通信原理報(bào)告 數(shù)字基帶信號(hào)利用匹配濾波器的最佳接收模型設(shè)計(jì)

1、.通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 數(shù)字基帶信號(hào)利用匹配濾波器的最佳接收模型設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：目錄：摘要1關(guān)鍵詞1課程設(shè)計(jì)要求1正文2 1.概述2 2.1設(shè)計(jì)原理2 2.2.1硬件框圖4 2.2.2simulink平臺(tái)模塊5 2.3.1設(shè)計(jì)過(guò)程5 2.3.2高斯白噪聲發(fā)生器.52.3.3積分器62.3.4抽樣判決器7 3.1數(shù)據(jù)7 3.2結(jié)果分析9 4.結(jié)論10參考文獻(xiàn)10【摘要】 匹配濾波器能將調(diào)制過(guò)的信號(hào)還原成原來(lái)的樣子，而最佳接收機(jī)則是指在輸入信號(hào)存在白噪聲的情況下，將信號(hào)還原的同時(shí)還能優(yōu)化處理成最準(zhǔn)確的信號(hào)的接收系統(tǒng)。通常在判別一個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣時(shí)，誤碼率是個(gè)好判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2、本次課程設(shè)計(jì)也將誤碼率作為一個(gè)重要的分析系統(tǒng)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)一個(gè)誤碼率最小的接收系統(tǒng)?！娟P(guān)鍵詞】matlab simulink仿真平臺(tái) 匹配濾波器 最佳接收機(jī)【課程設(shè)計(jì)要求】仿真實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶信號(hào)利用匹配濾波器的最佳接收機(jī)模型。接收信號(hào)為高斯白噪聲的二進(jìn)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(guò)程的時(shí)域圖及頻譜圖，以及對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能進(jìn)行分析。實(shí)現(xiàn)該最佳接收模型和非最佳接收機(jī)模型的區(qū)別和性能比較。正文：1.概述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(lái)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(yīng)用與通信、雷達(dá)相關(guān)的系統(tǒng)中。從

3、相頻特性上看，匹配濾波器的輸入信號(hào)與相頻特性是剛好完全相反的。這種情況下，信號(hào)通過(guò)匹配濾波器后，其相位為0，恰好能使信號(hào)時(shí)域出現(xiàn)相干疊加的結(jié)果。反觀噪聲的相位是隨機(jī)的，所以噪聲只會(huì)出現(xiàn)非相干疊加的結(jié)果。也就是說(shuō)時(shí)域上的信噪比最大的問(wèn)題解決了。從幅頻特性來(lái)看，輸入信號(hào)與匹配濾波器的幅頻需要一致。也就是說(shuō)，只要在信號(hào)頻率越強(qiáng)的點(diǎn)，濾波器的放大倍數(shù)也會(huì)變得越大；在信號(hào)頻率越弱的點(diǎn)，濾波器的放大倍數(shù)也相應(yīng)的變得越小。換言之，這種特性使得匹配濾波器讓信號(hào)盡可能通過(guò)，而不太會(huì)收噪聲影響。在信號(hào)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(duì)平坦的，在各個(gè)頻率點(diǎn)也是差不多的。因此，這種情況下，信號(hào)能夠盡可能

4、的通過(guò)，而噪聲則被盡可能的減弱。在解決這兩方面的問(wèn)題后匹配濾波器還不夠完美，需要進(jìn)行最佳接收機(jī)準(zhǔn)則檢驗(yàn)。但這就需要另外的一些設(shè)計(jì)。2.1設(shè)計(jì)原理有y: y(t)=s(t)+n(t)。當(dāng)發(fā)出信號(hào)為si(t)時(shí)，其概率密度函數(shù)為：按照某種準(zhǔn)則，可以對(duì)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(hào)空間中的各狀態(tài)s1, s2, , sm相對(duì)應(yīng)。 pep(s1)p(r2/s1)p(s2)p(r1/s2)p(r2/s1)p(r1/s2)為錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率。以使pe最小為目標(biāo)，導(dǎo)出最佳接收的準(zhǔn)則。把觀察空間的取值域y劃分成a1域和a2域，一旦接收機(jī)被構(gòu)成后,則這個(gè)劃分就被規(guī)定。該域的

5、幾何表示如圖1所示。圖1落在a1域的實(shí)現(xiàn)判為r1;a2域中的實(shí)現(xiàn)判為r2。因此pe可寫(xiě)成：pep(s1)p(a2/s1)p(s2)p(a1/s2)正確判決的概率為 pc1-pe=p(s1)p(a1/s1)p(s2)p(a2/s2)為使pc最大，應(yīng)同理， 即得，若，則判為r1。若，則判為r2。簡(jiǎn)化為：若，則判為r1；若，則判為r2。這就是最大似然準(zhǔn)則。設(shè)到達(dá)接收機(jī)的兩個(gè)信號(hào)為s1(t)和s2(t),它們的持續(xù)時(shí)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(jiǎn)化為：其中：當(dāng)p(s1)=p

6、(s2) 時(shí)，條件成為：以上為公式推論證明2.2.1硬件框圖匹配濾波器能將調(diào)制過(guò)的信號(hào)還原成原來(lái)的樣子，而最佳接收機(jī)則是指在輸入信號(hào)存在白噪聲的情況下，將信號(hào)還原的同時(shí)還能優(yōu)化處理成最準(zhǔn)確的信號(hào)的接收系統(tǒng)。通常在判別一個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣時(shí)，誤碼率是個(gè)好判斷標(biāo)準(zhǔn)。本次課程設(shè)計(jì)也將誤碼率作為一個(gè)重要的分析系統(tǒng)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)一個(gè)誤碼率最小的接收系最佳接收機(jī)原理框圖2.2.2simulink平臺(tái)模塊2.3.1設(shè)計(jì)過(guò)程這次設(shè)計(jì)采用了matlab中的simulink平臺(tái)來(lái)進(jìn)行模塊仿真，我負(fù)責(zé)的是把加入高斯白噪聲后的信號(hào)濾波的電路設(shè)計(jì)。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、

7、積分器、抽樣判決器等并連接在一起。此過(guò)程我上網(wǎng)搜索各個(gè)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(yùn)用simulink自帶的模塊庫(kù)，輸入零件名稱就可以找到。2.3.2高斯白噪聲發(fā)生器：該高斯白噪聲發(fā)生器用法簡(jiǎn)單，只需要左邊接入輸入信號(hào)，右側(cè)輸出端就可以輸出加入高斯白噪聲的信號(hào)。雙擊打開(kāi)此界面可調(diào)整白噪聲的強(qiáng)度。2.3.3積分器：積分器由數(shù)據(jù)輸入端和時(shí)鐘輸入端、integrator_rest、數(shù)據(jù)輸出端組成。連接時(shí)要接入時(shí)鐘信號(hào)，輸入端接入加入噪聲的輸入信號(hào)，右側(cè)輸出積分后的信號(hào)。 2.3.4抽樣判決器 抽樣判決器由輸入端、判決常數(shù)constant、relational

8、operator、輸出端、時(shí)鐘輸入端組成。使用時(shí)要接入時(shí)鐘信號(hào)，接入積分后的輸入信號(hào)，右側(cè)輸出濾波完成的信號(hào)。 3.1數(shù)據(jù) (1)hfauheuehefehhuhehuheuahhnvueuvhuhe（2）經(jīng)發(fā)局就按基金額駙回復(fù)或非uu呼呼呼呼呼 護(hù)額u胡同呼呼呼呼u（3） （4）3.2結(jié)果分析從波形來(lái)看最佳接收機(jī)叫非最佳接收機(jī)更能還原出原來(lái)的波形數(shù)據(jù)記錄如下：高斯白噪聲強(qiáng)度0.30.81.01.5最佳接收機(jī)誤碼率0.0021230.010590.018290.04658非最佳接收機(jī)誤碼率0.49570.49710.4990.499如上截圖以及表格所示當(dāng)高斯白噪聲不斷增強(qiáng)后，最佳接收機(jī)的誤碼率不斷變大但依舊在一個(gè)可以接受的范圍，并小于非最佳接收機(jī)。頻譜圖由頻譜圖可看出最佳接收機(jī)的頻率較為集中，即輸出波形較為規(guī)律;而非最佳接收機(jī)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(jī)的標(biāo)準(zhǔn)4.結(jié)論 從分析來(lái)看，這次的課程設(shè)計(jì)完成了大部分的課程設(shè)計(jì)要求，做出來(lái)一個(gè)誤碼率低，波形還原較完整的一個(gè)匹配濾波器。但是也有一些要求沒(méi)有做出來(lái)像系統(tǒng)運(yùn)行的編碼不是要求所說(shuō)的雙極性不歸零碼而是普通的隨機(jī)二進(jìn)制碼。無(wú)碼曾經(jīng)嘗試輸入雙極性碼，但是系統(tǒng)卻無(wú)法還原原來(lái)的信號(hào)，幾經(jīng)嘗試后因?yàn)樘峤黄谙迣⒅了灾缓米髁T，降低了一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)要求。最終的成品個(gè)人還是覺(jué)得