多进制数字调制系统抗噪性能分析

1、安康学院学年论文（设计）题 目 多进制数字调制系统抗噪性能分析学生姓名 任永森 学号 2009222343所在院（系）安康学院专业班级指导教师张申华2012年6月8日多进制数字调制系统抗噪性能分析（作者：任永森）（安康学院电子与信息工程系电子信息工程专业09级，陕西 安康725000）指导教师：张申华【摘要】本文以双模噪声为背景噪声，详细分析了二进制数字调制系统的抗噪声性能。它是对 原建立在高斯噪声基础上通信与信号处理理论的完善与补充，有一定的普遍意义。在理论分析的基 础上，给出了仿真结果并进行了分析。【关键词】双模噪声相干检测非相干检测高斯型混合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引言通信与信号处理理论一般是建立在高斯噪声基础之上的，它对建立在高斯噪声基础上的数字调 制系统中的背景噪声为高斯噪声时的性能分析理论上已经比较完善。非高斯噪声研究是现代信号处 理的核心内容之一，其应用范围以涉及地球物理各个领域。在信号处理方法中，特别是对于各种污 染非高斯噪声的接收信号的检测和处理，用高斯噪声进行近似分析不能得到满意效果，所以在处理 信号和数据时，首先要分清混有那类噪声，建立其数学模型进行处理。非高斯噪声比高斯噪声更具一般性，对于一些最简单的非高斯噪声类型可以建立广义高斯模

5、型，对于混合噪声，有高斯型混合 以及高斯过程非高斯过程混合，应分别根据具体情况建立数学模型并进行分析。B二的双模过程PDF为在一般电子设备中把干扰看成高斯噪声是足够准确的；在军事民航和物探等设备中，影响信号 接收的很多噪声为非高斯噪声，如看作高斯噪声有时可能会产生破坏性损失。现实中，噪声往往是 混合噪声，可能是双模的双模噪声是一种简单混合噪声，研究方法比高斯噪声稍复杂，但可以代表 混合噪声的一些特性。我们以高斯过程叠加均匀相位正弦波震荡过程以及高斯过程叠加码间干扰过 程为背景噪声进行研究。高斯过程和非高斯过程混合即高斯过程叠加均匀相位正弦波振荡过程式（1）(1)图1 概率密度函数曲线2兀0 e

6、xp201的丿d日2其中，二是高斯分量的方差。高斯混合过程即高斯过程叠加码间干扰过程的双模过程PDF为式（2）:当b；/3时，完全把双模噪声等效为高斯噪声。1双模噪声下数字调制系统的抗噪性能分析通信系统的抗噪性能是指系统克服加性噪声影响的能力。在数字通信中，信道加性噪声有可能使传输码元产生错误，错误程度通常用误码率来衡量。下面分别讨论二进制振幅键控（2ASK ）、移 频键控（2FSK）及移相键控系统（2PSK）的抗噪性能。1.1 2ASK系统的抗噪声性能在文献4中以采用了非相干解调即包络检波法分析系统抗噪声性能，给出了门限和误码率的近 似公式，本文采用相干解调即同步检波法对系统抗噪声性能进行分

7、析。假设2ASK信号幅度为 A，发送1码的概率为P(1)，发送 0码的概率为P(0)，有P(1)=P(0).(1)背景噪声为高斯过程与非高斯过程混合当背景噪声为高斯过程加正弦波过程时，发送码元为“T时，抽样判决器输入端的波形的PDF为:1P(xjJICJ2 :0 exp当发送码元为“ 0 ”时,抽样判决器输入端的波形的PDF为:1兀P (x)expi 、8 二f.2(x - B 日)2-2a(4)当A/B较大时，为单门限判决，门限为V*=A/2.求得误码率为:1 P = 厂e 4 二(5)(2)背景噪声为高斯型混合当背景噪声如式(2)所示即高斯型混合过程时，发送码元为“1 ”时,抽样判决器输入

8、端的波形为PDF1P1 xex pV8 Jiff2当发送码元为“ 0 ”时，抽样判决器输入端的波形为PDF :(6)2-1b 2+ 0X误码率为:xpe+177当A2b时为单门限判决，门限为V*=A/2，(8) 1-A +b2(1-A - b211$2yIJl丿Pe =1.2移频键控(2FSK)系统抗噪声性能分别采用非相干检测法和相干检测法进行二进制FSK信号的解调。抽样判决器是判定哪一个样值大，不需要专门设置门限电平。仍然假设P(0)=P(1).背景过程为高斯过程与非高斯过程混合即背景噪声方式(1)所示的高斯过程叠加正弦波过程进行分析。采用非相干检测法，我们求的误码率公式为：(9)(15)2

9、兀B vPe = P(v)Q( )dv 0CT T其中Q :. 为Q函数，P(v)为窄带双模过程加正弦波的包络PDF :P(v)二v 2 二0 exPB , v2A2 - 2At:2-2rdtp1 2 -I ._(x)exp x(x二)为零阶修正贝塞尔函数。2兀采用想干检波法，得到误码率公式为:Pe ： 24 二2 _：C6(v - B 0 - A )2兀”(f exp2d日0申-帀丿10丄二 dv(10)(2)背景噪声为高斯型混合即对背景噪声为式(2)所示的高斯过程叠加码间干扰过程进行分析,对于非相干检测，求的误码率公式为:Pe二 o f (v) Q 2b/；,v/二 dv(11)其中f(v

10、)为窄带双模过程包络 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 为常数。采用相干检波，求的误码率公式为:1Pe ,2 =ex(v - A + b )+-2丿(v-A-b)7R2-2-4 dv丿(13)(14)1.3移相键控系统(2PSK)抗噪声性能我们仍然考虑P(0)=P(1)，采用相干检测进行解调，门限判决值为0电平。(1)所示时，求得系统误码率为:(1)背景噪声为高斯过程与非高斯过程混合当背景噪声为式Pe4背景噪声为高斯型混合当背景噪声为式(2)所示时，求得系统误码率为

11、:-A bb丿2、仿真实验结果及分析以上得出了双模噪声下二进制数字调制系统的误码率公式，现在用Matlab进行仿真实验，对双模噪声下二进制数字调制系统的性能进行比较。当背景噪声为高斯型混合即 （2）式所示时，取双模噪声中的参量 b=1.5这样并不失一般性，因为 2ASKD与2FSK系统的非相干检波法误码率性能与相位常数有关，取画出误码率对应信噪比RSN曲线如图所示。当背景噪声为为高斯过程叠加正弦波过程时去双模参数d =1, B=2,画出误码率对应信噪比 RSN曲线如图3所示。对比图2和图3可以看出：两种背景噪声下的误码率都随信噪比的增加呈快速下降趋势；在抗加性双模白噪声方面，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将有最低的误码率。在一般情形下，电子设备中的干扰信号往往被当做高斯噪声处理，如果干扰信号为双模噪声而2）所表示的双模噪用高斯噪声的方法处理会影响信号接收的准确性。对此分别对高斯噪声以及式（ 声情形下2ASK和2FSK系统中高斯噪声下的误码率总是高于双模噪声的误码率，即在信号接受准确性要求高的情形下，把双模噪声看作高斯噪声处理是不准确的。图2背景噪声为（2）式下RSN-Pe性能图0 2$图3背景噪声为（1）式下RSN-Pe性能图J IV丁 一i*x*图4高斯噪声下与双模噪声下 Pe比较3、结语本文中分析的两类双模噪声属于两类非

13、高斯噪声，式（1）所示的双模噪声属于高斯过程和非高斯过程混合；式（2）所表示的双模噪声属于一类特殊的非高斯噪声高斯混合噪声。双模噪声中，相干检测法的误码率 Pe小于非相干检测的误码率，担当信噪比较小时为双门限判决。故小信噪比时应采用非相干检测法，大信噪比时采用相干检测法。双模噪声中的信号接收比高斯噪声复杂，因此在研究他的处理方法时，也可利用他来加扰加密和发送假信号，有重要的军事和保密价值。本位对双模噪声的研究方法可以作为通信理论中对高斯噪声理论研究方法的有益补充。参考文献1樊昌信 詹道庸通信原理M（第4版）M.北京：国防工业出版社,1995.2曹志刚 钱亚生.现代通信原理M.北京：清华大学出版社，1992.3罗鹏飞等.统计信号处理基础一估计与检测理论M.北京：电子工业出版社,2003.黄玉划 山拜达拉拜双模噪声中信号的检测 J.电路与系统学报，:.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