通信原理实验数字基带传输仿真实验.docx
《通信原理实验数字基带传输仿真实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理实验数字基带传输仿真实验.docx（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
通信原理实验数字基带传输仿真实验
数字基带传输实验
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、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。
二、系统框图及编程原理
1.带限信道的基带系统模型（连续域分析）
✧输入符号序列――
✧发送信号――――比特周期，二进制码元周期
✧发送滤波器――或或
✧发送滤波器输出――
✧信道输出信号或接收滤波器输入信号
（信道特性为1）
✧接收滤波器――或或
✧接收滤波器的输出信号
其中
（画出眼图）
✧如果位同步理想，则抽样时刻为
✧抽样点数值为（画出星座图）
✧判决为
2.升余弦滚降滤波器
式中称为滚降系数，取值为,是常数。
时，带宽为Hz；时，带宽为Hz。
此频率特性在内可以叠加成一条直线，故系统无码间干扰传输的最小符号间隔为s，或无码间干扰传输的最大符号速率为Baud。
相应的时域波形为
此信号满足
在理想信道中，，上述信号波形在抽样时刻上无码间干扰。
如果传输码元速率满足，则通过此基带系统后无码间干扰。
3.最佳基带系统
将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统，而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能。
要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。
由于最佳基带系统的总特性是确定的，故最佳基带系统的设计归结为发送滤波器和接收滤波器特性的选择。
设信道特性理想，则有
（延时为0）
有
可选择滤波器长度使其具有线性相位。
如果基带系统为升余弦特性，则发送和接收滤波器为平方根升余弦特性。
由模拟滤波器设计数字滤波器的时域冲激响应
升余弦滤波器（或平方根升余弦滤波器）的带宽为，故其时域抽样速率至少为，取，其中为时域抽样间隔，归一化为1。
抽样后，系统的频率特性是以为周期的，折叠频率为。
故在一个周期内以间隔抽样，N为抽样个数。
频率抽样为，。
相应的离散系统的冲激响应为
将上述信号移位，可得因果系统的冲激响应。
5．基带传输系统（离散域分析）
✧输入符号序列――
✧发送信号――――比特周期，二进制码元周期
✧发送滤波器――
或
✧发送滤波器输出――
✧信道输出信号或接收滤波器输入信号
（信道特性为1）
✧接收滤波器――
或
✧接收滤波器的输出信号
（画出眼图）
✧如果位同步理想，则抽样时刻为
✧抽样点数值为（画出星座图）
✧判决为
三．实验内容
1、如发送滤波器长度为N=31，时域抽样频率为F_0=4/T_s,滚降系数分别取为0.1、0.5、1，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。
以此发送滤波器构成最佳基带系统，计算并画出接收滤波器的输出信号波形和整个基带系统的频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。
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R_b（可用与Ts的关系表示）、信噪比SNR、滚降系数α是可变的。
1）生成一个0、1等概率分布的二进制信源序列（伪随机序列）。
可用MATLAB中的rand函数生成一组0~1之间均匀分布的随机序列，如产生的随机数在（0，0.5）区间内，则为0；如果在（0.5，1）区间内，则为1。
2）基带系统传输特性设计。
可以采用两种方式，一种是将系统设计成最佳的无码间干扰的系统，即采用匹配滤波器，发送滤波器和接收滤波器对称的系统，发送滤波器和接收滤波器都是升余弦平方根特性；另一种是不采用匹配滤波器方式，升余弦滚降基带特性完
全由发送滤波器实现，接收滤波器为直通。
3）产生一定方差的高斯分布的随机数，作为噪声序列，叠加到发送滤波器的输出信号上引入噪声。
注意噪声功率（方差）与信噪比的关系。
信道高斯噪声的方差为σ2，单边功率谱密度N_0=2σ^2，如计算出的平均比特能量为Eb，则信噪比为SNR=10?
log10（Eb/N0）。
4）根据接收滤波器的输出信号，设定判决电平，在位同步理想情况下，抽样判决后得到接收到的数字信息序列波形。
3、假设加性噪声不存在，传输64个特定的二进制比特，如果比特速率R_b=1/T_s，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，求出
抽样判决后的数字序列。
如果将比特速率改为R_b=3/（4T_s）、4/（5T_s），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，求出抽样判决后的数字序列。
4、传输1000个随机的二进制比特，比特速率Rb=1/Ts，信噪比分别取1dB、3dB、5dB时，得到相应的恢复数字信息序列，基带系统分别为匹配滤波器形式和非匹配滤波器形式、滚降系数分别为0.3、0.8，画出发送数字信息序列和接收数字信息序列的星座图，根据星座图判断信息传输质量。
讨论信噪比、匹配滤波器和滚降系数对系统信息传输质量的影响。
三、实验内容及程序分析
I、实验一：
发送滤波器长度为N=31，时域抽样频率F0为4/Ts，滚降系数分别取0.1、0.5、1，
计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性。
以此发送滤波器构成最佳基带系统，计算并画出接收滤波器的输出信号波形和整个基带系统的频率特性。
实验程序：
N=32;%抽样点数32
L=4;
M=N/L;%码元数
Rs=0.25;
Ts=1/Rs;
fs=L/Ts;
Bs=fs/2;
T=N/fs;
t=-T/2+[0:
N-1]/fs;
f=-Bs+[0:
N-1]/T;
%升余弦滚降alpha=0.5
alpha=0.5;
Hcos=zeros（1,N）;
ii=find（abs（f）>（1-alpha）/（2*Ts）&abs（f）<=（1+alpha）/（2*Ts））;
Hcos（ii）=Ts/2*（1+cos（pi*Ts/alpha*（abs（f（ii））-（1-alpha）/（2*Ts））））;
ii=find（abs（f）<=（1-alpha）/（2*Ts））;
Hcos（ii）=Ts;
%genshengyuxian
Hrcos=sqrt（Hcos）;
ft=zeros（1,N）;
ft=real（f2t（Hrcos,fs））;
%alpha=0.1
alpha=0.1;
Hcos1=zeros（1,N）;
ii=find（abs（f）>（1-alpha）/（2*Ts）&abs（f）<=（1+alpha）/（2*Ts））;
Hcos1（ii）=Ts/2*（1+cos（pi*Ts/alpha*（abs（f（ii））-（1-alpha）/（2*Ts））））;
ii=find（abs（f）<=（1-alpha）/（2*Ts））;
Hcos1（ii）=Ts;
%genshengyuxian
Hrcos1=sqrt（Hcos1）;
ft1=zeros（1,N）;
ft1=real（f2t（Hrcos1,fs））;
%升余弦滚降alpha=1
alpha=1;
Hcos2=zeros（1,N）;
ii=find（abs（f）>（1-alpha）/（2*Ts）&abs（f）<=（1+alpha）/（2*Ts））;
Hcos2（ii）=Ts/2*（1+cos（pi*Ts/alpha*（abs（f（ii））-（1-alpha）/（2*Ts））））;
ii=find（abs（f）<=（1-alpha）/（2*Ts））;
Hcos2（ii）=Ts;
%genshengyuxian
Hrcos2=sqrt（Hcos2）;
ft2=zeros（1,N）;
ft2=real（f2t（Hrcos2,fs））;
%画图
subplot（3,2,2）;
stem（f,Hrcos1,'.'）;
axis（[-Bs,Bs,0,max（Hrcos1）]）;
title（'alpha=0.1的根升余弦发送滤波器的频域波形'）;
grid;
subplot（3,2,1）;
stem（t,ft1,'.'）;
axis（[-T/2,T/2,1.1*min（ft1）,1.1*max（ft1）]）;
grid;
title（'alpha=0.1的根升余弦的发送滤波器的时域冲激响应'）;
subplot（3,2,4）;
stem（f,Hrcos,'.'）;
axis（[-Bs,Bs,0,max（Hrcos）]）;
title（'alpha=0.5的根升余弦发送滤波器的频域波形'）;
grid;
subplot（3,2,3）;
stem（t,ft,'.'）;
axis（[-T/2,T/2,1.1*min（ft）,1.1*max（ft）]）;
grid;
title（'alpha=0.5的根升余弦的发送滤波器的时域冲激响应'）;
subplot（3,2,6）;
stem（f,Hrcos2,'.'）;
axis（[-Bs,Bs,0,max（Hrcos2）]）;
title（'alpha=1的根升余弦发送滤波器的频域波形'）;
grid;
subplot（3,2,5）;
stem（t,ft2,'.'）;
axis（[-T/2,T/2,1.1*min（ft2）,1.1*max（ft2）]）;
grid;
title（'alpha=1的根升余弦的发送滤波器的时域冲激响应'）;
实验一仿真结果：
2、实验二
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）生成一个0、1等概率分布的二进制信源序列（伪随机序列）。
可用MATLAB中的
rand函数生成一组0~1之间均匀分布的随机序列，如产生的随机数在（0，0.5）区间内，
则为0；如果在（0.5，1）区间内，则为1。
2）基带系统传输特性设计。
可以采用两种方式，一种是将系统设计成最佳的无码间干
扰的系统，即采用匹配滤波器，发送滤波器和接收滤波器对称的系统，发送滤波器和接收
滤波器都是升余弦平方根特性；另一种是不采用匹配滤波器方式，升余弦滚降基带特性完
全由发送滤波器实现，接收滤波器为直通。
3）产生一定方差的高斯分布的随机数，作为噪声序列，叠加到发送滤波器的输出信
号上引入噪声。
注意噪声功率（方差）与信噪比的关系。
信道高斯噪声的方差为，单
边功率谱密度N0=2，如计算出的平均比特能量为Eb，则信噪比为
SNR=10*log10（Eb/N0）。
4）根据接收滤波器的输出信号，设定判决电平，在位同步理想情况下，抽样判决后
得到接收到的数字信息序列波形。
实验二系统程序：
1、（采用匹配滤波器）
%输入符号序列,形成发送信号
M=8;%符号数
N=32;%抽样点数
L=4;
T0=1;Ts=L*T0;
Rs=1/Ts;
fs=1/T0;%抽样频率
Bs=fs/2;%折叠频率
T=N/fs;
t=-T/2+[0:
N-1]/fs;
f=-Bs+[0:
N-1]/T;
x=1-2*（rand（1,M）>0.5）;
x0=x>0;
n=0:
M-1;
subplot（5,2,1）,stem（x0,'b.'）;
axis（[0M+1
升级会员 