民航青海空管分局 姜顺莲

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。

当选择的滤波器其传输特性能够将输出信噪比达到最大，可以称此滤波器为输出信噪比最大的最佳线性滤波器，即此文所说的匹配滤波器。

图1 匹配滤波器接收原理图

2.2 匹配滤波器传输特性

在已知输入信号的前提下，输出信号的信噪比只取决于滤波器的传输函数H(ω)。匹配滤波器的传输函数具有在给定的时刻获得最大输出信噪比的特性。

上面(1)式中，K为常数，一般取K=1。由此式可知，匹配滤波器传输函数即为输入信号频谱函数S(ω)的复共轭乘以因子Ke- jωt0。

2.3 匹配滤波器的单位冲激响应

匹配滤波器的单位冲激响应可表示为：

由式(2)可知，匹配滤波器的单位冲激响应h(t)是输入信号s(t)的镜像函数，在t0时刻，输出信噪比达到最大。其原理图如图2所示。

图2 匹配滤波器单位冲激响应原理

3 MATLAB的GUI仿真

用guid实现可视化界面：进入Layout编辑器界面以后，添加七个命令按钮（Push buttons）控件和一个底层的panel控件，把整个GUI的外观先搭建起来，形成界面如图3所示。其中四个pushbutton按钮来输出波形，再用一按钮来输出误码曲线，最后设置一清除按钮来清除每次仿真波形，方便观察。界面如图3所示。

图3 匹配滤波器最佳接收机仿真图

图4 2psk匹配滤波器最佳接收机波形图

图5 2psk匹配滤波器最佳接收机误码曲线

3.1 仿真参数设置

Ts= 0.1码元宽度；snr1_db=12仿真信噪比；num=10每次仿真码元数；N= 10每个码元采样数fs=1/Ts信号频率。

3.2 仿真波形（图4、图5）

3.3 仿真结论

（1）如图5所示，从实际得出的误码率曲线中可知，Eb/No值越大，与理论值相比，性能越差。

（2）如图4所示，在仿真中发现，滤波器参数和判决时刻对系统性能的影响也很大。由于输入信号在T时刻结束，接收机的判决时刻，即输出信噪比最大的时刻t0必须在码元结束之后，一般在t0=T时刻判决。因此，接收机判决时刻的选取是相当重要的。

结语：在现代生活中的各个领域，数字通信具有十分重要的作用。数字接收系统的性能直接决定着通信传输的质量。信息是否可靠传输很大程度上受传输因素对接收端的作用，不利因素将直接影响信号的接收，因此要解决信号最佳接收的问题来获取有效可靠的信息。针对此问题，本文研究了匹配滤波器的最佳接收，依次介绍了最佳接收理论、匹配滤波器的设计准则、传输特性、单位冲激响应、最佳接收机原理图。并用matlab软件进行仿真，在此基础上用GUI进行可视化编程，使仿真结果更加形象可观。