接收
在博文2PSK的解调中提到了最佳接收的问题,下面讲讲最佳接收。
在抽样时刻,有最大信噪比,就能达到最佳接收吗?
能不能是最佳接收,显然要看接收的误码率是不是最低的。以2PSK为例子,在2PSK中,我们是以表示码元1,以-表示码元0的。
发送s1时,接收机接到的信号y可能是这么分布的,
a1是无噪声时y应该取的值,a1是代表信号s1的被接收端收到的可能性最大,所以处在分布图的峰值上,a1两边是近似的s1,当然收到的可能性也较a1要低一些,越不像s1的信号,收到的可能性越低,因此离a1越远,这就是这个分布图所要反应的意义。
同样发送s2时,y的取值分布范围是这样的,同样a2代表收到的信号是s2,这两个分布图的交集部分是就是错误发生的地方,也就是发送的是s1,但被判为了s2,或发送s2,被判为了s1,显然交集不可避免,因此错误也不可能避免,既然错误不可避免,那我们就要考虑将判决门限放在哪,才能使错误发生率最低?
设置判决门限的意义是什么?
意义是当收到的y值落在的区域内,判为s2,当y值落在时,判为s1,很显然门限值应设在两曲线的交点上,才能使阴影部分面积最小。
否则,均会增加阴影面积,即增加错误概率,这样的判决方法也称为最大似然判决准则,也就是收到的y更接近谁就判为谁的意思。
相应的理论推导公式,我们根据发送的码元1和0出现的概率相等的前提,简化为如下:
当这个不等式成立时,就判y为s1,否则为s2;
不等式两边都是相乘后在积分,很像自相关和互相关的定义,这可不可以理解为在比较接收信号y与发送信号s1或s2的相关性呢?
完全可以,这其实就是在比较y与s1或y与s2的相关性的,看y像谁就判给谁,根据这个不等式,一个发送码元概率相等的最佳接收机的原理图如下:
因为这里面,比较器不是连续进行比较的,而是只在T时刻进行比较,所以也可以把比较器理解为抽样判决电路;
对2PSK来说,由于两个码元信号是相反的,即:s2=-s1,代入到前面的不等式中,计算后,其实就等同于:
相应的原理框图可以简化成这样:
只一个相关器就可以搞定了,从前面的理论推算上,这种接收的误码率为1,因此算是最佳接收了吧。
没错,这就是一种最佳的接收方式,也称为相关接收,
在2PSK接收电路中,
如果低通滤波器接收的信号在抽样时刻有最大的信噪比,那么就可以达到最佳接收。
能在抽样时刻输出最大信噪比的滤波器,也称为匹配滤波器。
为什么称为匹配滤波器,匹配在哪里?
因为1和0是由两个载波信号表示的,
所以接收端要用两个滤波器来匹配,当s1信号到来时,与它匹配的滤波器会有最大输出,而另一个没有,
这样一经比较,则就可以判决收到的是哪一个信号,反之亦然。
这样就能说明误码率是最低的吗?
计算表明,匹配滤波器的输出信号是输入信号的自相关函数的k倍,而且可以得到在抽样时刻的输出电压为
可见,这个积分式子右边的积分项和相关接收的积分项是一样的,这说明匹配滤波器完全可以用相关器来实现。
殊途同归呀,匹配滤波从最大信噪比出发,得到一个最佳接收机结构;
相关接收,则从最小错误概率出发,也得到一个最佳接收机结构,这两个接收机最后又可以用相同的结构来实现,这是否说明误码率和信噪比有某种关系?
室内静止时的信道环境要好于室外移动,所以可以减轻可靠性负担,转而使用高阶调制来提高传输效率。
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