匹配滤波器【原始版本备份.ppt

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1、8.1匹配滤波器8.2最小差错概率接收准则8.3确知信号的最佳接收机8.4随相信号的最佳接收机8.5最佳接收机性能比较8.6最佳基带传输系统第8章数字信号的最佳接收返回主目录第8章数字信号的最佳接收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

2、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。8.1匹配滤波器（MatchedFilter）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

3、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。图8–1数字信号接收等效原理图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。因此，为了使错误判决概率尽可能小，就要选择滤波器传输特性使滤波器输出信噪比

4、尽可能大的滤波器。当选择的滤波器传输特性使输出信噪比达到最大值时，该滤波器就称为输出信噪比最大的最佳线性滤波器。下面就来分析当滤波器具有什么样的特性时才能使输出信噪比达到最大。滤波器输入(8.1-1)滤波器输出(8.1-2)(8.1-3)滤波器输出噪声的平均功率为(8.1-4)在抽样时刻t0，线性滤波器输出信号的瞬时功率与噪声平均功率之比为(8.1-5)滤波器输出信噪比ro与输入信号的频谱函数S(ω)和滤波器的传输函数H(ω)有关。在输入信号给定的情况下，输出信噪比ro只与滤波器的传输函数H(

5、ω)有关。使输出信噪比ro达到最大的传输函数H(ω)就是我们所要求的最佳滤波器的传输函数。施瓦兹(Schwartz)不等式(8.1-6)式中，X(ω)和Y(ω)都是实变量ω的复函数。当且仅当时式中等式才能成立。(8.1-7)(8.1-8)(8.1-9)令可得(8.1-10)根据帕塞瓦尔(Parseval)定理有(8.1-11)(8.1-12)因此最大输出信噪比(8.1-13)(8.1-14)根据施瓦兹不等式中等号成立的条件可得匹配滤波器(8.1-15)即匹配滤波器的单位冲激响应为(8.1-16)

6、上式表明，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，t0为输出最大信噪比时刻。图8-2匹配滤波器单位冲激响应原理(8.1-17)对于因果系统(8.1-18)因此必须有(8.1-19)上式条件说明，对于一个物理可实现的匹配滤波器，其输入信号s(t)必须在它输出最大信噪比的时刻t0之前结束。也就是说，若输入信号在T时刻结束，则对物理可实现的匹配滤波器，其输出最大信噪比时刻t0必须在输入信号结束之后，即t0≥T。对于接收机来说，t0是时间延迟，通常总是希望时间延迟尽可能小，因此

7、一般情况可取t0=T。(8.1-20)输出信号(8.1-21)令上式表明，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/n0。由于输出信噪比与常数K无关，所以通常取K=1。例[8-1］设输入信号如图8-3(a)所示，试求该信号的匹配滤波器传输函数和输出信号波形。频谱函数解：(1)输入信号为传递函数冲激响应图8-3信号时间波形取t0=T，则有(2)匹配滤波器的输出为可见

8、，匹配滤波器的输出在t=T时刻得到最大的能量E=T/2。8.2最小差错概率接收准则匹配滤波器是以抽样时刻信噪比最大为标准来构造接收机。在数字通信中，人们更关心判决输出的数据准确率，因此，使输出总误码率最小的最小差错概率准则，更适合于作为数字信号接收的准则。8.2.1数字信号接收的统计模型在数字信号的最佳接收分析中，我们不是采用先给出接收机模型然后分析其性能的分析方法，而是从数字信号接收统计模型出发，依据某种最佳接收准则，推导出相应的最佳接收机结构，然后再分析其性能。图8–4数字通信系统的统计模