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1、1通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 第六章 数字调制系统n掌握二进制MSK、FSK、PSK调制原理n掌握二进制MSK、FSK、PSK解调原理n掌握二进制MSK、FSK、PSK调制的性能比较n了解多进制调制和改进型调制方式2通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院数字调制的数字调制的基本分类基本分类 用数字基带信号用数字基带信号(因幅度取值有限而可视作开关信号因幅度取值有限而可视作开关信号)去去键控高频正弦载波的振幅、频率或相位达调制目键控高频正弦载波的振幅、频率或相位达调制目的的（频谱搬移）（频谱搬移）振幅键控振幅键控(ASK)(ASK)
2、移频键控移频键控(FSK)(FSK)移相键控移相键控绝对移相绝对移相（PSKPSK）相对移相相对移相（DPSKDPSK）3通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院n解调方式解调方式相干解调法相干解调法非非相干解调法相干解调法n抗噪声性能抗噪声性能加性噪声加性噪声 解调波形失真解调波形失真 数字识别器数字识别器（抽（抽样判决器）样判决器）再生数据再生数据“误码误码”要求要求Pe结果式结果式(注注:接收已调波的形式及解调方案接收已调波的形式及解调方案不同不同,则则Pe的的结果也不一样结果也不一样)4通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院1 1、2A
3、SK2ASK5通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院(1)(1)关于关于2ASK2ASK信号信号v 信号表达式信号表达式v OOKOOK(通断键控通断键控)用的用的最多最多且最且最简简2ASK 用用1 1或或0 0控制控制载波载波的的有无有无0发发“1”1”时时发发“0”0”时时6通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 (2)2ASK(2)2ASK调制解调器调制解调器q 调制器调制器OOK调制器调制器 线性调制器线性调制器7通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院8通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学
4、院九江学院q 解调器解调器 非相干接收机非相干接收机BPFBPF整流整流LPFLPF抽样抽样判决判决输入输入输出输出定时定时 相干接收机相干接收机 BPFBPFLPFLPF抽样抽样判决判决输入输入输出输出定时定时cosct9通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院10通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院OOKOOK信号功率谱图形信号功率谱图形 特点：特点：理论理论上谱宽上谱宽，但，但有效有效带宽带宽 B B2R2RB B 2f2fs sPs(f)fsf2fs-fs-2fs0PE(f)ffCfC-fsfc+fs0-fC-fC+fs-fC-fs1
5、1通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院2 2、2FSK2FSK12通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 (1)(1)2FSK2FSK信号表达式信号表达式=发发“1”时时发发“0”时时13通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 (2)2FSK(2)2FSK调制器调制器 S（t）f2f1门门1门门2倒相2FSKS（t）f1f22FSKS（t）14通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院15通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 (3)2FSK(3)2FSK解调器解调器
6、 u分离滤波法分离滤波法u原理原理 e0（t）=e01（t）+e02（t）收端先分离两收端先分离两00K并分别解调、再比较并分别解调、再比较 判决得结果数据判决得结果数据u分类分类：非相干、相干非相干、相干u差分检波法差分检波法u过零检测法过零检测法 Ts内内载频不同载频不同则则过零次数过零次数也也不同不同 据此解调据此解调2FSK16通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院分离滤波法分离滤波法17通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院过零检测法过零检测法18通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 (4)(4)功率谱密
7、度功率谱密度基带谱基带谱2FSK2FSK信号带宽信号带宽:B=2Bb+|f2-f1|=2fs+|f2-f1|(Bb=fs 基基带带宽带带宽)2FSK2FSK为为两两不同载频的不同载频的OOKOOK信号之和信号之和e e0 0（t t）=e=e0101（t t）+e+e0202（t t）功率谱功率谱（仅连续谱（仅连续谱）如右如右频带谱频带谱具体功率具体功率谱密度草谱密度草图见教材图见教材P137P13719通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院3 3、2PSK2PSK20通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 用用0 00 0和和1801800
8、 0相位相位的载波表的载波表1 1和和0 0 时域表达式：时域表达式：(1)(1)2PSK2PSK信号表达式信号表达式e0（t）=e0（t）=CosCosc ct t （0 0相）相）发发“1”1”时时coscosc ct t（相）相）发发“0”0”时时=+1 P-1 1-P21通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院22通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 (2)2PSK(2)2PSK调制器调制器 相乘法产生相乘法产生 数字选相器数字选相器K倒相器0 0相相 相相载波发载波发生器生器选相开关选相开关S S（t t）e e0 0（t t）23
9、通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 相干解调器：相干解调器：(3)2PSK(3)2PSK解解调器调器 24通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院相干解调相干解调25通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 非相干解调非相干解调(相位比较法相位比较法)：C（t）26通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院4 4、2DPSK2DPSK27通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院差分差分编码编码载波载波发生器发生器二进信息二进信息（绝对码）绝对码）双极性双极性 相对码相对码
10、2DPSK信号信号2DPSK2DPSK调制器调制器28通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 相干解调相干解调带通带通低通低通抽样抽样判决器判决器码（反）码（反）变换器变换器DPSK信号信号abcdef二进制二进制信息码信息码位位定时定时本地载波本地载波2DPSK2DPSK解调器解调器29通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院相干解调相干解调30通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 差分相干解调差分相干解调DPSK信号信号abcde二进制二进制信息信息位位定时定时带通带通低通低通抽样抽样判决器判决器延迟延迟Ts31
11、通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 (4)(4)功谱密度功谱密度（类似（类似ASKASK的）的）基带信号是双极性不归零波形，且基带信号是双极性不归零波形，且P=1/2P=1/232通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院四、性能比较四、性能比较33通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院频带利用率方面频带利用率方面-以已调信号有效频带宽度衡量以已调信号有效频带宽度衡量以已调信号有效频带宽度衡量以已调信号有效频带宽度衡量设码元宽度设码元宽度T Ts s ，则：则：-2ASK-2ASK，2PSK2PSK的的频带利用率一致
12、频带利用率一致-2FSK-2FSK频带利用率最低频带利用率最低 B2FSK=f2 f1+2/Ts 2BbB2ASK=B2PSK=2/Ts=2Bb34通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院名名 称称PePerr关系关系相干相干OOKOOK非相干非相干OOKOOK相干相干2FSK2FSK非相干非相干2FSK2FSK相干相干2PSK2PSK差分相干差分相干2DPSK2DPSK同步检测同步检测2DPSK2DPSK误码率误码率（抗噪声性能方面）（抗噪声性能方面）（抗噪声性能方面）（抗噪声性能方面）35通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院一、2ASK系
13、统的抗噪声性能 信号的表示：信号的表示：信号的表示：信号的表示：接收的信号，加入加性噪声（和一定的衰减）接收的信号，加入加性噪声（和一定的衰减）接收的信号，加入加性噪声（和一定的衰减）接收的信号，加入加性噪声（和一定的衰减）36通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院1包络检波的系统性能 37通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院38通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院2相干解调的系统性能39通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院n在大信噪比r条件下，2ASK的同步解调性能总优于包络检波（误
14、码率低）但性能相差不大同步解调原理上要简单些（不包含载波恢复部分）40通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院例已知OOK信号RB=4.8106B，已知信号幅度1mV，噪声n0=2 10-5W/Hz求包络检波的误码率求同步解调的误码率大信噪比大信噪比大信噪比大信噪比41通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院二、2FSK系统的抗噪声性能 信号的表示信号的表示信号的表示信号的表示 42通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院1包络检波 由由由由2FSK2FSK的解调，进入抽样判决的是的解调，进入抽样判决的是的解调，进入抽样判
15、决的是的解调，进入抽样判决的是两路包络两路包络两路包络两路包络：43通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院2同步（相干）解调 44通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院例FSKFSK的在的在的在的在有效带宽有效带宽有效带宽有效带宽为为为为2400Hz2400Hz的信道上传输的信道上传输的信道上传输的信道上传输1 1、2FSK2FSK的带宽的带宽的带宽的带宽2 2、使用包络检波的误码率、使用包络检波的误码率、使用包络检波的误码率、使用包络检波的误码率3 3、使用相干解调的误码率、使用相干解调的误码率、使用相干解调的误码率、使用相干解调的误码率2
16、 2、信道带宽、信道带宽、信道带宽、信道带宽2400Hz2400Hz，接受滤波器带宽接受滤波器带宽接受滤波器带宽接受滤波器带宽B=2RB=2RB B=600Hz=600Hz容量一样，所以输出时带宽减少容量一样，所以输出时带宽减少容量一样，所以输出时带宽减少容量一样，所以输出时带宽减少4 4倍，信噪比增大倍，信噪比增大倍，信噪比增大倍，信噪比增大4 4倍倍倍倍r=44=16r=44=1645通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院三、2PSK系统的抗噪声性能1 12PSK2PSK2PSK2PSK相干解调相干解调相干解调相干解调 信号的表示信号的表示信号的表示信号的表示 同
17、步解调接受到的信号同步解调接受到的信号同步解调接受到的信号同步解调接受到的信号 46通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院22DPSK差分相干解调波形表达式：波形表达式：波形表达式：波形表达式：47通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院32DPSK的相干解调（极性比较（极性比较（极性比较（极性比较-码变换法）码变换法）码变换法）码变换法）在码变换器前系统的误码率（和在码变换器前系统的误码率（和在码变换器前系统的误码率（和在码变换器前系统的误码率（和2PSK2PSK相干解调一样）：相干解调一样）：相干解调一样）：相干解调一样）：码变换器的输入一
18、个错码会带来两个输出错码码变换器的输入一个错码会带来两个输出错码码变换器的输入一个错码会带来两个输出错码码变换器的输入一个错码会带来两个输出错码 码变换器的输出误码率码变换器的输出误码率码变换器的输出误码率码变换器的输出误码率 48通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院例2DPSK2DPSK，R RB B=10=106 6B B，n n0 0=210=210-10-10 W/Hz,W/Hz,要求要求要求要求PePe不大于不大于不大于不大于1010-4-41 1、求差分相干解调的输入信号功率、求差分相干解调的输入信号功率、求差分相干解调的输入信号功率、求差分相干解调的输
19、入信号功率2 2、采用相干采用相干采用相干采用相干码反变换的输入信号功率码反变换的输入信号功率码反变换的输入信号功率码反变换的输入信号功率说明，差分相干解调需要的信号功率稍高说明，差分相干解调需要的信号功率稍高说明，差分相干解调需要的信号功率稍高说明，差分相干解调需要的信号功率稍高49通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 相干解调性能优于非相干相干解调性能优于非相干 相同相同P Pe e下，下，2PSK2PSK对对r r的要求最小、的要求最小、2FSK2FSK次之、次之、2ASK2ASK要求最高要求最高（都相差（都相差3dB3dB）相同相同r r下，相干解调下，相干
20、解调2PSK2PSK的的P Pe e最低最低（抗噪声性（抗噪声性 能最好）能最好）结结 论论50通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院信道引起幅度变换的影响：信道引起幅度变换的影响：信道引起幅度变换的影响：信道引起幅度变换的影响：（1 1）2FSK2FSK不需要判决门限，直接比较两路不需要判决门限，直接比较两路不需要判决门限，直接比较两路不需要判决门限，直接比较两路对信道变换对信道变换对信道变换对信道变换不敏感不敏感不敏感不敏感（2 2）2PSK2PSK判决门限为判决门限为判决门限为判决门限为00不受信道变换影响不受信道变换影响不受信道变换影响不受信道变换影响（3 3
21、）2ASK2ASK判决门限为判决门限为判决门限为判决门限为a/2a/2（等概时）等概时）等概时）等概时）易受信道影响易受信道影响易受信道影响易受信道影响衰落的影响：衰落的影响：衰落的影响：衰落的影响：严重的衰落，应该使用非相干解调严重的衰落，应该使用非相干解调严重的衰落，应该使用非相干解调严重的衰落，应该使用非相干解调此时不易提取载波此时不易提取载波此时不易提取载波此时不易提取载波功率的要求：功率的要求：功率的要求：功率的要求：严格功率要求时，用相干解调严格功率要求时，用相干解调严格功率要求时，用相干解调严格功率要求时，用相干解调信噪比要求小，但信噪比要求小，但信噪比要求小，但信噪比要求小，但
22、载波提取困难载波提取困难载波提取困难载波提取困难对信道特性敏感性对信道特性敏感性51通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院2ASK2ASK优于优于2FSK2FSK优于优于2PSK2PSK优于优于2DPSK2DPSK（由它由它们的调制器及接收机方框图可见）们的调制器及接收机方框图可见）相干接收机设备较复杂相干接收机设备较复杂（因因C(t)C(t)的提取困难）的提取困难）设备复杂度方面设备复杂度方面52通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院57通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院3 3、MPSKMPSK(多元绝对移相键
23、控多元绝对移相键控)58通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 QPSKQPSK矢量图及相位选择矢量图及相位选择(教材教材P164P164 165)165)1 01 10 10 0参考相位参考相位 参考相位参考相位1 10 10 01 045450 0a a方式方式b b方式方式双比特码双比特码 n n双比特码双比特码 n n0 00 00 00 01 11 145450 00 10 190900 00 10 11351350 01 01 02702700 00 00 02252250 01 11 11801800 01 01 03153150 059通信原理通信原理
24、通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院q 调制器调制器q 数字选相法数字选相法 /23/2 060通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院q 正交调制法正交调制法 61通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 脉冲插入法脉冲插入法62通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院q 解调器解调器正交正交相干相干解调解调 63通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院4 4、MDPSK64通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院nn n与双比特码间关系：与双比特码间关系：令：
25、令：n n=K K K-1K-1 -K K与与 K-1K-1表相邻双比特码对应的载波表相邻双比特码对应的载波初相初相 则：则：4 4进制状态进制状态双比特码双比特码n n=K K K-1K-1a a方式方式b b方式方式0 00 00 00 00 045450 01 10 10 190900 01351350 02 21 01 02702700 02252250 03 31 11 11801800 03153150 065通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院5 5 联合键控联合键控 66通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院问题的提出问题的
26、提出 67通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院这种信号的一个码元可以表示为式中，k=整数；Ak和k分别可以取多个离散值。上式可以展开为令 Xk=AkcoskYk=-Aksink则信号表示式变为Xk和Yk也是可以取多个离散值的变量。从上式看出，sk(t)可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。68通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院矢量图在信号表示式中，若k值仅可以取/4和-/4，Ak值仅可以取+A和-A，则此QAM信号就成为QPSK信号，如下图所示：所以，QPSK信号就是一种最简单的QAM信号。69通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九
27、江学院九江学院九江学院 QAMQAM和和APKAPK的星座图的星座图MQAMMQAM的特点：的特点：MQAMMQAM的星座图取矩形或十字形的星座图取矩形或十字形 M=4M=4、1616、6464、256.256.取矩形取矩形 M=32M=32、128.128.取十字形取十字形 70通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 MQAMMQAM调制器调制器71通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 QAMQAM(正交振幅调制系统正交振幅调制系统)原理简介原理简介:优点优点:频带利用率高频带利用率高!(R RbMbM=log=log2 2MRMRb2b
28、2)缺点缺点:抗噪声性能差抗噪声性能差!相加器相加器信道信道LPFLPFmI(t)mQ(t)cosctsinctcosctsinctmI(t)mQ(t)72通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院复合相移法：它用两路独立的QPSK信号叠加，形成16QAM信号，如下图所示。图中虚线大圆上的4个大黑点表示第一个QPSK信号矢量的位置。在这4个位置上可以叠加上第二个QPSK矢量，后者的位置用虚线小圆上的4个小黑点表示。AMAM73通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院6 MSK6 MSK最小频移键控最小频移键控 74通信原理通信原理通信原理通信原理九
29、江学院九江学院九江学院九江学院最小频移键控（MSK）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，其波形图如下：75通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 MSK是一种特殊形式的FSK，其频差是满足两个频率相互正交(即相关函数等于0)的最小频差，并要求FSK信号的相位连续，其频差f=f2-f1=1/2Tb,即调制指数为 式中，Tb为输入数据流的比特宽度。MSK的信号表达式为 76通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院MSK的相位轨迹 77通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院MSK信号的功率谱 7
30、8通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院 与FSK性能相比，由于各支路的实际码元宽度为2Tb，其对应的低通滤波器带宽减少为原带宽的1/2，从而使MSK的输出信噪比提高了一倍。经过差分译码后的误比特率为 79通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院1)振幅包络恒定2)信号的频率偏移=3)信号在一个码元期间准确线性变化 4)一个码元期间，信号包含1/4载波周期的整数倍 5)码元转换时刻无相位跃变 80通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院7 GMSK7 GMSK高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控 81通信原理通信原理
31、通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院MSK振幅恒定，功率谱主瓣以外衰减较快但仍不能满足移动通信中衰减70-80dB的要求，GMSK即对此提出。特点：带宽窄、锐截止；抑制了高频成分、防止过量的瞬时频率偏移 82通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院83通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院正交频分复用正交频分复用单载波调制和多载波调制比较 单载波体制：码元持续时间Ts短，但占用带宽B大；由于信道特性|C(f)|不理想，产生码间串扰。多载波体制：将信道分成许多子信道。假设有10个子信道，则每个载波的调制码元速率将降低至1/10，每个子
32、信道的带宽也随之减小为1/10。若子信道的带宽足够小，则可以认为信道特性接近理想信道特性，码间串扰可以得到有效的克服。84通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院fttBBTsNTs单载波调制多载波调制f|C(f)|C(f)|ffc(t)t图8-12 13 多载波调制原理85通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院正交频分复用(OFDM)特点：为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠；各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号；每路子载波的调制是多进制调制；每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信
33、道特性的优劣不同采用不同的体制。并且可以自适应地改变调制体制以适应信道特性的变化。OFDM的缺点：对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感；信号峰值功率和平均功率的比值较大，这将会降低射频功率放大器的效率86通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院ffkfk+1/TsTstOFDM的频域特性设在一个子信道中，子载波的频率为fk、码元持续时间为Ts，则此码元的波形和其频谱密度画出如下图：87通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院fk2/Tsfk1/Tsfkff在OFDM中，各相邻子载波的频率间隔等于最小容许间隔 故各子载波合成后的频谱密度曲线如下图 虽然由图上看，各路子载波的频谱重叠，但是实际上在一个码元持续时间内它们是正交的。故在接收端很容易利用此正交特性将各路子载波分离开。采用这样密集的子载频，并且在子信道间不需要保护频带间隔，因此能够充分利用频带。这是OFDM的一大优点。88通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院分帧分组串/并变换编码映射.IDFT.并/串变换D/A变换上变频OFDM信号二进制输入信号89通信原理通信原理通信原理通信原理九江学院九江学院九江学院九江学院