實驗十一信道均衡器

1、L已叮彳口本YUNNANNORMALUN學號_姓名學院物電學院專業(yè)、班級實驗課程名稱現(xiàn)代通訊原理實驗及仿真教師及職稱開課學期2013至2014學年下學期填報時間2014年06月04日云南師范大學教務處編印一、實驗設計方案實驗序號11實驗名稱信道均衡器實驗時間2014.05.27實驗室同析3棟111小組成員李明旭1.實驗目的認識的基本功能。了解的基本圖符庫，并能做出信道均衡器仿真。掌握數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的具體結構，均衡器的作用。實驗原理、實驗流程或裝置示意圖升余弦滾降信號升余弦滾降信號滿足奈奎斯特抽樣值無失真準則，而且物理可實現(xiàn)好。升余弦滾降信號的頻譜的表達式為T2T6+a2T(L-a)2T這里a

2、是滾降系數(shù)，acosT丿Y(t)S立J2t4a212T1-丁由上述時域表達式可知,升余弦滾降信號在除之外的整數(shù)倍時刻的采樣值為，因而滿足乃奎斯特抽樣值無失真?zhèn)鬏敆l件，即采用升余弦滾降信號作為碼元波形，按碼元周期進行抽樣時，不會形成碼間串擾。碼元波形成形的方法是用升余弦滾降濾波器對碼元沖激序列進行濾波，升余弦滾降濾波器的沖激響應即()。這樣每個碼元轉換為一個相似于()的波形，波形的幅度和正負極性取決于脈沖的幅度和正負極性。在實際通信系統(tǒng)中，接收濾波器通常是發(fā)送濾波器的匹配濾波器，即H(f)H；(f)。為了保證接收端的抽樣值無失真，需要使發(fā)送濾波器和接收濾波器級聯(lián)的效果等效于升余弦滾降濾波器，即Y

3、(f)Ht(f)Hr(f)Ht(f)|2()符合上述條件的Ht(f)稱為平方根升余弦滾降濾波器，通常情況下Ht(f)采用有限沖激響應(I濾波器的形式實現(xiàn)，這種情況下Hr(/)J(/),發(fā)送濾波器和接收濾波器為相同的平方根升余弦滾降濾波器。本實驗在離散時間域進行，采樣周期TsT4。平方根余弦滾降濾波器采用濾波器的形式實現(xiàn)。濾波器要求濾波器的沖激響應是有限長度的，沖激響應的離散時間長度即濾波器的階數(shù)。在本實驗中采用了滾降系數(shù)為的階平方根升余弦滾降濾波器，即濾波器的沖激響應的時間長度為，相當于個碼元周期。濾波器的系數(shù)通過模塊計算得到。串擾信道該信道的沖激響應是xb.0,0.24,0.85,-0.25

4、,0.10n-2,-1,0丄2n在整個仿真時間段內，假設該信道不隨時間而變化。均衡器設計輸入x(t)x(t-nT)CNC-1C0J多徑傳輸和信道失真可能引起嚴重的碼間串擾，采用適當有效的均衡技術,可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率、誤碼率性能和頻帶利用率。本實驗仿真的是橫向濾波器形式的時域信道均衡器，如圖所示，它由帶有抽頭的延遲線、加權系數(shù)相乘器及相加器組成。輸出ycxnnn-Nn-N圖橫向濾波器(信道均衡器)本實驗設計和仿真一個階的均衡器，均衡器的系數(shù)用矢量表示。依據(jù)迫零準則，根據(jù)信道的沖激響應計算均衡器的系數(shù)。迫零準則要求,當均衡器輸入序列x信道沖激響應序列，其輸出y即nyC0-1-1yZC100y1-

5、1CL10式中x0 x-1x-20.850.240Z=xxx=-0.250.850.2410-1xxx0.1-0.250.85L210容易計算得到C，y0.850.240，-10,-0.2826-1-1CA=Z-1y0=-0.250.850.241=1.0090C1-1Ly10.1-0.250.8500.3276綜上所述，本實驗進行如圖所示的仿真。在發(fā)送端，將輸入碼元序列輸入到升余弦滾降濾波器得到數(shù)字基帶信號經過串擾信道，在接收端通過均衡器,去除串擾，得到輸出碼元序列。升余弦滾降濾波器是按照采樣周期（為碼元周期）設計的，所以輸入碼元序列在進行升余弦滾降濾波前還要先進行咅上采樣，將采樣周期提高到

6、/同樣在均衡器之后，輸出碼元序列之前，還要進行倍下采樣，將采樣周期恢復為T發(fā)送端人接收端圖數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)簡化框圖實驗方案設計本實驗對應的仿真文件是，打開可以得到如圖所示的仿真模型架構。該模型主要分為三個主要部分，分別是發(fā)送端、信道和接收端。圖仿真系統(tǒng)框圖()基帶數(shù)字傳輸發(fā)送端發(fā)送端由圖中的個模塊構成，其中數(shù)據(jù)發(fā)生器模塊的細節(jié)如圖所示。發(fā)送端由一個伯努利二進制序列發(fā)生器產生隨機的二進制序列，然后將該序列轉換為二電平碼元序列；碼元序列的采樣周期是，經過倍增采樣，采樣周期成為采樣頻率為然后送到平方根升余弦滾降濾波器，得到發(fā)送的基帶數(shù)字信號，該信號中每個碼元的波形都是平方根升余弦滾降信號；上采樣前的

7、倍增益保證在上采樣和濾波后信號的幅度保持在附近。圖基帶數(shù)字傳輸發(fā)送端圖數(shù)據(jù)發(fā)生器內部模型圖()串擾信道串擾信道的結構如圖所示，是典型的濾波器結構，其沖激響應在采樣周期下是x二0.0,0.24,0.85,0.25,0.10。n圖串擾信道模型()基帶數(shù)字傳輸接收端基帶數(shù)字傳輸接收端的結構如圖所示。接收到的數(shù)字基帶信號首先通過匹配濾波器，匹配濾波器和發(fā)送端的平方根升余弦滾降濾波器完全相同，匹配濾波器和發(fā)送端濾波器共同構成一個升余弦滾降濾波器，使基帶碼元傳輸滿足奈奎斯特抽樣值無失真條件。匹配濾波器的輸出送入均衡器，均衡器的細節(jié)結構如圖所示，其結構是典型的濾波器結構，其沖激響應在采樣周期下是C=-0.2

8、8261.009,0.3276。均衡之后的數(shù)字基帶信號要經過下采樣，恢復采樣n周期為，獲取發(fā)送的碼元。下采樣中的一個關鍵參數(shù)是采樣偏移（），采樣偏移是由之前所有處理模塊的時間延遲所決定的，在實際通信系統(tǒng)中需要通過嘗試有限的幾種可能性，可以確定當采樣偏移是時可以抽樣到最佳的碼元電平值。圖基帶數(shù)字傳輸接收端圖信道均衡器模型結構實驗設備及材料裝有matlab軟件的電腦一臺。實驗方法步驟及注意事項打開應用軟件，如圖所示。在圖（）中右邊的命令窗車。的光標處輸入:圖9Matlab界面在圖中，選擇：新建文件，保存在工作目錄下，并取名為。在命令行處輸入：，就在窗口的右邊找到了該仿真模塊圖標。用鼠標右鍵選擇該模

9、塊，將其添加到創(chuàng)建的窗口中。用相同的方法創(chuàng)建“眼圖”（）觀察每個設備的連接點，用鼠標左鍵把設備連接起來，如圖所示。進行相關參數(shù)設置：雙擊濾波器模塊，即可打開參數(shù)設置對話框，如圖所示。該模塊以方式實現(xiàn)了滾降系數(shù)為的階平方根升余弦滾降濾波器。要注意的是濾波器的頻率指標的設計，參數(shù)代表通過該濾波器的離散序列的采樣頻率，即本仿真的系統(tǒng)采樣頻率而參數(shù)為濾波器的截止頻率，對于升余弦滾降濾波器和平方根升余弦滾降濾波器，截止頻率即奈奎斯特帶寬，所以。如圖設置好參數(shù)后用鼠標點擊”就完成了濾波器設計，濾波器的頻率響應顯示在圖的上部。如果想看濾波器的系數(shù)，可用鼠標點擊圖中的濾波器系數(shù)按鈕查看。圖10數(shù)字濾波器設計模

10、塊參數(shù)設置對話框用鼠標點擊“運行仿真模型按鈕”即可運行觀察實驗結果。5實驗數(shù)據(jù)處理方法圖形法，效仿法，比較法6.參考文獻何文學，金爭，景艷梅，毛慰民現(xiàn)代通訊原理實驗及仿真教程M.2013.11樊昌信，曹麗娜.通訊原理M.國防工業(yè)出版社.2012.12教師對實驗設計方案的意見簽名：年月日三實驗總結1本次實驗成敗及其原因分析運行可以得到如下的仿真結果。均衡前后的眼圖比較（如圖、圖2從均衡前后的眼圖比較可以看到，接收信號的眼圖是雜亂的，這是因為信道的線性失真造成了碼元之間的相互干擾，即碼間串擾。通過均衡降低碼間串擾，可以看到“眼睛”明顯睜開了。碼間串擾的降低使基帶數(shù)字通信系統(tǒng)的噪聲容限增加，減小了過零點失真、峰值失真和對定時誤差的靈敏度。圖11接收信號（均衡之前）的眼圖圖12經均衡之后信號的眼圖時域信號比較（如圖3從均衡前后信號波形的比較可以看出均衡后的信號碼元峰值失真更小，波形更加完整（高低電平的持續(xù)時間更長），更利于抽樣判決。圖13均衡前（上）和均衡后（下）信號波形比較從發(fā)送碼元序列與接收碼元序列比較可以看出，下采樣后的碼元電平和發(fā)送碼元電平相比很接近（圖）。因為本實驗的均衡器不能完全消除的碼間串擾，下采樣后的碼元電平上還疊加了小幅度的誤差波形。圖