基于Simulink的匹配滤波器设计 设计报告

通信系统课程设计报告

匹配滤波器设计

摘要

在数字通信系统中，滤波器是其中重要部件之一，滤波器特性的选择直接影响数字信号的恢复。在数字信号接收中，滤波器的作用有两个方面：使滤波器输出有用信号成分尽可能强；抑制信号带外噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减小噪声对信号判决的影响。通信系统的误码率与输出的信噪比有关，接收端输出信噪比越大，则系统的误码率越小。因此，如果在每次判决前，输出的信噪比都是最大的，则该系统一定是误码率最小的系统。遵从这种考虑原则，，我们可以通过simulink对匹配滤波器进行模拟仿真。

关键词：匹配滤波器;Simulink;模拟;信噪比

Abstract

In a digital communication system, wherein the filter is one of the important means to select the filter characteristics directly affect the recovery of digital signals. In the digital signal reception, the role of the filter has two aspects: the filter output as strong useful signal components; suppress signal band noise, the filter output noise components as small as possible, to reduce the impact of noise on the signal judgment . Signal to noise ratio and bit error rate on the output communication system, the receiver output signal to noise ratio, the smaller the system error rate. Thus, if each time before judgment, the output signal to noise ratio is the biggest, the system must be a minimum of system error rate. Comply with the principles of this consideration, we can through the matched filter simulink simulation.

Keywords: matched filter; Simulink; SNR

目录

1.引言................................................................ - 1 -

2.课程设计目的........................................................ - 1 -

2.1目的....................................................................... - 1 -

2.2要求（设计任务）........................................................... - 1 -

2.2.1任务： ................................................................ - 1 -

2.2.2要求： ................................................................ - 1 - 3．分析（分析如何设计）：............................................. - 1 -

3.1理论....................................................................... - 1 -

3.2匹配滤波器应满足的条件：................................................... - 2 -

3.3匹配滤波器的设计........................................................... - 2 -

3.4匹配滤波器的方框图......................................................... - 3 -

4.仿真................................................................ - 3 -

4.1参数设置................................................................... - 4 -

4.2仿真结果................................................................... - 7 -

4.3结论：..................................................................... - 7 -

4.4匹配滤波器电路的接受原理分析：............................................. - 7 - 5．总结............................................................... - 8 -参考文献.............................................................. - 9 -

引言

1.引言

匹配滤波其对信号做的两种处理：

1.去掉信号相频函数中的任何非线性部分，因而在某一时刻可使信号中的所有频率分量都在输出端同相叠加而形成峰值。

2.是按照信号的幅频特性对输入波形进行加权，一边最有效的接收信号能量而一直干扰的输出功率

2.课程设计目的

2.1目的

1.通过利用matlab simulink，熟悉matlab simulink仿真工具。

2.通过课程设计来更好的掌握课本相关知识，熟悉匹配滤波器的设计以及工作原理。

3.更好的了解通信原理的相关知识，磨练自己分析问题、查阅资料、巩固知识、创新等方面能力。

2.2要求（设计任务）

2.2.1任务：

根据书P314例10-1用simulink设计一个匹配滤波器

2.2.2要求：

1、观察输出波形并给出结论。

2、对接收原理进行分析。

3．分析（分析如何设计）：

3.1理论

Matlab用法简单灵活，程式结构性强，延展性好。已经逐渐成为科技计算，视图交互系统和程序中的首选语言工具。特别是在线性代数，数理统计，自动控制，数字信号处理，动态系统仿真等方面表现突出。其特点有：功能强大的数值运算功能，强大的图形处理能力，高级蛋监督的程序环境，丰富的工具箱。

Simulink是对非线性动态系统进行仿真的互动系统，它把模块图形界面和Matlab

匹配滤波器设计

主要数值，图形和语言函数有效的组合起来，从而具有生动的模拟能力。它是Matlab 提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包。它让用户吧精力从编程转向模型的构建。其特点有：能和实际示波器输出相似的图形化显示结果功能；有层次性；为用户提供了一种封装子系统的功能，用户自定义改子系统的图标和设置参数对话框。因为Simulink 能生动的表现出系统模型，所以选用Simulink 来做仿真。 3.2匹配滤波器应满足的条件： 设接收信号码元为)(t s

匹配滤波器的冲激表达式 )1()(-=s T ks t h （3-2-1） 一个实际的匹配滤波器应该是物理可实现的，其冲激响应必须符合因果关系，在输入冲激脉冲加入前不应该有冲激响应出现，既必须有：0)(=t h t<0 （3-2-2） 既满足条件：0)(=-t T s s t<0 （3-2-3） 3.3匹配滤波器的设计

接收信号码元的)(t s 表达式为:)(t s =1 ≤≤t 0s T ；

)(t s =0 =t 其他。

频谱：

)(f s =2()S j fT s t e dt π+∞

--∞

?= 21

(1)2s j T e j f

ππ-- (3-3-1) 022t 1

(f )(1)2s j T j f H e e j f

πππ--=

- (3-3-2) 根据式（3-2-1），令k=1，可以得到此匹配滤波器的冲激响应为

)()(t T s t h s -= ≤≤t 0s T (3-3-3)

输出波形表达式为

)()()()()()()()(0s s T t kR T s t s k h t s t s t h t s -=--=-=*=??+∞

∞

-+∞

∞

-ττττ （3-3-4）

分析

3.4匹配滤波器的方框图

根据式（3-3-2）可画出匹配滤波器的框图

4.仿真

如下图所示，用Matlabe的simulink中的模块创建的仿真系统。

图4-1 仿真模型

匹配滤波器设计4.1参数设置

图4-2矩形脉冲信号参数设置

图4-3理想积分器参数设置

仿真

图4-4延时器参数设置

图4-5求负输入参数设置

匹配滤波器设计

图4-6相加器参数设置

图4-7 示波器参数设置

仿真

4.2仿真结果

图4-8输出波形

4.3结论：

观察输出波形可以看出在t=Ts=2sec 时滤波器的的输出信噪比最大，在此时进行抽样判决。

4.4匹配滤波器电路的接受原理分析：

信与噪声同时进入滤波器时，它使信号成分在某一瞬间出现尖峰值，而噪声成分受到抑制。从而达到提高信噪比的作用。 根据式子：

2

2

2

02

00

()()()2()2

2

H f df S f df

S f df E

r n H f df

∞

∞

∞

-∞

-∞

-∞

∞

-∞

≤

=

=

?

??

?

(4-2-1)

匹配滤波器设计

而且当

02()*()j ft H f kS f e π-= (4-2-2)

时，式(4-2-1)成立，即得到最大输出信噪比2E/n0。

式(4-2-1)表明H （f ）就是我们要找的最佳接受滤波器特性，它等于信号码元频谱的复共轭（除了常数因子外），此时便是匹配滤波器。

5．总结

通过此次课程设计，我学会了匹配滤波器的设计与仿真。通过波形的可视化，使得系统更加形象，理解的更加透彻，在实验中在一些相关器件的选择上遇到了困难，通过上网查看相关的资料，使我克服困难顺利完成课程设计。通过仿真系统，能够深刻理解通信系统的原理和具体实现法案，而且通过实际课程设计，积累了宝贵的实践经验，基本掌握了simulink 仿真软件的操作。通过这次设计我懂得了自己再怎么明白的东西也是不够的，还是很浅显，仍需努力学习。

参考文献

参考文献

[1] 郑智琴. 《Simulink电子通信仿真与应用—工程师工具软件应用系列》.国防工业出版社

[2] 樊昌信,曹丽娜.编著,通信原理第六版.国防工业出版社

[3] 达新宇.《通信原理实验与课程设计》.北京邮电大学出版社2005.1

[4] 郭文彬，桑林.《通信原理——基于MATLAB的计算机仿真》.北京邮电大学出版社

[5] 李颖.《Simulink动态系统建模与仿真(第2版)》. 西安电子科技大学出版社