电子科大通信原理实验三最佳接收机

1、电子科大通信原理实验三最佳接收机电子科技大学通信学院最佳接收机（匹配滤波器）实验报告班级学生学号教师3 / 14最佳接收机（匹配滤波器）实验一、实验目的1、运用MATLAB软件工具，仿真随机数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复的方法。2、熟悉匹配滤波器的工作原理。3、研究相关解调的原理与过程。4、理解高斯白噪声对系统的影响。5、了解如何衡量接收机的性能及匹配滤波器参数设置方法。二、实验原理对于二进制数字信号，根据它们的时域表达式及波形可以直接得到相应的解调方法。在加性白高斯噪声的干扰下，这些解调方法是否是最佳的，这是我们要讨论的问题。从最佳接收的意义上来说，一个数字通信系统的接收设备可以看

2、作一个判决装置，该装置由一个线性滤波器和一个判决电路构成，如图1所示。线性滤波器对接收信号进行相应的处理，输出某个物理量提供给判决电路，以便判决电路对接收信号中所包含的发送信息作出尽可能正确的判决，或者说作出错误尽可能小的判决。匹配滤波器是:小的线性滤波器设计技术。注意：该滤波器并不保持输入信号波形，其目的在于使输入信号波形失真并滤除噪声，使得在采样时刻"输出信号值相对于均方根（输出）噪声值达到最大。L一般情况下的匹配滤波器匹配滤波器的一般表示式如图2所示。n(t)匹配滤波拈乃)=%")/7。)或H(/)图2匹配滤器电子科大通信原理实验三最佳接收机s(t)：匹配滤波器输入信

3、号；n(t)：匹配滤波器输入噪声；s0(t)：匹配滤波器输出信号；n()(t)：匹配滤波器输出噪声；h或H(f)：匹配滤波器。匹配滤波器的目的就是使下式取最大值:使上式取最大值的转移函数为:Hf=KS-f(2)式中5(7)=尸卜(可是已知的时宽为T秒的输入信号s的傅立叶变换，他是输入噪声的功率谱密度PSD。K是一个任意非。实常数。2是计算(充加时的采样时间。详细推导公式见参考教材。2.白噪声条件下的结果在白噪声条件下，匹配滤波器可简化描述如下：对白噪声，/(7)=此/2,上式变为：ok(3)N()特别是对输入的实信号波形s(r)时，有:2K=(4)N0上式表明匹配滤波器(白噪声情况下)的冲激响

4、应就是已知输入信号波形反转并平移了7；),见图3,因此称滤波器与信号“匹配”。图3所示的匹配滤波器波形,也称积分一清除(匹配)滤波器。假定输入信号为矩形脉冲，如图3(a)所示。4 / 14电子科大通信原理实验三最佳接收机这里采用，0=，2,是因为这是满足可实现条件的最小值。要使滤波器输出最大信号值前的等待时间（即/=2）最小化。图3（C）示出了时的0），如图3（d）示出了输出信号，注意输出信号的峰值出现在，=f。为了使峰值出现在/=，），输入信号经滤波后将会有失真。在比特波形为矩形的数字信号传输技术中，该匹配滤波器相当于积分一清除滤波器。假设输入信号为矩形波形，在输出信号值最大时对其进行抽样。

5、贝打=2处的滤波器的输出为：%&）=）*h（t0）=L«秘&-狄<7）将图3（c）所示匹配滤波器冲激响应带入上式，等式变为：G（，o）=0/（义必义3.相关检测对于输入白噪声情况，匹配滤波器可由输入于S。）求相关得到，即?"。）=1-7r（t）s3dt（9）式中5。）是b知信号波形，是处理器输入，如图5所示。该相关处理器常用于带通信号的匹配滤波器。时许信号（比特同步）7NXJC点的波形（输出）D点的波形（时钟）电子科大通信原理实验三最佳接收机图5由相关处理实现的匹配滤波器三、实验系统组成本实验是运用MATLAB软件的集成开发工具SIMULIK搭建了一个

6、匹配滤波器软件仿真实验系统，来实现数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复。实验者可以在系统上进行不同参数的设置或更改，了解高斯白噪声对接收机的影响，了解最佳接收的过程。系统框图如图6所示。9 / 14D3&CLKCLK.1积分采样判决信号PJ该软件包括两个比特误码计数器：一个用于统计匹配滤波器判决结果与输入信号的比特误码率，其接收输入参考信号和匹配滤波器判决输出数据，统计结果有接收比特数，错误比特数和误码率等三个；另外一个用于统计直接采样判决与输入信号的比特误码率，其同样接收输入参考信号和统计直接采样判决输出数据，统计结果有接收比特数，错误比特数和误码率等三个。示波器用于实时观察仿真

7、过程的中间结果，以便对匹配滤波器原理的过程有更加清晰的认识。四、实验内容及步骤1 .安装好MATLAB6.5.1版本。2 .双击文件“test_integrator_rst.mdl”。3 .修改加性高斯白噪声信道参数，即修改输入信号信噪比。4 .单击”startsimulation”按钮，仿真开始。5 .仿真进行一段时间后（以发送1000个比特为例），单击暂停按钮。分别记录匹配滤波器输出模块和直接采样判决输出模块中的数字，并填于表1中。6 .观察比特误码计数器情况，并分析两种比特误码计算器中，在输入信号信噪声比相同的情况下的误码率。7 .双击示波器Scope模块，观察、分析各路数据信号的波形。

8、8 .重复步骤3至6。观察在不同信噪比条件下，匹配滤波及采样判决器和直接采样判决器的误码性能。同时记录相关数据。五、实验记录实验记录表格如下：表1匹配滤波器与直接采样判决器误码性能测试输入SNREs/N()(dB)匹配滤波器直接采样判决器传输比特数错误比特数误码率传输比特数错误比特数误码率015173610.238115177110.4696115263260.214215267070.4639315222460.161615226960.4585515341660.108515346940.4524101516250.0178715166320.41741515240015245240.34

9、382015150015153630.23982515190015191730.1143301523001523230.0171135152300152300电子科大通信原理实验三最佳接收机8 / 14示波器Scope模块各路数据信号的波形输入输入SNR分别为0,1,3,5,10,15,20,25,30,35H寸，示波器Scope模块各路数据信号的波形电子科大通信原理实验三最佳接收机13 / 14>*r<BTWfflfa介介araIIIIII_nnjOTJ-iruL_JT_nruL_n_r11IIIII_.口二阡二臼二斗二.开二件臼：阡阡阡二年二:二阡二二不臼二1=）干9育=www

10、.0T/kAz，Afi11111/，£9H308All 山/.2 山.LULM 4遥, R.上 14 JQ0 £1I.E-TLrLI-r-OXTHL1r-n_p_mjztn_n_1LI二1".e"evfwfeHETBIiiiI4.Myt/144t_vt:MybWVt二7tMyt/WcUJ0，T-OJLEJLnJlElT-TLOJU-Rn_i.jTruIn_J"TJ!J""T_TI_|_LTLTHH3EEOEHffEH_n_EEtOEL_JE£fflE.二.二*0QQ夕A0CMB“X。3nwnv六、思考题1 .简述匹

11、配滤波器的工作原理。答：输入信号经过积分器，并在时钟时刻复位，从而使得在时钟时刻时，积分器的输出的信噪比最大，积分器输出信号经过采样保持电路（在时钟时刻采样），得到所要的波形，达到最佳接收2 .为什么匹配滤波器的比特误码率比直接采样判决器的低？答：因为在匹配滤波器中，采样时刻的信噪比为最大，这样就达到了最佳接收,从而比特误码率也比较低3 .为什么sampler和sampler1两个模块都有两个时钟输入？可以去掉吗？答：不可以去掉，因为这两个时钟信号，一个用于采样判决，另一个用于数据同步(比特同步)。4 .该仿真模型中应用的匹配滤波器的信号波形是什么？请写出匹配滤波器的冲击响应函数？答：(1)、方波序列(2)、若输入信号为rG)=sGO+aG),则匹配滤波器的冲击响应函数为Mt)=c，s(T-。，s(t)为矩形单脉冲，