通信原理報告數(shù)字基帶信號利用匹配濾波器的最佳接收模型設(shè)計解析

通信原理課程設(shè)計報告題目：數(shù)字基帶信號利用匹配濾波器的最佳接收模型設(shè)計專業(yè)班級：姓名：學號：指導教師：目錄：摘要…………………1關(guān)鍵詞………………1課程設(shè)計要求………………………1正文…………………2…………2…………………2………………4Simulink平臺模塊……………………5………………5…………..5…………6…………………7……………………7………………9………………………10參考文獻…………10【摘要】匹配濾波器能將調(diào)制過的信號還原成原來的樣子，而最佳接收機則是指在輸入信號存在白噪聲的情況下，將信號還原的同時還能優(yōu)化處理成最準確的信號的接收系統(tǒng)。通常在判別一個系統(tǒng)的優(yōu)劣時，誤碼率是個好判斷標準。本次課程設(shè)計也將誤碼率作為一個重要的分析系統(tǒng)優(yōu)劣的標準，設(shè)計一個誤碼率最小的接收系統(tǒng)?！娟P(guān)鍵詞】MATLABsimulink仿真平臺匹配濾波器最佳接收機【課程設(shè)計要求】仿真實現(xiàn)數(shù)字基帶信號利用匹配濾波器的最佳接收機模型。接收信號為高斯白噪聲的二進制數(shù)字序列x（t），其碼型為雙極性不歸零碼，利用匹配濾波器的最佳接收過程的時域圖及頻譜圖，以及對所設(shè)計的系統(tǒng)性能進行分析。實現(xiàn)該最佳接收模型和非最佳接收機模型的區(qū)別和性能比較。正文：

首先從匹配濾波器的定義：輸出信噪比Ps/Pn最大的線性濾波器稱為匹配濾波器來看。它的優(yōu)秀性能使它成為一種非常重要的濾波器，廣泛應用與通信、雷達相關(guān)的系統(tǒng)中。從相頻特性上看，匹配濾波器的輸入信號與相頻特性是剛好完全相反的。這種情況下，信號通過匹配濾波器后，其相位為0，恰好能使信號時域出現(xiàn)相干疊加的結(jié)果。反觀噪聲的相位是隨機的，所以噪聲只會出現(xiàn)非相干疊加的結(jié)果。也就是說時域上的信噪比最大的問題解決了。從幅頻特性來看，輸入信號與匹配濾波器的幅頻需要一致。也就是說，只要在信號頻率越強的點，濾波器的放大倍數(shù)也會變得越大；在信號頻率越弱的點，濾波器的放大倍數(shù)也相應的變得越小。換言之，這種特性使得匹配濾波器讓信號盡可能通過，而不太會收噪聲影響。在信號輸入匹配濾波器之前出現(xiàn)的高斯白噪聲的功率譜是相對平坦的，在各個頻率點也是差不多的。因此，這種情況下，信號能夠盡可能的通過，而噪聲則被盡可能的減弱。在解決這兩方面的問題后匹配濾波器還不夠完美，需要進行最佳接收機準則檢驗。但這就需要另外的一些設(shè)計。有y:y(t)=s(t)+n(t)。當發(fā)出信號為si(t)時，其概率密度函數(shù)為：按照某種準則，可以對y(t)作出判決，使判決空間中可能出現(xiàn)的狀態(tài)r1,r2,…,rm與信號空間中的各狀態(tài)s1,s2,…,sm相對應。Pe＝P(s1)P(r2/s1)＋P(s2)P(r1/s2)P(r2/s1)＝P(r1/s2)為錯誤轉(zhuǎn)移概率。以使Pe最小為目標，導出最佳接收的準則。把觀察空間的取值域y劃分成A1域和A2域，一旦接收機被構(gòu)成后,則這個劃分就被規(guī)定。該域的幾何表示如圖1所示。圖1落在A1域的實現(xiàn)判為r1;A2域中的實現(xiàn)判為r2。因此Pe可寫成：Pe＝P(s1)P(A2/s1)＋P(s2)P(A1/s2)正確判決的概率為Pc＝1-Pe=P(s1)P(A1/s1)＋P(s2)P(A2/s2)為使Pc最大，應同理，即得，若，則判為r1。若，則判為r2。簡化為：若，則判為r1；若，則判為r2。這就是最大似然準則。設(shè)到達接收機的兩個信號為s1(t)和s2(t),它們的持續(xù)時間為(0，T)。觀察到的波形y(t)可表示為：y(t)={s1(t)或s2(t)}+n(t)。若，則判決收到s1(t),于是判決收到s1(t)的條件成為：簡化為：其中：當P(s1)=P(s2)時，條件成為：以上為公式推論證明匹配濾波器能將調(diào)制過的信號還原成原來的樣子，而最佳接收機則是指在輸入信號存在白噪聲的情況下，將信號還原的同時還能優(yōu)化處理成最準確的信號的接收系統(tǒng)。通常在判別一個系統(tǒng)的優(yōu)劣時，誤碼率是個好判斷標準。本次課程設(shè)計也將誤碼率作為一個重要的分析系統(tǒng)優(yōu)劣的標準，設(shè)計一個誤碼率最小的接收系最佳接收機原理框圖設(shè)計過程這次設(shè)計采用了MATLAB中的simulink平臺來進行模塊仿真，我負責的是把加入高斯白噪聲后的信號濾波的電路設(shè)計。按照硬件框圖，在simulink工作區(qū)界面依次加入高斯白噪聲發(fā)生器、相乘器、積分器、抽樣判決器等并連接在一起。此過程我上網(wǎng)搜索各個器件模塊在simulink上的零件構(gòu)成和其英文名稱、用法等必要信息。運用simulink自帶的模塊庫，輸入零件名稱就可以找到。：該高斯白噪聲發(fā)生器用法簡單，只需要左邊接入輸入信號，右側(cè)輸出端就可以輸出加入高斯白噪聲的信號。雙擊打開此界面可調(diào)整白噪聲的強度。2.3.3積分器：積分器由數(shù)據(jù)輸入端和時鐘輸入端、integrator_rest、數(shù)據(jù)輸出端組成。連接時要接入時鐘信號，輸入端接入加入噪聲的輸入信號，右側(cè)輸出積分后的信號。抽樣判決器由輸入端、判決常數(shù)constant、Relationaloperator、輸出端、時鐘輸入端組成。使用時要接入時鐘信號，接入積分后的輸入信號，右側(cè)輸出濾波完成的信號。數(shù)據(jù)(1)HfauheuehefehhuhehuheuahhnvueuvhuheHfauheuehefehhuhehuheuahhnvueuvhuhe（2）經(jīng)發(fā)局就按基金額駙回復或非uu呼呼呼呼呼護額u胡同呼呼呼呼u經(jīng)發(fā)局就按基金額駙回復或非uu呼呼呼呼呼護額u胡同呼呼呼呼u（3）（4）結(jié)果分析從波形來看最佳接收機叫非最佳接收機更能還原出原來的波形數(shù)據(jù)記錄如下：高斯白噪聲強度最佳接收機誤碼率非最佳接收機誤碼率如上截圖以及表格所示當高斯白噪聲不斷增強后，最佳接收機的誤碼率不斷變大但依舊在一個可以接受的范圍，并小于非最佳接收機。頻譜圖由頻譜圖可看出最佳接收機的頻率較為集中，即輸出波形較為規(guī)律;而非最佳接收機的頻率十分分散,即波形較為混亂。從這幾方面可以看出此匹配濾波器符合最佳接收機的標準4.結(jié)論從分析來看，這次的課程設(shè)計完成了大部分的課程設(shè)計要求，做出來一個誤碼率低，波形還原較完整的一個匹配濾波器。但是也有一些要求沒有做出來像系統(tǒng)運行的編碼不是要求所說的雙極性不歸零碼而是普通的隨機二進制碼。無碼曾經(jīng)嘗試輸入雙極性碼，但是系統(tǒng)卻無法還原原來的信號，幾經(jīng)嘗試后因為提交期限將至所以只好作罷，降低了一點實驗要求。最終的成品個人還是覺得可以接受，畢竟付出了努力，也能完成一些功能。在此感謝老師的指導和同學們的幫助。【參考文獻】1.《通信原理教程（第3版）》樊昌信電子工業(yè)出版社2.《基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真》北京航空航天大學出版社3.《MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真（第3版）》電子工業(yè)出版社古今名言敏而好學，不恥下問——孔子業(yè)精于勤，荒于嬉；行成于思，毀于隨——韓愈興于《詩》，立于禮，成于樂——孔子己所不欲，勿施于人——孔子讀書破萬卷，下筆如有神——杜甫讀書有三到，謂心到，眼到，口到——朱熹立身以立學為先，立學以讀書為本——歐陽修讀萬卷書，行萬里路——劉彝黑發(fā)不知勤學早，白首方悔讀書遲——顏真卿書卷多情似故人，晨昏憂樂每相親——于謙書猶藥也，善讀之可以醫(yī)愚——劉向莫等閑，白了少年頭，空悲切——岳飛發(fā)奮識遍天下字，立志讀盡人間書——蘇軾鳥欲高飛先振翅，人求上進先讀書——李苦禪立志宜思真品格，讀書須盡苦功夫——阮元非淡泊無以明志，非寧靜無以致遠——諸葛亮熟讀唐詩三百首，不會作詩也會吟——孫洙《唐詩三