最佳接收机(匹配滤波器)实验报告
实验三 最佳接收机
最佳接收机（匹配滤波器）实验报告班级通信17学生学号指导教师饶力任课教师刘镰斧最佳接收机（匹配滤波器）实验一、实验目的1、运用MATLAB软件工具，仿真随机数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复的方法。
2、熟悉匹配滤波器的工作原理。
3、研究相关解调的原理与过程。
4、理解高斯白噪声对系统的影响。
5、了解如何衡量接收机的性能及匹配滤波器参数设置方法。
二、实验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，t输出信号值相对于均方根（输出）噪声值达到最大。
使得在采样时刻1.一般情况下的匹配滤波器匹配滤波器的一般表示式如图2所示。
)(t图2匹配滤器s(t)： 匹配滤波器输入信号； n(t)： 匹配滤波器输入噪声； s 0(t)：匹配滤波器输出信号； n 0(t)：匹配滤波器输出噪声；h(t)或H(f)：匹配滤波器。
匹配滤波器的实验
2010 年秋季学期研究生课程考核（阅读报告、研究报告）考核科目:科学技术哲学学生所在院（系）:电气工程及自动化学院学生所在学科:仪器科学与技术学生姓名:李海洋学号:10S001049学生类别:工学硕士考核结果阅卷人匹配滤波器的设计与验证实验报告实验目的：1、了解匹配滤波器的基本原理；2、掌握如何设计一个传输系统的匹配滤波器；3、深刻认识匹配滤波器的一些实际应用；实验原理：设线性滤波器输入端输入的信号与噪声的混合波形为并假定噪声为白噪声，其功率谱密度，而信号的频谱函数为，即。
我们要求线性滤波器在某时刻上有最大的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值。
现在就来确定在上述最大输出信噪比准则下的最佳线性滤波器的传输特性。
这就是最佳线性滤波器的传输特性。
式中，即为的复共轭。
在白噪声干扰的背景下，按式(8.7-3)设计的线性滤波器，将能在给定时刻上获得最大的输出信噪比。
这种滤波器就是最大信噪比意义下的最佳线性滤波器。
由于它的传输特性与信号频谱的复共轭相一致(除相乘因子外)，故又称其为匹配滤波器。
匹配滤波器的传输特性,当然还可用它的冲激响应来表示，这时有：由此可见，匹配滤波器的冲激响应便是信号的镜像信号在时间上再平移。
为了获得物理可实现的匹配滤波器，要求当时有。
为了满足这个条件，就要满足：这个条件表明，物理可实现的匹配滤波器，其输入端的信号必须在它输出最大信噪比的时刻之前消失（等于零）。
这就是说，若输入信号在瞬间消失，则只有当时滤波器才是物理可实现的。
一般总是希望尽量小些，故通常选择。
顺便指出，当我们专门关心匹配滤波器的输出信号波形时，它可表示为由此可见，匹配滤波器的输出信号波形式输入信号的自相关函数的K倍。
至于常数，实际上它是可以任意选取的，因为与无关。
因此，在分析问题时，可令。
实验过程1.产生1000点的白噪声nt，所用命令nt=randn(1,1000)(如图一)2.产生1000点的有用信号st，st的角频率是8000pi，相位是时间的函数0.5*k*t.*t，幅度是1的余弦函数。
滤波器 实验报告
滤波器实验报告滤波器实验报告引言滤波器是电子工程中常用的一种信号处理器件，它可以根据需要选择性地通过或者阻断特定频率范围内的信号。
在本次实验中，我们将探索滤波器的原理、不同类型的滤波器及其应用，并通过实验验证滤波器的性能。
一、滤波器的原理滤波器的原理基于信号的频域特性。
通过选择性地通过或阻断不同频率的信号，滤波器可以对信号进行处理，以满足不同的需求。
滤波器可以分为两类：低通滤波器和高通滤波器。
1. 低通滤波器低通滤波器可以通过滤除高频信号而只保留低频信号。
它在音频处理、图像处理等领域中有着广泛的应用。
在实验中，我们使用了一个RC低通滤波器电路，通过改变电容和电阻的数值可以调整滤波器的截止频率。
实验结果显示，当截止频率较低时，滤波器可以有效地滤除高频噪声，保留低频信号。
2. 高通滤波器高通滤波器可以通过滤除低频信号而只保留高频信号。
它在语音识别、图像增强等领域中具有重要的应用。
在实验中，我们使用了一个RLC高通滤波器电路，通过改变电感和电阻的数值可以调整滤波器的截止频率。
实验结果显示，当截止频率较高时，滤波器可以有效地滤除低频噪声，保留高频信号。
二、滤波器的应用滤波器在电子工程中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 语音处理在通信领域，滤波器用于语音信号的处理和增强。
通过去除噪声和杂音，滤波器可以提高语音信号的质量和清晰度，使其更易于识别和理解。
2. 图像处理在图像处理中，滤波器用于去除图像中的噪声和伪像。
通过选择性地滤除不同频率的信号，滤波器可以提高图像的清晰度和细节，使其更加真实和可辨认。
3. 音频放大器在音频放大器中，滤波器用于去除输入信号中的杂音和谐波。
通过滤除不需要的频率成分，滤波器可以提高音频信号的纯净度和音质，使其更加逼真和动听。
三、实验验证为了验证滤波器的性能，我们进行了一系列实验。
首先，我们使用示波器观察了滤波器电路的输入和输出波形。
实验结果显示，滤波器可以有效地滤除不需要的频率成分，保留所需的信号。
匹配滤波器数字信号的最佳接收.ppt
fs1( y)
1 exp ( 2 n)k
1 n0
T
[ y(t)
0
a1]2 dt
同理，出现s2(t)信号时y(t)的概率密度函数fs2(y)为
1
fs2 ( y)
(2
exp n )k
1 n0
T
[ y(t)
0
a2 ]2 dt
fs1(y)和fs2(y)的曲线如图 8 - 5 所示。
若在观察时刻得到的观察值为yi，可依概率将yi判为r1或 r2。在yi附近取一小区间Δa，yi在区间Δa内属于r1的概率为
1
j Tw
(e 2
jw
匹配滤波器的单位冲激响应为
h(t) s(t0 t)
取t0=T，则有 h(t) s(T t)
H (w)
1
(e
j Tw 2
1)e jwT
jw
1)e jwt0
(2) 由式(8.1 - 21)可得匹配滤波器的输出为
s0 (t) R(t t0 )
s(x)s(x t t0 )dx
T t, 2 = 3T t, 2
s( )Ks( t0 t)d
上式表明， 匹配滤波器的输出波形是输入信号s(t)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，其在t0时刻得到最大输出信噪比
romax=
2E 。 由于输出信噪比与常数K无关，所以通常取K=1。
n0
例[ 8 - 1］设输入信号如下，试求该信号的匹配滤波器传
在数字通信中，匹配滤波器具有更广泛的应用。
解调器中抽样判决以前各部分电路可以用一个线性滤波器来 等效.
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，信 噪比越小，错误判决概率就越大。
随机信号与概率论实验_匹配滤波器
《概率论与随机信号分析》实验报告姓名： 成绩： 学号： 专业：实验四 匹配滤波器实验名称：匹配滤波器 学时安排：2学时 实验类别：验证性 实验要求：必做￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣一．实验目的和任务1. 了解匹配滤波器的原理；2. 实现LFM 信号的相关接收。
二．实验原理介绍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 ⎛⎫= ⎪⎡⎤⎝⎭⎣⎦2201()()()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()42outsS 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：02Bu 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．实验设备介绍1．IBM PC 机一台； 2. MATLAB 工具。
实验六 最佳接收机
最佳接收机（匹配滤波器）实验指导书最佳接收机（匹配滤波器）实验一、实验目的1、运用MATLAB软件工具，仿真随机数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复的方法。
2、熟悉匹配滤波器的工作原理。
3、研究相关解调的原理与过程。
4、理解高斯白噪声对系统的影响。
5、了解如何衡量接收机的性能及匹配滤波器参数设置方法。
二、实验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，使得在采样时刻0t 输出信号值相对于均方根（输出）噪声值达到最大。
1.一般情况下的匹配滤波器匹配滤波器的一般表示式如图2所示。
s(t)： 匹配滤波器输入信号； n(t)： 匹配滤波器输入噪声； s 0(t)：匹配滤波器输出信号； n 0(t)：匹配滤波器输出噪声；h(t)或H(f)：匹配滤波器。
现代雷达匹配滤波器报告
现代雷达信号匹配滤波器报告一 报告的目的1.学习匹配滤波器原理并加深理解2.初步掌握匹配滤波器的实现方法3.不同信噪比情况下实现匹配滤波器检测二 报告的原理匹配滤波器是白噪声下对已知信号的最优线性处理器，下面从实信号的角度来说明匹配滤波器的形式。
一个观测信号)(t r 是信号与干扰之和，或是单纯的干扰)(t n ，即⎩⎨⎧+=)()()()(0t n t n t u a t r (1)匹配滤波器是白噪声下对已知信号的最优线性处理器，对线性处理采用最大信噪比准则。
以)(t h 代表线性系统的脉冲响应，当输入为(1)所示时，根据线性系统理论，滤波器的输出为⎰∞+=-=0)()()()()(t t x d h t r t y ϕτττ (2)其中⎰∞-=00)()()(τττd h t u a t x ， ⎰∞-=0)()()(τττϕd h t n t (3)在任意时刻，输出噪声成分的平均功率正比于[]⎰⎰∞∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=020202|)(|2)()(|)(|τττττϕd h N d h t n E t E (4)另一方面，假定滤波器输出的信号成分在0t t =时刻形成了一个峰值，输出信号成分的峰值功率正比于20220)()()(⎰∞-=τττd h t u a t x (5)滤波器的输出信噪比用ρ表示，则[]⎰⎰∞∞-==20202220|)(|2)()(|)(|)(τττττϕρd h N d h t u a t E t x (6)寻求)(τh 使得ρ达到最大，可以用Schwartz 不等式的方法来求解.根据Schwartz 不等式，有⎰⎰⎰∞∞∞-≤-0202020|)(||)(|)()(τττττττd h d t u d h t u (7)且等号只在)()()(0*τττ-==t cu h h m (8)时成立。
由式(1)可知匹配滤波器的脉冲响应由待匹配的信号唯一确定，并且是该信号的共轭镜像。
(整理)电子科大通信原理实验三最佳接收机
电子科技大学通信学院最佳接收机（匹配滤波器）实验报告班级学生学号教师最佳接收机（匹配滤波器）实验一、实验目的1、运用MATLAB软件工具，仿真随机数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复的方法。
2、熟悉匹配滤波器的工作原理。
3、研究相关解调的原理与过程。
4、理解高斯白噪声对系统的影响。
5、了解如何衡量接收机的性能及匹配滤波器参数设置方法。
二、实验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。
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1 简化的接收设备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t输出信号值相对于均方根（输出）噪声值达到真并滤除噪声，使得在采样时刻最大。
1.一般情况下的匹配滤波器匹配滤波器的一般表示式如图2所示。
)(ts(t)： 匹配滤波器输入信号； n(t)： 匹配滤波器输入噪声； s 0(t)：匹配滤波器输出信号； n 0(t)：匹配滤波器输出噪声；h(t)或H(f)：匹配滤波器。
匹配滤波器的目的就是使下式取最大值：)()()(2020t n t s N S out = （1） 使上式取最大值的转移函数为：0)()()(t j n e f f S K f H ωϕ-*= （2）式中[])()(t s F f S =是已知的时宽为T 秒的输入信号)(t s 的傅立叶变换，)(f n ϕ是输入噪声的功率谱密度PSD 。
K 是一个任意非0实常数。
0t 是计算out N S)(时的采样时间。
匹配滤波器形式的最佳接收机输出信噪比最大时刻为
匹配滤波器形式的最佳接收机输出信噪比最大时刻为在通信系统中，接收机是至关重要的设备，其性能直接影响到整个系统的通信质量。
匹配滤波器形式的最佳接收机输出信噪比最大时刻是指接收机在接收到信号后，通过一定的处理使得信号与噪声之间的比例达到最优，从而保证信息传输的可靠性和稳定性。
本文将从匹配滤波器形式的最佳接收机输出信噪比最大时刻的原理、设计过程以及应用进行探讨。
首先，我们要了解匹配滤波器的基本原理。
匹配滤波器是一种特殊的滤波器，其特点是能够最大化信号与接收机输出之间的相关性，从而有效地提高信噪比。
匹配滤波器的设计需要考虑到接收到的信号特性以及噪声的统计特性，通过合适的权重系数对信号进行加权处理，从而实现信号增强和噪声抑制的效果。
设计匹配滤波器形式的最佳接收机的过程涉及到信号特性的分析和滤波器参数的计算。
首先，需要获取信号的基本参数，如信号的频率、振幅、相位等信息，同时还要了解噪声的功率谱密度以及信号与噪声之间的相关性。
在得到这些基本参数之后，可以通过最大化接收机输出信噪比的数学模型来计算出最佳的滤波器参数，使得在接收机输出信号的同时噪声被最大程度地抑制。
在实际应用中，匹配滤波器形式的最佳接收机广泛应用于雷达、通信系统等领域。
在雷达系统中，匹配滤波器能够有效地增强雷达返回信号的强度，并减小由于噪声引起的干扰，从而提高目标检测和跟踪的准确性。
在通信系统中，匹配滤波器形式的最佳接收机可以有效地提高数据传输的可靠性和稳定性，保证信息传输的完整性和准确性。
总的来说，匹配滤波器形式的最佳接收机输出信噪比最大时刻是接收机设计中至关重要的一环，通过合理设计滤波器参数和最大化信噪比的优化，可以有效提高接收机的性能和系统的整体通信质量。
在未来的通信领域中，匹配滤波器形式的最佳接收机将继续发挥着重要的作用，推动通信技术的不断发展与创新。
1。
实验--最佳接收机(匹配滤波器)实验
实验--最佳接收机(匹配滤波器)实验电子科技大学通信学院《最佳接收机实验指导书》最佳接收机（匹配滤波器）实验班级学生学号教师最佳接收机（匹配滤波器）实验指导书最佳接收机（匹配滤波器）实验一、实验目的1、运用MATLAB软件工具，仿真随机数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复的方法。
2、研究相关解调的原理与过程。
理解匹配滤波器的工作原理。
3、了解高斯白噪声对系统的影响。
4、了解如何衡量接收机的性能，即瀑布图。
二、实验原理通信系统的质量优劣主要取决于接收机的性能。
这是因为，影响信息可靠传输的不利因素直接作用在接收端。
通信理论中一个重要的问题：最佳接收或信号接收最佳化。
最佳接收理论研究从噪声中如何最好地提取有用信号。
“最好”或“最佳”的概念是在某个准则意义下说的一个相对概念。
这就是说，在某个准则下是最佳的接收机，在另一准则下就并非一定是最佳的。
数字通信系统中，接收机观察到接收波形后，要无误地断定某一信号的到来是困难的。
原因是：1、哪一个信号被发送，对受信者来说是不确定的；2、信号在传输过程中可能发生各种畸变。
因此可以说，带噪声的数字信号的接收过程是一个统计判决的过程。
可以给出数字通信系统的统计模型为：观察空间y: y(t)=s(t)+n(t)。
当发出信号为si(t)时，接收信号y(t)为随机过程，其均值为si(t)， 其概率密度函数为：fsi(y)称为似然函数，它是信号统计检测的依据。
按照某种准则，即可对y(t)作出判决，使判决空间中可能出现的状态r1, r2, …, rm 与信号空间中的各状态s1, s2, …, sm 相对应。
在二进制数字通信系统中，只发送两种信号s1和s2,先验概率分别为P(s1)和P(s2)，错误概率为：Pe ＝P(s1)P(r2/s1)＋P(s2)P(r1/s2)P(r2/s1)＝P(r1/s2)为错误转移概率。
以使Pe 最小为目标，导出最佳接收的准则。
把观察空间的取值域y 划分成A1域和A2域，一旦接收机被构成后,则这个划分就被规定。
匹配滤波器形式的最佳接收机结构
匹配滤波器形式的最佳接收机结构在通信系统中，接收机是一个至关重要的组件，其性能直接影响到通信系统的可靠性和效率。
匹配滤波器形式的最佳接收机结构是一种优化的接收机设计，能够有效地提高信号的接收质量和系统的整体性能。
在传统的通信系统中，接收机主要由信号解调器和解调滤波器组成。
然而，随着通信技术的不断发展和进步，匹配滤波器形式的最佳接收机结构逐渐成为一种更为高效的设计方案。
这种接收机结构能够更好地适应不同信道条件下的信号接收需求，从而提高了通信系统的灵活性和性能表现。
匹配滤波器形式的最佳接收机结构的核心思想是在接收端引入匹配滤波器，通过与信道特性相匹配的滤波器对接收到的信号进行处理和优化。
匹配滤波器能够有效地抑制噪声和干扰，提高信号与噪声的信噪比，从而提升系统的接收性能。
此外，匹配滤波器还可以对信号进行时域和频域上的优化，使得接收机能够更好地还原发送端传输的信息信号。
另外，匹配滤波器形式的最佳接收机结构还具有良好的抗多径衰落和抗干扰能力。
在实际通信系统中，信号往往会经历多条路径到达接收端，导致信号的多径传播效应。
匹配滤波器能够根据信道特性自适应地对信号进行处理，有效地抑制多径干扰，提高接收信号的质量和准确性。
同时，匹配滤波器还可以通过滤波器设计的优化，降低系统受到的外部干扰，提高系统的稳定性和可靠性。
总的来说，匹配滤波器形式的最佳接收机结构是一种在通信系统设计中具有重要意义的创新方案。
它能够有效地提高系统的接收性能，增强系统对信号的捕获和处理能力，进而优化通信系统的整体性能表现。
未来随着通信技术的不断发展和更新，匹配滤波器形式的接收机结构将会继续发挥着重要的作用，推动通信系统向着更加高效、可靠和智能的方向发展。
1。
滤波器实验报告
滤波器实验报告滤波器实验报告引言：滤波器是一种常见的电子元件，用于对信号进行处理和改变。
在电子电路中，滤波器的作用是去除或改变信号中的某些频率成分，以达到信号处理的目的。
本次实验旨在通过实际操作，深入了解滤波器的原理和应用。
一、实验目的本次实验的主要目的是通过搭建和测试不同类型的滤波器电路，了解滤波器的工作原理，掌握滤波器的设计和调试方法。
二、实验原理滤波器根据其频率特性可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
低通滤波器可通过传递低于截止频率的信号，而阻止高于截止频率的信号传递。
高通滤波器则相反，只传递高于截止频率的信号。
带通滤波器可以选择传递某一频率范围内的信号，而带阻滤波器则选择阻止某一频率范围内的信号。
三、实验步骤1. 准备实验所需的电子元件和设备，包括电阻、电容、电感等。
2. 根据实验要求，搭建低通滤波器电路。
将电容和电阻按照电路图连接，接入信号源和示波器。
3. 调节信号源的频率，观察示波器上输出信号的变化。
记录截止频率和滤波效果。
4. 重复步骤2和3，搭建高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器电路，进行相应的测试和记录。
5. 比较不同类型滤波器的频率特性和滤波效果，总结实验结果。
四、实验结果与分析在实验中，我们搭建了低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型的电路，并进行了测试和记录。
通过观察示波器上输出信号的变化，我们可以清晰地看到不同类型滤波器在不同频率下的滤波效果。
在低通滤波器中，当信号频率低于截止频率时，输出信号基本保持不变；而当信号频率高于截止频率时，输出信号逐渐减弱。
这说明低通滤波器能够通过低频信号，而阻止高频信号的传递。
高通滤波器则相反，当信号频率低于截止频率时，输出信号逐渐减弱；而当信号频率高于截止频率时，输出信号基本保持不变。
这说明高通滤波器能够通过高频信号，而阻止低频信号的传递。
带通滤波器可以选择传递某一频率范围内的信号。
在实验中，我们调节了带通滤波器的中心频率和带宽，观察到只有在中心频率附近的信号才能通过滤波器，其他频率的信号被阻止。
匹配滤波器最佳接收机GUI设计仿真
• 81•通信技术是现代信息战的关键组成，在数字通信系统中，接收信号的质量受系统传输特性和信道中存在的噪声的影响，这两个主要因素决定着接收性能，因此寻找一种最佳接收方法来有效地检测信号，达到最好的传输性能是非常必要的。
本文主要从提高接收机性能的角度，介绍了基于输出信噪比最大准则的匹配滤波器最佳接收机结构，并对其进行仿真，用MATLAB中的GUI进行可视化编程来呈现接收机的波形，对通信技术的理论研究和实际应用都具有重要意义。
1 最佳接收理论在数字通信中，系统传输特性和传输过程中存在的噪声，都会影响接收系统的通信性能。
最佳信号接收理论，研究在噪声干扰中如何最好的检测出有用信号，一般采用概率论与数理统计相结合的方法，将接收问题视为研究对象，研究信号的提取问题。
研究信号统计检测问题的种类根据特性的不同包括以下三类：（1）信号假设检验问题；（2）参数估值问题；（3）信号滤波。
本文研究的内容属于第一类和第三类。
衡量信号质量的标准或准则有多种不同，最佳是在某一种标准或准则下达到接收性能最佳。
最佳接收只是一个相对的概念，在某个标准或准则下的最佳接收系统，对另外一种标准或准则来说不一定是最佳的。
在给定的某些前提条件下，有可能几种准则都是最佳的，也就说是等价的。
本文将详细讨论基于输出信噪比最大准则下的最佳接收机结构。
2 匹配滤波器2.1 匹配滤波器设计准则滤波器作为数字通信系统的重要部件，其特性的选择影响信号的输出。
匹配滤波器设计准则：在某一特定时刻，输出有用信号强，噪声小，即滤波器的输出信噪比最大。
由通信系统的数字信号解调过程可知，匹配滤波器解调器中抽样判决之前各部分电路可以等效成线性滤波器，其接收系统原理图如图1所示。
图1中，s(t)为输入数字信号，n(t)为加性高斯白噪声，r(t)为加噪信号，H(ω)为传输函数，此信道特性为加性高斯白噪声信道。
根据数字通信信号的判决理论，抽样判决器最终输出的数据是否正确，只是由判决时刻的信噪比决定，即信号瞬时功率和噪声平均功率的比值。
滤波器的实验报告
滤波器的实验报告滤波器的实验报告引言：滤波器是电子学中常用的一种电路，它可以根据需要选择性地通过或阻断特定频率范围的信号。
滤波器在信号处理、通信系统、音频设备等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过设计和测试不同类型的滤波器，深入了解滤波器的原理和性能。
一、实验目的：1. 了解滤波器的基本概念和分类；2. 掌握滤波器的设计方法和性能评估；3. 实践滤波器在信号处理中的应用。
二、实验器材和方法：1. 实验器材：函数发生器、示波器、电阻、电容、电感、运放等；2. 实验方法：根据实验要求，设计并搭建不同类型的滤波器电路，通过示波器观察和记录输入输出波形。
三、实验过程和结果：1. 低通滤波器实验：在实验中，我们采用了RC低通滤波器电路。
首先，根据所需的截止频率计算电容和电阻的取值。
然后，按照电路图搭建电路，并将函数发生器的输出连接到滤波器的输入端，示波器连接到滤波器的输出端。
通过调节函数发生器的频率和幅度，观察并记录输入输出波形。
实验结果显示，低通滤波器可以有效地滤除高频信号，只保留低频信号。
2. 高通滤波器实验：在实验中，我们采用了RC高通滤波器电路。
与低通滤波器实验相似，我们根据截止频率计算电容和电阻的取值，并搭建电路。
通过调节函数发生器的频率和幅度，观察并记录输入输出波形。
实验结果显示，高通滤波器可以滤除低频信号，只保留高频信号。
3. 带通滤波器实验：在实验中，我们采用了RLC带通滤波器电路。
首先，根据所需的中心频率和带宽计算电容、电感和电阻的取值。
然后，按照电路图搭建电路，并连接函数发生器和示波器。
通过调节函数发生器的频率和幅度，观察并记录输入输出波形。
实验结果显示，带通滤波器可以选择性地通过一定频率范围内的信号，对其他频率的信号进行阻断。
四、实验分析和讨论：通过以上实验，我们深入了解了滤波器的原理和性能。
不同类型的滤波器在频率响应和滤波特性上有所差异，可以根据实际需求选择合适的滤波器。
此外，滤波器的设计和调试需要一定的理论基础和实践经验，对电路的参数选择和电路的稳定性有一定要求。
通信原理匹配滤波器课程设计报告内容
通信原理匹配滤波器课程设计报告内容⽬录第1章绪论 (1)1.1 课题背景和意义 (1)1.2 课程设计内容 (1)第2章最佳接收机概述 (2)2.1 最佳接收机的结构 (2)2.2 匹配滤波器传输特性 (2)2.3 匹配滤波器的结构 (3)2.4 最佳接收机的误码性能 (4)2.4.1 最佳接收机的误码性能分析 (4)2.4.2 最佳接收机与⾮最佳结构的⽐较 (5)第3章最佳接收机的MATLAB实现 (7)3.1 设计思路 (7)3.2 实现过程 (7)3.2.1 数字信号输⼊模块的实现 (7)3.2.2 数字信号处理模块的实现 (9)3.2.3 数字输出模块的实现 (10)3.3 仿真结果 (10)3.4 仿真结果分析 (11)第4章最佳接收机的VHDL实现 (12)4.1 设计思路 (12)4.2 实现过程 (13)4.2.1 信号发⽣电路的实现 (13)4.2.2 定时电路的实现 (13)4.2.3 匹配滤波电路的实现 (14)4.2.4 判决电路的实现 (15)4.3 仿真结果 (15)4.4 仿真结果分析 (16)第5章结束语 (17)参考⽂献 (18)附录⼀最佳接收机MATLAB代码 (19)附录⼆最佳接收机VHDL代码 (21)第1章绪论1.1 课题背景和意义近⼗⼏年来，随着计算机，⼈⼯智能，模式识别的信号处理等技术的飞速发展，数字通信系统得到了⼴泛的应⽤，主要是因为数字通信有以下优点：（1）数字信号便于存储、处理、抗⼲扰能⼒强；（2）数字信号便于交换和传输；（3）可靠性⾼，传输过程中的差错可以设法控制；（4）数字信号易于加密且保密性强；随着通信技术的飞速发展, 提⾼数字通信的可靠性是⼈们⼀直关⼼的现实问题,数字信号在信道的传输过程中，会受到噪声⼲扰，虽然⼈们可以通过信道编码降低传输过程中的误码率，但是噪声仍然是不可避免的，由于信道中噪声⼲扰⽽引起数字信号波形失真，在接收端会产⽣误判。
电子科技大学通信原理实验实验报告
电子科技大学通信学院最佳接收机（匹配滤波器）实验报告班级学生学号教师任通菊最佳接收机（匹配滤波器）实验一、实验目的1、运用MATLAB软件工具，仿真随机数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复的方法。
2、熟悉匹配滤波器的工作原理。
3、研究相关解调的原理与过程。
4、理解高斯白噪声对系统的影响。
5、了解如何衡量接收机的性能及匹配滤波器参数设置方法。
二、实验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，使得在采样时刻0t 输出信号值相对于均方根（输出）噪声值达到最大。
1.一般情况下的匹配滤波器匹配滤波器的一般表示式如图2所示。
s 0(t)：匹配滤波器输出信号；n 0(t)：匹配滤波器输出噪声；h(t)或H(f)：匹配滤波器。
匹配滤波器的目的就是使下式取最大值：)()()(2020t n t s N S out = （1） 使上式取最大值的转移函数为：0)()()(t j n e f f S K f H ωϕ-*= （2）式中[])()(t s F f S =是已知的时宽为T 秒的输入信号)(t s 的傅立叶变换，)(f n ϕ是输入噪声的功率谱密度PSD 。
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实验报告实验项目名称：最佳接收机（匹配滤波器）实验一、实验目的1、运用MATLAB 软件工具，仿真随机数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复的方法。
2、熟悉匹配滤波器的工作原理。
3、研究相关解调的原理与过程。
4、理解高斯白噪声对系统的影响。
5、了解如何衡量接收机的性能及匹配滤波器参数设置方法。
二、实验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，使得在采样时刻0t 输出信号值相对于均方根（输出）噪声值达到最大。
1.一般情况下的匹配滤波器匹配滤波器的一般表示式如图2所示。
匹配滤波器）（或f t h H )()()()(t n t s t r +=)()()(000t n t s t r +=图2 匹配滤器s(t)： 匹配滤波器输入信号； n(t)： 匹配滤波器输入噪声； s 0(t)：匹配滤波器输出信号； n 0(t)：匹配滤波器输出噪声；h(t)或H(f)：匹配滤波器。
匹配滤波器的目的就是使下式取最大值：)()()(2020t n t s N S out = （1） 使上式取最大值的转移函数为：0)()()(t j n e f f S K f H ωϕ-*= （2）式中[])()(t s F f S =是已知的时宽为T 秒的输入信号)(t s 的傅立叶变换，)(f n ϕ是输入噪声的功率谱密度PSD 。
K 是一个任意非0实常数。
0t 是计算out NS)(时的采样时间。
详细推导公式见参考教材。
2.白噪声条件下的结果在白噪声条件下,匹配滤波器可简化描述如下：对白噪声，2/)(o n N f =ϕ，上式变为：0)(2)(0t j e f S N K f H ω-*=（3） 特别是对输入的实信号波形)(t s 时，有：)(2)(00t t s N Kt h -=（4） 上式表明匹配滤波器（白噪声情况下）的冲激响应就是已知输入信号波形反转并平移了0T ，见图3，因此称滤波器与信号“匹配” 。
图3所示的匹配滤波器波形，也称积分－清除（匹配）滤波器。
假定输入信号为矩形脉冲，如图3（a ）所示。
图3 与匹配滤波器有关的波形=)(t s 21,1,0{t t t ≤为其他值 （5）信号时宽为12t t T -= 。
对白噪声情况，匹配滤波器的冲激响应为： ))(()()(00t t s t t s t h --=-= （6）为方便起见，令C 为1，)(t s -，如图3（b ）所示。
由该图可见，要使冲激响应可实现，要求： 20t t ≥这里采用20t t =，是因为这是满足可实现条件的最小值。
要使滤波器输出最大信号值前的等待时间（即0t t =）最小化。
图3（c ）示出了2t t =时的)(t h ，如图3（d ）示出了输出信号，注意输出信号的峰值出现在0t t =。
为了使峰值出现在0t t =，输入信号经滤波后将会有失真。
在比特波形为矩形的数字信号传输技术中，该匹配滤波器相当于积分－清除滤波器。
假设输入信号为矩形波形，在输出信号值最大时对其进行抽样。
则0t t =处的滤波器的输出为： λλλd t h r t h t r t r )()()()()(00000-=*=⎰∞∞- （7）将图3（c ）所示匹配滤波器冲激响应带入上式，等式变为： λλd r t r t Tt ⎰-=0)()(00 （8）因此，需要将输入信号加噪声在一个符号区间T （对二进制信号传输是比特区间）上积分，然后在符号区间末将积分输出“清空”。
这种方法示于图4（二进制信号）。
注意，为了使最优滤波器工作正常，需要一个外部时钟信号，称为比特同步。
而且，由于输出采样值仍被噪声干扰（尽管匹配滤波器已使噪声达到最小），输出信号不是二进制的。
将输出送入比较器，可将其转换为二进制信号。
3.相关检测对于输入白噪声情况，匹配滤波器可由输入于)(t s 求相关得到，即 dt t s t r t r t Tt ⎰-=00)()()(00 （9）式中)(t s 是已知信号波形，)(t r 是处理器输入，如图5所示。
该相关处理器常用于带通信号的匹配滤波器。
图4 匹配滤波器的积分－清除实现图5 由相关处理实现的匹配滤波器三、实验系统组成本实验是运用MATLAB软件的集成开发工具SIMULIK搭建了一个匹配滤波器软件仿真实验系统，来实现数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复。
实验者可以在系统上进行不同参数的设置或更改，了解高斯白噪声对接收机的影响，了解最佳接收的过程。
系统框图如下图所示。
整个仿真软件由随机二进制数据产生器、加性高斯白噪声信道、匹配滤波及采样判决器、直接采样判决器、示波器、比特误码计数器等六类模块构成。
二进制数据产生器根据设置参数，产生一系列二进制随机数据，一路送入加性高斯白噪声信道，另一路送入采样器，作为参考的数据；同时输出两个时钟信号，一个用于采样判决，另一个用于数据同步（比特同步）。
加性高斯白噪声信道对输入的数据混叠依据参数设置的噪声后一路送入匹配滤波及采样判决器，第二路送入直接采样判决器，第三路送入示波器供观察。
匹配滤波及采样判决器根据匹配滤波器原理，对输入信号进行匹配滤波，滤波后的模拟数据一路送入示波器显示观察，第二路送入判决器进行采样判决，以重新恢复出原始的发送端的二进制数据信号，并将该判决数据输出给比特误码计数器。
直接采样判决器直接对接收到的有噪声信号进行判决，根据判决结果恢复出原始端发送的二进制数据。
该数据也送入到另外一个比特误码计数器中。
该软件包括两个比特误码计数器：一个用于统计匹配滤波器判决结果与输入信号的比特误码率，其接收输入参考信号和匹配滤波器判决输出数据，统计结果有接收比特数，错误比特数和误码率等三个；另外一个用于统计直接采样判决与输入信号的比特误码率，其同样接收输入参考信号和统计直接采样判决输出数据，统计结果有接收比特数，错误比特数和误码率等三个。
示波器用于实时观察仿真过程的中间结果，以便对匹配滤波器原理的过程有更加清晰的认识。
四、实验内容及步骤1.安装好MATLAB6.5.1版本。
2.双击文件“test_integrator_rst.mdl”。
3.修改加性高斯白噪声信道参数，即修改输入信号信噪比。
4.单击”start simulation”按钮，仿真开始。
5.仿真进行一段时间后（以发送1000个比特为例），单击暂停按钮。
分别记录匹配滤波器输出模块和直接采样判决输出模块中的数字，并填于表1中。
6.观察比特误码计数器情况，并分析两种比特误码计算器中，在输入信号信噪声比相同的情况下的误码率。
7.双击示波器Scope模块，观察、分析各路数据信号的波形。
8.重复步骤3至6。
观察在不同信噪比条件下，匹配滤波及采样判决器和直接采样判决器的误码性能。
同时记录相关数据。
传输比特数错误比特数误码率传输比特数错误比特数误码率0 1006 246 0.2465 1006 466 0.46321 1013 219 0.2175 1013 466 0.463 1018 165 0.1621 1018 259 0.45275 1002 107 0.1072 1002 447 0.446110 1003 19 0.01931 1003 411 0.412215 1005 0 0 1005 336 0.33720 1006 0 0 1006 230 0.230725 1007 0 0 1007 117 0.117630 1006 0 0 1006 16 0.0172635 1018 0 0 1018 0 0六、思考题1.简述匹配滤波器的工作原理。
答：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。
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。
对白噪声情况，匹配滤波器的冲激响应为：))(()()(00t t s t t s t h --=-= 2. 为什么匹配滤波器的比特误码率比直接采样判决器的低？答：匹配滤波器的性能好于直接采样判决器。
匹配滤波器能在滤波过程中提高信号的信噪比，再以此判决，所以误码率低3. 为什么sampler 和sampler1两个模块都有两个时钟输入？可以去掉吗？答：不可以，采用相干解调时需要载波同步。
4. 该仿真模型中应用的匹配滤波器的信号波形是什么？请写出匹配滤波器的冲击响应函数？答：方波序列。
, s(t)为矩形单脉冲，T 为脉宽，c 为常数。
5. 分析实验结果。
答：a.无论输入信号的信噪比如何，匹配滤波器的误码率都远远低于直接采样判决器； b.当输入信号的SNR ≥15dB 时，匹配滤波器不会出现误码。