最佳接收机的仿真与实现.doc

最佳接收机的仿真和实现 摘要：本文根据匹配滤波器的性能设计了由匹配滤波器构成的最佳接收机，并完成了匹配滤波器的matlab仿真和VHDL仿真。本文主要以匹配滤波器的知识为基础，提高信号的信噪比，以实现二元数字信号的最佳接收。首先介绍了匹配滤波器的只是为基础理论：传输特性，冲激响应，输出波形。在此基础上研究了由匹配滤波器构成的最佳接收机，并且通过matlab仿真和VHDL仿真验证了该模型的正确性。 关键词：匹配滤波器；最佳接收机；仿真  目录 第1章 绪论 1 1.1背景介绍 1 1.2 课程设计的目的和任务 1 第2章 基于匹配滤波器的最佳接受原理 2 2.1匹配滤波器的概述 2 2.2匹配滤波器接收机原理 2 2.2.1.一般情况下的匹配滤波器 2 2.2.2.白噪声条件下的结果 3 2.2.3 匹配滤波的最佳接收机 5 第三章 MATLAB及SIMULINK环境简介及仿真设计 7 3.1 MATLAB及SIMULINK环境简介 7 3.2 最佳接收机仿真设计 7 3.3 simulink 设计图 8 3.4 匹配滤波器的matlab仿真 8 第4章 VHDL 语言实现最佳接收机 12 4.1 VHDL简介 12 4.2 QPSK匹配滤波器的VHDL设计 12 4.2.1 正交相移键控（QPSK） 12 4.2.3 QPSK匹配滤波器的仿真 12 第5章 结论和心得 15 参考文献 16 附录1 matlab程序 17 附录2 vhdl程序 20 教师评语 24 第一章 绪论 1.1背景介绍 随着无线数字化发展，数字通信已经走入我们的生活。而数字通信中必然会涉及到的有接收机，其中最佳接收机是主流，而基于匹配滤波器的最佳接收机也便是其中之一。 最佳接收机的匹配滤波器广泛用于雷达、声纳和通信。其作用是：一、提高信噪比。毫不夸张的说，任何电子系统都有匹配滤波或近似匹配滤波的环节，目的是提高信噪比。二、对于大时间带宽积信号，匹配滤波等效于脉冲压缩。因此可以提高雷达或声纳的距离分辨率和距离测量精度。在扩频通信中，可以实现解扩。 最佳接收机是通信系统中最复杂的模块之一，只有概念明确、思路清晰，才能完成相应的工程实现。熟悉最佳接收机理论，掌握最佳接收机的实现，并能够使用该理论来分析和解决工程中的实际问题是通信工程师必须掌握的基本功。 1.2 课程设计的目的和任务 通信原理课程设计是系统性的设计和实现。通过课程设计将学生从理论学习的轨道逐步引向实际应用，把理论上熟悉的定性分析、定量计算逐步和工程估算、实验调整等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法，为以后毕业设计和从事通信系统的实际工作打下基础。 本课程设计就是要求学生完成最佳接收机的仿真与实现。学生需在分析匹配滤波器的原理的基础上，给出相应的软件实现和仿真结果，并对结果进行分析，得出相应结论，同时应独立撰写完整的课程设计报告。  第2章 基于匹配滤波器的最佳接受原理 2.1匹配滤波器的概述 在白噪声干扰下，如果线性滤波器的输出端在某一时刻上使信号的瞬时功率与白噪声平均功率之比达到最大，就可以使判决电路错误判决的概率最小。这样的线性滤波器称为疲惫滤波器。所以，匹配滤波器是最大输出信噪比意义下的最佳线性滤波器。用匹配滤波器构成的接收机是满足最大输出信噪比准则的最佳接收机，也称为匹配滤波器接收机。 2.2匹配滤波器接收机原理 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。数字传输系统的传输对象是二进制信息。分析数字信号的接收过程可知，在接收端对波形的检测并不重要，重要的是在背景噪声下正确的判断所携带的信息是哪一种。因此，最有利于作出正确判断的接收一定是最佳接收。 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。 图2.2-1 简化的接收设备 假设有这样一种滤波器，当不为零的信号通过它时，滤波器的输出能在某瞬间形成信号的峰值，而同时噪声受到抑制，也就是能在某瞬间得到最大的峰值信号功率与平均噪声功率之比。在相应的时刻去判决这种滤波器的输出，一定能得到最小的差错率。 匹配滤波器是一种在最大化信号的同时使噪声的影响最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