通信原理实验.docx

1、通信原理实验通信原理实验 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 ? 输入符号序列 比特周期，二进制码元周期 ? 发送信号? 发送滤波器 ? 发送滤波器输出 或或? 信道输出信号或接收滤波器输入信号? 接收滤波器 ? 接收滤波器的输出信号 或或其中? 如果位同步理想，则抽样时刻为 ?

2、 抽样点数值为? 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 3. 最佳基带系统 ，则通过此基带系统后无码间干扰。 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。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

3、波器和接收滤波器特性的选择。 设信道特性理想，则有 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。 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。 为周期的，折叠频率为。故在一个周期内抽样后，系统的频率特性是以以间隔抽样，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 ? 输入符号序列 比特周期，二进制码元周期 ? 发送信号? 发送滤波器边功率谱密度N0 = 2?2 ， 如计算出的平均比特能量为

4、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、 %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); x0=x0; n=0:M-1; subplot(5,2,1),stem(x0,b.); ax

5、is(0 M+1 0 ) title(输入符号序列); n=0:L*M-1; x1=zeros(1,L*M); for i=1:M x1(L*i-(L-1)=x(i); end subplot(522);stem(n,x1,.); title(发送信号); %根升余弦的发送滤波器 alpha=1; h=sqrtsyx(alpha,N); subplot(523);stem(t,h,.); axis(-T/2,T/2,*min(h),*max(h); title(平方根升余弦发送滤波器的时域冲激响应); %发送滤波器输出 y=conv(x1,h); n=-T/2:L*M-1-T/2+N-1; s

6、ubplot(524);plot(n,y) axis(-T/2,L*M-1-T/2+N-1,*min(y),*max(y); title(发送滤波器输出波形); 12*sgma) title(噪声); %产生接收滤波器输入信号 y1=y+n0; subplot(526);plot(n,y1); axis(-T/2,L*M-1-T/2+N-1,*min(y1),*max(y1); title(接收滤波器输入信号); %根升余弦的接收滤波器 subplot(527);stem(t,h,.); axis(-T/2,T/2,*min(h),*max(h); title(平方根升余弦接收滤波器的时域冲激

7、响应); %接收滤波器输出波形 r=conv(y1,h); n=-T:L*M-1-T+2*(N-1); subplot(528);stem(n,r,.) axis(-T,L*M-1-T+2*(N-1),*min(r),*max(r); title(接收滤波器输出波形); %抽样判决 sam=zeros(1,M); for i=0:M-1 c=find(n=i*fs/Rs);sam(i+1)=r(c); end n1=0:M-1; subplot(5,2,9),stem(n1,sam,.); title(抽样值) b=zeros(1,M); for i=1:M if sam(i)0 b(i)=1

8、;end end subplot(5,2,10),stem(b,b.); axis(0 M+1 0 ) title(判决结果); %眼图 eyediagram(y,L,1,0); title(发送滤波器输出信号眼图); eyediagram(r,L,1,0); title(接收滤波器输出信号眼图); %星座图 scatterplot(y,L,0,r+); title(发送滤波器输出信号星座图); scatterplot(r,L,0,r+); title(接收滤波器输出信号星座图); 实验二仿真结果： 采用匹配滤波方式下系统的可靠性很高。 2、 %输入符号序列,形成发送信号 M=8;%符号数 k

9、=4; T0=1;Ts=k*T0; Rs=1/Ts; fs=1/T0;%抽样频率 Bs=fs/2;%折叠频率 x=1-2*(rand(1,M); x0=x0; n=0:M-1; subplot(4,2,1),stem(x0,b.); axis(0 M+1 0 ) title(输入符号序列); n=0:k*M-1; x1=zeros(1,k*M); for i=1:M x1(k*i-(k-1)=x(i); end subplot(4,2,2);stem(n,x1,.); title(发送信号); %升余弦滚降滤波器 N=31; alpha=1; h,n=syx(alpha,N); subplot

10、(4,2,3);stem(n,h,.) title(升余弦滚降滤波器); %发送滤波器输出 y=conv(x1,h); n=-(N-1)/2:k*M-1+(N-1)/2; subplot(4,2,4);plot(0=gnguass(0,sgma,P); t=0:P-1; subplot(425);plot(t,n0); axis(0 P-1 -12*sgma 12*sgma) title(噪声); %形成接收信号 r=y+n0; subplot(426);plot(n,r); axis(-(N-1)/2,k*M-1+(N-1)/2,*min(r),*max(r); title(接收信号); %

11、抽样判决 sam=zeros(1,M); for i=0:M-1 c=find(n=i*fs/Rs);sam(i+1)=r(c); end n1=0:M-1; subplot(4,2,7),stem(n1,sam,.); title(抽样值) b=zeros(1,M); for i=1:M if sam(i)0 b(i)=1;end end subplot(4,2,8),stem(b,b.); axis(0 M+1 0 ) title(判决结果); %眼图 eyediagram(y,k,1,3); title(发送滤波器输出信号眼图); eyediagram(r,k,1,3); title(接

12、收滤波器输出信号眼图); %星座图 scatterplot(y,k,0,r+); title(发送滤波器输出信号星座图); scatterplot(r,k,0,r+); title(接收滤波器输出信号星座图); 仿真结果； 发送滤波器信号输出眼图 接受滤波器接受信号眼图 发送滤波器输出信号星座图 接受发送滤波器接收信号星座图 实验分析： 通过对发、接收滤波器信号眼图和星座图分析，可以看接收滤波器的采用，对输出信号有显著的影响，采用匹配滤波器，信号误差相当较小。 实验三： 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Rb =1/Ts，基带系 统不采用匹配滤波器，画出接收滤波器的输

13、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Rb?45TS，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。 1、 不采用匹配滤波器Rb =1/Ts %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); x0=x0; n=0:M-1; subplot(3,2,1),stem(x0,b

14、.); axis(0 M+1 0 ) title(输入符号序列); n=0:L*M-1; x1=zeros(1,L*M); for i=1:M x1(L*i-(L-1)=x(i); end subplot(322);stem(n,x1,.); title(发送信号); %升余弦的发送滤波器 alpha=1; h=syx2(alpha,N); subplot(323);stem(t,h,.); axis(-T/2,T/2,*min(h),*max(h); title(升余弦发送滤波器的时域冲激响应); %发送滤波器输出 y=conv(x1,h); n=-T/2:L*M-1-T/2+N-1; su

15、bplot(324);stem(n,y,.) axis(-T/2,L*M-1-T/2+N-1,*min(y),*max(y); title(发送滤波器输出波形); %抽样判决 sam=zeros(1,M); for i=0:M-1 c=find(n=i*fs/Rs);sam(i+1)=y(c); end n1=0:M-1; subplot(3,2,5),stem(n1,sam,.); title(抽样值) b=zeros(1,M); for i=1:M if sam(i)0 b(i)=1;end end subplot(3,2,6),stem(b,b.); axis(0 M+1 0 ) tit

16、le(判决结果); %眼图 eyediagram(y,L,1,0); title(接收滤波器输出信号眼图); 不采用匹配滤波器Rb =1/Ts的仿真结果 仿真分析：可以看出此时判决序列无失真的恢复了原始序列。 接受滤波器接收信号眼图 仿真分析：眼睛睁得很大，除一个眼有少许畸变之外无明显失真。噪声容限大，抗噪性能好。 2、不采用匹配滤波器Rb=4/5/Ts %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; Rb=4/5/Ts; Tb=1/Rb; fs=1/T0;%抽样频率 Bs=fs/2;%折叠频率 T=N/fs; t=-T/2+0:N-

17、1/fs; f=-Bs+0:N-1/T; x=1-2*(rand(1,M); x0=x0; n=0:M-1; subplot(3,2,1),stem(x0,b.); axis(0 M+1 0 ) title(输入符号序列); n=0:Tb*M-1; x1=zeros(1,Tb*M); for i=1:M x1(Tb*i-(Tb-1)=x(i); end subplot(322);stem(n,x1,.); title(发送信号); %升余弦的发送滤波器 alpha=1; h=syx2(alpha,N); subplot(323);stem(t,h,.); axis(-T/2,T/2,*min(

18、h),*max(h); title(升余弦发送滤波器的时域冲激响应); %发送滤波器输出 y=conv(x1,h); n=-T/2:Tb*M-1-T/2+N-1; subplot(324);stem(n,y,.) axis(-T/2,Tb*M-1-T/2+N-1,*min(y),*max(y); title(发送滤波器输出波形); %抽样判决 sam=zeros(1,M); for i=0:M-1 c=find(n=i*Ts);sam(i+1)=y(c); end n1=0:M-1; subplot(3,2,5),stem(n1,sam,.); title(抽样值) b=zeros(1,M);

19、 for i=1:M if sam(i)0 b(i)=1;end end subplot(3,2,6),stem(b,b.); axis(0 M+1 0 ) title(判决结果); %眼图 eyediagram(y,L,1,0); title(接收滤波器输出信号眼图); 不采用匹配滤波器Rb=4/5/Ts时仿真结果； 实验仿真分析：判决序列跟原始序列比在n=8处有明显的误判。 接受滤波器接收信号眼图 仿真分析：眼图眼睁得不大，有明显码间干扰。 实验四： 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

20、匹配滤波器形式和非匹配滤波器形式、 滚降系数分别为、，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。 严格说，系统的传输质量应用误比特率来衡量，可以采用Monte Carlo 仿真实 现，在下面实验中进行。 1、采用不匹配的滤波器方式下的信噪比分别取1dB、3dB、5dB for SNR=1:2:5figure; %输入符号序列,形成发送信号 M=8;%符号数 k=4; N=M*k;%抽样点数 T0=1;Ts=k*T0; Rs=1/Ts; fs=1/T0;%抽样频率 Bs=fs/2;%折叠频率 T=N/f

21、s; t=-T/2+0:N-1/fs; f=-Bs+0:N-1/T; x=1-2*(rand(1,M); x0=x0; n=0:M-1; subplot(4,2,1),stem(x0,b.); axis(0 M+1 0 ) title(输入符号序列); n=0:k*M-1; x1=zeros(1,k*M); for i=1:M x1(k*i-(k-1)=x(i); end subplot(4,2,2);stem(n,x1,.); title(发送信号); %升余弦的发送滤波器 alpha=1; h=syx2(alpha,N); subplot(423);stem(t,h,.); axis(-T

22、/2,T/2,*min(h),*max(h); title(升余弦发送滤波器的时域冲激响应);%发送滤波器输出 y=conv(x1,h); n=-T/2:L*M-1-T/2+N-1; subplot(424);stem(n,y,.) axis(-1; subplot(425);plot(t,n0); axis(0 P-1 -12*sgma 12*sgma) title(噪声); %形成接收信号 r=y+n0; subplot(426);plot(n,r); axis(-(N-1)/2,k*M-1+(N-1)/2,*min(r),*max(r); title(接收信号); %抽样判决 sam=z

23、eros(1,M); for i=0:M-1 c=find(n=i*fs/Rs);sam(i+1)=r(c); end n1=0:M-1; subplot(4,2,7),stem(n1,sam,.); title(抽样值) b=zeros(1,M); for i=1:M if sam(i)0 b(i)=1;end end subplot(4,2,8),stem(b,b.); axis(0 M+1 0 ) title(判决结果); %星座图 scatterplot(y,k,0,r+); title(发送滤波器输出信号星座图); scatterplot(r,k,0,r+); title(接收滤波器

24、输出信号星座图); end 仿真结果；信噪比取1dB 仿真分析：信噪比太低，恢复数字序列有明显失真。 发送滤波器发送信号星座图 接收滤波器接收信号星座图 信噪比取3dB 仿真分析：恢复数字序列有失真。 、发送滤波器发送信号星座图 接收滤波器接收信号星座图 信噪比取5dB 判决信号无失真的恢复了原始发送序列。 实验仿真分析：判决信号无失真的恢复了原始发送序列。 发送滤波器输出信号眼图 接收滤波器接收信号星座图 2、采用不匹配的滤波器方式下的alpha=， for alpha=:figure; %输入符号序列,形成发送信号 M=8;%符号数 k=4; N=M*k;%抽样点数 T0=1;Ts=k*T

25、0; 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); x0=x0; n=0:M-1; subplot(4,2,1),stem(x0,b.); axis(0 M+1 0 ) title(输入符号序列); n=0:k*M-1; x1=zeros(1,k*M); for i=1:M x1(k*i-(k-1)=x(i); end subplot(4,2,2);stem(n,x1,.); title(发送信号); %升余弦的发送滤波器 h=syx2(alpha,N

26、); subplot(423);stem(t,h,.); axis(-T/2,T/2,*min(h),*max(h); title(升余弦发送滤波器的时域冲激响应);%发送滤波器输出 y=conv(x1,h); n=-T/2:L*M-1-T/2+N-1; subplot(4 P=M*fs/Rs+N-1; n0=gnguass(0,sgma,P); t=0:P-1; subplot(425);plot(t,n0); axis(0 P-1 -12*sgma 12*sgma) title(噪声); %形成接收信号 r=y+n0; subplot(426);plot(n,r); axis(-(N-1)

27、/2,k*M-1+(N-1)/2,*min(r),*max(r); title(接收信号); %抽样判决 sam=zeros(1,M); for i=0:M-1 c=find(n=i*fs/Rs);sam(i+1)=r(c); end n1=0:M-1; subplot(4,2,7),stem(n1,sam,.); title(抽样值) b=zeros(1,M); for i=1:M if sam(i)0 b(i)=1;end end subplot(4,2,8),stem(b,b.); axis(0 M+1 0 ) title(判决结果); %星座图 scatterplot(y,k,0,r+

28、); title(发送滤波器输出信号星座图); scatterplot(r,k,0,r+); title(接收滤波器输出信号星座图); End 仿真结果； alpha= alpha= 四、分析总结 1、最佳基带系统要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。例如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。 最佳基带系统可最大可能的抑制噪声。消除码间干扰。 2、输入信号信噪比越大，系统的可靠性越高。升余弦滚降系数?；影响滤波器的带宽;当a= 0时，带宽为1/ 2Ts Hz；a=1时，带宽为1/Ts Hz。即?越大带宽越大。影响旁瓣衰减。? 越小时域旁瓣衰减越慢，频域带宽越窄，信息传输质量越不保障。 3、眼图是指通过示波器观察接收端输出的基带信号波形，从而估计和调整系统性能。眼睛睁得越大，噪声容限越大，系统抗噪性能越好。