MATLAB通信仿真讲解

1、成绩南京工程学院课程设计说明书（论文）题目 带限数字基带传输系统的仿真课程名称Matlab通信仿真设计 _院（系、部、中心） 通信工程学院 _专业_无线通信 _班级_学生姓名_学号_208130115 _设计地点信息楼C 322 _指导教师_设计起止时间：2015年12月14日至2014年12月18日、课程设计目的和要求1. 综合运用信号与线性系统，通信原理，以及 matlab语言等综合应用知识。2. 基本熟悉软件开发流程、要点以及注意事项。3. 掌握基带数字传输系统的仿真方法。4. 熟悉基带传输系统的基本结构。5. 掌握带限信道的仿真以及性能分析。6. 通过观察眼图判断信号的传输质量。7.

2、设计和编程，以加深对通信系统基础知识的理解，提高学生利用matlab在通信领域进行实践的应用能力、分析解决问题的能力；增强学生对实践应用流程模 式的理解。二：课设设备1. 硬件：PC机2. 软件：MATLAB7.1，Windows7 操作系统三：课程设计原理及背景知识在实际通信中传输信道的带宽是有限的， 这样的信道称为带限信道。带限信 道的冲激响应在时间上是无限的，因此一个时隙内的代表数据的波形经过带限信 道后将在邻近的其他时隙上形成非零值，称为波形的拖尾。拖尾和邻近其他时隙 上的传输波形相互叠加后，形成传输数据之间的混叠，造成符号间干扰，也称为 码间干扰。接收机中，在每个传输时隙中的某时间点

3、上， 通过对时域混叠后的波 形进行采样，然后对样值进行判决来恢复接收数据。 在采样时间位置上符号间的 干扰应最小化（该采样时刻称为最佳采样时刻），并以适当的判决门限来恢复接 收数据，使误码率最小（该门限称为最佳判决门限）。在工程上，为了便于观察接收波形中的码间干扰情况， 可在采样判决设备的 输入端以恢复的采样时钟作为同步，用示波器观察该端口的接收波形。利用示波 管显示的暂时记忆特性，在示波管上将显示多个时隙内接收信号的重叠波形图Sa(x)=sin x样时刻就没有码间干扰，例如抽样函数然而，抽样函数的频谱时门案，称为眼图。对于传输符号为等概的双极性码，最佳判决门限为 0,最佳采样 时刻为眼图开口

4、最大处，因为该时刻上的码间干扰最小。 当无码间干扰时，在最 佳采样时刻上眼图波形将会聚为一点。显然，只要带限信号冲击响应的拖尾波在时隙周期整数倍上的值为 0,那么在采函数，物理不可实现，即使近似实现也十分困难。 还存在一类无码间干扰的时域 函数，具有升余弦频率特性，幅频响应是缓变的，在工程上易于实现，其冲激响 应为：匚 ”，sin 5 t/T s) cos(s t /Ts)hr cos t2 22M/Ts1 - 3 2t2/Ts2其中，Ts为码元传输时隙宽度，0一_1为滚降系数。a=0时，退化为矩形门函数；a=1时，为全升余弦。其傅里叶变换 Hrcos.,即为相应的系统函数。设发送滤波器为GT

5、,物理信道的传递函数为Cid，接收滤波器为GR， 则带限信号总的传递函数为H二GT CGR。对于物理信道是AWGN信道的情况，可以证明，当发送滤波器与接收滤波器 相互匹配时，即GT二G*R，系统误码率最小。对于理想的物理信道(C )=1)，收发滤波器相互匹配时有2H =GT G；= G T由此求得收发滤波器传递函数的实数解为GT = G R = J H无码间干扰情况下，信道总的传递函数是滚升余弦的，匹配的收发滤波器称为平 方根升余弦滤波器，有G T二 G R-/ H rcos 工程上，滚升余弦滤波器和平方根滚升余弦滤波器通常用FIR滤波器来近似实现。FIR滤波器的分母系数为1，分子系数向量等于

6、冲激响应的采样序列。Matlab通信工具箱中提供了设计升余弦滤波器的函数rcosine。函数rcosine用 ,r,delay)于计算FIR滤波器时的用法如下。Num=rcosine(Fd,Fs, fir/normal ：r,delay)fir/normal用于FIR滚升余弦滤波器设计num=rcosine(Fd,Fs, fir/sqrt ：r,delay)fir/sqrt用于FIR平方根滚升余弦滤波器设计r是滚降系数；Fd是输入数字序列的采样率即码元速率；Fs为滤波器的采样率，Fs必须是Fd的整数倍；delay是输入到响应峰值之间的延迟(单位是码 元时隙数)。四：课程设计任务任务一：升余弦波

7、形及其频谱研究用MATLAB通信工具箱提供的rcosine 函数作出一组滚升余弦滤波器的冲击响应，滚降系数为0， 0.5，0.75，1，并通过FFT求出其幅频特性。码元时隙为1ms，在一个码元时隙内采样10次，滤波器延时为5个码元时隙。任务二：滚升余弦滤波器设计设计一个滚升余弦滤波器，滚降系数为0.75。输入为4元双极性数字序列，符号速率为1000波特，设滤波器采样率为10000次/s，即在一个符号间隔中有 10个采样点。请建立simulin仿真模型观察升余弦滤波器的输出波形，眼图及功 率谱。任务三：带限基带传输模型建立一个基带传输模型，发送数据为二进制双极性不归零码，发送滤波器为 平方根升余

8、弦滤波器，滚降系数为0.5,信道为AWGN信道，接收滤波器与发送 滤波器相匹配。发送数据率为1000bps,要求观察接收信号眼图，并设计接收机 采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，统计误码率。五：课程设计成果内容及相关截图 任务一：MATLAB编程如下：clc;Fd=1e3;Fs=Fd*10;delay=5;for r=0,0.5,0.75,1n um=rcos in e(Fd,Fs,fir/n orma lt=0:1/Fs:1/Fs*(le ngth( num)-1);figure(1);plot(t, num);axis(O 0.01-0.2 1.1); holdon;Hw=abs(

9、fft( num,1000);f=(1:Fs/1000:Fs)-1;figure(2);plot(f,Hw);axis(0 1500 0 12); holdon;end升余弦波形图:f Figure 1匚回冈Fil Edi t ViInsert Teels Resktom Window HlpO &長 S 升余弦波形图对应的幅频特性曲线:Figure 2任务二:Scope滚升余弦滤波器和眼图测试模型模块分析：系统仿真步进设为1e-4s采用Random Integer Generato产生采样间隔为1e-3的4 元整数（0, 1, 2, 3）,并用Unipolar to Bipolar Conv

10、erter模块将其转换为双极性（-3, -1,1,3）。通过升速率模块Upsample将基带数据的采样速率升高为10000 次每秒，其输出为冲激脉冲形式的数据序列。滚升余弦FIR滤波器以DiscreteFilter模块实现，其分母系数设置为1,分子系数通过rcosine函数计算。这样， 就得到了滚降系数为0.75的滚升余弦滤波器，滤波器延时时间为3个数据时隙， 即30个滤波器采样间隔。滤波器输出通过Downsample模块降低4倍采样速率， 使送入频谱仪的采样率为2500次/s,这样频谱仪显示的频谱范围是 01250H Z。 同时，滤波输出送入通信模块库中的眼图显示模块Discrete-Tim

11、e Eye DiagramScope显示眼图。在眼图显示模块中需要设置：（1）每个数据的采样点数，设为10；（2） 每次扫描显示的符号个数设为2,这样眼图将显示2个符号时间宽度；（3）显示所保留的扫描波形轨迹图，可使用默认值；（4）每次显示的新轨迹数，也可使用默认值；（5）Discrete-Time Eye Diagram Scope模块可同时显示同相支路和正交支路上仿真结果截图File Axes Channels Window Help202040-50-60-700.40,60.3Frequency (kHz)1 1.20 0,2Frame: 49I-回函任务三:Cdleldijn高斯信道

12、下基带传输系统测试模型模块分析：设计系统仿真采样率为1e4Hz,滤波器采样速率等于系统仿真采样率。数字信号 速率为1000bps,故在进入发送滤波器之前需要 10倍升速率，接收解码后再以 10倍降速率来恢复信号传输比特率。仿真模型如图所示，系统分为二进制信源、 发送滤波器、高斯信道、接收匹配滤波器、接收采样、判决恢复以及信号测量等 7部分。二进制信源输出双极性不归零码，并想接收端提供原始数据以便对比和 统计误码率。发送滤波器和接收滤波器均为平方根升余弦滤波器，高斯信道采用 随机数发生器和加法器实现。接收定时假设为理想的，采用脉冲发生器实现 1000HZ的矩形脉冲作为恢复定时脉冲，以乘法器实现在

13、最佳采样时刻对接收滤 波器输出的采样。然后对抽样结果进行门限判决，最佳判决门限为零，判决输出 结果在一个传输码元时隙内不变，最后以10倍降速率采样得出采样率为1000HZ 的恢复数据。TriggeredTriggered SubsystemSubsystem保持子系统模型0 00 0 2 204040.60.60.80.81 11.21.21.41.41.61.61.81.82 2TimeTime (ms)(ms)ap2ap2- -s s E E 或 QnELIdQnELId匚-FWork3/D 1 screte Ti:e Eye Diagram Scope口回X,File：Chumls Wi

14、adlow MelpEve Diagram高斯信道下基带传输系统测试眼图仿真结果测试误码率部分截图(错误码元为 9 9个，共发送1000010000个码元)Display发送和接收的二进制双极性不归零码A1匚石区13六：课程设计心得与体会在这次课程设计中，我有如下几点总结与思考：首先：我认识了 MATLABMATLAB中的SIMULINKSIMULINK 仿真，通过对照课设指导书，能独立地完成课设任务，通过参考相关 MATLABMATLAB方面的书籍，自己能设计出一个SIMULINKSIMULINK的例子。其次：在此次课程设计中， 需要用到通信原理方面的相关知识，然而通信原理是上学期学的，其中相关的知识都已经忘得差不多了，我不得不重新拿起通信原理的教材，简单的看一看，所以说以前学过的知识要复习，要温故。第三点：不管做啥事都要有计划性，要按照计划，逐个攻克，不能“盲，忙”。课设前两天，我无计划的做