2025年現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)踐指南MATLAB仿真與實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告

通信原理試驗(yàn)匯報(bào)試驗(yàn)一數(shù)字基帶傳播試驗(yàn)1、提高獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力；5、熟悉基帶傳播系統(tǒng)的基本構(gòu)造；7、通過觀測眼圖和星座圖判斷信號的傳播質(zhì)量。1.帶限信道的基帶系統(tǒng)模型(持續(xù)域分析)抽樣判決定時(shí)信號輸入符號序列————{al}發(fā)送濾波器————GT(w)或GT(t)發(fā)送濾波器輸出————判決為{a}2.升余弦滾降濾波器式中α稱為滾降系數(shù)，取值為0<α≤1,Ts是常數(shù)。α=0時(shí)，帶寬為1/2TsHz;α=1時(shí)，擾傳播的最小符號間隔為Tss,或無碼間干擾傳播的最大符號速率為1/TsBaud。對應(yīng)的時(shí),則通過此基帶系統(tǒng)后無碼間干擾。3.最佳基帶系統(tǒng)將發(fā)送濾波器和接受濾波器聯(lián)合設(shè)計(jì)為無碼間干擾的基帶系統(tǒng)，并且規(guī)定接受濾波器的頻率特性與發(fā)送信號頻譜共軛匹配。由于最H(f)=Gr(f)·GR(f)GR(f)=G*r(f)(延時(shí)為0)有GT(f)=GR(f)=H(f)1/24.由模擬濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的時(shí)域沖激響應(yīng)升余弦濾波器(或平方根升余弦濾波器)的最大帶寬為1/Ts,故其時(shí)域抽樣速率至少5.基帶傳播系統(tǒng)(離散域分析)G?(k△f)或g,(nT?)y(nT?)=x(nT?)+n(nT?)r(nT?)=y(nT)*gR(nT?)=d(nT?)*gr(nT?)*gr(nN=31;編程盡量采用模塊化構(gòu)造或子函數(shù)形式，合理設(shè)計(jì)各子函數(shù)的發(fā)送濾波器模塊(頻域特性和時(shí)域特性)接受濾波器模塊(頻域特性和時(shí)域特性)畫眼圖模塊畫星座圖模塊計(jì)算并畫出此發(fā)送濾波器的時(shí)域波形和頻率特性，計(jì)算第一零點(diǎn)帶寬此發(fā)送濾波器構(gòu)成最佳基帶系統(tǒng)，計(jì)算并畫出接受濾波器的輸出信(1)子程序如下：if(abs(f)<=(1-alphaelseif(abs(f)>=(1+alpy=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f)-(1-alpha)/(2*Tfunctionxn=idft(X(2)主函數(shù)如下：f=(-2/Ts):(4/Ts)/(NH(i)=upcos(f(i),alpupcosHk(i)=upcos(f(i),alpha,TH_k(a,i)=H_k(a,i+(Nfori=1:(N+1)/2%時(shí)域搬移非因果=>因果h_n(a,i)=h_n(a,i+(N+1)h_n(a,i+(N-1)/2)=tempsqrh_n(a,:)=idft(sqsqrh_n(a,i)=sqrh_n(sumsqrh(a,:)=conv((sqrh_n(a,:)),(圖一為余弦滾降濾波器在不一樣α值時(shí)的系統(tǒng)頻域特性，其中從上到下α值依次為0.1,0.5,0.999(0.999而非1的原因在最終一部分經(jīng)驗(yàn)與收獲中解釋)圖二為對應(yīng)升余弦特性通過idft后的時(shí)域波形，可見α值越大，時(shí)域主瓣寬度越窄，旁瓣衰減越劇烈，對應(yīng)的，在時(shí)域抽樣判決時(shí)，在定期不夠精確時(shí)，大α值就能減小碼間串?dāng)_。但在本試驗(yàn)中，由于抽樣點(diǎn)精確定在最佳抽樣點(diǎn)處，因此α值對誤碼率影響不大。642%%42Q圖三為調(diào)用freqz由時(shí)域波形得到的頻域波形，由此圖可計(jì)算頻域主瓣寬度和旁瓣衰減。圖四為右側(cè)兩圖為升余弦平方根特性的時(shí)域波形，由于匹配濾波器接受與發(fā)送濾波器皆為升余弦平方根特性，串接后總特性為兩時(shí)域波形卷積，總特性時(shí)域波形如右圖。信號通過發(fā)送濾波器后的波形即為以上信號時(shí)移疊加。642%5%42%回333圖五為匹配濾波器總特性的時(shí)域波形使用freqz函數(shù)后導(dǎo)出的頻域特性。將圖三與圖五進(jìn)行比較，以第一行為例：可見匹配濾波器在旁瓣克制方面明顯強(qiáng)于非匹配濾波器。2、根據(jù)基帶系統(tǒng)模型，編寫程序，設(shè)計(jì)無碼間干擾的二進(jìn)制數(shù)字基帶傳播系統(tǒng)。規(guī)定要傳播的二進(jìn)制比特個(gè)數(shù)、比特速率Rb(可用與T的關(guān)系表達(dá))、信噪比SNR、滾降系數(shù)α是可變的。1)生成一種0、1等概率分布的二進(jìn)制信源序列(偽隨機(jī)序列)?？捎肕ATLAB中的rand函數(shù)生成一組0~1之間均勻分布的隨機(jī)序列，如產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)在(0,0.5)區(qū)間內(nèi)，則為0;假如在(0.5,1)區(qū)間內(nèi)，則為1。2)基帶系統(tǒng)傳播特性設(shè)計(jì)。可以采用兩種方式，一種是將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成最佳的無碼間干擾的系統(tǒng)，即采用匹配濾波器，發(fā)送濾波器和接受濾波器對稱的系統(tǒng)，發(fā)送濾波器和接受濾波器都是升余弦平方根特性；另一種是不采用匹配濾波器方式，升余弦滾降基帶特性完全由發(fā)送濾波器實(shí)現(xiàn)，接受濾波器為直通。3)產(chǎn)生一定方差的高斯分布的隨機(jī)數(shù)，作為噪聲序列，疊加到發(fā)送濾波器的輸出信號上引入噪聲。注意噪聲功率(方差)與信噪比的關(guān)系。信道高斯噪聲的方差為σ2,單邊功率譜密度2No=20,如計(jì)算出的平均比特能量為Eb,則信噪比為4)根據(jù)接受濾波器的輸出信號，設(shè)定判決電平，在位同步理想狀況下，抽樣判決后得到接受到的數(shù)字信息序列波形。所編程序如下：(1)子程序如下：產(chǎn)生雙極性信號子序列：Eb=Eb+source(i)*soutitle(信源序列');N=length(d);if(abs(f)<=(1-alphaelseif(abs(f)>=(1+alpy=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f)-(1-alpha)/(2*Tfunction[gsrv1,gsrv2]=gnguass(m,sgifnargin==0elseifnargin==1z=sgma*sqrt(2*log10(1/(判決模塊子函數(shù)：function[resul]=panjue(subresul,Ts,fori=1:Ts:(N-1)*T記錄錯(cuò)誤子函數(shù)：function[num,prop]=erro(sourc,r畫眼圖子函數(shù)：N=length(b);NO=Eb/(10^(SNR/10));f=(-2/Ts):(4/Ts)/(NupcosHk(i)=upcos(f(i),alpha,upcosHk(i)=upcosHk(i+(N+1)/upcosHk(i+(N-1)/2)=temp(h_n(i+(N-1)/2)=tempsubresultll=conv(sourc,filter11);subplot(3,2,1);stem(real(subresult-0.51.5]);title('通過發(fā)送濾波器');subresult12=conv(sourc,filter21);subplot(3,2,2);stem(real(subresult1-0.51.5]);%通過發(fā)送濾波器[noise(i),]=gnguass(0,sigma);%subresult21=subresult11+noise;subplot(3,2,3);stem(real(subresult2-0.51.5]);title('疊加噪聲subresult22=subresult12+noise;subplot(3,2,4);stem(real(subresult2-0.51.5])%疊加噪聲subresult31=conv(subresult21,filter12);subplot(3,2,5);stem(real(subresu[0100-0.51.5]);title(subresult32=conv(subresult22,filter22);subplot(3,2,6);stem(real(subresu[0100-0.51.5]);%輸出序列fori=1:length(subresulsubresult31s(i)=subfori=1:length(subsubresult32s(i)=subsubresult41=panjue(subresult31s,Ts,M);[errorl,propl]=erro(ssubplot(3,1,1);stem(sourc,'.');axis([0subplot(3,1,2);stem(subresult41,'.');axis([0a-11]);title('升余弦+直通輸出判決成果');subplot(3,1,3);stem(subresult42,'.');axis([0a-11]);title('匹配濾波器輸出判yantu(aa,4*Ts);title('升余弦+直通')圖一為隨機(jī)產(chǎn)生的雙極性碼，在此我們圖一為隨機(jī)產(chǎn)生的雙極性碼，在此我們M=100,即產(chǎn)生100點(diǎn)序列。DesktopWindowHelpNotenewtoolbarbut4321o圖二為升余弦濾波器頻域波形及其時(shí)域波形(左)與升余弦平方根特性頻域波形及其時(shí)域波形(右)。21o包1000100江×00圖三為圖形信號在兩種方案中通過發(fā)送濾波器、疊加噪聲、通過接受濾波器后的波形。源序列升余弦+直通輸出判決結(jié)果1匹配濾波器輸出判決結(jié)果1圖四從上到下依次為源序列，方案一(升余弦加直通)輸出判決成果，方案二(匹配濾波器)輸出判決成果圖五、六為兩種方案的眼圖，通過對比方案一升余弦加直通(左圖)與匹配濾波器(右圖),右圖明3、假設(shè)加性噪聲不存在，傳播64個(gè)特定的二進(jìn)制比特，假如比特速率Rb=1/Ts,基帶系統(tǒng)不采用匹配濾波器，畫出接受濾波器的輸出信號波形和眼alpha=0.5;%input('滾降系數(shù)=')upcosHk(i)=upcos(f(i),alpha,TupcosHk(i)=upcosHk(i+(N+1)/upcosHk(i+(N-1)/2)=temp(fori=1:(N+1)/2%時(shí)域序h_n(i+(N-1)/2)=tempfilterllout=conv(sourc,filterl1);subplot(1,2,1);stem(filterl2out=conv(filterllout,filter12);subplot(1,2,2);stem(filter12outs(i)=filtyantu(shuchuxulie,2*產(chǎn)生成果：1圖一為隨機(jī)產(chǎn)生的雙極性信源序列?；鼗?0421圖二為升余弦濾波器時(shí)域及頻域特性?？?口EileEditViewI以上三圖為相似隨機(jī)序列(左)以及序列通過不一樣碼元延拓后通過相似濾波器后產(chǎn)生的波形EileEditViewIA1234567以上三圖分別為碼元寬度分別為4、3、5時(shí)的最終判決序列和眼圖。圖中三種狀況都看不出碼間串?dāng)_，我們分析是由于生成波形時(shí)寬度的設(shè)置較小，在較遠(yuǎn)的旁瓣就不再顯示，但調(diào)整濾波器時(shí)域?qū)挾葹?1時(shí)，效果也不是很明顯。時(shí)，得到對應(yīng)的恢復(fù)數(shù)字信息序列，基帶系統(tǒng)分別為滾降系數(shù)分別為0.3、0.8,畫出發(fā)送數(shù)字信息序列和接受數(shù)字信息序列的星座圖，根據(jù)星座圖判斷信息傳播質(zhì)量。討論信噪比、匹配濾波器和滾嚴(yán)格說，系統(tǒng)的傳播質(zhì)量(可靠性)應(yīng)用誤比特率來衡量，可以采用MonteCarlo仿真實(shí)(1)子函數(shù)：N=length(a)(2)主函數(shù)：M=1000;N=31;tuozhanxulie=sigexpand(suijixulupcosHk(i)=upcos(f(i),alpha,upcosHk(i)=upcosHk(i+(N+1)upcosHk(i+(N-1)/2)=temph_n(i+(N-1)/2)=temph_nsqr=idft(sqrtupcosHkh_nsqr(i)=h_nsqr(i+(N+1)h_nsqr(i+(N-1)/2)=tempsubresult1l=conv(tuozhanxusubresult22=subresult1subresult31ss=conv(subresulsubresult32ss=conv(subresulfori=1:length(subresult32ss)-15subresult31s(i)=subresusubresult32s(i)=subresu[subresult31,xiaocongcong,subl]=panju[subresult32,1z,sub2]=panjue[num_feipipei(b,a),prop_feipipei(b,a)]=erro[num_pipei(b,a),prop_pipei(b,a)]=erro(xingzuo(real(subresult31));axis([-22-11])xingzuo(real(subresult32));axis([-22-11])回x×x圖一為信源產(chǎn)生的雙極性隨機(jī)序列，點(diǎn)數(shù)1000點(diǎn)，此處為顯示效果，顯示前100點(diǎn)。圖二、三為通過接受濾波器后的星座圖，其中圖二α值為0.3,圖三為0.8。在每副圖中，左欄為升余弦加直通(方案一),右欄為匹配濾波器(方案二),從上到下信噪比分別為1、3、5db。由圖可見，(1)信噪比不一樣其他條件相似狀況下，信噪比越大，星座圖越匯集，如下圖：(2)同等條件下，匹配濾波器產(chǎn)生信號的星座圖比非匹配星座圖集中匹配[0.0030,0.0020,0;0.第三行波形無法顯示，查看workspace,如下圖：全為‘notanumber',將1換為0.999999時(shí)，問題處理，波形正常產(chǎn)生。在方案一產(chǎn)生時(shí)域波形時(shí)，31點(diǎn)中第14、16、18點(diǎn)無法顯示，于是我們在產(chǎn)生序列之后又對上述三點(diǎn)進(jìn)行了單獨(dú)賦值。程序如下：t=(-((N-1)/2)*Ts/2):(Ts/2):((N-1)/2)h(i)=sin(pi*t(i)/Ts)/(pi*t(i)/Ts)*cos(alpha*pi*t(i)/Ts)/(1-4*alpha*alpha*t((2)我們發(fā)現(xiàn)，在MATLAB中，序列下標(biāo)默認(rèn)為從