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  <name>Performance Analysis of Orthogonal Binary Signals with Matched Filters</name>

  <metadata>
  <md:version>2.9</md:version>
  <md:created>2001/06/28</md:created>
  <md:revised>2005/09/20 11:58:13.348 GMT-5</md:revised>
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      <md:author id="aaz">
      <md:firstname>Behnaam</md:firstname>
      
      <md:surname>Aazhang</md:surname>
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    </md:author>
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      <md:firstname>Dinesh</md:firstname>
      
      <md:surname>Rajan</md:surname>
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      <md:firstname>Behnaam</md:firstname>
      
      <md:surname>Aazhang</md:surname>
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  <md:keywordlist>
    <md:keyword>analysis</md:keyword>
    <md:keyword>antipodal</md:keyword>
    <md:keyword>binary symbol</md:keyword>
    <md:keyword>bit-error</md:keyword>
    <md:keyword>bit-error probability</md:keyword>
    <md:keyword>correlator</md:keyword>
    <md:keyword>error</md:keyword>
    <md:keyword>matched filter</md:keyword>
    <md:keyword>orthogonal</md:keyword>
    <md:keyword>receiver</md:keyword>
    <md:keyword>signal</md:keyword>
  </md:keywordlist>

  <md:abstract>Bit-error analysis for an orthogonal binary signal set by using a matched filter receiver.</md:abstract>
</metadata>

  <content>
    <para id="para1">
      <equation id="eq01">
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:implies/>
	    <m:ci>
	      <m:msub>
		<m:mi>r</m:mi>
		<m:mi>t</m:mi>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:ci type="vector">Y</m:ci>
	      <m:vector>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		      <m:mn>1</m:mn>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>T</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		      <m:mn>2</m:mn>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>T</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:vector>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>
      </equation>
    </para>
    
    <para id="para2">
      If
      <m:math display="inline">
	<m:apply>
	  <m:ci type="fn">
	    <m:msub>
	      <m:mi>s</m:mi>
	      <m:mn>1</m:mn>
	    </m:msub>
	  </m:ci>
	  <m:ci>t</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>
      is transmitted
      
      <equation id="eq02">
	<m:math display="block">
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub>
		  <m:mi>Y</m:mi>
		  <m:mn>1</m:mn>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:ci>T</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:plus/>
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:bvar>
		<m:lowlimit>
		  <m:apply>
		    <m:minus/>
		    <m:infinity/>
		  </m:apply>
		</m:lowlimit>
		<m:uplimit>
		  <m:infinity/>
		</m:uplimit>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub>
			<m:mi>s</m:mi>
			<m:mn>1</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>τ</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msubsup>
			<m:mi>h</m:mi>
			<m:mn>1</m:mn>
			<m:mi>opt</m:mi>
		      </m:msubsup>
		    </m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:ci>T</m:ci>
		      <m:ci>τ</m:ci>
		    </m:apply>
		    </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>ν</m:mi>
		    <m:mn>1</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>T</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:plus/>
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:bvar>
		<m:lowlimit>
		  <m:apply>
		    <m:minus/>
		    <m:infinity/>
		  </m:apply>
		</m:lowlimit>
		<m:uplimit>
		  <m:infinity/>
		</m:uplimit>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub>
			<m:mi>s</m:mi>
			<m:mn>1</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>τ</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msubsup>
			<m:mi>s</m:mi>
			<m:mn>1</m:mn>
			<!-- is this really conjugate?-->
			<m:mo>*</m:mo>
		      </m:msubsup>
		    </m:ci>
		    <m:ci>τ</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>ν</m:mi>
		    <m:mn>1</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>T</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:plus/>
	      <m:ci>
		<m:msub>
		  <m:mi>E</m:mi>
		  <m:mi>s</m:mi>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>ν</m:mi>
		    <m:mn>1</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>T</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>
      </equation>

      <equation id="eq04">
	<m:math display="block">
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub>
		  <m:mi>Y</m:mi>
		  <m:mn>2</m:mn>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:ci>T</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:plus/>
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:bvar>
		<m:lowlimit>
		  <m:apply>
		    <m:minus/>
		    <m:infinity/>
		  </m:apply>
		</m:lowlimit>
		<m:uplimit>
		  <m:infinity/>
		</m:uplimit>
		<m:apply>
		    <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub>
			<m:mi>s</m:mi>
			<m:mn>1</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>τ</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msubsup>
			<m:mi>s</m:mi>
			<m:mn>2</m:mn>
			<!-- is this really conjugate-->
			<m:mo>*</m:mo>
		      </m:msubsup>
		    </m:ci>
		    <m:ci>τ</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>ν</m:mi>
		    <m:mn>2</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>T</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub>
		  <m:mi>ν</m:mi>
		  <m:mn>2</m:mn>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:ci>T</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>
      </equation>
    </para>
    
    <para id="para3">
      If
      <m:math display="inline">
	<m:apply>
	  <m:ci type="fn">
	    <m:msub>
	      <m:mi>s</m:mi>
	      <m:mn>2</m:mn>
	    </m:msub>
	  </m:ci>
	  <m:ci>t</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>
      is transmitted,
      <m:math display="inline">
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub>
		<m:mi>Y</m:mi>
		<m:mn>1</m:mn>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>T</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub>
		<m:mi>ν</m:mi>
		<m:mn>1</m:mn>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>T</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
      and
      <m:math display="inline">
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub>
		<m:mi>Y</m:mi>
		<m:mn>2</m:mn>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>T</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:plus/>
	    <m:ci>
	      <m:msub>
		<m:mi>E</m:mi>
		<m:mi>s</m:mi>
	      </m:msub>
	      </m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub>
		  <m:mi>ν</m:mi>
		  <m:mn>2</m:mn>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:ci>T</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>.
    </para>

    <figure id="fig1">
      <media type="image/png" src="Figure4-39.png"/>
    </figure>
    
    <para id="para4">
      <equation id="eq05">
	<name>H0</name>
	<m:math display="block">
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci type="vector">Y</m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:plus/>
	      <m:vector>
		<m:ci>
		  <m:msub>
		    <m:mi>E</m:mi>
		    <m:mi>s</m:mi>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:cn>0</m:cn>
	      </m:vector>
	      <m:vector>
		<m:ci>
		  <m:msub>
		    <m:mi>ν</m:mi>
		    <m:mn>1</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>
		  <m:msub>
		    <m:mi>ν</m:mi>
		    <m:mn>2</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
	      </m:vector>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>
      </equation>

      <equation id="eq06">
	<name>H1</name>
	<m:math display="block">
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci type="vector">Y</m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:plus/>
	      <m:vector>
		<m:cn>0</m:cn>
		<m:ci>
		  <m:msub>
		    <m:mi>E</m:mi>
		    <m:mi>s</m:mi>
		  </m:msub>
		</m:ci>
	      </m:vector>
	      <m:vector>
		<m:ci>
		  <m:msub>
		    <m:mi>ν</m:mi>
		    <m:mn>1</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>
		  <m:msub>
		    <m:mi>ν</m:mi>
		    <m:mn>2</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
	      </m:vector>
	      </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>
      </equation>

      where
      <m:math display="inline">
	<m:ci>
	  <m:msub>
	    <m:mi>ν</m:mi>
	    <m:mn>1</m:mn>
	  </m:msub>
	</m:ci>
      </m:math>
      and
      <m:math display="inline">
	<m:ci>
	  <m:msub>
	    <m:mi>ν</m:mi>
	    <m:mn>2</m:mn>
	  </m:msub>
	</m:ci>
      </m:math>
      are independent are Gaussian with zero mean and variance
      <m:math display="inline">
	<m:apply>
	  <m:times/>
	  <m:apply>
	    <m:divide/>
	    <m:ci>
	      <m:msub>
		<m:mi>N</m:mi>
		<m:mn>0</m:mn>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:cn>2</m:cn>
	  </m:apply>
	  <m:ci>
	    <m:msub>
	      <m:mi>E</m:mi>
	      <m:mi>s</m:mi>
	    </m:msub>
	  </m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>.
      The analysis is identical to the <cnxn document="m10154" strength="6">
	correlator example</cnxn>.
      <equation id="eq07">
	<m:math display="block">
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci>
	      <m:msub>
		<m:mi>P</m:mi>
		<m:mi>e</m:mi>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">Q</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:root/>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>E</m:mi>
		      <m:mi>s</m:mi>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>N</m:mi>
		      <m:mn>0</m:mn>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>
      </equation>
      
      Note that the maximum likelihood detector decides based on
      comparing
      <m:math display="inline">
	<m:ci>
	  <m:msub>
	    <m:mi>Y</m:mi>
	    <m:mn>1</m:mn>
	  </m:msub>
	</m:ci>
      </m:math>
      and
      <m:math display="inline">
	<m:ci>
	  <m:msub>
	    <m:mi>Y</m:mi>
	    <m:mn>2</m:mn>
	  </m:msub>
	</m:ci>
      </m:math>.
      If
      <m:math display="inline">
	<m:apply>
	  <m:geq/>
	  <m:ci>
	    <m:msub>
	      <m:mi>Y</m:mi>
	      <m:mn>1</m:mn>
	    </m:msub>
	  </m:ci>
	  <m:ci>
	    <m:msub>
	      <m:mi>Y</m:mi>
		<m:mn>2</m:mn>
	    </m:msub>
	  </m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>
      then
      <m:math display="inline">
	<m:apply>
            <m:ci type="fn">
	    <m:msub>
	      <m:mi>s</m:mi>
	      <m:mn>1</m:mn>
              </m:msub>
	  </m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>
      was sent; otherwise
      <m:math display="inline">
	<m:apply>
	  <m:ci type="fn">
              <m:msub>
	      <m:mi>s</m:mi>
	      <m:mn>2</m:mn>
	    </m:msub>
	  </m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>
      was transmitted.  For a similar analysis for binary antipodal
      signals, refer <cnxn document="m10153" strength="6">here</cnxn>. See <cnxn target="fig2"/> or <cnxn target="fig3"/>.

    <figure id="fig2">
      <media type="image/png" src="Figure4-40_1.png"/>
    </figure>
    
    <figure id="fig3">
      <media type="image/png" src="Figure4-40_2.png"/>
    </figure>
  </para>
    
  </content>
</document>
