民航青?？展芊志?姜順蓮

通信技術(shù)是現(xiàn)代信息戰(zhàn)的關(guān)鍵組成，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收信號(hào)的質(zhì)量受系統(tǒng)傳輸特性和信道中存在的噪聲的影響，這兩個(gè)主要因素決定著接收性能，因此尋找一種最佳接收方法來(lái)有效地檢測(cè)信號(hào)，達(dá)到最好的傳輸性能是非常必要的。本文主要從提高接收機(jī)性能的角度，介紹了基于輸出信噪比最大準(zhǔn)則的匹配濾波器最佳接收機(jī)結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行仿真，用MATLAB中的GUI進(jìn)行可視化編程來(lái)呈現(xiàn)接收機(jī)的波形，對(duì)通信技術(shù)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用都具有重要意義。

1 最佳接收理論

在數(shù)字通信中，系統(tǒng)傳輸特性和傳輸過(guò)程中存在的噪聲，都會(huì)影響接收系統(tǒng)的通信性能。

最佳信號(hào)接收理論，研究在噪聲干擾中如何最好的檢測(cè)出有用信號(hào)，一般采用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法，將接收問(wèn)題視為研究對(duì)象，研究信號(hào)的提取問(wèn)題。

研究信號(hào)統(tǒng)計(jì)檢測(cè)問(wèn)題的種類根據(jù)特性的不同包括以下三類：（1）信號(hào)假設(shè)檢驗(yàn)問(wèn)題；（2）參數(shù)估值問(wèn)題；（3）信號(hào)濾波。

本文研究的內(nèi)容屬于第一類和第三類。

衡量信號(hào)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)或準(zhǔn)則有多種不同，最佳是在某一種標(biāo)準(zhǔn)或準(zhǔn)則下達(dá)到接收性能最佳。最佳接收只是一個(gè)相對(duì)的概念，在某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或準(zhǔn)則下的最佳接收系統(tǒng)，對(duì)另外一種標(biāo)準(zhǔn)或準(zhǔn)則來(lái)說(shuō)不一定是最佳的。在給定的某些前提條件下，有可能幾種準(zhǔn)則都是最佳的，也就說(shuō)是等價(jià)的。

本文將詳細(xì)討論基于輸出信噪比最大準(zhǔn)則下的最佳接收機(jī)結(jié)構(gòu)。

2 匹配濾波器

2.1 匹配濾波器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

濾波器作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要部件，其特性的選擇影響信號(hào)的輸出。

匹配濾波器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：在某一特定時(shí)刻，輸出有用信號(hào)強(qiáng)，噪聲小，即濾波器的輸出信噪比最大。

由通信系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)解調(diào)過(guò)程可知，匹配濾波器解調(diào)器中抽樣判決之前各部分電路可以等效成線性濾波器，其接收系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1中，s(t)為輸入數(shù)字信號(hào)，n(t)為加性高斯白噪聲，r(t)為加噪信號(hào)，H(ω)為傳輸函數(shù)，此信道特性為加性高斯白噪聲信道。

根據(jù)數(shù)字通信信號(hào)的判決理論，抽樣判決器最終輸出的數(shù)據(jù)是否正確，只是由判決時(shí)刻的信噪比決定，即信號(hào)瞬時(shí)功率和噪聲平均功率的比值。

當(dāng)選擇的濾波器其傳輸特性能夠?qū)⑤敵鲂旁氡冗_(dá)到最大，可以稱此濾波器為輸出信噪比最大的最佳線性濾波器，即此文所說(shuō)的匹配濾波器。

圖1 匹配濾波器接收原理圖

2.2 匹配濾波器傳輸特性

在已知輸入信號(hào)的前提下，輸出信號(hào)的信噪比只取決于濾波器的傳輸函數(shù)H(ω)。匹配濾波器的傳輸函數(shù)具有在給定的時(shí)刻獲得最大輸出信噪比的特性。

上面(1)式中，K為常數(shù)，一般取K=1。由此式可知，匹配濾波器傳輸函數(shù)即為輸入信號(hào)頻譜函數(shù)S(ω)的復(fù)共軛乘以因子Ke- jωt0。

2.3 匹配濾波器的單位沖激響應(yīng)

匹配濾波器的單位沖激響應(yīng)可表示為：

由式(2)可知，匹配濾波器的單位沖激響應(yīng)h(t)是輸入信號(hào)s(t)的鏡像函數(shù)，在t0時(shí)刻，輸出信噪比達(dá)到最大。其原理圖如圖2所示。

圖2 匹配濾波器單位沖激響應(yīng)原理

3 MATLAB的GUI仿真

用guid實(shí)現(xiàn)可視化界面：進(jìn)入Layout編輯器界面以后，添加七個(gè)命令按鈕（Push buttons）控件和一個(gè)底層的panel控件，把整個(gè)GUI的外觀先搭建起來(lái)，形成界面如圖3所示。其中四個(gè)pushbutton按鈕來(lái)輸出波形，再用一按鈕來(lái)輸出誤碼曲線，最后設(shè)置一清除按鈕來(lái)清除每次仿真波形，方便觀察。界面如圖3所示。

圖3 匹配濾波器最佳接收機(jī)仿真圖

圖4 2psk匹配濾波器最佳接收機(jī)波形圖

圖5 2psk匹配濾波器最佳接收機(jī)誤碼曲線

3.1 仿真參數(shù)設(shè)置

Ts= 0.1碼元寬度；snr1_db=12仿真信噪比；num=10每次仿真碼元數(shù)；N= 10每個(gè)碼元采樣數(shù)fs=1/Ts信號(hào)頻率。

3.2 仿真波形（圖4、圖5）

3.3 仿真結(jié)論

（1）如圖5所示，從實(shí)際得出的誤碼率曲線中可知，Eb/No值越大，與理論值相比，性能越差。

（2）如圖4所示，在仿真中發(fā)現(xiàn)，濾波器參數(shù)和判決時(shí)刻對(duì)系統(tǒng)性能的影響也很大。由于輸入信號(hào)在T時(shí)刻結(jié)束，接收機(jī)的判決時(shí)刻，即輸出信噪比最大的時(shí)刻t0必須在碼元結(jié)束之后，一般在t0=T時(shí)刻判決。因此，接收機(jī)判決時(shí)刻的選取是相當(dāng)重要的。

結(jié)語(yǔ)：在現(xiàn)代生活中的各個(gè)領(lǐng)域，數(shù)字通信具有十分重要的作用。數(shù)字接收系統(tǒng)的性能直接決定著通信傳輸?shù)馁|(zhì)量。信息是否可靠傳輸很大程度上受傳輸因素對(duì)接收端的作用，不利因素將直接影響信號(hào)的接收，因此要解決信號(hào)最佳接收的問(wèn)題來(lái)獲取有效可靠的信息。針對(duì)此問(wèn)題，本文研究了匹配濾波器的最佳接收，依次介紹了最佳接收理論、匹配濾波器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、傳輸特性、單位沖激響應(yīng)、最佳接收機(jī)原理圖。并用matlab軟件進(jìn)行仿真，在此基礎(chǔ)上用GUI進(jìn)行可視化編程，使仿真結(jié)果更加形象可觀。