加性高斯白噪声信道的最佳接收机设计与仿真摘要在数字通信系统中，在接收机端接收的信号往往受加性高斯白噪声信号的恶化，因此研究加性高斯白噪声信道的最佳接收机具有一定的实用性意义。
最佳接收机主要由信号解调器和检测器组成，信号解调器有相关解调器和匹配滤波器解调器两种实现方法，检测器主要由最大后验概率准则和最大似然准则两大准则。
本设计主要对4PSK调制方式的信号，利用MATLAB的m文件进行最佳接收机的设计与仿真。
对输入的叠加噪声的4PSK调制信号进行接收，利用相关解调器来实现信号解cos和调，及最大似然准则来实现检测器。
在相关解调器中，接收信号分别与基函数()tω()tωsin相乘再积分。
在检测器中，利用相位来判断输出，从而最终得到接收的数据。
采用随机二进制数通过4PSK调制后叠加高斯白噪声再对设计的接收机进行测试，从测试的结果可看出，在信噪比大于-8dB时，误码率为0，说明该接收机较好的实现了抗噪声性能。
关键词信号解调器；检测器；四进制相移键控；信噪比；误码率Design and Simulation Of Optimum Receiver in AdditiveGaussian White Noise ChannelABSRACTIn the digital communication system, the received signal is often deteriorated by additive Gaussian white noise signal at the receiver side. Therefore, researched Optimum Receiver in Additive Gaussian White Noise Channel has a certain practicality best significance. Optimum receiver contain signals demodulator and detector, However, the signal demodulation has two methods of the related demodulator and the match filter demodulator , the detector by the MAP and ML for two major principles composition.The design mainly design and simulation optimum receiver use of MATLAB m-files based on 4PSK signal modulation.Superposition of noise on the input signals received 4PSK modulation, use of relevant signal demodulation demodulator and ML principles detection to achieve. In the relevant demodulator, the received signal, respectively multiplying the base functions and then integration. The detector, the use of phase to determine the output, and ultimately obtain the receiving data. Adopted random binary pass through 4PSK modulate that Superposition of Gaussian white noise, then Tested the design of the receiver. the results can be seen from the test, the error rate is 0 when the signal to noise ratio is greater than -8dB, indicating that the receiver is more Achieve good noise performance.Key words: demodulator;detector;4PSK;signal-noise; error rate目录1绪论 (1)1.1课题背景及目的 (1)1.2国内外发展状况 (1)1.3论文构成及研究内容 (2)2 AGWN最佳接收机的原理 (3)2.1 受加性高斯白噪声恶化信号的最佳接收机 (3)2.2最佳解调器 (3)2.2.1相关解调器 (4)2.2.2匹配滤波器解调 (5)2.3最佳检测器 (7)3 4PSK最佳接收机的设计 (9)3.1 4PSK的最佳接收机工作原理 (9)3.2 4PSK的最佳接收机的功能 (10)3.3 4PSK的最佳接收机设计的流程图 (10)3.4 4PSK的最佳接收机的仿真 (12)4测试结果及性能分析 (14)4.1测试数据的生成 (14)4.2测试的结果及分析 (15)5总结 (21)参考文献 (22)致谢 (23)附录 (24)附件1开题报告 .........................................................................................错误!未定义书签。
附件2英文原文及译文 . (37)1绪论1.1课题背景及目的随着通信技术的飞速发展，提高数字通信的可靠性已成为亟待解决的现实问题，尤其是数字计算机进入通信领域以后，进一步引起人们对数字通信差错控制的研究[1]。
长久以来，数字通信系统最佳接收机的设计一直是理论研究者最为关注的问题。
在无线与移动通信高数发展的今天，更加有效的利用各种系统资源是非常重要的问题，如无线频率、电源、传输时间等等[2]。
在数字通信系统中，接收端收到的发送信号往往是被噪声恶化后的信号，从而使得接收到的数据出现差错。
所以，一个通信系统的质量优劣在很大程度上取决于接收系统的性能[3]。
在随机噪声存在的条件下，使得接收机最佳的完成接收机和判决，这是最佳接收机的理论。
最佳接收机主要是从提高接收机性能的角度，使得正确接收信号的概率最大，而错误接收信号的概率减到最小[4]。
最佳接收机主要由最佳解调器与最佳检测器组成，并将概率论与数理统计的知识应用于信号接收。
最佳接收机的设计与性能分析，对通信技术的理论研究与实际应用都具有重要意义[5]。
1.2国内外发展状况长久以来，数字通信系统最佳接收机的设计一直是理论研究者最为关注的问题[6]。
在该研究领域中，最为重要的就是各种数字调制、解调、检测，信道编码、译码方案的研究。
在无线与移动通信高速发展的今天，更加有效的利用各种系统资源是非常重要的问题，如无线频率、电源、传输时间等等[7]。
为达到这些目的并获得较为满意的系统性能，必须依赖于复杂的通信信号处理算法。
传统的最佳接收机主要由解调器与检测器，解调器是将接收波形变换成n维向量，检测器是是根据向量r在M个可能信号波形中判定哪一个波形被发送，从而实现最佳接收。
因此，要想达到最佳接收，所以必须实现最佳解调器与最佳检测器，使得传输的误码率最小[8]。
通过长时间得理论研究，最佳接收机设计也得到一定的发展。
例如：DQPSK数字接收机的实现、IRUWB频域接收机的实现、差分调频信号最佳接收机的实现等等。
现在研究了一种新型的办法来实现最佳接收机，该方法通过对信道传输信号波形的特征参数测量,分析传输信号的成形方式,根据成形参数设计最佳接收滤波器,有效降低码间串扰和信道噪声对接收机性能的影响,并在噪声信道环境下进行了仿真研究,使用了采样统计方差、信噪比和眼图3种方法对接收机性能进行分析,结果表明,该方法能够有效提高接收机的性能。
可见对最佳接收机的研究有了突飞猛进的发展[9]。
当前通信系统发展的数字化、软件化趋势以及实现数字通信系统的方法发展。
未来移动通信将追求更高的传输速率，并不的断探索如何在日益复杂的通信环境下实现可靠、高效的通信，如在城市、郊区等环境中的陆地移动通信，以及对空等的远距离空间通信。
通过选用合适的调制方式、先进的抗衰落技术来应对复杂通信环境对通信信号的干扰，保障通信的质量就成为必然而迫切的需求。
从移动通信的现状及未来发展趋势着眼，分析了未来移动通信对宽带信号及高动态性能的需求，研究了宽带连续相位调制信号在移动信道条件下的最佳接收，并将重点放在同步与均衡两者上[10]。
在未来的空间通信系统和卫星通信系统中，数据传输率都将超过1Gb/s，这样的系统将使带宽和功率同时受限，因此研究具有高功率效率和高频谱效率的调制技术仍然是目前的研究热点[11]。
1.3论文构成及研究内容最佳接收机是无线通信终端的重要器件，通过该器件，接收端可从噪声背景中提取出有用信号。
最佳接收机包括信号解调器和检测器，解调器是将接收波形变换成n维向量，检测器是是根据向量r在M个可能信号波形中判定哪一个波形被发送，从而实现最佳接收。
本课题要求完成的内容是：(1)掌握加性高斯白噪声信道的最佳接收机的构成及工作原理；(2)利用MATLAB的m文件仿真最佳接收机，对输入的叠加噪声的调制信号进行接收：(3)对仿真结果进行分析和处理，并进行性能分析。
2 AGWN 最佳接收机的原理2.1 受加性高斯白噪声恶化信号的最佳接收机假设信道以高斯白噪声相加来恶化信号，如下图所示。
图2.1通过AWGN 信道的接收信号模型在T ≤≤t 0间隔内，接收信号可以表示为：()()()t n t s t m +=r （T ≤≤t 0） （2-1）其中n(t)表示具有功率密度谱()021f N =φ（W/Hz ）的加性高斯白噪声的样本函数。
将接收机划分为两个部分——信号解调器和检测器，信号的解调器的功能是将接收波形变换成N 维向量。
检测器的功能是根据向量r 在M 个可能信号波形中判定哪一个波形被发送[12]。
接收机的结构如图所示：图2.2接收机结构2.2最佳解调器解调器是为检测器提供判断依据的，没有最优的解调器设计，检测器设计得再好也不可能使整个接收机的性能达到最佳。
因此解调器的设计准则就是：从接收信号当中提取一切可以检测器所利用的信息，作为检测器的输入信号，从而尽可能使检测器不会因为判断依据不足而导致错误判断的发生。
信号解调器的功能是将接收波形变换成n 维向量r=[r1 r2 …rn],其中n 是发送信号波形的维数。