Dispense del corso - Dipartimento Ingegneria dell'Informazione ...

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20.05.2013 Views

Facoltà di Ingegneria 122 Figura 6.15: Correlazione tra i segnali FSK in funzione dell’indice di modulazione 6.10.3 Demodulazione coerente di un segnale FSK e probabilità di errore Il valore di h influenza la banda di trasmissione, poichè all’aumentare di h le due frequenze h1 e h2 sono maggiormente distanti, allo stesso tempo h influenza la probabilità di errore. Valutiamo quindi la proabilità di errore nel caso di canale AWGN. Lo schema del ricevitore ottimo è quello mostrato nella figura 6.16 considerando i segnali equiprobabili. Supponiamo di aver trasmesso il segnale s1(t) e di aver ricevuto r(t) = s1(t) + n(t), dove n(t) rappresenta il rumore gaussiano introdotto dal canale di comunicazione, che per le ipotesi fatte risulta a valor medio nullo e densità spettrale di potenza media pari a N0/2. Indichiamo con u1 e u2 le variabili aleatorie all’uscita del primo e del secondo ramo dopo i due integratori, si ha: u1 = Tsimb 0 u2 = Tsimb 0 Per cui D = u1 − u2 risulta s2 1(t)dt + Tsimb s1(t)n(t)dt 0 s1(t) · s2(t)dt + Tsimb s2(t)n(t)dt 0 (6.89) D = E(1 − ρ) + N (6.90)

dove N è la variabile aleatoria N = a media nulla mN = E[N] = E Tsimb e varianza σ 2 N 0 uguale a Tsimb 0 Facoltà di Ingegneria 123 n(t) · [s1(t) − s2(t)]dt (6.91) Tsimb n(t)[s1(t)−s2(t)]dt = E[n(t)]·[s1(t)−s2(t)]dt = 0 0 (6.92) σ2 N = E[N2 ] = Tsimb = Tsimb E[n(t1)n(t2)][s1(t1) − s2(t1)][s1(t2) − s2(t2)]dt1dt2 = 0 0 = Tsimb N0 0 2 [s1(t1) − s2(t1)] 2dt1 = = N0 · 2E(1 − ρ) = 2 = N0E(1 − ρ) (6.93) Poichè n(t) è un segnale aleatorio con densità di proabbilità gaussiana, a media nulla e varianza N0 , la variabile aleatoria D ha una densità di proba- 2 bilità, pD(D), gaussiana con media E(1 − ρ) e varianza σ2 N . L’errore viene commesso quando u1 < u2, cioè D < 0, per cui la probabilità di errore Pe/s1 risulta Pe/s1 = P (D < 0) = 0 −∞ q E(1−ρ) 1 [D−E(1−ρ)]2 − N − 0 2E(1−ρ)N e 0 dD = 2πE(1 − ρ)N0 −∞ con il seguente cambio di variabili v = D−E(1−ρ) √ . E(1−ρ)N0 1 v2 − √ e 2 dv 2π (6.94) Si ottiene quindi Pe = 0.5 · Pe|s1 + 0.5 · Pe|s2 = Pe|s1 = Q Eb(1 − ρ) . (6.95) considerando che Eb = E. La minima probabilità di errore si ottiene per segnali antipodali (BPSK) con ρ = −1, mentre nel caso di FSK la minima probabilità di errore si ottiene quando h = 0.715 con ρ = −0.212. Le precedenti considerazioni si riferiscono allo schema di demodulazione mostrato nella figura 6.16, che rappresenta uno schema di demodulazione coerente. La probabilità di errore di un segnale FSK ortogonale (ρ = 0) vale Pe = Q Eb N0 N0 (6.96)

dove N è la variabile aleatoria<br />

N =<br />

a media nulla<br />

<br />

mN = E[N] = E<br />

Tsimb<br />

e varianza σ 2 N<br />

0<br />

uguale a<br />

Tsimb<br />

0<br />

Facoltà di <strong>Ingegneria</strong> 123<br />

n(t) · [s1(t) − s2(t)]dt (6.91)<br />

Tsimb<br />

n(t)[s1(t)−s2(t)]dt = E[n(t)]·[s1(t)−s2(t)]dt = 0<br />

0<br />

(6.92)<br />

σ2 N = E[N2 ] =<br />

Tsimb<br />

= Tsimb<br />

E[n(t1)n(t2)][s1(t1) − s2(t1)][s1(t2) − s2(t2)]dt1dt2 =<br />

0 0<br />

= Tsimb N0<br />

0 2 [s1(t1) − s2(t1)] 2dt1 =<br />

= N0 · 2E(1 − ρ) =<br />

2<br />

= N0E(1 − ρ)<br />

(6.93)<br />

Poichè n(t) è un segnale aleatorio con densità di proabbilità gaussiana, a<br />

media nulla e varianza N0 , la variabile aleatoria D ha una densità di proba-<br />

2<br />

bilità, pD(D), gaussiana con media E(1 − ρ) e varianza σ2 N . L’errore viene<br />

commesso quando u1 < u2, cioè D < 0, per cui la probabilità di errore Pe/s1<br />

risulta<br />

Pe/s1 = P (D < 0) =<br />

0<br />

−∞<br />

q<br />

E(1−ρ)<br />

1<br />

[D−E(1−ρ)]2<br />

− N<br />

− 0<br />

2E(1−ρ)N e 0 dD =<br />

2πE(1 − ρ)N0<br />

−∞<br />

con il seguente cambio di variabili v = D−E(1−ρ) √ .<br />

E(1−ρ)N0<br />

1 v2<br />

− √ e 2 dv<br />

2π<br />

(6.94)<br />

Si ottiene quindi<br />

<br />

Pe = 0.5 · Pe|s1 + 0.5 · Pe|s2 = Pe|s1 = Q<br />

Eb(1 − ρ)<br />

. (6.95)<br />

considerando che Eb = E. La minima probabilità di errore si ottiene per<br />

segnali antipodali (BPSK) con ρ = −1, mentre nel caso di FSK la minima<br />

probabilità di errore si ottiene quando h = 0.715 con ρ = −0.212. Le precedenti<br />

considerazioni si riferiscono allo schema di demodulazione mostrato<br />

nella figura 6.16, che rappresenta uno schema di demodulazione coerente. La<br />

probabilità di errore di un segnale FSK ortogonale (ρ = 0) vale<br />

<br />

Pe = Q<br />

Eb<br />

N0<br />

N0<br />

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