实验一-数字基带传输实验-实验总结报告

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\u28552一、实验目的331125二、实验原理312477三、实验内容46539〔一〕因果数字升余弦滚降滤波器设计4188781.窗函数法设计非匹配形式的发送滤波器4309772.频率抽样法设计匹配形式的发送滤波器727798〔二〕设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统1033451、子函数模块10219772、无码间干扰的数字二进制基带传输系统的模拟1222423四、实验总结：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根本结构；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输出抽样判决接收滤波器信道发送滤波器信源噪声噪声位定时提取位定时提取图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，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(''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),max(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');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fori=1:Nif(abs(f(i))<=f1)Hf(i)=Tc;elseif(abs(f(i))<=f2)Hf(i)=Tc/2*(1+cos(pi*Tc/alpha*(abs(f(i))-(1-alpha)/(2*Tc))));elseHf(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’);ylabel(‘nm’);axis([0,35,-0.15,0.7]);title(‘匹配滤波器时域单位冲击响应波形’)；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11第一零点带宽〔Hz〕第一旁瓣衰减〔dB〕2326〔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、比特速率QUOTE〔可用与QUOTE的关系表示〕、信噪比SNR、滚降系数α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);fori=1:m a(i)=-1;elsea(i)=1;endend发送信号生成子函数function[d]=dt(al,L,A)%a是信源序列%L是信源长度，A是每个码元的抽样点数d=zeros(1,L*A);fori=1:Ld(1+(i-1)*A)=al(i);endend3〕非匹配模式下发送滤波器单位冲击响应波形%频率抽样法非匹配形式滤波器设计%主函数function[hn]=f_samp_um(N,Tc,fs)alpha=input('alpha=');%输入不同的alpha值[hn,Hf,f]=f_sampling(31,4,1);[Hw,w]=freqz(hn);%幅频特性H=max(abs(Hw));%plot(w,abs(Hw)/H);title('归一化的幅频特性');xlabel('w');ylabel('Hw');Ab=20*log(abs(Hw));%plot(w,Ab);title('增益图形');xlabel('w');ylabel('20*log(abs(Hw))(dB)');subplot(2,1,1);stem(Hf,'.');xlabel('f(Hz)');ylabel('Hf');title('非匹配形式滤波器单位冲激响应频域特性');subplot(2,1,2);stem(real(hn),'.');title('非匹配形式滤波器单位冲激响应时域特性');xlabel('n');ylabel('hn');%figure(2);%plot(w,abs(Hw));title('幅频特性');xlabel('w');ylabel('Hw');Alpha=0.2，alpha=1，二者的波形见实验〔一〕匹配模式下发送滤波器单位冲击响应波形%频率抽样法匹配形式滤波器设计%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);%hn为单位冲击响应HF=sqrt(Hf);hm=1/N*HF*exp(j*2*pi/N*K'*m);[Hw,w]=freqz(hm);%幅频特性;H=max(abs(Hw));plot(w,abs(Hw)/H);title('归一化的幅频特');xlabel('w');ylabel('Hw');Ab=20*log(abs(Hw));Figure；plot(w,Ab);title('增益图形');xlabel('w');ylabel('20*log(abs(Hw))(dB)');Figure；subplot(2,1,1);stem(HF,'.');title('匹配形式滤波器单位冲激响应频域特性');xlabel('f(Hz)');ylabel('HF');Figure；subplot(2,1,2);stem(real(hm),'.');xlabel('m');ylabel('hm');axis([0,35,-0.15,0.7]);title('匹配形式滤波器单位冲激响应时域特性');Figure；plot(w,abs(Hw));title('幅频特性');xlabel('w');ylabel('Hw');发送滤波器输出信号计算子函数function[x]=fslbqscxh(hn,d,L,A,N)x=conv(d,hn);%发送信号与匹配形式下的发送滤波器卷积x=x((N+1)/2:(N+1)/2-1+L*A);%截去发送滤波器输出信号增加的〔N-1〕个点,卷积序列长度为2N-1，原序列长度为N给定标准方差，高斯分布随机数生成子函数正态分布，均值为零，方差为1Function[Nt]=gaosisuiji(sigma,L)%sigma标准差函数%Nt高斯随机分布子函数Nt=randn(1,L);Nt=Nt*sigma;end给定信噪比，噪声标准方差计算子函数function[noi]=noise(SNR,L,A,x)Eb=0;fori=1:A*LEb=Eb+(abs(x3(i)))^2;%计算总比特能量end;Eb=Eb/L;%平均比特能量N0=Eb/(10^(SNR/10));%计算单边功率谱密度sigma=sqrt(N0/2);%标准差noi=0+sigma*randn(1,A*L);%产生均值为0，方差为N0的噪声AWAG信道输出子函数Function[awag]=xindaoshuchu(x,SNR)Sigma=SNR_sigma(SNR,x)awag=x+noi匹配模式下接收滤波器单位冲击响应波形%频率抽样法匹配形式滤波器设计%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=sqrt(Hf);hm=1/N*HF*exp(j*2*pi/N*K'*m);[Hw,w]=freqz(hm);%幅频特性;H=max(abs(Hw));%plot(w,abs(Hw)/H);title('归一化的幅频特');xlabel('w');ylabel('Hw');Ab=20*log(abs(Hw));%plot(w,Ab);title('增益图形');xlabel('w');ylabel('20*log(abs(Hw))(dB)');%subplot(2,1,1);stem(HF,'.');title('匹配形式滤波器单位冲激响应频域特性');xlabel('f(Hz)');ylabel('HF');%subplot(2,1,2);stem(real(hm),'.');xlabel('m');ylabel('hm');axis([0,35,-0.15,0.7]);title('匹配形式滤波器单位冲激响应时域特性');%plot(w,abs(Hw));title('幅频特性');xlabel('w');ylabel('Hw');Alpha=0.2与alpha=1的单位冲击响应波形见实验〔一〕，此处省略接收滤波器输出信号计算子函数function[r]=receive(x,noi,hn,N,L,A)awag=noi+x;%接受滤波器输入信号r=conv(re,hn);%卷积后滤波器输出信号r=r((N+1)/2:(N+1)/2-1+L*A);%截去多出的N-1个点抽样判决点信号生成子函数function[cy]=chouyang(L,A,r)cy=zeros(1,L);fori=1:Lcy(i)=real(r((i-1)*A+1));%对接收滤波器输出信号x4每隔A进行抽样end;判决子函数function[al’]=judge(L,cy)al’=zeros(1,L);fori=1:Lifcy(i)>0%对抽样值进行判决al’(i)=1;elseal’(i)=-1;end;end;画眼图子函数function[yt]=eyetu(A,L,r)yt=0;fori=1:(8*A):(A*L)forj=1:(8*A)yt(j)=r(i+j-1);%信号的截断、叠加end;plot(yt);title('眼图');holdon;%画出眼图end;误比特率计算子函数function[Pe]=errorB(L,al,al’)BE=0;fori=1:Lifal(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α，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4/3QUOTE，1/2，比特间隔=3T，=8T，画出接收滤波器的输