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上海电力学院实验报告实验课程名称：通信原理实验项目名称：FSK调制解调实验姓名：杨琳琳学号：********班级：2011072班实验时间：2013/11/12 成绩：一：实验目的1、熟悉 FSK 调制和解调基本工作原理；2、掌握 FSK 数据传输过程；3、掌握 FSK 性能的测试；4、了解 FSK 在噪声下的基本性能；二：实验设备1．通信原理实验箱；一台2． 20MHz 双踪示波器；一台3．函数信号发生器；一台4．误码仪，共用一台三：实验原理1．FSK 调制原理：在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为高音和低音，代表二进制的 1 和 0）。
产生 FSK 信号最简单的方法是根据输入的数据比特是 0 还是 1，在两个独立的振荡器中切换。
采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的，因此这种 FSK 信号称为不连续 FSK 信号。
不连续的 FSK 信号表达式为：其实现如图所示：由于相位的不连续会造成频谱扩展，这种 FSK 的调制方式在传统的通信设备中采用较多。
随着数字处理技术的不断发展，越来越多地采用连续相位 FSK 调制技术。
目前较常用产生 FSK 信号的方法是，首先产生 FSK 基带信号，利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。
因此，FSK 可表示如下：应当注意，尽管调制波形 m（t）在比特转换时不连续，但相位函数θ（t）是与 m（t）的积分成比例的，因而是连续的，其相应波形如图所示：FSK 的信号频谱如图所示。
FSK 信号的传输带宽 Br，由 Carson 公式给出：Br=2Δf+2B其中 B 为数字基带信号的带宽。
假设信号带宽限制在主瓣范围，矩形脉冲信号的带宽 B=R。
因此，FSK 的传输带宽变为：Br=2（Δf+R）。
如果采用升余弦脉冲滤波器，传输带宽减为：Br=2Δf+（1+α）R （其中α为滤波器的滚降因子）。
在通信原理综合实验系统中，FSK 的调制方案如下：按照上述原理，FSK 正交调制器的实现为如图结构：如发送 0 码，则相位累加器在前一码元结束时相位θ (n) 基础上，在每个抽样到达时刻相位累加 2πf1Ts ，直到该信号码元结束；如发送１码，则相位累加器在前一码元结束时的相位θ (n) 基础上，在每个抽样到达时刻相位累加 2πf 2Ts ，直到该信号码元结束。
数字通信实验报告题 目: 数字通信中的最佳接收机 讲课老师: 学生姓名：所属院系： 信息科学与工程学院 专 业： 信息与通信工程 学 号：完成日期：2015/4/28数字通信中的最佳接收机1 AGWN 最佳接收机的原理1.1 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） （1-1）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。
接收机的结构如图所示：图1.2接收机结构1.2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。
?最佳解调器问题为使输出信噪比最大化问题，要想解调器达到最佳，那么有两种方法可以实现分别为：相关解调器和匹配滤波器调制。
下面依次展开说明。
1.2.1相关解调器相关解调器是将接收信号和噪声分解成N 维向量，也就是把接收信号和噪声信号展开成一系列线性正交基函数()t n f 。
假设接收信号通过一组并行的N 个互相关器，这些互相关器主要是计算r(t)在N 个基函数()t n f 上的投影。
对于相关解调器而言，它将信号和噪声分别在一组基函数上展开，基函数能够张成信号空间，而不能张成噪声空间。
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。
第五章（正弦载波数字调制系统）习题及其答案【题5－1】设发送数字信息为 011011100010，试分别画出 2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图。
【答案5－1】2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形如下图所示。
【题5－2】已知某2ASK 系统的码元传输速率为103Band ，所用的载波信号为()6cos 410A π⨯。
1）设所传送的数字信息为011001，试画出相应的2ASK 信号波形示意图； 2）求2ASK 信号的带宽。
【答案5－2】1）由题中的已知条件可知310B R Baud =因此一个码元周期为3110s B T s R -==载波频率为664102102s f Hz ππ⨯==⨯载波周期为61102T s -=⨯所以一个码元周期内有2000个载波周期。
如下图所示我们画出2ASK 信号的波形图，为简便，我们用两个载波周期代替2000个载波周期。
2）根据2ASK 的频谱特点，可知其带宽为222000B B R Hz T ===【题5－3】设某2FSK 调制系统的码元传输速率为1000Baud ，已调信号的载频为2000Hz 或 4000 HZ 。
1）若发送数字信息为011010，试画出相应的2FSK 信号波形；2）试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调？3）若发送数字信息是等可能的，试画出它的功率谱密度草图。
【答案5－3】1）由题意可画出2FSK 信号波形如下图所示。
2）由于ZFSK 信号载波频差较小，频谱有较大重叠，采用非相干解调时上下两个支路有较大串扰，使解调性能降低。
由于两个载频人与人构成正交信号，采用相干解调可减小相互串扰，所以应采用相干解调。
3）该2FSK 信号功率谱密度草图如下图所示。
【题5－4】假设在某2DPSK 系统中，载波频率为 2400 Hz ，码元速率为 1200 Band ，已知相对码序列为11000101ll 。
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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。
数字通信系统最佳接收准则
数字通信系统是一种将信息转换为数字信号并通过通信信道传输的通信系统。
数字通
信系统中信号的传输存在噪声干扰，因此为了最大程度地减小干扰以提高信号的正确性和
有效性，需要确定最佳接收准则。
下面将详细介绍数字通信系统的最佳接收准则。
数字通信系统中通信信道一般都经过了信号干扰和失真等影响，导致接收信号存在噪
声干扰和失真，因此接收端需要根据接收信号的特点，设计最佳接收准则来恢复原始信号。
在数字通信系统中，最常用的接收准则包括最小误差概率接收准则、最小均方误差接收准
则和最大后验概率接收准则。
1.最小误差概率接收准则
最小误差概率接收准则也称为0/1判决准则，其基本思想是将接收信号与已知的预先
设定的阈值进行比较，将接收信号归类为1或0。
该方法实现简单，但存在误差概率较高
的缺点，因此在实际应用中较少使用。
最小均方误差接收准则是根据最小化均方误差的原则进行信号恢复。
该方法在通信信
道只有加性高斯白噪声干扰时准确性较高，但当通信信道存在其他类型的干扰时，准确性
则大幅下降。
最大后验概率接收准则基于贝叶斯定理，利用先验概率、似然函数和边际概率等信息，计算出最大后验概率恢复原始信号。
该方法在通信信道存在各种复杂干扰时，准确性比较高，是目前较为常用的数字通信系统接收准则。
总体来说，数字通信系统最佳接收准则的选择要根据实际通信场景的特点和所需精度
来确定，综合考虑各种因素，以达到最理想的信号恢复效果。
未来随着科技的不断发展，
数字通信系统的接收准则也将不断进化和优化，实现更高效和更可靠的通信。
思考题1-1 什么是通信？常见的通信方式有哪些？1-2 通信系统是如何分类的？1-3 何谓数字通信？数字通信的优缺点是什么？1-4 试画出模拟通信系统的模型，并简要说明各部分的作用。
1-5 试画出数字通信系统的一般模型，并简要说明各部分的作用。
1-6 衡量通信系统的主要性能指标是什么？对于数字通信具体用什么来表述？1-7 何谓码元速率?何谓信息速率?它们之间的关系如何?习题1-1 设英文字母E出现的概率=0.105，X出现的概率为＝0.002，试求E和X的信息量各为多少？1-2 某信源的符号集由A、B、C、D、E、F组成，设每个符号独立出现，其概率分别为1/4、1/4、1/16、1/8、1/16、1/4，试求该信息源输出符号的平均信息量。
1-3 设一数字传输系统传送二进制信号，码元速率RB2=2400B，试求该系统的信息速率Rb2=？若该系统改为传送16进制信号，码元速率不变，则此时的系统信息速率为多少？1-4 已知某数字传输系统传送八进制信号，信息速率为3600b/s，试问码元速率应为多少？1-5 已知二进制信号的传输速率为4800b/s，试问变换成四进制和八进制数字信号时的传输速率各为多少（码元速率不变）？1-6 已知某系统的码元速率为3600kB，接收端在l小时内共收到1296个错误码元，试求系统的误码率=？1-7 已知某四进制数字信号传输系统的信息速率为2400b/s，接收端在0.5小时内共收到216个错误码元，试计算该系统=？l-8 在强干扰环境下，某电台在5分钟内共接收到正确信息量为355Mb，假定系统信息速率为1200kb/s。
（l）试问系统误信率=？（2）若具体指出系统所传数字信号为四进制信号，值是否改变？为什么？（3）若假定信号为四进制信号，系统传输速率为1200kB，则＝？习题答案第一章习题答案1-1 解：1-2 解：1-3 解：1-4 解：1-5 解：1-6 解：1-7 解：1-8 解：思考题2-1 什么是狭义信道？什么是广义信道？（答案）2-2 在广义信道中，什么是调制信道？什么是编码信道？2-3 试画出调制信道模型和二进制无记忆编码信道模型。
加性高斯白噪声信道的最佳接收机设计与仿真加性高斯白噪声信道是一种常用的信道模型，用于描述无线通信中的噪声干扰。
在设计和仿真加性高斯白噪声信道的最佳接收机时，需要考虑信噪比、误码率和接收性能等因素。
本文将介绍加性高斯白噪声信道最佳接收机的设计原理和仿真过程。
加性高斯白噪声信道模型假设接收机受到了信号传输过程中的高斯白噪声的干扰。
在设计最佳接收机时，首先需要选择合适的调制方式。
常见的调制方式有ASK、PSK和QAM等。
在选择调制方式时，需要考虑到信号传输的可靠性和带宽利用效率。
接下来，需要根据信噪比的大小来设计判决门限。
判决门限决定了接收机对于接收到的信号进行判决的标准。
对于不同的调制方式，判决门限的设计也会有所差异。
在进行仿真时，可以使用MATLAB等数学建模软件进行编程实现。
首先，需要生成发送信号，这可以通过随机生成数字信号进行模拟。
然后，通过加性高斯白噪声信道对发送信号进行干扰模拟。
最后，在接收端使用相应的接收机算法对接收到的信号进行解调和译码，得到最终的接收结果。
在进行仿真时，可以通过改变信道的信噪比、调制方式和判决门限等参数来观察接收性能的变化。
可以通过比较误码率、误比特率和比特错误率等指标来评估接收性能的优劣。
在进行加性高斯白噪声信道最佳接收机的设计和仿真时，还可以考虑使用其他技术来提高接收性能。
例如，可以采用信道编码和纠错码来增强信号的可靠性；还可以采用自适应调制和调制扩展等技术来适应不同信道条件下的传输需求。
总结起来，加性高斯白噪声信道的最佳接收机设计与仿真是一个复杂的过程，需要考虑多个因素并进行综合分析。
在设计和仿真过程中，需要选择合适的调制方式、设计判决门限以及进行信噪比等参数的调整。
通过实际的仿真实验，可以评估接收性能，并进一步优化设计。
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。
