MATLAB通信仿真講解

1、成績南京工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（論文）題目 帶限數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真課程名稱Matlab通信仿真設(shè)計(jì) _院（系、部、中心） 通信工程學(xué)院 _專業(yè)_無線通信 _班級_學(xué)生姓名_學(xué)號_208130115 _設(shè)計(jì)地點(diǎn)信息樓C 322 _指導(dǎo)教師_設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2015年12月14日至2014年12月18日、課程設(shè)計(jì)目的和要求1. 綜合運(yùn)用信號與線性系統(tǒng)，通信原理，以及 matlab語言等綜合應(yīng)用知識。2. 基本熟悉軟件開發(fā)流程、要點(diǎn)以及注意事項(xiàng)。3. 掌握基帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)的仿真方法。4. 熟悉基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。5. 掌握帶限信道的仿真以及性能分析。6. 通過觀察眼圖判斷信號的傳輸質(zhì)量。7.

2、設(shè)計(jì)和編程，以加深對通信系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的理解，提高學(xué)生利用matlab在通信領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)踐的應(yīng)用能力、分析解決問題的能力；增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)踐應(yīng)用流程模 式的理解。二：課設(shè)設(shè)備1. 硬件：PC機(jī)2. 軟件：MATLAB7.1，Windows7 操作系統(tǒng)三：課程設(shè)計(jì)原理及背景知識在實(shí)際通信中傳輸信道的帶寬是有限的， 這樣的信道稱為帶限信道。帶限信 道的沖激響應(yīng)在時(shí)間上是無限的，因此一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的代表數(shù)據(jù)的波形經(jīng)過帶限信 道后將在鄰近的其他時(shí)隙上形成非零值，稱為波形的拖尾。拖尾和鄰近其他時(shí)隙 上的傳輸波形相互疊加后，形成傳輸數(shù)據(jù)之間的混疊，造成符號間干擾，也稱為 碼間干擾。接收機(jī)中，在每個(gè)傳輸時(shí)隙中的某時(shí)間點(diǎn)

3、上， 通過對時(shí)域混疊后的波 形進(jìn)行采樣，然后對樣值進(jìn)行判決來恢復(fù)接收數(shù)據(jù)。 在采樣時(shí)間位置上符號間的 干擾應(yīng)最小化（該采樣時(shí)刻稱為最佳采樣時(shí)刻），并以適當(dāng)?shù)呐袥Q門限來恢復(fù)接 收數(shù)據(jù)，使誤碼率最小（該門限稱為最佳判決門限）。在工程上，為了便于觀察接收波形中的碼間干擾情況， 可在采樣判決設(shè)備的 輸入端以恢復(fù)的采樣時(shí)鐘作為同步，用示波器觀察該端口的接收波形。利用示波 管顯示的暫時(shí)記憶特性，在示波管上將顯示多個(gè)時(shí)隙內(nèi)接收信號的重疊波形圖Sa(x)=sin x樣時(shí)刻就沒有碼間干擾，例如抽樣函數(shù)然而，抽樣函數(shù)的頻譜時(shí)門案，稱為眼圖。對于傳輸符號為等概的雙極性碼，最佳判決門限為 0,最佳采樣 時(shí)刻為眼圖開口

4、最大處，因?yàn)樵摃r(shí)刻上的碼間干擾最小。 當(dāng)無碼間干擾時(shí)，在最 佳采樣時(shí)刻上眼圖波形將會聚為一點(diǎn)。顯然，只要帶限信號沖擊響應(yīng)的拖尾波在時(shí)隙周期整數(shù)倍上的值為 0,那么在采函數(shù)，物理不可實(shí)現(xiàn)，即使近似實(shí)現(xiàn)也十分困難。 還存在一類無碼間干擾的時(shí)域 函數(shù)，具有升余弦頻率特性，幅頻響應(yīng)是緩變的，在工程上易于實(shí)現(xiàn)，其沖激響 應(yīng)為：匚 ”，sin 5 t/T s) cos(s t /Ts)hr cos t2 22M/Ts1 - 3 2t2/Ts2其中，Ts為碼元傳輸時(shí)隙寬度，0一_1為滾降系數(shù)。a=0時(shí)，退化為矩形門函數(shù)；a=1時(shí)，為全升余弦。其傅里葉變換 Hrcos.,即為相應(yīng)的系統(tǒng)函數(shù)。設(shè)發(fā)送濾波器為GT

5、,物理信道的傳遞函數(shù)為Cid，接收濾波器為GR， 則帶限信號總的傳遞函數(shù)為H二GT CGR。對于物理信道是AWGN信道的情況，可以證明，當(dāng)發(fā)送濾波器與接收濾波器 相互匹配時(shí)，即GT二G*R，系統(tǒng)誤碼率最小。對于理想的物理信道(C )=1)，收發(fā)濾波器相互匹配時(shí)有2H =GT G；= G T由此求得收發(fā)濾波器傳遞函數(shù)的實(shí)數(shù)解為GT = G R = J H無碼間干擾情況下，信道總的傳遞函數(shù)是滾升余弦的，匹配的收發(fā)濾波器稱為平 方根升余弦濾波器，有G T二 G R-/ H rcos 工程上，滾升余弦濾波器和平方根滾升余弦濾波器通常用FIR濾波器來近似實(shí)現(xiàn)。FIR濾波器的分母系數(shù)為1，分子系數(shù)向量等于

6、沖激響應(yīng)的采樣序列。Matlab通信工具箱中提供了設(shè)計(jì)升余弦濾波器的函數(shù)rcosine。函數(shù)rcosine用 ,r,delay)于計(jì)算FIR濾波器時(shí)的用法如下。Num=rcosine(Fd,Fs, fir/normal ：r,delay)fir/normal用于FIR滾升余弦濾波器設(shè)計(jì)num=rcosine(Fd,Fs, fir/sqrt ：r,delay)fir/sqrt用于FIR平方根滾升余弦濾波器設(shè)計(jì)r是滾降系數(shù)；Fd是輸入數(shù)字序列的采樣率即碼元速率；Fs為濾波器的采樣率，F(xiàn)s必須是Fd的整數(shù)倍；delay是輸入到響應(yīng)峰值之間的延遲(單位是碼 元時(shí)隙數(shù))。四：課程設(shè)計(jì)任務(wù)任務(wù)一：升余弦波

7、形及其頻譜研究用MATLAB通信工具箱提供的rcosine 函數(shù)作出一組滾升余弦濾波器的沖擊響應(yīng)，滾降系數(shù)為0， 0.5，0.75，1，并通過FFT求出其幅頻特性。碼元時(shí)隙為1ms，在一個(gè)碼元時(shí)隙內(nèi)采樣10次，濾波器延時(shí)為5個(gè)碼元時(shí)隙。任務(wù)二：滾升余弦濾波器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)滾升余弦濾波器，滾降系數(shù)為0.75。輸入為4元雙極性數(shù)字序列，符號速率為1000波特，設(shè)濾波器采樣率為10000次/s，即在一個(gè)符號間隔中有 10個(gè)采樣點(diǎn)。請建立simulin仿真模型觀察升余弦濾波器的輸出波形，眼圖及功 率譜。任務(wù)三：帶限基帶傳輸模型建立一個(gè)基帶傳輸模型，發(fā)送數(shù)據(jù)為二進(jìn)制雙極性不歸零碼，發(fā)送濾波器為 平方根升余

8、弦濾波器，滾降系數(shù)為0.5,信道為AWGN信道，接收濾波器與發(fā)送 濾波器相匹配。發(fā)送數(shù)據(jù)率為1000bps,要求觀察接收信號眼圖，并設(shè)計(jì)接收機(jī) 采樣判決部分，對比發(fā)送數(shù)據(jù)與恢復(fù)數(shù)據(jù)波形，統(tǒng)計(jì)誤碼率。五：課程設(shè)計(jì)成果內(nèi)容及相關(guān)截圖 任務(wù)一：MATLAB編程如下：clc;Fd=1e3;Fs=Fd*10;delay=5;for r=0,0.5,0.75,1n um=rcos in e(Fd,Fs,fir/n orma lt=0:1/Fs:1/Fs*(le ngth( num)-1);figure(1);plot(t, num);axis(O 0.01-0.2 1.1); holdon;Hw=abs(

9、fft( num,1000);f=(1:Fs/1000:Fs)-1;figure(2);plot(f,Hw);axis(0 1500 0 12); holdon;end升余弦波形圖:f Figure 1匚回岡Fil Edi t ViInsert Teels Resktom Window HlpO &長 S 升余弦波形圖對應(yīng)的幅頻特性曲線:Figure 2任務(wù)二:Scope滾升余弦濾波器和眼圖測試模型模塊分析：系統(tǒng)仿真步進(jìn)設(shè)為1e-4s采用Random Integer Generato產(chǎn)生采樣間隔為1e-3的4 元整數(shù)（0, 1, 2, 3）,并用Unipolar to Bipolar Conv

10、erter模塊將其轉(zhuǎn)換為雙極性（-3, -1,1,3）。通過升速率模塊Upsample將基帶數(shù)據(jù)的采樣速率升高為10000 次每秒，其輸出為沖激脈沖形式的數(shù)據(jù)序列。滾升余弦FIR濾波器以DiscreteFilter模塊實(shí)現(xiàn)，其分母系數(shù)設(shè)置為1,分子系數(shù)通過rcosine函數(shù)計(jì)算。這樣， 就得到了滾降系數(shù)為0.75的滾升余弦濾波器，濾波器延時(shí)時(shí)間為3個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙， 即30個(gè)濾波器采樣間隔。濾波器輸出通過Downsample模塊降低4倍采樣速率， 使送入頻譜儀的采樣率為2500次/s,這樣頻譜儀顯示的頻譜范圍是 01250H Z。 同時(shí)，濾波輸出送入通信模塊庫中的眼圖顯示模塊Discrete-Tim

11、e Eye DiagramScope顯示眼圖。在眼圖顯示模塊中需要設(shè)置：（1）每個(gè)數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)，設(shè)為10；（2） 每次掃描顯示的符號個(gè)數(shù)設(shè)為2,這樣眼圖將顯示2個(gè)符號時(shí)間寬度；（3）顯示所保留的掃描波形軌跡圖，可使用默認(rèn)值；（4）每次顯示的新軌跡數(shù)，也可使用默認(rèn)值；（5）Discrete-Time Eye Diagram Scope模塊可同時(shí)顯示同相支路和正交支路上仿真結(jié)果截圖File Axes Channels Window Help202040-50-60-700.40,60.3Frequency (kHz)1 1.20 0,2Frame: 49I-回函任務(wù)三:Cdleldijn高斯信道

12、下基帶傳輸系統(tǒng)測試模型模塊分析：設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真采樣率為1e4Hz,濾波器采樣速率等于系統(tǒng)仿真采樣率。數(shù)字信號 速率為1000bps,故在進(jìn)入發(fā)送濾波器之前需要 10倍升速率，接收解碼后再以 10倍降速率來恢復(fù)信號傳輸比特率。仿真模型如圖所示，系統(tǒng)分為二進(jìn)制信源、 發(fā)送濾波器、高斯信道、接收匹配濾波器、接收采樣、判決恢復(fù)以及信號測量等 7部分。二進(jìn)制信源輸出雙極性不歸零碼，并想接收端提供原始數(shù)據(jù)以便對比和 統(tǒng)計(jì)誤碼率。發(fā)送濾波器和接收濾波器均為平方根升余弦濾波器，高斯信道采用 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和加法器實(shí)現(xiàn)。接收定時(shí)假設(shè)為理想的，采用脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn) 1000HZ的矩形脈沖作為恢復(fù)定時(shí)脈沖，以乘法器實(shí)現(xiàn)在

13、最佳采樣時(shí)刻對接收濾 波器輸出的采樣。然后對抽樣結(jié)果進(jìn)行門限判決，最佳判決門限為零，判決輸出 結(jié)果在一個(gè)傳輸碼元時(shí)隙內(nèi)不變，最后以10倍降速率采樣得出采樣率為1000HZ 的恢復(fù)數(shù)據(jù)。TriggeredTriggered SubsystemSubsystem保持子系統(tǒng)模型0 00 0 2 204040.60.60.80.81 11.21.21.41.41.61.61.81.82 2TimeTime (ms)(ms)ap2ap2- -s s E E 或 QnELIdQnELId匚-FWork3/D 1 screte Ti:e Eye Diagram Scope口回X,File：Chumls Wi

14、adlow MelpEve Diagram高斯信道下基帶傳輸系統(tǒng)測試眼圖仿真結(jié)果測試誤碼率部分截圖(錯(cuò)誤碼元為 9 9個(gè)，共發(fā)送1000010000個(gè)碼元)Display發(fā)送和接收的二進(jìn)制雙極性不歸零碼A1匚石區(qū)13六：課程設(shè)計(jì)心得與體會在這次課程設(shè)計(jì)中，我有如下幾點(diǎn)總結(jié)與思考：首先：我認(rèn)識了 MATLABMATLAB中的SIMULINKSIMULINK 仿真，通過對照課設(shè)指導(dǎo)書，能獨(dú)立地完成課設(shè)任務(wù)，通過參考相關(guān) MATLABMATLAB方面的書籍，自己能設(shè)計(jì)出一個(gè)SIMULINKSIMULINK的例子。其次：在此次課程設(shè)計(jì)中， 需要用到通信原理方面的相關(guān)知識，然而通信原理是上學(xué)期學(xué)的，其中相關(guān)的知識都已經(jīng)忘得差不多了，我不得不重新拿起通信原理的教材，簡單的看一看，所以說以前學(xué)過的知識要復(fù)習(xí)，要溫故。第三點(diǎn)：不管做啥事都要有計(jì)劃性，要按照計(jì)劃，逐個(gè)攻克，不能“盲，忙”。課設(shè)前兩天，我無計(jì)劃的做