实验一数字基带传输实验实验总结报告.docx

资源描述

实验一数字基带传输实验实验总结报告.docx

《实验一数字基带传输实验实验总结报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验一数字基带传输实验实验总结报告.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

实验一数字基带传输实验实验总结报告.docx

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

一、实验目的3

二、实验原理3

三、实验内容4

（一）因果数字升余弦滚降滤波器设计4

1.窗函数法设计非匹配形式的发送滤波器4

2.频率抽样法设计匹配形式的发送滤波器7

（二）设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统10

1、子函数模块10

2、无码间干扰的数字二进制基带传输系统的模拟12

四、实验总结：

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。

2、

实验原理

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（'升余弦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（'?

'）;

h=hn.*wn;%?

subplot（2,2,3）;

stem（n,h）;

xlabel（'n'）;ylabel（'h'）;

title（'?

'）;

nh=0:

30;

w=linspace（0,2*pi,512）;

hw=h*exp（-j*nh'*w）;%?

subplot（2,2,4）;

plot（w,abs（hw））;

title（'?

'）;

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（'?

'）;

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）;%?

fori=1:

if（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;

hn=1/N*Hf*exp（j*2*pi/N*K'*n）;%?

%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’）；

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

0.2

第一零点带宽（Hz）

0.4

0.45

0.266

0.2

第一旁瓣衰减（dB）

18.96

18.94

（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

（可用与

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:

ifa（i）<0.5

a（i）=-1;

else

a（i）=1;

end

2）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:

d（1+（i-1）*A）=al（i）;

end

3）非匹配模式下发送滤波器单位冲击响应波形

function[hn]=f_samp_um（N,Tc,fs）

alpha=input（'alpha='）;%?

alpha?

[hn,Hf,f]=f_sampling（31,4,1）;

[Hw,w]=freqz（hn）;%?

H=max（abs（Hw））;

%plot（w,abs（Hw）/H）;title（'?

'）;xlabel（'w'）;ylabel（'Hw'）;

Ab=20*log（abs（Hw））;

%plot（w,Ab）;title（'?

'）;xlabel（'w'）;ylabel（'20*log（abs（Hw））（dB）'）;

subplot（2,1,1）;stem（Hf,'.'）;xlabel（'f（Hz）'）;ylabel（'Hf'）;title（'?

'）;

subplot（2,1,2）;stem（real（hn）,'.'）;title（'?

'）;xlabel（'n'）;ylabel（'hn'）;

%figure

（2）;

%plot（w,abs（Hw））;title（'?

'）;xlabel（'w'）;ylabel（'Hw'）;

Alpha=0.2，alpha=1，二者的波形见实验

（一）

4）匹配模式下发送滤波器单位冲击响应波形

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）;%?

;

H=max（abs（Hw））;

plot（w,abs（Hw）/H）;title（'?

'）;xlabel（'w'）;ylabel（'Hw'）;

Ab=20*log（abs（Hw））;

Figure；

plot（w,Ab）;title（'?

'）;xlabel（'w'）;ylabel（'20*log（abs（Hw））（dB）'）;

Figure；

subplot（2,1,1）;stem（HF,'.'）;title（'?

'）;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（'?

'）;

Figure；

plot（w,abs（Hw））;title（'?

'）;xlabel（'w'）;ylabel（'Hw'）;

5）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）;%?

x=x（（N+1）/2:

（N+1）/2-1+L*A）;%?

（N-1）?

卷积序列长度为2N-1，原序列长度为N

6）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1

Function[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

7）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*L

Eb=Eb+（abs（x3（i）））^2;%?

end;

Eb=Eb/L;%?

N0=Eb/（10^（SNR/10））;%?

sigma=sqrt（N0/2）;%?

noi=0+sigma*randn（1,A*L）;%?

0,?

N0?

8）AWAG信道输出子函数

Function[awag]=xindaoshuchu（x,SNR）

Sigma=SNR_sigma（SNR,x）

awag=x+noi

9）匹配模式下接收滤波器单位冲击响应波形

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）;%?

;

H=max（abs（Hw））;

%plot（w,abs（Hw）/H）;title（'?

'）;xlabel（'w'）;ylabel（'Hw'）;

Ab=20*log（abs（Hw））;

%plot（w,Ab）;title（'?

'）;xlabel（'w'）;ylabel（'20*log（abs（Hw））（dB）'）;

%subplot（2,1,1）;stem（HF,'.'）;title（'?

'）;xlabel（'f（Hz）'）;ylabel（'HF'）;

%subplot（2,1,2）;stem（real（hm）,'.'）;xlabel（'m'）;ylabel（'hm'）;axis（[0,35,-0.15,0.7]）;title（'?

'）;

%plot（w,abs（Hw））;title（'?

'）;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

10）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;%?

r=conv（re,hn）;%?

r=r（（N+1）/2:

（N+1）/2-1+L*A）;%?

N-1?

11）抽样判决点信号生成子函数

function[cy]=chouyang（L,A,r）

cy=zeros（1,L）;

fori=1:

cy（i）=real（r（（i-1）*A+1））;%?

x4?

end;

12）判决子函数

function[al’]=judge（L,cy）

al’=zeros（1,L）;

fori=1:

ifcy（i）>0%?

al’（i）=1;

else

al’（i）=-1;

end;

13）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）;%?

end;

plot（yt）;title（'?

'）;holdon;%?

end;

14）误比特率计算子函数

function[Pe]=errorB（L,al,al’）

BE=0;

fori=1:

ifal（i）~=al’（i）

BE=BE+1;%?

end;

Pe=BE/L;%?

sprintf（'?

%2.2f%%',Pe*100）

2、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

=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

2）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

，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103T比特间隔接收滤波器输出信号

图113T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128T比特间隔接收滤波器输出信号

图138T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。

3）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，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，采用匹配滤波器可使得系统信息传输质量更高。

四、实验总结：

1、这次实验工作量比较大，而且很多matlab函数不熟悉，经过各种查资料、请教同学，才最终完成。

遇到的最大困难是编程有错误还老是查不出来，以后要多熟悉熟悉matlab函数，减少在编程上的困难。

这次实验收获良多，学会了不少东西，相信下次实验会轻松不少。

2、这次实验开始总是仿真不到需要的图形，理论和仿真差距很大。

后来通过交流，修改了程序，改变一些变量，才最终仿真出一些比较满意的结果。

3、最大的收获是一定要冷静，保持平常心，尤其是在调试程序时，要稳重，忌焦忌燥，否则会越来越麻烦。

展开阅读全文