实验最佳接收机(匹配滤波器)实验

电子科技大学通信学院电子科技大学通信学院 最佳接收机实验指导书最佳接收机实验指导书 最佳接收机 匹配滤波器 实验最佳接收机 匹配滤波器 实验 班班 级级 学学 生生 学学 号号 教教 师师 最佳接收机 匹配滤波器 实验指导书最佳接收机 匹配滤波器 实验指导书 最佳接收机 匹配滤波器 实验最佳接收机 匹配滤波器 实验 实验实验目的目的 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 研究相关解调的原理与过程 理解匹配滤波器的工作原理 3 了解高斯白噪声对系统的影响 4 了解如何衡量接收机的性能 即瀑布图 二 二 实验实验原理原理 通信系统的质量优劣主要取决于接收机的性能 这是因为 影响信息可 靠传输的不利因素直接作用在接收端 通信理论中一个重要的问题 最佳接收 或信号接收最佳化 最佳接收理论研究从噪声中如何最好地提取有用信号 最 好 或 最佳 的概念是在某个准则意义下说的一个相对概念 这就是说 在某个 准则下是最佳的接收机 在另一准则下就并非一定是最佳的 数字通信系统中 接收机观察到接收波形后 要无误地断定某一信号的 到来是困难的 原因是 1 哪一个信号被发送 对受信者来说是不确定的 2 信号在传输过程中可能发生各种畸变 因此可以说 带噪声的数字信号的接收过程是一个统计判决的过程 可以给出数字通信系统的统计模型为 xr y s n 判决 规则 消息空间信号空间 噪声空间 观察空间 判决空间 观察空间 y y t s t n t 当发出信号为 si t 时 接收信号 y t 为随机过程 其均值为 si t 其概率密度函数为 fsi y 称为似然函数 它是信号统计检测的依据 按照某种准则 即可对 y t 作 出判决 使判决空间中可能出现的状态 r1 r2 rm 与信号空间中的各状态 s1 s2 sm 相对应 在二进制数字通信系统中 只发送两种信号 s1 和 s2 先验概率分别为 P s1 和 P s2 错误概率为 Pe P s1 P r2 s1 P s2 P r1 s2 P r2 s1 P r1 s2 为错误转移概率 以使 Pe 最小为目标 导出最佳 接收的准则 把观察空间的取值域 y 划分成 A1 域和 A2 域 一旦接收机被构成后 则这个划分就被规定 该域的几何表示如图 1 所示 Y 中的每个点代表着 y t 的一个实现 落在 A1 域的实现判为 r1 A2 域中的实现 判为 r2 因此 Pe 可写成 Pe P s1 P A2 s1 P s2 P A1 s2 正确判决的概率为 Pc 1 Pe P s1 P A1 s1 P s2 P A2 s2 这里 改写为 为使 Pc 最大 应该使 在积分域 A2 内 同理 在积分域 A1 内 应该是 即得 若 则判为 r1 若 则判为 r2 上式称为似然比准则 若 P s1 P s2 则似然比准则简化为 若 则判为 r1 若 则判为 r2 设到达接收机的两个可能信号为 s1 t 和 s2 t 它们的持续时间为 0 T 且有相等的能量 n t 是高斯白噪声 其均值为零 单边功率谱密度为 n0 观察到的波形 y t 可表示为 y t s1 t 或 s2 t n t 若 则判决收到 s1 t 于是判决收到 s1 t 的条件成为 不等式两边取对数 简化为 其中 当 P s1 P s2 时 条件成为 对应的接收机结构称为 相关接收机 简化后的相关接收机 三 三 实验实验系系统组统组成成 本实验是运用 MATLAB 软件的集成开发工具 SIMULIK 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 实验系统组成 Random Binary And Clock Generator 随机二进制信号和时钟发生器 AWGN channel 加性高斯白噪声信道 Integrator reset 积分清零模块 Sampling and Executing Subsystem 取样判决模块 Error Calculator 1 2 误码率计算模块 四 四 实验实验内容及步内容及步骤骤 1 开机进入 Windows 桌面 2 双击 Match filter mdl 文件 进入仿真实验界面 3 双击 AWGN channel 模块 在 Es No 栏中填入 1 4 单击 Start Simulation 按钮 开始仿真 5 仿真进行一段时间后 最好等发送 1000 个比特 单击暂停按钮 分别 记录 Error rate 模块和 Error rate1 模块中的数字 6 双击 Scope 模块 观察对比各路信号的波形 7 返回步骤 3 在 Es No 栏中填入的数字加 1 依次进行 直到 Es No 为 20 为止 记录好 12 组数据及波形 表 1 匹配滤波器 2 与直接采样判决器误码性能测试 匹配滤波器直接采样判决器 输入 SNR Es N0 dB 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 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 五 五 实验实验及及报报告要求告要求 1 熟悉了解实验系统的各模块组成框图及功能 2 了解各个子系统的基本参数设置 3 整理记录实验所要求记录的实验数据和波形 4 根据记录的数据 画一个描述接受机性能的瀑布图 横坐标轴为 Es No 纵坐标轴为实验所记录的误码率 两组 画两条曲线 5 回答思考题 六 思考六 思考题题 1 对于匹配滤波器 匹配 两字的涵义是什么 2 瀑布图的曲线说明什么 3 最佳线性滤波器的设计有两种准则 1 使输出的信号波形与发送信号波形的均方误差最小 2 使输出信噪比在某一特定时刻达到最大 本实验中的匹配滤波器所用的是那一种准则 为什么 七 参考文献七 参考文献