匹配滤波器解扩方式及性能_黄振

通信原理课程项目报告匹配滤波器

上海大学2012～2013学年春季学期本科生课程项目报告课程名称：《通信原理B（2）》课程编号： 07275129 题目: 匹配滤波器分析学生姓名: 王子驰（组长）学号: 10124021 学生姓名: 蒋子昂学号: 10124022 学生姓名: 徐璐学号: 10124040 学生姓名: 陈张婳学号: 10123773 学生姓名: 张晨学号: 10123743 评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期:

匹配滤波器分析日期（2013年5月1日）摘要：在最佳线性滤波器的设计中有一种是使滤波器输出信噪比在某一特定时刻达到最大，由此而导出的最佳线性滤波器称为匹配滤波器。匹配滤波器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；2、按照信号的幅频特性对输入波形进行加权，即当信号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。本文介绍了匹配滤波器的原理，利用MATLAB 软件，设计了一种匹配滤波器，并对其在二进制确知信号最佳接收中的应用进行了分析。 1.引言在数字通信系统中，信道的传输特性和传输过程中噪声的存在是影响通信性能的两个主要因素。人们总是希望在一定的传输条件下，达到最好的传输性能，最佳接收就是在噪声干扰中如何有效地检测出信号。所谓最佳是在某种标准下系统性能达到最佳，最佳接收是个相对的概念，在某种准则下的最佳系统，在另外一种准则下就不一定是最佳的。在某些特定条件下，几种最佳准则也可能是等价的。在数字通信中，最常采用的是输出信噪比最大准则和差错概率最小准则。在数字信号接收中，滤波器的作用有两个方面，第一是使滤波器输出有用信号成分尽可能强；第二是抑制信号带外噪声，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。通常对最佳线性滤波器的设计有两种准则：一种是使滤波器输出的信号波形与发送信号波形之间的均方误差最小，由此而导出的最佳线性滤波器称为维纳滤波器；另一种是使滤波器输出信噪比在某一特定时刻达到最大，由此而导出的最佳线性滤波器称为匹配滤波器。在数字通信中，匹配滤波器具有更广泛的应用。 2.课程项目的目的 (1)掌握匹配滤波器的基本概念、基本原理和基本设计方法； (2)具备对简单通信系统进行建立模型、定性分析、定量计算的能力； (3)对实验过程中存在的问题能够进行分析和排除； (4)对规定任务有一定的创新能力。 3.基本原理介绍由数字信号的判决原理我们知道，抽样判决器输出数据正确与否，与滤波器输出信号波形和发送信号波形之间的相似程度无关，也即与滤波器输出信号波形的失真程度无关，而只取决于抽样时刻信号的瞬时功率与噪声平均功率之比，即信噪比。信噪比越大，错误判决的概率就越小；反之，Array 信噪比越小，错误判决概率就越大。

匹配滤波器原理

数字通信课程设计匹配滤波器

摘要 ?在通信系统中,滤波器是重要的部件之一，滤波器特征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,减少噪声对信号判决的影响。对最佳线性滤波器的设计有一种准则是使滤波器输出信噪比在特定时刻到达最大,由此导出的最佳线性滤波器称为匹配滤波器。在数字通信中,匹配滤波器具有广泛的应用。因此匹配滤波器是指滤波器的性能与信号的特征取得某种一致，使滤波器输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值最大。本文设计并仿真了一种数字基带通信系统接收端的匹配滤波器。一、课程设计的目的通过本次对匹配滤波器的设计,让我们对匹配滤波器的原理有更深一步的理解，掌握具体的匹配滤波器的设计方法与算法。二、课程设计的原理设接收滤波器的传输函数为)(f H ,冲击响应为)(t h ，滤波器输入码元)(t s 的持续时间为s T ,信号和噪声之和)(t r 为 )()()(t n t s t r += s T t ≤≤0 式中,)(t s 为信号码元，)(t n 为白噪声。并设信号码元)(t s 的频谱密度函数为)(f S ,噪声)(t n 的双边功率谱密度为 2/0n P n =,0n 为噪声单边功率谱密度。假定滤波器是线性的,根据叠加定理，当滤波器输入信号和噪声两部分时，滤波器的输出也包含相应的输出信号和输出噪声两部分，即 )()()(00t n t s t y += 由于：)()()()()()(2 * f P f H f P f H f H f P R R Y == )(f P R 为输出功率谱密度,)(f P R 为输入功率谱密度，2/)(0n f P R = ?这时的输出噪声功率0N 等于 ? ?∞ ∞ -∞ ∞ -=?=df f H n df n f H N 2 02 0)(22)( 在抽样时刻0t 上,输出信号瞬时功率与噪声平均功率之比为

数字匹配滤波器的优化设计与FPGA实现

●主题论文１引言在通信系统中，匹配滤波器的应用十分广泛，尤其在扩频通信如在ＣＤＭＡ系统中，用于伪随机序列（通常是ｍ序列）的同步捕获。匹配滤波器是扩频通信中的关键部件，它的性能直接影响到通信的质量。本文从数字匹配滤波器的理论及结构出发，讨论了它在数字通信直扩系统中的应用，并对其基于ＦＰＧＡ的具体实现进行了优化。２数字匹配滤波捕获技术在直接序列扩频解扩系统中，数字匹配滤波器的捕获是以接收端扩频码序列作为数字ＦＩＲ滤波器的抽头系数，对接收到的信号进行相关滤波，滤波输出结果进入门限判决器进行门限判决，如果超过设定门限，表明此刻本地序列码的相位与接收扩频序列码的相位达到同步。如果并未超过设定门限，则表明此刻本地序列码的相位与接收到的扩频序列码的相位不同步，需要再次重复相关运算，直到同步为止，如图１所示。数字匹配滤波器由移位寄存器、乘法器和累加器组成，这只是ＦＩＲ滤波器的结构形式，只不过伪数字匹配滤波器的优化设计与ＦＰＧＡ实现（王光１，田斌１，吴勉２，易克初１，田红心１）（１．西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室，陕西西安７１００７１；２．深圳通创通信有限公司，广东深圳５１８００１）摘要：介绍在直接序列扩频通信中应用数字匹配滤波器实现ｍ序列同步，分析其具体结构，详细讨论了其基于ＦＰＧＡ（现场可编程门阵列）的性能优化。结果表明，数字匹配滤波器用ＦＰＧＡ实现时，能够大大减少资源占用，并提高工作效率。关键词：ＦＰＧＡ；数字匹配滤波器；直接序列扩频中图分类号：ＴＮ７１３文献标识码：Ａ文章编号：１００６－６９７７（２００６）０５－００７０－０４Ｄｉｇｉｔａｌｍａｔｃｈｉｎｇｆｉｌｔｅｒ’ｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄＦＰＧＡｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎＷＡＮＧＧｕａｎｇ１，ＴＩＡＮＢｉｎ１，ＷＵＭｉａｎ２，ＹＩＫｅ－ｃｈｕ１，ＴＩＡＮＨｏｎｇ－ｘｉｎ１（１．ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅｓＮｅｔｗｏｒｋｓ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈｅｎｚｈｅｎＮｅｗＣｏｍＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍ－ｓｅｑｕｅｎｃｅ’ｓｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃａｐｔｕｒｉｎｇｉｎｄｉｒｅｃｔｓｅｑｕｅｎｃｅｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｓｙｓｔｅｍｂｙｕｓ－ｉｎｇｄｉｇｉｔａｌｍａｔｃｈｉｎｇｆｉｌｔｅｒｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｉｔｓｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｉｔｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｍｐｌｅ－ｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｉｇｉｔａｌｍａｔｃｈｉｎｇｆｉｌｔｅｒｃａｎｄｅ－ｃｒｅａｓｅｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｏｃｃｕｐａｔｉｏｎｇｒｅａｔｌｙａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｗｏｒｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＰＧＡ；ｄｉｇｉｔａｌｍａｔｃｈｉｎｇｆｉｌｔｅｒ；ｄｉｒｅｃｔｓｅｑｕｅｎｃｅｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍ图１数字匹配滤波器的结构图

各种滤波器及其典型电路.(DOC)

第一章滤波器 1.1 滤波器的基本知识 1、滤波器的基本特性定义：滤波器是一种通过一定频率的信号而阻止或衰减其他频率信号的部件。功能：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。类型：按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器。按功能分：低通、高通、带通、带阻、带通。按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、…高阶。如图1.1中的a、b、c、d图分别为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器传输函数的幅频特性曲线。

图1.1 几种滤波器传输特性曲线 .2、模拟滤波器的传递函数与频率特性（一）模拟滤波器的传递函数模拟滤波电路的特性可由传递函数来描述。传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比。经分析，任意个互相隔离的线性网络级联后，总的传递函数等于各网络传递函数的乘积。这样，任何复杂的滤波网络，可由若干简单的一阶与二阶滤波电路级联构成。（二）模拟滤波器的频率特性模拟滤波器的传递函数H(s)表达了滤波器的输入与输出间的传递关系。若滤波器的输入信号Ui 是角频率为w 的单位信号，滤波器的输出Uo(jw)=H(jw)表达了在单位信号输入情况下的输出信号随频率变化的关系，称为滤波器的频率特性函数，简称频率特性。频率特性H(jw)是一个复函数，其幅值A(w)称为幅频特性，其幅角∮(w)表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性（三）滤波器的主要特性指标 1、特征频率：（1）通带截止频f p=wp/(2)为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。（2）阻带截止频f r=wr/(2)为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗 (增益的倒数)下降到一人为规定的下限。（3）转折频率f c=wc/(2)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以fc 作为通带或阻带截频。（4）固有频率f0=w0/(2)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。 2、增益与衰耗（1）对低通滤波器通带增益Kp 一般指w=0时的增益也用A （0）表示；高通指w→∞时的增益也用表示；带通则指中心频率处的增益。（2）对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。 ()A

信号检测实验报告

Harbin Institute of Technology 匹配滤波器实验报告课程名称：信号检测理论院系：电子与信息工程学院姓名：高亚豪学号：14SD05003 授课教师：郑薇哈尔滨工业大学

1. 实验目的通过Matlab 编程实现对白噪声条件下的匹配滤波器的仿真，从而加深对匹配滤波器及其实现过程的理解。通过观察输入输出信号波形及频谱图，对匹配处理有一个更加直观的理解，同时验证匹配滤波器具有时间上的适应性。 2. 实验原理对于一个观测信号()r t ，已知它或是干扰与噪声之和，或是单纯的干扰，即 0()()()()a u t n t r t n t +?=?? 这里()r t ，()u t ，()n t 都是复包络，其中0a 是信号的复幅度，()u t 是确知的归一化信号的复包络，它们满足如下条件。 2|()|d 1u t t +∞ -∞=? 201||2 a E = 其中E 为信号的能量。()n t 是干扰的均值为0，方差为0N 的白噪声干扰。使该信号通过一个线性滤波系统，有效地滤除干扰，使输出信号的信噪比在某一时刻0t 达到最大，以便判断信号的有无。该线性系统即为匹配滤波器。以()h t 代表系统的脉冲响应，则在信号存在的条件下，滤波器的输出为 0000()()()d ()()d ()()d y t r t h a u t h n t h τττττττττ+∞+∞+∞ =-=-+-???

右边的第一项和第二项分别为滤波器输出的信号成分和噪声成分，即 00()()()d x t a u t h τττ+∞ =-? 0 ()()()d t n t h ?τττ+∞ =-? 则输出噪声成分的平均功率（统计平均）为 2 20E[|()|]=E[|()()d |]t n t h ?τττ+∞ -? **00*000200 =E[()(')]()(')d d '=2()(')(')d d ' 2|()|d n t n t h h N h h N h ττττττδττττττττ+∞+∞+∞+∞+∞ ---=?? ?? ? 而信号成分在0t 时刻的峰值功率为 22 20000|()||||()()d |x t a u t h τττ+∞ =-? 输出信号在0t 时刻的总功率为 22000E[|()|]E[|()()|]y t x t t ?=+ 22**0000002200E[|()||()|()()()()] |()|E[|()|] x t t x t t t x t x t t ????=+++=+ 上式中输出噪声成分的期望值为0，即0E[()]0t ?=，因此输出信号的功率成分中只包含信号功率和噪声功率。则该滤波器的输出信噪比为 222000022000|||()()d ||()|E[|()|]2|()|d a u t h x t t N h τττρ?ττ+∞ +∞-==?? 根据Schwartz 不等式有

滤波器的主要特性指标

电子知识 1、特征频率： ①通带截频fp=wp/(2p)为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。 ②阻带截频fr=wr/(2p)为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。 ③转折频率fc=wc/(2p)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以fc作为通带或阻带截频。 ④固有频率f0=w0/(2p)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。 2、增益与衰耗滤波器在通带内的增益并非常数。 ①对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益;高通指w→∞时的增益;带通则指中心频率处的增益。 ②对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。 ③通带增益变化量△Kp指通带内各点增益的最大变化量，如果△Kp以dB为单位，则指增益dB值的变化量。 3、阻尼系数与品质因数阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。阻尼系数的倒数称为品质因数，是*价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，Q= w0/△w。式中的△w为带通或带阻滤波器的3dB带宽，w0为中心频率，在很多情况下中心频率与固有频率相等。 4、灵敏度滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变

化的灵敏度记作Sxy，定义为：Sxy=(dy/y)/(dx/x)。该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。 5、群时延函数当滤波器幅频特性满足设计要求时，为保证输出信号失真度不超过允许范围，对其相频特性∮(w)也应提出一定要求。在滤波器设计中，常用群时延函数d∮(w)/dw*价信号经滤波后相位失真程度。群时延函数d∮(w)/dw越接近常数，信号相位失真越小。 IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。 IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。

匹配滤波器检测

1.1 匹配滤波器检测基于第三章对频谱滤波器检测的简要描述，本节就对此进行详细的解说。前面提到了当认知用户知道主用户的先验信息时，匹配滤波器检测就是频谱检测的最优算法，早期的研究表明，匹配滤波器需要（1/SNR ）个采样数，检测时间相比较而言较短，就可以与预期的误差概率相吻合。这种滤波器在数字通信信号和雷达信号的检测中具有特别重要的意义。匹配滤波器频谱检测算法在加性高斯白噪声信道中是一种最优的频谱感知方法，主要通过对授权信号进行解调或者导频检测实现。前者实现比较复杂，通过采用匹配滤波器对授权用户信号解调，要求认知用户为每类授权用户提供一套接收解码设备；后者实现相对简单，不再需要复杂的接收解码设备，而且目前大部分无线通信系统都存在导频、前导码、时间同步信号和扩频码等确知信号，这样就使得匹配滤波器检测大大简化，但它的缺点就是为了获得匹配滤波器而必须具备授权用户信号的先验知识，除此之外，计算量也比较大。因此如果先验知识不准确，那么匹配滤波器的性能就会大大下降。 1.1.1 匹配滤波器检测框图检测统计量Y 为： *)()(∑= N n x n y Y 假设x(n)发射信号已知，将检测统计量与预先设定的门限值λ进行比较，大于门限值时就表明关心的频谱存在授权用户，如果小于门限值，就说明该信道中只有噪声，也就是说，出现了频谱空洞，感知用户可以占用该信道。匹配滤波器检测框图1

对于现实中的信道，信号可能是M 进制的，这就需要同时进行几路信号同时进行匹配，将每一路频谱的结果进行比较，得到的判决结果后，再根据一定的判决根据，判决得到经过不同信道的接受信号。其工作原理图如下：匹配滤波器工作原理图2 1.1.2 匹配滤波器检测原理在第三章中曾提到，匹配滤波器检测的设计准则就是使信号的输出信噪比SNR 在某一时刻达到最大值。信噪比SNR 表达式如下： N 2Es SNR = 式子中Es 为观测时间段中检测信号的能量，N 0为噪声功率。信道在传输信号时还叠加有高斯白噪声n(t)，其均值为零，双边功率谱密度为N 0//2,因此接收信号波形为： t t n t s t r ≤ ≤+=0),()()( 设最大输出信噪比准则下的最佳线性滤波器H(ω)，输出为 )()()(y 0t n t s t o += 在t=tm 时候，输出信噪比为： ()()m m t n t s 2 o 2 o =ρ 设()()[]t s S F =ωj ，那么经过匹配滤波器后的输出信号为 ()()()? ∞ ∞ -=ωωωπ ωd 21o m t j m e j S j H t s

滤波器分类及原理..

滤波器原理滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。本文所述内容属于模拟滤波范围。主要介绍模拟滤波器原理、种类、数学模型、主要参数、ＲＣ滤波器设计。尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。带通滤波器二、滤波器分类 ⒈根据滤波器的选频作用分类 ⑴低通滤波器从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。 ⑵高通滤波器与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。 ⑶带通滤波器它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。 ⑷带阻滤波器与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器，例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。

计算机组成原理第三章运算方法与运算器(含答案)

第三章运算方法与运算器 3.1定点数运算及溢出检测随堂测验 1、定点运算器可直接进行的运算是（) (单选) A、十进制数加法运算 B、定点数运算 C、浮点数运算 D、定点数和浮点数运算 2、设计计算机字长为8位，两个十进制数X = -97 ，Y = 63, [x]补- [y]补的结果为（）（单选） A、01100000 B、11011110 C、负溢出 D、正溢出 3、下列关于定点运算溢出的描述中，正确的是( ) （多选） A、补码数据表时，同号数相加可能发生溢出 B、补码数据表时，异号数相减可能发生溢出 C、参加运算的两个数，当作为有符号数和无符号数进行加法运算时，不可能两者都溢出 D、溢出检测既可用硬件实现，也可用软件实现 4、设Ｘ为被加（减）数，Ｙ为加（减）数，Ｓ为运算结果，均采用补码数据表示，下列关于溢出电路设计的描述中，正确的是（）（多选） A、采用单符号位时，直接用Ｘ、Ｙ和Ｓ的符号位就可设计溢出监测电路 B、采用双符号位时，可直接用Ｓ的双符号位设计溢出检测电路 C、采用单符号位时，可直接用Ｘ、Ｙ最高有效数据位运算后的进位位和Ｓ的进位设计溢出监测电路 D、对无符号数的加／减运算，可利用运算器的进位信号设计溢出检测电路 3.2 定点数补码加、减运算器设计随堂测验 1、如图所示为基于FA的运算器：为了利用一位全加器FA并配合使用控制信号P，当P= 0/1时实现A、B两个数的加法/减法运算，图中空白方框处电路的逻辑功能应该是（）（单选）

A、与门 B、或门 C、异或门 D、非门 2、如图所示为带溢出检测功能的运算器该电路完成的溢出检测功能是（）（多选）

(精品)概率实验四--匹配滤波器

《概率论与随机信号分析》实验报告一、实验目的与任务 1. 了解匹配滤波器的原理； 2. 实现LFM 信号的相关接收。二、实验原理 1．匹配滤波器匹配滤波器是一种用于检测噪声中某个确定信号是否存在的最佳滤波方法。 ()()()X t s t N t =+ ()()*()()*()()*()Y t X t h t s t h t N t h t ==+ 使Y(t 0)中的信号与噪声比最大化，这样在Y(t 0)大于某个合适的门限时，就有把握地认为Y(t)中包含有s(t)。 2020()()s out s y t S N E Y t ??= ??????? 02201()()()2j t s y t S j H j e d ωωωωπ+∞-∞??=???? ? 00**()()()j t j t H j c S j e cS j e ωωωωω-??==??令： 2222001()()2()42out s S j d H j d S N N H j d E N ωωωωπωωπ+∞+∞-∞-∞+∞-∞?? ?????= ????? ???= ??? 从时域来说，匹配滤波器的冲击响应为： 0()()h t cs t t =- 2．线性调频信号是大时宽带宽积信号，常用在雷达和通信信号中来提高系统的抗干扰能力，采用匹配滤波器，可以在强噪声背景环境中发现信号。 20001()sin(2),222T T s t A f t ut t π??=+∈-????

其中：0 2B u T π=为调频斜率其时宽带宽积为BT 0>>1 当信号淹没在强噪声背景里时，可以通关相关接收，即匹配滤波的方法检测信号，而降低噪声的影响。三、实验内容与结果 %信号和噪声经过匹配滤波器 close all clear all f01=30e+6; %中心频率 b1=8e+6; %信号带宽 t0=10e-6; %信号时宽 fs=150e+6; %采样频率 %系统带宽和中心频率 b2=8e+6; f02=30e+6; c2=30; subplot(2,1,1) [bl al]=butter(4,b2/2/(fs/2));%滤波器归一化带宽1对应于fs/2 [hfl f2]=freqz(bl,al,100,fs); plot(f2,abs(hfl)); title('系统低通频率响应'); grid on subplot(2,1,2); [bb ab]=butter(4,[(f02-b2/2)/(fs/2) (f02+b2/2)/(fs/2)]); [hf f2]=freqz(bb,ab,100,fs); plot(f2,abs(hf)); title('系统带通频率响应'); grid on figure; t=0:1/fs:t0; u=pi*b1/t0; subplot(2,2,1); s=sin(2*pi*(f01-b1/2)*t+u.*t.*t); plot(t,s); title('LFM 信号'); grid on subplot(2,2,3); n=length(s); n1=n/2; f1=(0:n1-1)/n*fs;

匹配滤波

1.5. 2. 匹配滤波器最佳接收机还可以有另外的一种结构，即匹配滤波器。为了说明匹配滤波器的基本原理，我们从这样一个直观的分析入手。我们知道，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，我们可以得到匹配滤波器的概念。接收机通过匹配滤波器使输出信噪比最大。一、匹配滤波器原理假设线性滤波器的输入端是信号与噪声的叠加)()()(t n t x t s +=，且假设噪声)(t n 是白噪声，其功率谱密度2 )(0 N f P n = ，信号的频谱为)(f X 。问题：设计一个滤波器使输出端的信噪比在某时刻0t 达到最大。假设该滤波器的系统响应函数为)(f H ，系统冲击响应为)(t h ，则输出信号)()()(0t n t s t y O += 其中，? ∞ ∞ --= τττd t h x t s )()()(0，)()()(f H f X f S o = ?∞ ∞ -=df e f H f X t s ft j o π2)()()( 所以在0t 时刻，信号的功率为200|)(|t s 输出噪声的功率谱密度20 |)(|2 )(f H N f P o n = 输出噪声平均功率为?∞ ∞-= df f H N Pn 2 0|)(|2 所以0t 时刻输出的信噪比为： ??∞ ∞-∞ ∞ -== df f H N df e f H f X Pn t s r ft j 2 02 22 000|)(|2|)()(|| )(|0π 根据Schwarts 不等式， ???∞ ∞ -∞ ∞ -∞ ∞ -≤df f Y df f X df f Y f X 22 2 |)(||)(||)()(|

电子信息工程综合实验_匹配滤波器

实验二匹配滤波器一、实验目的 1、了解匹配滤波器的工作原理。 2、掌握二相编码脉压信号的压缩比、主旁瓣比、码元宽度的测量方法。 3、加深和巩固课堂所学有关距离分辨力、横向滤波器和匹配滤波方面的知识。二、实验仪器示波器、直流稳压电源、万用表三、实验原理二相编码信号的匹配滤波器为： 1 2 ()()()H f f f μμ=? 式中，1()f μ为子脉冲匹配滤波器，为横向滤波器（即抽头加权延时线求和网络）。二相编码信号的匹配滤波器结构如图一所示。图一二相编码信号的匹配滤波器结构子脉冲匹配滤波器频率特性为： 1 ()()j fT f c fT e πμ= 为横向滤波器频率特性为： 1 2() (1)2 ()P j f kT P k k f c e πμ ----==∑ 式中，P 为码长，T 为码元宽度，k c 为二相编码信号。在此，采用数字信号处理省略了子脉冲匹配滤波器，所以脉压输出不再是三角波而是方波。横向滤波器（即抽头加权延时线求和网络）在此采用超大规模集成电路完成。四、实验电路该实验箱能够产生矩形脉冲、m 序列、PN 截断码、巴克码、互补码等多种信号以及其对应的匹配滤波输出。通过按键的选择，可以观察各种信号形式以及对应的匹配滤波输出结果，测量各种信号的脉压参数。试验箱OUT1端口为原始波形信号输出，OUT2端口为信号匹配滤波输出。数码管用以显示当前信号波形以及频率指示，K1~K8用来选择波形以及当前信号

频率。其含义如下： 1、按键K1：数码管显示P。单脉冲。周期1ms；脉冲宽度30us。 2、按键K2：数码管显示SP。脉冲串。周期1ms；脉冲宽度10us。一个周期有7个单脉冲。 3、按键K3：数码管显示31。31位m序列。无限长；码元宽度1us。 4、按键K4：数码管显示P31。31位PN截断码。周期1ms；码元宽度1us。 5、按键K5：数码管显示b13。13位巴克码。周期1ms；脉冲宽度30us。 6、按键K6：数码管显示cb47。4位/7位组合巴克码。周期1ms；码元宽度1us。 7、按键K7：数码管显示Pc32。双路32位互补码。周期1ms；码元宽度1us。 8、按键K8：数码管显示c321。输出其中一路32位互补码。周期1ms；码元宽度1us。注：（1）每次按键，实验箱OUT1输出码元信号，OUT2相对应的匹配输出。（2）同一按键再按一次，码元宽度增加，数码管显示带小数点。五、实验内容和步骤 1、检查实验箱电源以及信号输出的连接方式。 2、打开实验箱电源以及示波器，调整示波器使观察信号最佳。 3、按键K1，数码管显示P，观察OUT1输出的单脉冲信号以及OUT2输出的匹配滤波信号，记录输出波形。 4、用示波器测量压缩比、主旁瓣比、码元宽度等参数。 5、再次按键K1，改变单脉冲信号码元宽度，LED4显示带小数点。观察信号及匹配滤波器输出的改变，测量各项参数。 6、依次按键K2~KK7，选择不同的输入信号，重复步骤2~4，观察波形，记录数据。 7、关闭实验电源，总结实验数据。 8、将实验数据记录填入表一，进行分析。表一测试数据六、实验结果压缩比=匹配滤波器输入信号宽度/匹配滤波器输出信号主峰宽度主旁瓣比=输出信号主瓣高度/输出信号最高旁瓣高度

滤波器主要参数与特性指标(优.选)

滤波器的主要参数（Definitions）：中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的频率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。截止频率（Cutoff Frequency）：指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为：低通以DC处插损为基准，高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。通带带宽（BWxdB）：指需要通过的频谱宽度，BWxdB=（f2-f1）。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准，下降X（dB）处对应的左、右边频点。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征滤波器通带带宽参数。分数带宽（fractional bandwidth）=BW3dB/f0×100[%]，也常用来表征滤波器通带带宽。插入损耗（Insertion Loss）：由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗，以中心或截止频率处损耗表征，如要求全带内插损需强调。纹波（Ripple）：指1dB或3dB带宽（截止频率）范围内，插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰-峰值。带内波动（Passband Riplpe）：通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。带内驻波比（VSWR）：衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1：1，失配时VSWR<1。对于一个实际的滤波器而言，满足VSWR<1 BWdBBWdBdiv> 在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Vmax ，形成波腹；在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。驻波比是驻波波腹处的电压幅值Vmax与波节处的电压幅值Vmin之比。回波损耗（Return Loss）：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝（dB）数，也等于|20Log10ρ|，ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。回波损耗，又称为反射损耗。是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射。从数学角度看，回波损耗为-10 lg [(反射功率)/(入射功率)]。回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。阻带抑制度：衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法：一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB，计算方法为fs处衰减量As-IL；另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数（KxdB<1），KxdB=BWxdB/BW3dB，（X可为40dB、30dB、20dB等）。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1，制作难度当然也就越大。延迟（Td）：指信号通过滤波器所需要的时间，数值上为传输相位函数对角频率的导数，即

常用滤波器的频率特性分析

常用滤波器的频率特性分析摘要：滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。滤波器对实现电磁兼容性是很重要的。本文所述内容主要有滤波器概述及原理、种类等。尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。故对常见滤波器中低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器，EMI 滤波器，从频率出发，进行特性分析。一、引言滤波器，是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。二、原理滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。最基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波。所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器而成。基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂为电感器，并联臂为电容器。在电源及声频电路中之滤波器，最通用者为L型及π型两种。就L型单节滤波器而言，其电感抗XL与电容抗XC，对任一频率为一常数，其关系为 XL·XC=K2 故L型滤波器又称为K常数滤波器。倘若一滤波器的构成部分，较K常数型具有较尖锐的截止频率（即对频率范围选择性强），而同时对此截止频率以外的其他频率只有较小的衰减率

常用7种软件滤波

随机误差是有随机干搅引起的，其特点是在相同条件下测量同一个量时，其大小和符号做无规则变化而无法预测，但多次测量结果符合统计规律。为克服随机干搅引入的误差，硬件上可采用滤波技术，软件上可以采用软件算法实现数字滤波，其算法往往是系统测控算法的一个重要组成部分，实时性很强，采用汇编语言来编写。采用数字滤波算法克服随机干搅引入的误差具有以下几个优点：（1）数字滤波无须硬件，只用一个计算过程，可靠性高，不存在阻抗匹配问题，尤其是数字滤波可以对频率很高或很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。（2）数字滤波是用软件算法实现的，多输入通道可用一个软件“滤波器”从而降低系统开支。（3）只要适当改变软件滤波器的滤波程序或运行参数，就能方便地改变其滤波特性，这个对于低频、脉冲干搅、随机噪声等特别有效。常用的数字滤波器算法有程序判断法、中值判断法、算术平均值法、加权滤波法、滑动滤波法、低通滤波法和复合滤波法。 1．程序判断法：程序判断法又称限副滤波法，其方法是把两次相邻的采样值相减，求出其增量（以绝对值表示）。然后与两次采样允许的最大差值△Y进行比较，△Y的大小由被测对象的具体情况而定，若小于或等于△Y，则取本次采样的值；若大于△Y，则取上次采样值作为本次采样值，即 yn - yn-1|≤△Y，则yn有效， yn -yn-1|＞△Y，则yn-1有效。式中yn ——第n次采样的值； Yn-1——第（n-1）次采样的值； △Y——相邻两次采样值允许的最大偏差。设R1和R2为内部RAM单元，分别存放yn-1和yn，滤波值也存放在R2单元，采用MCS-51单片机指令编写的程序判断法子程序如下：付表 2．中值滤波法即对某一参数连续采样N次（一般N为奇数），然后把N次采样值按从小到大排队，再取中间值作为本次采样值。

匹配滤波器的仿真实验报告

实验一匹配滤波器的仿真验证一、实验目的：利用matlab 验证匹配滤波器的特性二、实验要求：设二进制数字基带信号s （t ）=∑a n a g （t-s nT ），加性高斯白噪声的功率谱密度为0.其中n a ∈{+1，-1}，g （t ）={10 s T t <<0其他（1）若接收滤波器的冲击响应函数h （t ） =g （t ），画出经过滤波器后的输出波形图：（2）若H （f ）={ 10)2/(5||s T f <其他画出经过滤波器后的输出波形图。三、实验原理：匹配滤波器原理：匹配滤波器是一种以输出信噪比为最佳判决准则的线性滤波器。它的冲击响应h （t ）=S （t0-t ）；y0（t ）=h （t ）*s （t ）；在最佳判决时刻t0时输出信噪比r 最大。四、实验源码 clear all; close all; N =100; N_sample=8; Ts=1; dt =Ts/N_sample; t=0:dt:(N*N_sample-1)*dt; gt =ones(1,N_sample); d = sign(randn(1,N)); a = sigexpand(d,N_sample); st = conv(a,gt); ht1 =gt; rt1 =conv(st,ht1); ht2 =5*sinc(5*(t-5)/Ts); rt2 =conv(st,ht2); figure(1) subplot(321) plot(t,st(1:length(t))); axis([0 20 -1.5 1.5]);ylabel('输入双极性NRZ 数字基带波形'); subplot(322) stem(t,a); axis([0 20 -1.5 1.5]);ylabel('输入数字序列'); subplot(323)

匹配滤波器设计仿真

雷达系统匹配滤波器的仿真一．匹配滤波器原理在输入为确知加白噪声的情况下，所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器，设一线性滤波器的输入信号为)(t x ： )()()(t n t s t x += （1.1）其中：)(t s 为确知信号，)(t n 为均值为零的平稳白噪声，其功率谱密度为 2/No 。设线性滤波器系统的冲击响应为)(t h ，其频率响应为)(ωH ，其输出响应： )()()(t n t s t y o o += （1.2）输入信号能量： ∞<=?∞ ∞-dt t s s E )()(2 （1.3）输入、输出信号频谱函数： dt e t s S t j ?∞ ∞ --=ωω)()( )()()(ωωωS H S o = ωωωπ ωωd e S H t s t j o ?∞ - = )()(21 )( （1.4）输出噪声的平均功率： ωωωπ ωωπ d P H d P t n E n n o o ? ?∞ ∞ -∞ ∞-== )()(21 )(21 )]([22 （1.5） ) ()()(21)()(212 2 ωωωπ ωωπ ω ωd P H d e S H SNR n t j o o ? ? ∞ ∞ -∞ ∞-= （1.6）利用Schwarz 不等式得：

ωωωπ d P S SNR n o ? ∞ ∞ -≤ ) () (21 2 （1.7）上式取等号时，滤波器输出功率信噪比o SNR 最大取等号条件： o t j n e P S H ωωωαω-=) ()()(* (1.8) 当滤波器输入功率谱密度是2/)(o n N P =ω的白噪声时，MF 的系统函数为： ,)()(*o t j e kS H ωωω-=o N k α 2= (1.9) k 为常数1，)(*ωS 为输入函数频谱的复共轭，)()(*ωω-=S S ，也是滤波器的传输函数)(ωH 。 o s o N E SNR 2= (1.10) Es 为输入信号)(t s 的能量，白噪声)(t n 的功率谱为2/o N o SNR 只输入信号)(t s 的能量Es 和白噪声功率谱密度有关。白噪声条件下，匹配滤波器的脉冲响应： )()(*t t ks t h o -= (1.11) 如果输入信号为实函数，则与)(t s 匹配的匹配滤波器的脉冲响应为： )()(t t ks t h o -= (1.12) k 为滤波器的相对放大量，一般1=k 。匹配滤波器的输出信号： )()(*)()(o o o t t kR t h t s t s -== (1.13) 匹配滤波器的输出波形是输入信号的自相关函数的k 倍，因此匹配滤波器可以看成是一个计算输入信号自相关函数的相关器，通常k =1。二．线性调频信号（LFM ）

匹配滤波器

6 2.1 内容提要及结构本章介绍匹配滤波器的概念，讨论一般匹配滤波器（既适用于白噪声，也适用于色噪声）普遍形式的冲激响应和传输函数；进一步讨论白噪声背景下的匹配滤波器的冲激响应、传输函数和基本性质；最后，应用白化处理方法求广义匹配滤波器的传输函数。本章内容逻辑结构如图2.1.1所示。 2.2 目的及要求本章的目的是使学习者理解匹配滤波器的概念，熟悉匹配滤波器的作用及应用条件；掌握一般匹配滤波器冲激响应方程和传输函数的推导方法，通过传输函数理解匹配滤波器的作用；掌握白噪声背景下匹配滤波器冲激响应和传输函数，熟悉白噪声背景下匹配滤波器的性质；理解白化滤波器的概念，掌握白化处理方法及广义匹配滤波器传输函数；熟悉物理可实现和物理不可实现匹配滤波器的特点，掌握物理可实现匹配滤波器冲激响应和传输函数的求取方法。 2.3 学习要点 2.3.1 匹配滤波器的概念 ● 内容提要：本小节主要简述匹配滤波器的产生思路、定义、特点、作用和研究思路。 ● 关键点：理解匹配滤波器的使用条件，熟悉匹配滤波器的研究思路。 1．匹配滤波器的产生思路由于信号在信道中传输时受到噪声的污染，接收设备所接收的信号是信号加噪声，接收图2.1.1 内容逻辑结构图匹配滤波器色噪声背景下的匹配滤波器一般匹配滤波器白噪声背景下的匹配滤波器匹配滤波器的概念冲激响应传输函数传输函数白化处理方法性质冲激响应传输函数

7 设备要达到有效、可靠恢复被传送信号的目的，需要尽可能地压制或抑制噪声，使信号在信号加噪声中所占的比例尽可能大，从而减小噪声对信号的影响，有利于对信号的处理。因此，以输出信号与噪声的功率比（简称为信噪比）达到最大作为标准来设计接收设备就是一种减小噪声影响的思路。 2．匹配滤波器的定义在输入为确定信号加平稳噪声的情况下，使输出信噪比达到最大的线性系统称为匹配滤波器。 3．匹配滤波器的特点 ① 匹配滤波器是线性系统，而且在大多数情况下限定为线性时不变系统。② 输入的确定信号已知。③ 输入的噪声是平稳随机过程，即已知噪声的平均值和自相关函数或功率谱密度。④ 所采用的最佳准则是输出信噪比最大准则。⑤ 匹配滤波器具有较强的针对性，只能对输入的已知确定信号匹配，而不可能对所有信号多匹配。 4．匹配滤波器的作用一是使滤波器输出有用信号成分尽可能强；二是抑制噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减小噪声对信号处理的影响。 5．匹配滤波器研究思路在输入信号模型为确定信号加平稳噪声的情况下，已知确定信号和平稳噪声的自相关函数或功率谱密度，采用最大信噪比准则，求出匹配滤波器的冲激响应或传输函数，为匹配滤波器的设计提供数学模型。 2.3.2 匹配滤波器冲激响应及传输函数 ● 内容提要：本小节所指的匹配滤波器是既适用于白噪声，也适用于色噪声的一般匹配滤波器。主要应用最优化的两种方法推导出匹配滤波器的冲激响应方程和传输函数，并归纳物理不可实现与物理可实现匹配滤波器的特点。 ● 关键点：由匹配滤波器传输函数看出其能够实现使使输出信噪比最大的物理意义，掌握获得匹配滤波器冲激响应方程和传输函数的最优化方法，熟悉物理不可实现与物理可实现匹配滤波器的特点。 1．匹配滤波器冲激响应方程（1）匹配滤波器的已知条件设匹配滤波器的冲激响应为)(0t h ，并假设确定信号加平稳噪声的匹配滤波器输入信号模型为)()()(t n t s t x +=。其中：)(t s 为确定信号，并存在于时间间隔],0[T 内；)(t n 为平稳噪声，其均值为0，自相关函数为)(τn R 。（2）最优化的目标函数匹配滤波器就是一个使线性时不变滤波器的输出信噪比最大的最优化问题。输出信噪比最大是最优化问题的目标函数。线性时不变滤波器时域形式的输出信噪比为