民航青海空管分局 姜順蓮

通信技術是現(xiàn)代信息戰(zhàn)的關鍵組成，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收信號的質量受系統(tǒng)傳輸特性和信道中存在的噪聲的影響，這兩個主要因素決定著接收性能，因此尋找一種最佳接收方法來有效地檢測信號，達到最好的傳輸性能是非常必要的。本文主要從提高接收機性能的角度，介紹了基于輸出信噪比最大準則的匹配濾波器最佳接收機結構，并對其進行仿真，用MATLAB中的GUI進行可視化編程來呈現(xiàn)接收機的波形，對通信技術的理論研究和實際應用都具有重要意義。

1 最佳接收理論

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

最佳信號接收理論，研究在噪聲干擾中如何最好的檢測出有用信號，一般采用概率論與數(shù)理統(tǒng)計相結合的方法，將接收問題視為研究對象，研究信號的提取問題。

研究信號統(tǒng)計檢測問題的種類根據(jù)特性的不同包括以下三類：（1）信號假設檢驗問題；（2）參數(shù)估值問題；（3）信號濾波。

本文研究的內(nèi)容屬于第一類和第三類。

衡量信號質量的標準或準則有多種不同，最佳是在某一種標準或準則下達到接收性能最佳。最佳接收只是一個相對的概念，在某個標準或準則下的最佳接收系統(tǒng)，對另外一種標準或準則來說不一定是最佳的。在給定的某些前提條件下，有可能幾種準則都是最佳的，也就說是等價的。

本文將詳細討論基于輸出信噪比最大準則下的最佳接收機結構。

2 匹配濾波器

2.1 匹配濾波器設計準則

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的輸出。

匹配濾波器設計準則：在某一特定時刻，輸出有用信號強，噪聲小，即濾波器的輸出信噪比最大。

由通信系統(tǒng)的數(shù)字信號解調(diào)過程可知，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，n(t)為加性高斯白噪聲，r(t)為加噪信號，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，只是由判決時刻的信噪比決定，即信號瞬時功率和噪聲平均功率的比值。

當選擇的濾波器其傳輸特性能夠將輸出信噪比達到最大，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

在已知輸入信號的前提下，輸出信號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)即為輸入信號頻譜函數(shù)S(ω)的復共軛乘以因子Ke- jωt0。

2.3 匹配濾波器的單位沖激響應

匹配濾波器的單位沖激響應可表示為：

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

圖2 匹配濾波器單位沖激響應原理

3 MATLAB的GUI仿真

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

圖3 匹配濾波器最佳接收機仿真圖

圖4 2psk匹配濾波器最佳接收機波形圖

圖5 2psk匹配濾波器最佳接收機誤碼曲線

3.1 仿真參數(shù)設置

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每個碼元采樣數(shù)fs=1/Ts信號頻率。

3.2 仿真波形（圖4、圖5）

3.3 仿真結論

（1）如圖5所示，從實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)和判決時刻對系統(tǒng)性能的影響也很大。由于輸入信號在T時刻結束，接收機的判決時刻，即輸出信噪比最大的時刻t0必須在碼元結束之后，一般在t0=T時刻判決。因此，接收機判決時刻的選取是相當重要的。

結語：在現(xiàn)代生活中的各個領域，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|量。信息是否可靠傳輸很大程度上受傳輸因素對接收端的作用，不利因素將直接影響信號的接收，因此要解決信號最佳接收的問題來獲取有效可靠的信息。針對此問題，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、匹配濾波器的設計準則、傳輸特性、單位沖激響應、最佳接收機原理圖。并用matlab軟件進行仿真，在此基礎上用GUI進行可視化編程，使仿真結果更加形象可觀。