matlab實驗報告

1、課程設計說明書（論文） 題 目 帶限數字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真 課 程 名 稱 Matlab通信仿真設計 專 業(yè) 通信工程 班 級 1203 學 生 姓 名 徐國文 學 號 2012115020329 指 導 教 師 文富榮 設計起止時間：2015年 12月18日至 2015年 12月 25日一、課程設計目的和要求1. 綜合運用信號與線性系統(tǒng)，通信原理，以及matlab語言等綜合應用知識。2. 基本熟悉軟件開發(fā)流程、要點以及注意事項。3. 掌握基帶數字傳輸系統(tǒng)的仿真方法。4. 熟悉基帶傳輸系統(tǒng)的基本結構。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量。7. 設計和編程，

2、以加深對通信系統(tǒng)基礎知識的理解，提高學生利用matlab在通信領域進行實踐的應用能力、分析解決問題的能力；增強學生對實踐應用流程模式的理解。二、課程設計所用軟件介紹Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。Simulink

3、是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果。Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于

4、模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。.構架在Simulink基礎之上的其他產品擴展了Simulink多領域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數和測試數據的定義。四、課程設計任務及要求在實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在時間上是無限的，因此一個時隙

5、內的代表數據的波形經過帶限信道后將在鄰近的其他時隙上形成非零值，稱為波形的拖尾。拖尾和鄰近其他時隙上的傳輸波形相互疊加后，形成傳輸數據之間的混疊，造成符號間干擾，也稱為碼間干擾。接收機中，在每個傳輸時隙中的某時間點上，通過對時域混疊后的波形進行采樣，然后對樣值進行判決來恢復接收數據。在采樣時間位置上符號間的干擾應最小化（該采樣時刻稱為最佳采樣時刻），并以適當的判決門限來恢復接收數據，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，可在采樣判決設備的輸入端以恢復的采樣時鐘作為同步，用示波器觀察該端口的接收波形。利用示波管顯示的暫時記憶特性，在示波管上將顯示

6、多個時隙內接收信號的重疊波形圖案，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，最佳采樣時刻為眼圖開口最大處，因為該時刻上的碼間干擾最小。當無碼間干擾時，在最佳采樣時刻上眼圖波形將會聚為一點。4、 課程設計任務及工作量的要求帶限數字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真任務一：升余弦波形及其頻譜研究用Matlab通信工具箱提供的rcosine函數作出一組滾升余弦濾波器的沖激響應，滾降系數為0，0.5，0.75和1，并通過FFT求出其幅頻特性。碼元時隙為1ms，在一個碼元時隙內采樣10次，濾波器延時為5個碼元時隙。任務二：滾升余弦濾波器設計設計一個滾升余弦濾波器，滾降系數為0.75。輸入為4元雙極性數字

7、序列，符號速率為1000波特，設濾波器采樣率為10000次/s，即在一個符號間隔中有10個采樣點。請建立simulink仿真模型觀察滾升余弦濾波器的輸出波形、眼圖以及功率譜。任務三：帶限基帶傳輸模型建立一個基帶傳輸模型，發(fā)送數據為二進制雙極性不歸零碼，發(fā)送濾波器為平方根升余弦濾波器，滾降系數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)送數據率為1000bps，要求觀察接收信號眼圖，并設計接收機采樣判決部分，對比發(fā)送數據與恢復數據波形，統(tǒng)計誤碼率。5、 課程設計原理顯然，只要帶限信號沖擊響應的拖尾波在時隙周期整數倍上的值為0，那么在采樣時刻就沒有碼間干擾，例如抽樣函數。然而，抽樣

8、函數的頻譜時門函數，物理不可實現(xiàn)，即使近似實現(xiàn)也十分困難。還存在一類無碼間干擾的時域函數，具有升余弦頻率特性，幅頻響應是緩變的，在工程上易于實現(xiàn)，其沖激響應為:其中，為碼元傳輸時隙寬度，為滾降系數。=0時，退化為矩形門函數；=1時，為全升余弦。其傅里葉變換即為相應的系統(tǒng)函數。 設發(fā)送濾波器為，物理信道的傳遞函數為，接收濾波器為，則帶限信號總的傳遞函數為。 對于物理信道是AWGN信道的情況，可以證明，當發(fā)送濾波器與接收濾波器相互匹配時，即，系統(tǒng)誤碼率最小。對于理想的物理信道（=1），收發(fā)濾波器相互匹配時有由此求得收發(fā)濾波器傳遞函數的實數解為無碼間干擾情況下，信道總的傳遞函數是滾升余弦的，匹配的收

9、發(fā)濾波器稱為平方根升余弦濾波器，有工程上，滾升余弦濾波器和平方根滾升余弦濾波器通常用FIR濾波器來近似實現(xiàn)。FIR濾波器的分母系數為1，分子系數向量等于沖激響應的采樣序列。Matlab通信工具箱中提供了設計升余弦濾波器的函數rcosine。函數rcosine用于計算FIR濾波器時的用法如下。Num=rcosine(Fd,Fs,fir/normal,r,delay)fir/normal用于FIR滾升余弦濾波器設計num=rcosine(Fd,Fs,fir/sqrt,r,delay)fir/sqrt用于FIR平方根滾升余弦濾波器設計r是滾降系數；Fd是輸入數字序列的采樣率即碼元速率；Fs為濾波器的

10、采樣率，F(xiàn)s必須是Fd的整數倍；delay是輸入到響應峰值之間的延遲（單位是碼元時隙數）。六、升余弦波形及其頻譜研究升余弦代碼%zsqE7_7.mFd=1e3;Fs=Fd*10;delay=5;for r=0,0.5,0.75,1 num=rcosine(Fd,Fs,'fir/normal',r,delay) t=0:1/Fs:1/Fs*(length(num)-1); figure(1);plot(t,num);axis(0 0.01 -0.3 1.1);hold on; Hw=abs(fft(num,1000); f=(1:Fs/1000:Fs)-1;figure(2);p

11、lot(f,Hw);axis(0 1500 0 12);hold on;End 圖（1）七、滾升余弦濾波器設計仿真模型如圖所示模塊分析：系統(tǒng)仿真步進設為1e-4s,采用Random Integer Generator產生采樣間隔為1e-3的4元整數（0，1，2，3），并用Unipolar to Bipolar Converter模塊將其轉換為雙極性（-3，-1，1，3）。通過升速率模塊Upsample將基帶數據的采樣速率升高為10000次每秒，其輸出為沖激脈沖形式的數據序列。滾升余弦FIR濾波器以Discrete Filter模塊實現(xiàn)，其分母系數設置為1，分子系數通過rcosine函數計算。這

12、樣，就得到了滾降系數為0.75的滾升余弦濾波器，濾波器延時時間為3個數據時隙，即30個濾波器采樣間隔。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01250HZ。同時，濾波輸出送入通信模塊庫中的眼圖顯示模塊Discrete-Time Eye Diagram Scope顯示眼圖。在眼圖顯示模塊中需要設置：（1） 每個數據的采樣點數，設為10；（2） 每次掃描顯示的符號個數設為2，這樣眼圖將顯示2個符號時間寬度；（3） 顯示所保留的掃描波形軌跡圖，可使用默認值；（4） 每次顯示的新軌跡數，也可使用默認值；（5） Discr

13、ete-Time Eye Diagram Scope模塊可同時顯示同相支路和正交支路上的波形眼圖，本題只有一個支路，可選擇In-phase Only選項。仿真模塊參數截圖仿真結果截圖：8、 帶限基帶傳輸模型仿真模型如圖所示：模塊分析：設計系統(tǒng)仿真采樣率為1eHz,濾波器采樣速率等于系統(tǒng)仿真采樣率。數字信號速率為1000bps，故在進入發(fā)送濾波器之前需要10倍升速率，接收解碼后再以10倍降速率來恢復信號傳輸比特率。仿真模型如圖所示，系統(tǒng)分為二進制信源、發(fā)送濾波器、高斯信道、接收匹配濾波器、接收采樣、判決恢復以及信號測量等7部分。二進制信源輸出雙極性不歸零碼，并想接收端提供原始數據以便對比和統(tǒng)計誤

14、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，高斯信道采用隨機數發(fā)生器和加法器實現(xiàn)。接收定時假設為理想的，采用脈沖發(fā)生器實現(xiàn)1000HZ的矩形脈沖作為恢復定時脈沖，以乘法器實現(xiàn)在最佳采樣時刻對接收濾波器輸出的采樣。然后對抽樣結果進行門限判決，最佳判決門限為零，判決輸出結果在一個傳輸碼元時隙內不變，最后以10倍降速率采樣得出采樣率為1000HZ的恢復數據。各模塊的參數截圖為：仿真結果如圖所示：9、 總結與體會 通過實驗與仿真相結合，解決問題，更好的了解MATALAB的使用以及運用到實際操作中。 十、主要參考文獻【1】Matlab程序設計教程，劉衛(wèi)國編著，中國水利水電出版社，2010 年。【2】Matl