实验一-数字基带传输实验-实验总结报告

1、数字基带传输实验 2014、3、28 数字基带传输实验总结报告 小组成员： 所在班级：通信一班 指导老师：马丕明目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc28552 一、实验目的 PAGEREF _Toc28552 3 HYPERLINK l _Toc31125 二、 实验原理 PAGEREF _Toc31125 3 HYPERLINK l _Toc12477 三、实验内容 PAGEREF _Toc12477 4 HYPERLINK l _Toc6539 （一） 因果数字升余弦滚降滤波器设计 PAGEREF _Toc6539 4 HYPERLINK l _Toc1887

2、8 1. 窗函数法设计非匹配形式的发送滤波器 PAGEREF _Toc18878 4 HYPERLINK l _Toc30977 2. 频率抽样法设计匹配形式的发送滤波器 PAGEREF _Toc30977 7 HYPERLINK l _Toc27798 （二）设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统 PAGEREF _Toc27798 10 HYPERLINK l _Toc3345 1、子函数模块 PAGEREF _Toc3345 10 HYPERLINK l _Toc21977 2、无码间干扰的数字二进制基带传输系统的模拟 PAGEREF _Toc21977 12 HYPERLINK l _

3、Toc22423 四、实验总结： PAGEREF _Toc22423 15一、实验目的1、提高独立学习的能力；2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力；3、学习Matlab 的使用；4、掌握基带数字传输系统的仿真方法；5、熟悉基带传输系统的基本结构；6、掌握带限信道的仿真以及性能分析；7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。输出抽样判决接收滤波器信道发送滤波器信源实验原理噪声位定时提取 图1 基带系统传输模型1、信源 信源就是消息的源，本实验中指数字基带信号，信源序列al采用一个0、1等概率分布的二进制伪随机序列。信源序列al经在一比特周期中抽样A点，即是序列al每两点之前插A-1个零点

4、，进行抽样，形成发送信号SigWave，即是发送滤波器模块的输入信号。2、发送滤波器匹配形式下的发送滤波器SF，通过窗函数法对模拟升余弦滚降滤波器的时域单位冲激响应hd进行时间抽样、截断、加窗、向右移位而得；非匹配形式下的发生滤波器SF，通过频率抽样法对模拟升余弦滚降滤波器的频率响应Hd进行频率抽样、离散时间傅里叶反变换、向右移位而得。发送滤波器输出SFO是由发送滤波器SF和发送信号SigWave卷积而得。3、传输信道 本实验中传输信道采用理想信道，即传输信道频率响应函数为1；传输信道输出信号Co是由发送滤波器输出信号SFO和加性高斯白噪声GN叠加而成:Co=SFO+GN。4、噪声 信道噪声当

5、做加性高斯白噪声，给定标准差调用函数randn生成高斯分布随机数GN。5、接收滤波器 匹配形式下，接收滤波器与发送滤波器单位冲激响应幅度相同，角度相反，均为平方根升余弦滚降滤波器。非匹配形式下，接收滤波器为直通滤波器。6、位定时提取 完成位定时信息即同步判决时间点的提取，每隔A-1个点提取一次信息，一共提取L次。注意：非匹配模式下每提取一个同步判决时间点需经过一次位延时，匹配模式下每提取一个同步判决时间点需经过两次位延时。7、抽样判决 利用同步位定时信息判决接收滤波器的输出信号Rec_Sig，得到输出序列。三、实验内容 （一） 因果数字升余弦滚降滤波器设计 1. 窗函数法设计非匹配形式的发送滤

6、波器 n=-15:15;a=input(alpha=);Tc=4;hn=(sin(pi*n/Tc)./(pi*n/Tc).*(cos(a*pi*n/Tc)./(1-4*a*a*n.*n/Tc/Tc);%升余弦滚降滤波器时域单位冲击响应hn(16)=1;%升余弦滚降滤波器中间点的校正n=0:30;wn=0.42-0.5.*cos(2.*pi.*n./(max(n)-1)+0.08.*cos(4.*pi.*n./(max(n）-1）；%Blackman窗函数表达式 figure; subplot(2,2,1); stem(n,hn); xlabel(n);ylabel(hn); title(升余弦

7、滤波器单位冲击响应时域特性);subplot(2,2,2); stem(n,wn); xlabel(n);ylabel(wn); title(布拉克曼窗单位冲击响应时域特性); h=hn.*wn;%加窗后的升余弦滚降滤波器 subplot(2,2,3); stem(n,h); xlabel(n);ylabel(h); title(发送滤波器的冲击响应); nh=0:30; w=linspace(0,2*pi,512); hw=h*exp(-j*nh*w);%频率特性 subplot(2,2,4); plot(w,abs(hw); title(发送滤波器的幅频特性); axis(min(w),m

8、ax(w),min(abs(hw)-0.2,max(abs(hw)+0.2) xlabel(w);ylabel(abs(hw)g=max(hw);Figure； plot(w,10*log10(abs(hw); xlabel(w);ylabel(Grf(dB)title(发送滤波器的增益图形);Alpha=0.2 图2 窗函数法设计非匹配形式滤波器冲击响应(alpha=0.2)图3 窗函数法设计非匹配形式滤波器增益图形(alpha=0.2)Alpha=1 图3 窗函数法设计非匹配滤波器冲击响应波形与增益(alpha=1) 2. 频率抽样法设计匹配形式的发送滤波器 实验思路：匹配形式的发送滤波器

9、的频率响应为平方根余弦滚降函数，子函数在主函数开方即可。 实验程序:子函数定义的是余弦滚降函数，主函数是一个频率抽样：T=1,fs=1,Tc=4,N=31%子函数function hn,Hf,f=f_sampling(N,Tc,fs)alpha=0.2;K=-(N-1)/2:(N-1)/2;n=-(N-1)/2:(N-1)/2; f=K*fs/N;f1=(1-alpha)/(2*Tc);f2=(1+alpha)/(2*Tc);Hf=zeros(1,N); %升余弦滚降滤波器频率响应抽样函数for i=1:N if(abs(f(i)=f1) Hf(i)=Tc; elseif(abs(f(i)=f

10、2) Hf(i)=Tc/2*(1+cos(pi*Tc/alpha*(abs(f(i)-(1-alpha)/(2*Tc); else Hf(i)=0; end;end;hn=1/N*Hf*exp(j*2*pi/N*K*n); %数字升余弦滚降滤波器单位冲击响应 %主函数 Function hm=f_samp_m(N,Tc,fs) N=31; K=-(N-1)/2:(N-1)/2; m=-(N-1)/2:(N-1)/2; hn,Hf,f=f_sampling(31,4,1); HF=squrt(Hf); hm=1/N*HF*exp(j*2*pi*/N*K*m); Hw,w=freqz(hm);%幅

11、频特性； H=max(abs(Hw); plot(w,abs(Hw)/H);titel(归一化的幅频特性);xlabel(w);ylabei(Hw); Figure； Ab=20*log(abs(Hw);plot(w,Ab);title(增益图形)； xlabel(w);ylabel(20*log(abs(Hw)(dB); Figure； subplot(2,1,1);stem(HF,.);title(匹配滤波器频域单位冲击响应波形)；xlabel(f(Hz);ylabel(HF); Figure； subplot(2,1,2);stem(real(hm),.);xlabel(m);ylabe

12、l(nm);axis(0,35,-0.15,0.7);title(匹配滤波器时域单位冲击响应波形) ； Alpha=0.2图4 频率抽样法设计匹配滤波器冲击响应与幅频特性(alpha=0.2)图5 频率抽样法设计匹配滤波器增益图形(alpha=0.2)Alpha=1 图6、7 频率抽样法设计匹配滤波器幅频特性与增益图形(alpha=1)表1 窗函数法设计的非匹配滤波器表二 频率抽样法设计的匹配滤波器滚降系数0.210.21第一零点带宽（Hz）0.40.450.2660.2第一旁瓣衰减（dB）18.962318.9426 （二）设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统要求传输的二进制比特个数、比特

13、速率 QUOTE （可用与 QUOTE 的关系表示）、信噪比 SNR、滚降系数 是可变的1、子函数模块1）二进制信源子函数function al = suiji( m )% a_n是产生的二进制随机信源序列% m是产生的序列长度% 本函数功能是随机序列产生函数al = rand(1,m);for i = 1:m if a(i) 0 %对抽样值进行判决 al(i)=1; else al(i)=-1; end;end;画眼图子函数function yt=eyetu(A,L,r)yt=0;for i=1:(8*A):(A*L) for j=1:(8*A) yt(j)=r(i+j-1); %信号的截断

14、、叠加 end; plot(yt);title(眼图);hold on; %画出眼图end; 误比特率计算子函数function Pe=errorB(L,al,al)BE=0;for i=1:L if al(i)=al(i) BE=BE+1; %计算错误的码数 end;end;Pe=BE/L; %计算误码率sprintf(误码率：%2.2f%,Pe*100)无码间干扰的数字二进制基带传输系统的模拟 给定要传输的二进制比特个数、比特速率、信噪比SNR、滚降系数，合理调用如上设计的子函数，构建非匹配模式和匹配模式的无码间串扰的数字基带传输系统。1）假设加性噪声不存在，传输 240 个特定的二进制比

15、特，如果比特速率 QUOTE = 1/，比特间隔为=4T，基带系统不采用匹配滤波器，画出接收滤波器的输出信号波形和眼图，判断有无码间干扰，注意考虑滤波器的延时，将不准确的数值抛弃，选取有效的信号来画眼图，同时注意确定第一个抽样点的位置，抽样后进行判决，计算误比特个数和误比率。 图8 非匹配模式、无加性噪声、4T抽样间隔接收滤波器输出信号 图9 非匹配模式、无加性噪声、4T比特间隔接收滤波器输出信号眼图 由图8、图9可知， 眼图清晰无明显重叠错位，无码间串扰；误比特率和误比特个数为零假设加性噪声不存在，传输 240 个特定的二进制比特，基带系统不采用匹配滤波器，如果将比特速率改为4/3 QUOT

16、E ，1/2，比特间隔=3T，=8T，画出接收滤波器的输出信号波形和眼图，判断有无码间干扰。抽样后进行判决，计算误比特个数和误比特率=3T时 图10 3T比特间隔接收滤波器输出信号 图11 3T比特间隔接收滤波器输出信号眼图眼图不清晰，眼睛睁的不大，有明显的码间串扰=8T时， 图12 8T比特间隔接收滤波器输出信号 图13 8T比特间隔接收滤波器输出信号眼图由图13眼图观察知：非匹配模式、无加性噪声、8T抽样间隔接收滤波器输出信号无码间串扰。多次运行得情况下误比特率和误码率均为零，所以8T比特间隔下可消除码间串扰。传输240个二进制比特，比特速率Rb =1/Ts，信噪比分别取1dB、10dB时

17、，基带系统分别为匹配滤波器形式和非匹配滤波器形式、滚降系数0.3，得到相应的回复数字信息序列。注意：基带系统分别为匹配滤波器形式和非匹配滤波器形式时，对接受滤波器进行抽样时，抽样时刻是否相同？调用matlab的星座图函数画出接收抽样判决点信号的星座图。根据星座图的坐标取值，判断噪声对信号的影响程度和信号的传输质量。讨论信噪比、是否采用匹配滤波器对系统信息传输质量的影响。 Snr=1dB，基带系统为匹配滤波器 Snr=10,基带系统为匹配滤波器 Snr=1,基带系统为非匹配滤波器 Snr=10，基带系统为非匹配滤波器 从星座图来说，信号越集中，范围越短，信息传输质量越高，误码率。可以看出，信噪比更高，采用匹