基帶信號(hào)眼圖實(shí)驗(yàn)——matlab仿真

1、基帶信號(hào)眼圖實(shí)驗(yàn)一一 matl a b 仿真作者：日期:數(shù)字基帶信號(hào)的眼圖實(shí)驗(yàn)matla b仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握無(wú)碼間干擾傳輸?shù)幕緱l件和原理，掌握基帶升余弦滾降系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法;2、通過(guò)觀察眼圖來(lái)分析碼間干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并觀察在輸入相同碼率的N 基帶信號(hào)下，不同濾波器帶寬對(duì)輸出信號(hào)碼間干擾大小的影響程度；3、熟悉MATL A B語(yǔ)言編程。RZ二、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)數(shù)字通信原理第七章7.1節(jié)一一奈奎斯特第一準(zhǔn)則內(nèi)容；2、復(fù)習(xí)數(shù)字通信原理第七章 7. 2節(jié)一一數(shù)字基帶信號(hào)碼型內(nèi)容;3、認(rèn)真閱讀本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟。三、實(shí)驗(yàn)原理和電路說(shuō)明1、基帶傳輸特性基帶系統(tǒng)的分析模型如圖3-1所

2、示，要獲得良好的基帶傳輸系統(tǒng)，就應(yīng)該an t nTs基帶傳輸H()anh t nTsn j抽樣判決n圖3-1霉帶系統(tǒng)的分析模型抑制碼間干擾。設(shè)輸入的基帶信號(hào)為an t nTs , Ts為基帶信號(hào)的碼元周期n帶傳輸系統(tǒng)后的輸出碼元為anh t nTs 。其中n1j th(t) H()ejtd理論上要達(dá)到無(wú)碼間干擾，依照奈奎斯/I第一準(zhǔn)則，基帶傳輸系統(tǒng)在時(shí)域應(yīng)滿(mǎn)足：,則經(jīng)過(guò)基? (3-1 )h(kTs)1, k 00,k為其他整數(shù)?7 3 2)頻域應(yīng)滿(mǎn)足:H()TS? 7 3-3)0,其他H H(圖3 -2 理想基帶傳輸特性此時(shí)頻帶利用率為 2Baud /Hz,這是在抽樣值無(wú)失真條件下 ,所能達(dá)到

3、的最高頻率利用率。由于理想的低通濾波器不容易實(shí)現(xiàn)，而且時(shí)域波形的拖尾衰減太慢，因此在得不到嚴(yán)格定時(shí)時(shí)，碼間干擾就可能較大。在一般情況下，只要滿(mǎn)足：Ts,? (3 一 4)iH2T1H2rH() H 今基帶信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間干擾傳輸。這種濾波器克服了拖尾太慢的問(wèn)題。到實(shí)際的濾波器的實(shí)現(xiàn)來(lái)考慮，采用具有升余弦頻譜特性 H()時(shí)是適宜的。1 sin 工()2TsH( )1,0,(1)Ts(1)Ts0? ? (3-5)Ts(1)Ts這里稱(chēng)為滾降系數(shù)，01。所對(duì)應(yīng)的其沖激響應(yīng)為tsin 一，小Ts cos( t Ts)h(t)廣 2 2. s2 ?(3-6)t 14 t TsTs此時(shí)頻帶利用率降為 2/

4、(1) Baud/ Hz ,這同樣是在抽樣值無(wú)失真條件下，所能達(dá)到的最高頻率利用率。換言之，若輸入碼元速率Rs 1/Ts,則該基帶傳輸系統(tǒng)輸出碼元會(huì)產(chǎn)生碼間干擾。2、眼圖所謂眼圖就是將接收濾波器輸出的，未經(jīng)再生的信號(hào)，用位定時(shí)以及倍數(shù)作為同步信號(hào) 在示波器上重復(fù)掃描所顯示的波形 (因傳輸二進(jìn)制信號(hào)時(shí)，類(lèi)似人的眼睛)。干擾和失真所產(chǎn)生的畸變可以很清楚的從眼圖中看出。眼圖反映了系統(tǒng)的最佳抽樣時(shí)間，定時(shí)的靈敏度，噪音容限，信號(hào)幅度的畸變范圍以及判決門(mén)限電平，因此通常用眼圖來(lái)觀察基帶傳輸系統(tǒng)的好壞。判決門(mén)限電平過(guò)零點(diǎn)畸變軸樣音號(hào)贏最佳搠樣時(shí)刻對(duì)定時(shí)送差 的靈敏度圖3-3眼圖示意圖四、仿真環(huán)境Windo

5、ws NT/200 0 / X P/W i ndow s 7 /V I STA;MAT LAB V 6 .0 以上。五、仿真程序設(shè)計(jì)1、程序框架圖3- 4推序框架首先，產(chǎn)生M進(jìn)制雙極性NRZ碼元序列，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的抽樣頻率對(duì)該NRZ碼元序列進(jìn)行抽樣，再將抽樣序列送到升余弦滾降系統(tǒng)，最后畫(huà)出輸出碼元序列眼圖。2、參數(shù)設(shè)置該仿真程序應(yīng)具備一定的通用性，即要求能調(diào)整相應(yīng)參數(shù)以仿真不同的基帶傳輸系統(tǒng)，并觀察輸出眼圖情況。因此，對(duì)于NRZ碼元進(jìn)制M、碼元序列長(zhǎng)度 Num、碼元速率 Rs,采樣頻率Fs、升余弦滾降濾波器參考碼元周期Ts、滾降系數(shù)alpha、在同一個(gè)圖像窗口內(nèi)希望觀測(cè)到的眼圖個(gè)數(shù)E y e

6、_num等均應(yīng)可以進(jìn)行合理設(shè)置。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)題目?jī)?nèi)容，設(shè)置仿真程序參數(shù)，編寫(xiě)仿真程序，仿真波形，并進(jìn)行分析給出結(jié) 論。4、仿真結(jié)果參考參考例程參數(shù)設(shè)置如下:無(wú)碼間干擾時(shí)：Ts=1e-2;位s%升余弦滾降濾波器的理想?yún)⒖即a元周期，單Fs =1e3;Rs=5 0 ;M=2;N u m=1 0 0 ;%采樣頻率，單位H z。注意：該數(shù)值過(guò)大將%嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間%輸入碼元速率，單位Baud%輸入碼元進(jìn)制%輸入碼元序列長(zhǎng)度。 注意：該數(shù)值過(guò)大將%嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間%在一個(gè)窗口內(nèi)可觀測(cè)到的眼圖個(gè)數(shù)。圖3-5 (a)仿真參考結(jié)果圖(1)M普逐X線過(guò)升弦嚷降系統(tǒng)后的碼元10-15001000

7、150020002500圖3-5(b)仿真參考結(jié)果圖(2),5口,5 cd cd幗理叩埋圖3 5 (c)仿真參考結(jié)果圖(3)從眼圖張開(kāi)程度可以得出沒(méi)有發(fā)生碼間干擾，這是因?yàn)榛鶐盘?hào)的碼元速率 Rs為50Baud,而升余弦滾降濾波器和 FIR濾波器的等效帶寬B =60H z (T s =10ms), Rsv 2B , 滿(mǎn)足了奈奎斯特第一準(zhǔn)則的條件。有碼間干擾時(shí)：%升余弦滾降濾波器的參考碼元周期，單Ts=5*( 1 e-2 );Fs=1e3;R s = 50;M=2;N um=1 0 0;%采樣頻率，單位 Hz。注意：該數(shù)值過(guò)大將%嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間%輸入碼元速率，單位 Baud%輸入碼元進(jìn)制%

8、輸入碼元序列長(zhǎng)度。注意：該數(shù)值過(guò)大將Eye_n u m = 2;%在一個(gè)窗口內(nèi)可觀測(cè)到的眼圖個(gè)數(shù)。冏西蔗X朝一鱉中也基帶信號(hào)眼圖101520253036 加5-1505-16 1 o-Dk /%嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間圖3 -5(d)仿真參考結(jié)果圖(4)眼圖基本閉合，存在較為嚴(yán)重的碼間干擾，這是因?yàn)榇a元速率Rs雖然仍為50Baud,但濾波器等效帶寬已經(jīng)變?yōu)?2Hz(T s =50m s ) , Rs 2 B不再滿(mǎn)足奈奎斯特第一準(zhǔn)則。多進(jìn)制碼元情況基帶信號(hào)眼圖4 3 2 1O 101020304050607000圖3 6?四進(jìn)制NRZ碼元眼圖六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出相應(yīng)的波形。2、結(jié)合

9、奈奎斯特第一準(zhǔn)則，分析波形，表述出碼間干擾ISI現(xiàn)象與濾波器的等效帶寬設(shè)定值之間的關(guān)系，給出原因。3、結(jié)合奈奎斯特第一準(zhǔn)則，分析波形，表述出碼間干擾I S I現(xiàn)象與濾波器的滾降系數(shù)設(shè)定值之間的關(guān)系，給出原因。七、思考題1、自行編寫(xiě)升余弦滾降濾波器沖激響應(yīng)函數(shù)，特別注意當(dāng)公式中分子分母均為0時(shí)的特殊情況。2、采用 MATLAB自帶眼圖函數(shù) eye di a gram來(lái)觀察眼圖。八、參考程序clo s e all;al pha=0.2;%設(shè)置滾降系數(shù)，取值范圍在0, 1 Ts=1e-2?% Ts=2* (1e-2);% T s = 5*( 1 e -2);Fs=1 e 3;Rs=50;% M= 2

10、;M= 4 ;N u m= 1 0 0 ;S amp_ rate=Fs/ Rs% Ey e _n um=2;Eye_n um=4;%產(chǎn)生雙極性N RZ碼元序列NRZ = 2 * r a n d in t ( 1 ,Num, M)-M+1;fi g u re( 1 );stem (NRZ );x 1 abel(時(shí)間);y l a bel (/ 幅度/ );ho ld on;g r id on;ti t l e (雙極性NRZ碼元序列/ );%對(duì)雙極ftNR Z碼元序列進(jìn)行抽樣k =1;%升余弦滾降濾波器的參考碼元周%期,Ts=10ms,無(wú) ISI。%Ts=2 0ms,已經(jīng)出現(xiàn)ISI （臨界點(diǎn)）%

11、Ts = 5 0 ms,出現(xiàn)嚴(yán)重I SI%采樣頻率，單位Hz。注意:該數(shù)%值過(guò)大將嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間%輸入碼元速率，單位Baud%輸入碼元進(jìn)制%輸入碼元序列長(zhǎng)度。注意：該數(shù)值%過(guò)大將嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間。%采樣率，應(yīng)為大于1的正整數(shù)，即%要求F s ,Rs之間呈整數(shù)倍關(guān)系%在一個(gè)窗口內(nèi)可觀測(cè)到的眼圖個(gè)數(shù)。%在一個(gè)窗口內(nèi)可觀測(cè)到的眼圖個(gè)數(shù)。f o r ii=1:Nu mfor jj = 1: Sa mp_rateSam p _data( k )=N RZ (ii);k=k+1;endend%基帶升余弦滾降系統(tǒng)沖激響應(yīng)ht,a = rcosine (1/Ts,F sfir,，alpha);%畫(huà)出

12、基帶升余弦滾降系統(tǒng)沖激響應(yīng)波形figure (2);subp 1 o t (2,1,1);plo t h ht);x 1 a be 1 (時(shí)間);ylabe 1 (沖激響應(yīng)/ );hold on ；grid on;tit 1 e(升余弦滾降系統(tǒng)沖激響應(yīng)，滾降因子a 1 pha=0 .2);%將信號(hào)送入基帶升余弦滾降系統(tǒng)，即做卷積操作st = c onv(Samp _ d at a ,ht)/(F s *Ts);su bp l o t(2, 1 ,2);plot(st)；x labe 1 (時(shí)間);ylab e 1 (信號(hào)幅度/ );hold on;g r id on;tit 1 e(經(jīng)過(guò)升弦滾降系統(tǒng)后的碼元)%畫(huà)眼圖，在同一個(gè)圖形窗口重復(fù)畫(huà)出一個(gè)或若干個(gè)碼元figu r e(3);f or k = 10: f loo r (len g t h (st)/Samp _ r at e )-1 0%不考慮過(guò)渡階段信號(hào)，只觀測(cè)穩(wěn)定階段ss = s t (k * Samp_ r ate+1:(k+E y e_num)*Sa mp_r a