通信原理数字基带传输实验报告.docx
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通信原理数字基带传输实验报告
基带传输系统实验报告
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、通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。
二、实验原理
在数字通信中，有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号，这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。
基带传输系统方框图如下：
基带脉冲输入
噪声
基带传输系统模型如下：
各方框的功能如下：
（1）信道信号形成器（发送滤波器）：
产生适合于信道传输的基带信号波形。
因为其输入一般是经过码型编码器产生的传输码，相应的基本波形通常是矩形脉冲，其频谱很宽，不利于传输。
发送滤波器用于压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。
（2）信道：
是基带信号传输的媒介，通常为有限信道，如双绞线、同轴电缆等。
信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。
另外信道还会引入噪声n（t），一般认为它是均值为零的高斯白噪声。
（3）接收滤波器：
接受信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
（4）抽样判决器：
在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。
（5）定时脉冲和同步提取：
用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取。
三、实验内容
1采用窗函数法和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚讲的基带系统（不调用滤波器设计函数,自己编写程序）
设滤波器长度为N=31，时域抽样频率Fo为4/Ts，滚降系数分别取为0.1、0.5、1，
（1）如果采用非匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统，计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。
（2）如果采用匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统，计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。
（1）非匹配滤波器
窗函数法：
子函数程序：
function[Hf,hn,Hw,w]=umfw（N,Ts,a）
n=[-（N-1）/2:
（N-1）/2];
k=n;
t=k;
fori=1:
N;
if（abs（t（i））==0）
hn（i）=1;
elseif（（1-4*a*a*t（i）*t（i）/Ts/Ts）==0）
hn（i）=sin（pi*t（i）/Ts）/t（i）*Ts/4;
else
hn（i）=sin（pi*t（i）/Ts）*cos（a*pi*t（i）/Ts）/（pi*t（i）/Ts）/（1-4*a*a*t（i）*t（i）/Ts/Ts）;
end;
end;
w=-1:
0.01:
1;
Hw=hn*exp（-j*2*pi*n'*w）;
Hf=hn*exp（-j*2*pi/N*k'*n）;
函数调试程序：
a=input（'a='）;
[hn,Hf,Hw,w]=umfw（31,4,a）;
subplot（3,1,1）;stem（real（hn）,'.'）;title（'平方根升余弦滤波器单位冲击响应时域特性'）;
subplot（3,1,2）;stem（Hf,'.'）;title（'平方根升余弦滤波器单位冲击响应频域特性'）;
subplot（3,1,3）;plot（w,Hw）;title（'频域响应'）;
axis（[-1,1,min（real（Hw））,max（real（Hw））]）;
a=0.1
a=0.5
a=1
频域抽样法：
子函数程序：
function[hn,Hf,f]=umf（N,Ts,a）;
n=[-（N-1）/2:
（N-1）/2];%-15至+15
k=n;
f=k*1/N;%频率抽样为H（f）
f1=（1-a）/（2*Ts）;
f2=（1+a）/（2*Ts）;
Hf=zeros（1,N）;
fori=1:
N%得到频域的升余弦函数
if（abs（f（i））<=f1）
Hf（i）=Ts;
elseif（abs（f（i））<=f2）
Hf（i）=Ts/2*（1+cos（pi*Ts/a*（abs（f（i））-（1-a）/（2*Ts））））;
elseHf（i）=0;
end
end
hn=hn=1/N*Hf*exp（j*2*pi/N*k'*n）;%得到时域升余弦函数，复数表达式
函数调试程序：
a=input（'a='）;
[hn,Hf]=umf（31,4,a）;
[H,w]=freqz（hn）;
subplot（2,1,1）;stem（real（hn）,'.'）;title（'平方根升余弦滤波器单位冲击响应时域特性'）;
subplot（2,1,2）;stem（Hf,'.'）;title（'平方根升余弦滤波器单位冲击响应频域特性'）;
figure
（2）;plot（w,abs（H））;title（'幅频特性'）;
a=0.1时
a=0.5时
a=1
（2）匹配滤波器
窗函数法:
function[Hf,hn,Hw,w]=mfw（N,Ts,a）
%采用窗函数法的滤波器函数,a为滚降系数
n=[-（N-1）/2:
（N-1）/2];
k=n;
t=k;
fori=1:
N;
if（abs（t（i））==0）
hn（i）=1;
elseif（（1-4*a*a*t（i）*t（i）/Ts/Ts）==0）
hn（i）=sin（pi*t（i）/Ts）/t（i）*Ts/4;
else
hn（i）=sin（pi*t（i）/Ts）*cos（a*pi*t（i）/Ts）/（pi*t（i）/Ts）/（1-4*a*a*t（i）*t（i）/Ts/Ts）;
end;
end;
w=-1:
0.01:
1;
HW=hn*exp（-j*2*pi*n'*w）;
Hw=sqrt（HW）;
HF=hn*exp（-j*2*pi/N*k'*n）;
Hf=sqrt（HF）;
a=0.1
a=0.5
a=1
频域抽样法:
子函数程序:
function[hn,Hf,n,f]=mf（N,Ts,a）
n=[-（N-1）/2:
（N-1）/2];%-15至+15
k=n;
f=k*1/N;%频率抽样为H（f）
f1=（1-a）/（2*Ts）;
f2=（1+a）/（2*Ts）;
HF=zeros（1,N）;
Hf=zeros（1,N）;
fori=1:
N%得到频域平方根升余弦函数
if（abs（f（i））<=f1）
HF（i）=Ts;
elseif（abs（f（i））<=f2）
HF（i）=Ts/2*（1+cos（pi*Ts/a*（abs（f（i））-（1-a）/（2*Ts））））;
elseHF（i）=0;
end
end
Hf=sqrt（HF）;
hn=1/N*Hf*exp（j*2*pi/N*k'*n）;%得到时域平方根升余弦函数，复数表达式
函数调用程序:
a=input（'a='）;
[hn,Hf]=mf（31,4,a）;
[H,w]=freqz（hn）;
subplot（2,1,1）;stem（real（hn）,'.'）;title（'平方根升余弦滤波器单位冲击响应时域特性'）;
subplot（2,1,2）;stem（Hf,'.'）;title（'平方根升余弦滤波器单位冲击响应频域特性'）;
figure
（2）;plot（w,abs（H））;title（'幅频特性'）;
a=0.1
第一零点带宽为w=1.012rad/s
a=0.5
第一零点带宽为w=1.215rad/s
a=1
第一零点带宽为1.62rad/s
2．根据基带系统模型，编写程序，设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统。
要求要传输的二进制比特个数、比特速率Rb（可用与Ts的关系表示）、信噪比SNR、滚降系数α是可变的。
（1）信源子函数
function[dn]=source（L,Tb）
%定义信源函数source,产生信源序列
%输入:
L序列长度,Tb码元宽度
%输出:
dn双极性信源序列
an=sign（rand（1,L）-0.5）;%产生一组-1,1等概的随机序列
dn=zeros（1,L）;
fori=1:
L
dn（1+（i-1）*Tb）=an（i）;%插值，在相邻两数间插入Tb-1个0，得到插值后的发送序列；
end
（2）滤波器函数同实验内容一
（3）噪声函数
function[n0]=noise（SNR,xn,L,Tb,N）
%定义噪声函数
%输入:
SNR为可调信噪比，xn为发送滤波器的输出信号
%输出:
n0为高斯噪声序列
Eb=0;
fori=1:
length（xn）
Eb=Eb+（abs（xn（i）））.^2;%总比特能量
end
Eb=Eb/L;%平均比特能量
n0=sqrt（Eb/（2*10.^（SNR/10）））*randn（1,（L+（Tb-1）*（L-1）+N-1））;%得到均值为0,方差为sqrt（Eb/（2*10.^（SNR/10）））的高斯噪声
（4）抽样判决函数
function[bn]=adjudge（L,Tb,rn）
%rn为接收滤波器输出信号，bn为判决输出序列
zn=zeros（1,L）;
bn=zeros（1,L）;
fori=1:
L
zn（i）=real（rn（（i-1）*Tb+1））;%对rn每隔Tb进行抽样
end
bn=sign（zn）;
采用匹配滤波器的基带传输系统的主函数:
L=input（'二进制比特个数='）;%输入二进制比特个数
Tb=input（'比特周期='）;%输入比特周期
Ts=input（'码元周期='）;%输入码元周期
Rb=1/Tb;%比特传输速率
N=31;%滤波器阶数
a=input（'滚降系数='）;%输入滚降系数
SNR=input（'信噪比='）;%输入信噪比
m=-（N-1）/2:
（L*Tb-Tb+1+N-1-（N+1）/2）;%发送滤波器输出序列横坐标显示范围
n=-（N-1）/2:
（N-1）/2;
o=-N:
L+（Tb-1）*（L-1）+N-3;%接收滤波器输出序列横坐标显示范围
[dn]=source（L,Tb）;%生成信源序列dn
[hn,Hf,f]=mf（N,Ts,a）;%得到发送滤波器单位冲击响应
xn=conv（hn,dn）;%发送滤波器输入序列卷积发送滤波器单位冲击响应,得到发送滤波器输出序列
[n0]=noise（SNR,xn,L,Tb,N）;%产生噪声序列
yn=n0+xn;%加入噪声后的序列
rn0=conv（yn,hn）;%接收滤波器输出序列
rn=rn0（N:
N+L+（Tb-1）*（L-1）-1）;%从N开始判决
[bn]=adjudge（L,Tb,rn）;%bn为判决序列
figure
（1）;
subplot（3,2,1）;stem（dn,'.'）;title（'发送滤波器输入序列'）;
subplot（3,2,2）;plot（m,xn）;title（'发送滤波器输出序列'）;
subplot（3,2,3）;plot（m,n0）;title（'噪声序列'）;
subplot（3,2,4）;plot（m,yn）;title（'接收滤波器
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