實驗--最佳接收機(匹配濾波器)實驗

1、實驗 - 最佳接收機 （ 匹配濾波器 ） 實驗電子科技大學通信學院最佳接收機實驗指導書 最佳接收機（匹配濾波器）實驗 班級 學生 學號 教師最佳接收機（匹配濾波器）實驗指導書最佳接收機（匹配濾波器）實驗一、實驗目的1、運用 MATLAB 軟件工具，仿真隨機數(shù)字信號在經(jīng)過高斯白噪聲 污染后最佳的恢復的方法。2、研究相關(guān)解調(diào)的原理與過程。理解匹配濾波器的工作原理。3、了解高斯白噪聲對系統(tǒng)的影響。4、了解如何衡量接收機的性能，即瀑布圖。二、實驗原理 通信系統(tǒng)的質(zhì)量優(yōu)劣主要取決于接收機的性能。這是因為，影響信息可 靠傳輸?shù)牟焕蛩刂苯幼饔迷诮邮斩?。通信理論中一個重要的問題：最佳接收 或信號接收最佳化。

2、最佳接收理論研究從噪聲中如何最好地提取有用信號。 “最 好”或“最佳”的概念是在某個準則意義下說的一個相對概念。這就是說，在某個 準則下是最佳的接收機，在另一準則下就并非一定是最佳的。數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收機觀察到接收波形后，要無誤地斷定某一信號的 到來是困難的。原因是：1、哪一個信號被發(fā)送，對受信者來說是不確定的；2、信號在傳輸過程中可能發(fā)生各種畸變。因此可以說，帶噪聲的數(shù)字信號的接收過程是一個統(tǒng)計判決的過程?？梢越o出數(shù)字通信系統(tǒng)的統(tǒng)計模型為：消息空間 信號空間觀察空間判決空間噪聲空間觀察空間 y: y(t)=s(t)+n(t) 。當發(fā)出信號為 si(t)時，接收信號 y(t) 為隨機過程，

3、其均值為 si(t)，其概率密度函數(shù)為：fsi(y) 稱為似然函數(shù)， 它是信號統(tǒng)計檢測的依據(jù)。 按照某種準則， 即可對 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。在二進制數(shù)字通信系統(tǒng)中，只發(fā)送兩種信號 s1和 s2,先驗概率分別為 P(s1) 和 P(s2)，錯誤概率為：PeP(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

4、規(guī)定。該域的幾何表示如圖 1 所示。Y 中的每個點代表著 y(t) 的一個實現(xiàn)。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：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)這里改寫為：為使 Pc 最大，應該使 ,在積分域 A2 內(nèi)，同理，在積分域 A1 內(nèi)，應該是即得，若，則判為 r1 。若，則判為 r2。上式稱為似然比準則。若 P(s1)=P(s2)，則似然比準則簡化為：若，則判為 r1 ；若，則判為 r2 。設(shè)到達接收機的兩個可能信號為 s1(t)和 s2(t)

5、,它們的持續(xù)時間為 (0，T) 且有相等的能量。 n(t) 是高斯白噪聲，其均值為零、單邊功率譜密度為 n0 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：不等式兩邊取對數(shù)，簡化為：其中： 當 P(s1)=P(s2) 時，條相關(guān)接收機”。對應的接收機結(jié)構(gòu)稱為簡化后的相關(guān)接收機：三、實驗系統(tǒng)組成本實驗是運用 MATLAB 軟件的集成開發(fā)工具 SIMULIK 來實現(xiàn)數(shù)字信號在 經(jīng)過高斯白噪聲污染后最佳的恢復。實驗者可以在系統(tǒng)上進行不同參數(shù)的設(shè) 或更改，了解高斯白噪聲對接收機的影響，了解最佳

6、接收的過程Random Binary And Clock Generator ：隨機二進制信號和時鐘發(fā)生器AWGN channel ：加性高斯白噪聲信道Integrator （reset） ：積分清零模塊Sampling and Executing Subsyste m: 取樣判決模塊Error Calculator （ 1/2）：誤碼率計算模塊四、實驗內(nèi)容及步驟1、開機進入 Windows 桌面。2、雙擊 Match_filter.mdl 文件，進入仿真實驗界面。3、雙擊 AWGN channel 模塊，在 Es/No 欄中填入 1。4、單擊 Start Simulation 按鈕，開始仿真

7、。5、仿真進行一段時間后（最好等發(fā)送 1000 個比特），單擊暫停按鈕。分別 記錄 Error rate 模塊和 Error rate1 模塊中的數(shù)字。6、雙擊 Scope模塊，觀察對比各路信號的波形。7、返回步驟 3，在 Es/No 欄中填入的數(shù)字加 1，依次進行。直到 Es/No 為 20為止。記錄好 12 組數(shù)據(jù)及波形。表 1 匹配濾波器 2 與直接采樣判決器誤碼性能測試輸入 SNREs/N 0（ dB）匹配濾波器直接采樣判決器傳輸比特數(shù)錯誤比特數(shù)誤碼率傳輸比特數(shù)錯誤比特數(shù)誤碼率01234567891020五、實驗及報告要求1、熟悉了解實驗系統(tǒng)的各模塊組成框圖及功能。2、了解各個子系統(tǒng)的基本參數(shù)設(shè)置。3、整理記錄實驗所要求記錄的實驗數(shù)據(jù)和波形。4、根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，畫一個描述接受機性能的瀑布圖，橫坐標軸為Es/No，縱坐標軸為實驗所記錄的誤碼率（兩組） 。畫兩條曲線。5、回答思考題。六、思考題1、對于匹配濾波器，“匹配“兩字的涵義是什么？2、瀑布圖的曲線說明什么？3、最佳線性濾波器的設(shè)計有兩種準則：1）使輸出的信號波形與發(fā)送信號波形的均方誤差最小。2）使輸出信噪比在某一特定時刻達到最大。本實驗中的匹配濾波器所用的是那一種準則？為什么？七、參考文獻1、數(shù)字