2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能在文獻(xiàn)4中以采用了非相干解調(diào)即包絡(luò)檢波法分析系統(tǒng)抗噪聲性能，給出了門限和誤碼率的近 似公式，本文采用相干解調(diào)即同步檢波法對(duì)系統(tǒng)抗噪聲性能進(jìn)行分

7、析。假設(shè)2ASK信號(hào)幅度為 A，發(fā)送1碼的概率為P(1)，發(fā)送 0碼的概率為P(0)，有P(1)=P(0).(1)背景噪聲為高斯過程與非高斯過程混合當(dāng)背景噪聲為高斯過程加正弦波過程時(shí)，發(fā)送碼元為“T時(shí)，抽樣判決器輸入端的波形的PDF為:1P(xjJICJ2 :0 exp當(dāng)發(fā)送碼元為“ 0 ”時(shí),抽樣判決器輸入端的波形的PDF為:1兀P (x)expi 、8 二f.2(x - B 日)2-2a(4)當(dāng)A/B較大時(shí)，為單門限判決，門限為V*=A/2.求得誤碼率為:1 P = 廠e 4 二(5)(2)背景噪聲為高斯型混合當(dāng)背景噪聲如式(2)所示即高斯型混合過程時(shí)，發(fā)送碼元為“1 ”時(shí),抽樣判決器輸入

8、端的波形為PDF1P1 xex pV8 Jiff2當(dāng)發(fā)送碼元為“ 0 ”時(shí)，抽樣判決器輸入端的波形為PDF :(6)2-1b 2+ 0X誤碼率為:xpe+177當(dāng)A2b時(shí)為單門限判決，門限為V*=A/2，(8) 1-A +b2(1-A - b211$2yIJl丿Pe =1.2移頻鍵控(2FSK)系統(tǒng)抗噪聲性能分別采用非相干檢測(cè)法和相干檢測(cè)法進(jìn)行二進(jìn)制FSK信號(hào)的解調(diào)。抽樣判決器是判定哪一個(gè)樣值大，不需要專門設(shè)置門限電平。仍然假設(shè)P(0)=P(1).背景過程為高斯過程與非高斯過程混合即背景噪聲方式(1)所示的高斯過程疊加正弦波過程進(jìn)行分析。采用非相干檢測(cè)法，我們求的誤碼率公式為：(9)(15)2

9、兀B vPe = P(v)Q( )dv 0CT T其中Q :. 為Q函數(shù)，P(v)為窄帶雙模過程加正弦波的包絡(luò)PDF :P(v)二v 2 二0 exPB , v2A2 - 2At:2-2rdtp1 2 -I ._(x)exp x(x二)為零階修正貝塞爾函數(shù)。2兀采用想干檢波法，得到誤碼率公式為:Pe ： 24 二2 _：C6(v - B 0 - A )2?！?f exp2d日0申-帀丿10丄二 dv(10)(2)背景噪聲為高斯型混合即對(duì)背景噪聲為式(2)所示的高斯過程疊加碼間干擾過程進(jìn)行分析,對(duì)于非相干檢測(cè)，求的誤碼率公式為:Pe二 o f (v) Q 2b/；,v/二 dv(11)其中f(v

10、)為窄帶雙模過程包絡(luò) PDF :vf(Fex2 2 2 、2b A+f2 +f3 +f4-2；一(12)其中 f1 ,f2 ,f3 ,f 4 二 exp2b2 +A2 土殳)，式中 B 為常數(shù)。采用相干檢波，求的誤碼率公式為:1Pe ,2 =ex(v - A + b )+-2丿(v-A-b)7R2-2-4 dv丿(13)(14)1.3移相鍵控系統(tǒng)(2PSK)抗噪聲性能我們?nèi)匀豢紤]P(0)=P(1)，采用相干檢測(cè)進(jìn)行解調(diào)，門限判決值為0電平。(1)所示時(shí)，求得系統(tǒng)誤碼率為:(1)背景噪聲為高斯過程與非高斯過程混合當(dāng)背景噪聲為式Pe4背景噪聲為高斯型混合當(dāng)背景噪聲為式(2)所示時(shí)，求得系統(tǒng)誤碼率為

11、:-A bb丿2、仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析以上得出了雙模噪聲下二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式，現(xiàn)在用Matlab進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)雙模噪聲下二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較。當(dāng)背景噪聲為高斯型混合即 （2）式所示時(shí)，取雙模噪聲中的參量 b=1.5這樣并不失一般性，因?yàn)?2ASKD與2FSK系統(tǒng)的非相干檢波法誤碼率性能與相位常數(shù)有關(guān)，取畫出誤碼率對(duì)應(yīng)信噪比RSN曲線如圖所示。當(dāng)背景噪聲為為高斯過程疊加正弦波過程時(shí)去雙模參數(shù)d =1, B=2,畫出誤碼率對(duì)應(yīng)信噪比 RSN曲線如圖3所示。對(duì)比圖2和圖3可以看出：兩種背景噪聲下的誤碼率都隨信噪比的增加呈快速下降趨勢(shì)；在抗加性雙模白噪聲方面，相干 2PSK性能

12、最好，2FSK次之，ASK最差。在相同的信噪比 RSN下,相干2PSK將有最低的誤碼率。在一般情形下，電子設(shè)備中的干擾信號(hào)往往被當(dāng)做高斯噪聲處理，如果干擾信號(hào)為雙模噪聲而2）所表示的雙模噪用高斯噪聲的方法處理會(huì)影響信號(hào)接收的準(zhǔn)確性。對(duì)此分別對(duì)高斯噪聲以及式（ 聲情形下2ASK和2FSK系統(tǒng)中高斯噪聲下的誤碼率總是高于雙模噪聲的誤碼率，即在信號(hào)接受準(zhǔn)確性要求高的情形下，把雙模噪聲看作高斯噪聲處理是不準(zhǔn)確的。圖2背景噪聲為（2）式下RSN-Pe性能圖0 2$圖3背景噪聲為（1）式下RSN-Pe性能圖J IV丁 一i*x*圖4高斯噪聲下與雙模噪聲下 Pe比較3、結(jié)語(yǔ)本文中分析的兩類雙模噪聲屬于兩類非

13、高斯噪聲，式（1）所示的雙模噪聲屬于高斯過程和非高斯過程混合；式（2）所表示的雙模噪聲屬于一類特殊的非高斯噪聲高斯混合噪聲。雙模噪聲中，相干檢測(cè)法的誤碼率 Pe小于非相干檢測(cè)的誤碼率，擔(dān)當(dāng)信噪比較小時(shí)為雙門限判決。故小信噪比時(shí)應(yīng)采用非相干檢測(cè)法，大信噪比時(shí)采用相干檢測(cè)法。雙模噪聲中的信號(hào)接收比高斯噪聲復(fù)雜，因此在研究他的處理方法時(shí)，也可利用他來加擾加密和發(fā)送假信號(hào)，有重要的軍事和保密價(jià)值。本位對(duì)雙模噪聲的研究方法可以作為通信理論中對(duì)高斯噪聲理論研究方法的有益補(bǔ)充。參考文獻(xiàn)1樊昌信 詹道庸通信原理M（第4版）M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社,1995.2曹志剛 錢亞生.現(xiàn)代通信原理M.北京：清華大學(xué)出版社，1992.3羅鵬飛等.統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理基礎(chǔ)一估計(jì)與檢測(cè)理論M.北京：電子工業(yè)出版社,2003.黃玉劃 山拜達(dá)拉拜雙模噪聲中信號(hào)的檢測(cè) J.電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)，:.Izzo L, Tanda M. Weak-signal diversity detection in narrowband non-Gaussian noiseJ. IEEEInternational Symposium on Information Theory Proceedings 1997:196Roberts J H. Phase-difference distribution for a narrow-ba