實(shí)驗(yàn)一-數(shù)字基帶傳輸實(shí)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告

1、數(shù)字基帶傳輸實(shí)驗(yàn) 2014、3、28 數(shù)字基帶傳輸實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告 小組成員： 所在班級(jí)：通信一班 指導(dǎo)老師：馬丕明目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc28552 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc28552 3 HYPERLINK l _Toc31125 二、 實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc31125 3 HYPERLINK l _Toc12477 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 PAGEREF _Toc12477 4 HYPERLINK l _Toc6539 （一） 因果數(shù)字升余弦滾降濾波器設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc6539 4 HYPERLINK l _Toc1887

2、8 1. 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)非匹配形式的發(fā)送濾波器 PAGEREF _Toc18878 4 HYPERLINK l _Toc30977 2. 頻率抽樣法設(shè)計(jì)匹配形式的發(fā)送濾波器 PAGEREF _Toc30977 7 HYPERLINK l _Toc27798 （二）設(shè)計(jì)無(wú)碼間干擾的二進(jìn)制數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) PAGEREF _Toc27798 10 HYPERLINK l _Toc3345 1、子函數(shù)模塊 PAGEREF _Toc3345 10 HYPERLINK l _Toc21977 2、無(wú)碼間干擾的數(shù)字二進(jìn)制基帶傳輸系統(tǒng)的模擬 PAGEREF _Toc21977 12 HYPERLINK l _

3、Toc22423 四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)： PAGEREF _Toc22423 15一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、提高獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力；2、培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的能力；3、學(xué)習(xí)Matlab 的使用；4、掌握基帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)的仿真方法；5、熟悉基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)；6、掌握帶限信道的仿真以及性能分析；7、通過(guò)觀測(cè)眼圖和星座圖判斷信號(hào)的傳輸質(zhì)量。輸出抽樣判決接收濾波器信道發(fā)送濾波器信源實(shí)驗(yàn)原理噪聲位定時(shí)提取 圖1 基帶系統(tǒng)傳輸模型1、信源 信源就是消息的源，本實(shí)驗(yàn)中指數(shù)字基帶信號(hào)，信源序列al采用一個(gè)0、1等概率分布的二進(jìn)制偽隨機(jī)序列。信源序列al經(jīng)在一比特周期中抽樣A點(diǎn)，即是序列al每?jī)牲c(diǎn)之前插A-1個(gè)零點(diǎn)

4、，進(jìn)行抽樣，形成發(fā)送信號(hào)SigWave，即是發(fā)送濾波器模塊的輸入信號(hào)。2、發(fā)送濾波器匹配形式下的發(fā)送濾波器SF，通過(guò)窗函數(shù)法對(duì)模擬升余弦滾降濾波器的時(shí)域單位沖激響應(yīng)hd進(jìn)行時(shí)間抽樣、截?cái)?、加窗、向右移位而得；非匹配形式下的發(fā)生濾波器SF，通過(guò)頻率抽樣法對(duì)模擬升余弦滾降濾波器的頻率響應(yīng)Hd進(jìn)行頻率抽樣、離散時(shí)間傅里葉反變換、向右移位而得。發(fā)送濾波器輸出SFO是由發(fā)送濾波器SF和發(fā)送信號(hào)SigWave卷積而得。3、傳輸信道 本實(shí)驗(yàn)中傳輸信道采用理想信道，即傳輸信道頻率響應(yīng)函數(shù)為1；傳輸信道輸出信號(hào)Co是由發(fā)送濾波器輸出信號(hào)SFO和加性高斯白噪聲GN疊加而成:Co=SFO+GN。4、噪聲 信道噪聲當(dāng)

5、做加性高斯白噪聲，給定標(biāo)準(zhǔn)差調(diào)用函數(shù)randn生成高斯分布隨機(jī)數(shù)GN。5、接收濾波器 匹配形式下，接收濾波器與發(fā)送濾波器單位沖激響應(yīng)幅度相同，角度相反，均為平方根升余弦滾降濾波器。非匹配形式下，接收濾波器為直通濾波器。6、位定時(shí)提取 完成位定時(shí)信息即同步判決時(shí)間點(diǎn)的提取，每隔A-1個(gè)點(diǎn)提取一次信息，一共提取L次。注意：非匹配模式下每提取一個(gè)同步判決時(shí)間點(diǎn)需經(jīng)過(guò)一次位延時(shí)，匹配模式下每提取一個(gè)同步判決時(shí)間點(diǎn)需經(jīng)過(guò)兩次位延時(shí)。7、抽樣判決 利用同步位定時(shí)信息判決接收濾波器的輸出信號(hào)Rec_Sig，得到輸出序列。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （一） 因果數(shù)字升余弦滾降濾波器設(shè)計(jì) 1. 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)非匹配形式的發(fā)送濾

6、波器 n=-15:15;a=input(alpha=);Tc=4;hn=(sin(pi*n/Tc)./(pi*n/Tc).*(cos(a*pi*n/Tc)./(1-4*a*a*n.*n/Tc/Tc);%升余弦滾降濾波器時(shí)域單位沖擊響應(yīng)hn(16)=1;%升余弦滾降濾波器中間點(diǎn)的校正n=0:30;wn=0.42-0.5.*cos(2.*pi.*n./(max(n)-1)+0.08.*cos(4.*pi.*n./(max(n）-1）；%Blackman窗函數(shù)表達(dá)式 figure; subplot(2,2,1); stem(n,hn); xlabel(n);ylabel(hn); title(升余弦

7、濾波器單位沖擊響應(yīng)時(shí)域特性);subplot(2,2,2); stem(n,wn); xlabel(n);ylabel(wn); title(布拉克曼窗單位沖擊響應(yīng)時(shí)域特性); h=hn.*wn;%加窗后的升余弦滾降濾波器 subplot(2,2,3); stem(n,h); xlabel(n);ylabel(h); title(發(fā)送濾波器的沖擊響應(yīng)); nh=0:30; w=linspace(0,2*pi,512); hw=h*exp(-j*nh*w);%頻率特性 subplot(2,2,4); plot(w,abs(hw); title(發(fā)送濾波器的幅頻特性); axis(min(w),m

8、ax(w),min(abs(hw)-0.2,max(abs(hw)+0.2) xlabel(w);ylabel(abs(hw)g=max(hw);Figure； plot(w,10*log10(abs(hw); xlabel(w);ylabel(Grf(dB)title(發(fā)送濾波器的增益圖形);Alpha=0.2 圖2 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)非匹配形式濾波器沖擊響應(yīng)(alpha=0.2)圖3 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)非匹配形式濾波器增益圖形(alpha=0.2)Alpha=1 圖3 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)非匹配濾波器沖擊響應(yīng)波形與增益(alpha=1) 2. 頻率抽樣法設(shè)計(jì)匹配形式的發(fā)送濾波器 實(shí)驗(yàn)思路：匹配形式的發(fā)送濾波器

9、的頻率響應(yīng)為平方根余弦滾降函數(shù)，子函數(shù)在主函數(shù)開(kāi)方即可。 實(shí)驗(yàn)程序:子函數(shù)定義的是余弦滾降函數(shù)，主函數(shù)是一個(gè)頻率抽樣：T=1,fs=1,Tc=4,N=31%子函數(shù)function hn,Hf,f=f_sampling(N,Tc,fs)alpha=0.2;K=-(N-1)/2:(N-1)/2;n=-(N-1)/2:(N-1)/2; f=K*fs/N;f1=(1-alpha)/(2*Tc);f2=(1+alpha)/(2*Tc);Hf=zeros(1,N); %升余弦滾降濾波器頻率響應(yīng)抽樣函數(shù)for i=1:N if(abs(f(i)=f1) Hf(i)=Tc; elseif(abs(f(i)=f

10、2) Hf(i)=Tc/2*(1+cos(pi*Tc/alpha*(abs(f(i)-(1-alpha)/(2*Tc); else Hf(i)=0; end;end;hn=1/N*Hf*exp(j*2*pi/N*K*n); %數(shù)字升余弦滾降濾波器單位沖擊響應(yīng) %主函數(shù) Function hm=f_samp_m(N,Tc,fs) N=31; K=-(N-1)/2:(N-1)/2; m=-(N-1)/2:(N-1)/2; hn,Hf,f=f_sampling(31,4,1); HF=squrt(Hf); hm=1/N*HF*exp(j*2*pi*/N*K*m); Hw,w=freqz(hm);%幅

11、頻特性； H=max(abs(Hw); plot(w,abs(Hw)/H);titel(歸一化的幅頻特性);xlabel(w);ylabei(Hw); Figure； Ab=20*log(abs(Hw);plot(w,Ab);title(增益圖形)； xlabel(w);ylabel(20*log(abs(Hw)(dB); Figure； subplot(2,1,1);stem(HF,.);title(匹配濾波器頻域單位沖擊響應(yīng)波形)；xlabel(f(Hz);ylabel(HF); Figure； subplot(2,1,2);stem(real(hm),.);xlabel(m);ylabe

12、l(nm);axis(0,35,-0.15,0.7);title(匹配濾波器時(shí)域單位沖擊響應(yīng)波形) ； Alpha=0.2圖4 頻率抽樣法設(shè)計(jì)匹配濾波器沖擊響應(yīng)與幅頻特性(alpha=0.2)圖5 頻率抽樣法設(shè)計(jì)匹配濾波器增益圖形(alpha=0.2)Alpha=1 圖6、7 頻率抽樣法設(shè)計(jì)匹配濾波器幅頻特性與增益圖形(alpha=1)表1 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)的非匹配濾波器表二 頻率抽樣法設(shè)計(jì)的匹配濾波器滾降系數(shù)0.210.21第一零點(diǎn)帶寬（Hz）0.40.450.2660.2第一旁瓣衰減（dB）18.962318.9426 （二）設(shè)計(jì)無(wú)碼間干擾的二進(jìn)制數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)要求傳輸?shù)亩M(jìn)制比特個(gè)數(shù)、比特

13、速率 QUOTE （可用與 QUOTE 的關(guān)系表示）、信噪比 SNR、滾降系數(shù) 是可變的1、子函數(shù)模塊1）二進(jìn)制信源子函數(shù)function al = suiji( m )% a_n是產(chǎn)生的二進(jìn)制隨機(jī)信源序列% m是產(chǎn)生的序列長(zhǎng)度% 本函數(shù)功能是隨機(jī)序列產(chǎn)生函數(shù)al = rand(1,m);for i = 1:m if a(i) 0 %對(duì)抽樣值進(jìn)行判決 al(i)=1; else al(i)=-1; end;end;畫(huà)眼圖子函數(shù)function yt=eyetu(A,L,r)yt=0;for i=1:(8*A):(A*L) for j=1:(8*A) yt(j)=r(i+j-1); %信號(hào)的截?cái)?/p>

14、、疊加 end; plot(yt);title(眼圖);hold on; %畫(huà)出眼圖end; 誤比特率計(jì)算子函數(shù)function Pe=errorB(L,al,al)BE=0;for i=1:L if al(i)=al(i) BE=BE+1; %計(jì)算錯(cuò)誤的碼數(shù) end;end;Pe=BE/L; %計(jì)算誤碼率sprintf(誤碼率：%2.2f%,Pe*100)無(wú)碼間干擾的數(shù)字二進(jìn)制基帶傳輸系統(tǒng)的模擬 給定要傳輸?shù)亩M(jìn)制比特個(gè)數(shù)、比特速率、信噪比SNR、滾降系數(shù)，合理調(diào)用如上設(shè)計(jì)的子函數(shù)，構(gòu)建非匹配模式和匹配模式的無(wú)碼間串?dāng)_的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。1）假設(shè)加性噪聲不存在，傳輸 240 個(gè)特定的二進(jìn)制比

15、特，如果比特速率 QUOTE = 1/，比特間隔為=4T，基帶系統(tǒng)不采用匹配濾波器，畫(huà)出接收濾波器的輸出信號(hào)波形和眼圖，判斷有無(wú)碼間干擾，注意考慮濾波器的延時(shí)，將不準(zhǔn)確的數(shù)值拋棄，選取有效的信號(hào)來(lái)畫(huà)眼圖，同時(shí)注意確定第一個(gè)抽樣點(diǎn)的位置，抽樣后進(jìn)行判決，計(jì)算誤比特個(gè)數(shù)和誤比率。 圖8 非匹配模式、無(wú)加性噪聲、4T抽樣間隔接收濾波器輸出信號(hào) 圖9 非匹配模式、無(wú)加性噪聲、4T比特間隔接收濾波器輸出信號(hào)眼圖 由圖8、圖9可知， 眼圖清晰無(wú)明顯重疊錯(cuò)位，無(wú)碼間串?dāng)_；誤比特率和誤比特個(gè)數(shù)為零假設(shè)加性噪聲不存在，傳輸 240 個(gè)特定的二進(jìn)制比特，基帶系統(tǒng)不采用匹配濾波器，如果將比特速率改為4/3 QUOT

16、E ，1/2，比特間隔=3T，=8T，畫(huà)出接收濾波器的輸出信號(hào)波形和眼圖，判斷有無(wú)碼間干擾。抽樣后進(jìn)行判決，計(jì)算誤比特個(gè)數(shù)和誤比特率=3T時(shí) 圖10 3T比特間隔接收濾波器輸出信號(hào) 圖11 3T比特間隔接收濾波器輸出信號(hào)眼圖眼圖不清晰，眼睛睜的不大，有明顯的碼間串?dāng)_=8T時(shí)， 圖12 8T比特間隔接收濾波器輸出信號(hào) 圖13 8T比特間隔接收濾波器輸出信號(hào)眼圖由圖13眼圖觀察知：非匹配模式、無(wú)加性噪聲、8T抽樣間隔接收濾波器輸出信號(hào)無(wú)碼間串?dāng)_。多次運(yùn)行得情況下誤比特率和誤碼率均為零，所以8T比特間隔下可消除碼間串?dāng)_。傳輸240個(gè)二進(jìn)制比特，比特速率Rb =1/Ts，信噪比分別取1dB、10dB時(shí)

17、，基帶系統(tǒng)分別為匹配濾波器形式和非匹配濾波器形式、滾降系數(shù)0.3，得到相應(yīng)的回復(fù)數(shù)字信息序列。注意：基帶系統(tǒng)分別為匹配濾波器形式和非匹配濾波器形式時(shí)，對(duì)接受濾波器進(jìn)行抽樣時(shí)，抽樣時(shí)刻是否相同？調(diào)用matlab的星座圖函數(shù)畫(huà)出接收抽樣判決點(diǎn)信號(hào)的星座圖。根據(jù)星座圖的坐標(biāo)取值，判斷噪聲對(duì)信號(hào)的影響程度和信號(hào)的傳輸質(zhì)量。討論信噪比、是否采用匹配濾波器對(duì)系統(tǒng)信息傳輸質(zhì)量的影響。 Snr=1dB，基帶系統(tǒng)為匹配濾波器 Snr=10,基帶系統(tǒng)為匹配濾波器 Snr=1,基帶系統(tǒng)為非匹配濾波器 Snr=10，基帶系統(tǒng)為非匹配濾波器 從星座圖來(lái)說(shuō)，信號(hào)越集中，范圍越短，信息傳輸質(zhì)量越高，誤碼率。可以看出，信噪比更高，采用匹