用simulink設(shè)計(jì)一個(gè)匹配濾波器

1、用simulink設(shè)計(jì)一個(gè)匹配濾波器1、概述1.1 匹配濾波器的定義輸出信噪比最大的線性濾波器稱為匹配濾波器。匹配濾波器是一種非常重要的濾波 器，廣泛應(yīng)用與通信、雷達(dá)等系統(tǒng)中。從幅頻特性來(lái)看，匹配濾波器和輸入信號(hào)的幅頻特性完全一樣。這也就是說(shuō)，在信號(hào) 越強(qiáng)的頻率點(diǎn)，濾波器的放大倍數(shù)也越大；在信號(hào)越弱的頻率點(diǎn)，濾波器的放大倍數(shù)也越 小。這就是信號(hào)處理中的“馬太效應(yīng)”。也就是說(shuō)，匹配濾波器是讓信號(hào)盡可能通過(guò)，而 不管噪聲的特性。因?yàn)槠ヅ錇V波器的一個(gè)前提是白噪聲，也即是噪聲的功率譜是平坦的， 在各個(gè)頻率點(diǎn)都一樣。因此，這種情況下，讓信號(hào)盡可能通過(guò)，實(shí)際上也隱含著盡量減少 噪聲的通過(guò)。從相頻特性上看，

2、匹配濾波器的相頻特性和輸入信號(hào)正好完全相反。這樣，通過(guò)匹配 濾波器后，信號(hào)的相位為0,正好能實(shí)現(xiàn)信號(hào)時(shí)域上的相干疊加。而噪聲的相位是隨機(jī)的, 只能實(shí)現(xiàn)非相干疊加。這樣在時(shí)域上保證了輸出信噪比的最大。實(shí)際上，在信號(hào)與系統(tǒng)的幅頻特性與相頻特性中，幅頻特性更多地表征了頻率特性， 而相頻特性更多地表征了時(shí)間特性。匹配濾波器無(wú)論是從時(shí)域還是從頻域，都充分保證了 信號(hào)盡可能大地通過(guò)，噪聲盡可能小地通過(guò)，因此能獲得最大信噪比的輸出。實(shí)際上，匹配濾波器由其命名即可知道其鮮明的特點(diǎn)，那就是這個(gè)濾波器是匹配輸入 信號(hào)的。一旦輸入信號(hào)發(fā)生了變化，原來(lái)的匹配濾波器就再也不能稱為匹配濾波器了。匹 配濾波器的另外一個(gè)名字

3、就是相關(guān)接收，兩者表征的意義是完全一樣的。只是匹配濾波器 著重在頻域的表述，而相關(guān)接收則著重在時(shí)域的表述。關(guān)鍵詞：匹配濾波器 Matlab simulink 濾波1.2 引言匹配濾波其對(duì)信號(hào)做的兩種處理：a.去掉信號(hào)相頻函數(shù)中的任何非線性部分，因而在某一時(shí)刻可使信號(hào)中的所有頻率分量都 在輸出端同相疊加而形成峰值。b.是按照信號(hào)的幅頻特性對(duì)輸入波形進(jìn)行加權(quán)，一邊最有效的接收信號(hào)能量而一直干擾的 輸出功率2、課程設(shè)計(jì)目的2.1 目的a.通過(guò)禾1J用 matlab simulink, 熟悉 matlab simulink仿真工具。b.通過(guò)課程設(shè)計(jì)來(lái)更好的掌握課本相關(guān)知識(shí)，熟悉匹配濾波器的設(shè)計(jì)以及工作

4、原理。C.更好的了解通信原理的相關(guān)知識(shí)，磨練自己分析問(wèn)題、查閱資料、鞏固知識(shí)、創(chuàng)新等方 面能力。2.2 要求（設(shè)計(jì)任務(wù)）2.2.1 任務(wù)：根據(jù)書(shū)P314例10-1及圖10-11用simulink設(shè)計(jì)一個(gè)匹配濾波器2.2.2 要求：a、當(dāng)輸入幅度為1碼元寬度為Ts矩形脈沖時(shí)，觀察輸出波形并給出結(jié)論。 b、對(duì)接收原理進(jìn)行分析。3、分析（分析如何設(shè)計(jì)）：3.1、 理論Matlab用法簡(jiǎn)單靈活，程式結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，延展性好。已經(jīng)逐漸成為科技計(jì)算，視圖交互 系統(tǒng)和程序中的首選語(yǔ)言工具。 特別是在線性代數(shù)，數(shù)理統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)控制，數(shù)字信號(hào)處理， 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等方面表現(xiàn)突出。其特點(diǎn)有：功能強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算功能，強(qiáng)大的圖

5、形處理能 力，高級(jí)蛋監(jiān)督的程序環(huán)境，豐富的工具箱。Simulink是對(duì)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行仿真的互動(dòng)系統(tǒng)，它把模塊圖形界面和Matlab主要數(shù)值，圖形和語(yǔ)言函數(shù)有效的組合起來(lái)，從而具有生動(dòng)的模擬能力。它是Matlab提供的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包。 它讓用戶吧精力從編程轉(zhuǎn)向模型的構(gòu)建。其特點(diǎn)有:能和實(shí)際示波器輸出相似的圖形化顯示結(jié)果功能；有層次性；為用戶提供了一種封裝子系 統(tǒng)的功能，用戶自定義改子系統(tǒng)的圖標(biāo)和設(shè)置參數(shù)對(duì)話框。因?yàn)镾imulink能生動(dòng)的表現(xiàn)出系統(tǒng)模型，所以選用Simulink來(lái)做仿真。3.2、 匹配濾波器應(yīng)滿足的條件：設(shè)接收信號(hào)碼元的表達(dá)式為 s（t）2匹配濾波器的沖激

6、響應(yīng)表達(dá)式h(t) = ks(Ts 1)(3-2-1)一個(gè)實(shí)際的匹配濾波器應(yīng)該是物理可實(shí)現(xiàn)的，其沖激響應(yīng)必須符合因果關(guān)系, 沖激脈沖加入前不應(yīng)該有沖激響應(yīng)出現(xiàn)，既必須有：h(t) =0t<0既要求滿足條件：s(Ts-t)=0t<03.3、匹配濾波器的設(shè)計(jì)接收信號(hào)碼元的s(t)表達(dá)式為：s(t) =1 0 <t <Ts ;s(t) =0 t =其他。其頻譜 s(f)=二。毆2番Sdt = -(1 -eU2?Ts)(3-3-1)j2/f在輸入(3-2-2)(3-2-3)1_i2 .Ts2.'fTsH (f)=(e -1)ej 2，f(3-3-2)根據(jù)式(3-2-1)

7、,令k=1,可以得到此匹配濾波器的沖激響應(yīng)為h(t)=s(Ts -t) ,0MtMTs輸出波形表達(dá)式為(3-3-3)s0(t)=h(t) s(t) = s(t - )h( ) = k s(t - .)s(Ts - ) =kR(t -Ts)3 3-3-4 )3.4匹配濾波器的方框圖根據(jù)式(圖3-4匹配濾波器組成框圖44、仿真如下圖所示，用Matelabe的simulink中的模塊創(chuàng)建的仿真系統(tǒng)取周期為1,通過(guò)Simulink進(jìn)行仿真圖4-1仿真模型圖42矩形脈沖參數(shù)設(shè)置圖42理想積分器參數(shù)設(shè)置Function Block Parameters: Transport Delayj Transpor

8、t DelayApply specified delay to the input signal. Best accuracy is achieved, wh巳n the delay is lar ger than the simulat ion st ep size.Par amet ersTime delay:Initial output:Initial buffer size:1024Use fixed buffer sizeDirect feed±tirough £ :iirpu± during linearizationFade order or 1 i

9、nearizartion.):圖43延遲器參數(shù)設(shè)置6OKCancel | HelpApply Function Block Parameters Unary MinusUnary MinusUnary Minus of a Signal.Par ametersSample time (-1 for inherited):-1.Saturate on integer overflowOKCancelHelpApply9圖44 一元減號(hào)運(yùn)算器參數(shù)設(shè)置圖45加分器參數(shù)設(shè)置圖46示波器參數(shù)設(shè)置圖47仿真輸出波形4.1 結(jié)論：結(jié)論：觀察輸出波形可以看出在t=Ts=4sec時(shí)濾波器的的輸出信噪比最大， 在

10、此時(shí)進(jìn)行抽樣判決。4.2 匹配濾波器電路的接受原理分析：信與噪聲同時(shí)進(jìn)入濾波器時(shí)，它使信號(hào)成分在某一瞬間出現(xiàn)尖峰值，而噪聲成分受到抑制。從而達(dá)到提高信噪比的作用根據(jù)式子：(4-2-1)(4-2-2)等于信號(hào)碼元頻譜的復(fù),.Wsl主；|SS|V_2EJb . _®Jb當(dāng)且僅當(dāng) 日(力=曲，(介7次 時(shí)，式(4-2-1)成立，即得到最大輸出信噪比2E/n0。式(4-2-1)表明H (f)就是我們要找的最佳接受濾波器特性，它 共腕(除了常 數(shù)因子外)，此時(shí)便是匹配濾波器。5 .總結(jié)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了匹配濾波器的設(shè)計(jì)與仿真。通過(guò)波形的可視化，使得系 統(tǒng)更加形象，理解的更加透徹，在實(shí)驗(yàn)中在一些相關(guān)器件的選擇上遇到了困難，多虧老師 和同學(xué)們的幫助，使我克服困難順利完成課程設(shè)計(jì)。通過(guò)仿真系統(tǒng)，能夠深刻理解通信系統(tǒng)的原理和具體實(shí)現(xiàn)法案，而且通過(guò)實(shí)際課程設(shè)計(jì)，積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，掌握了 simulink仿真軟件的操作。通過(guò)這次設(shè)計(jì)