實驗一_數(shù)字基帶傳輸實驗_實驗總結報告

1、實驗一 數(shù)字基帶傳輸實驗 實驗總結報告1、 實驗目的1、提高獨立學習的能力；2、培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和分析問題的能力；3、學習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)的基本結構；6、掌握帶限信道的仿真以及性能分析；7、通過觀測眼圖和星座圖判斷信號的傳輸質量。2、 實驗原理1. 匹配濾波器和非匹配濾波器：升余弦滾降濾波器頻域特性：將頻域轉化為時域2. 最佳基帶系統(tǒng)將發(fā)送濾波器和接收濾波器聯(lián)合設計為無碼間干擾的基帶系統(tǒng)，而且具有最佳的抗加性高斯白噪聲的性能。要求接收濾波器的頻率特性與發(fā)送信號頻譜共軛匹配。由于最佳基帶系統(tǒng)的總特性是確定的，故最佳基帶系統(tǒng)的設計

2、歸結為發(fā)送濾波器和接收濾波器特性的選擇。設信道特性理想，則有 （延時為0）有 可選擇濾波器長度使其具有線性相位。如果基帶系統(tǒng)為升余弦特性，則發(fā)送和接收濾波器為平方根升余弦特性。2. 基帶傳輸系統(tǒng)（離散域分析） 輸入符號序列 發(fā)送信號 比特周期，二進制碼元周期 發(fā)送濾波器 或 發(fā)送濾波器輸出 信道輸出信號或接收濾波器輸入信號 （信道特性為1） 接收濾波器 或 接收濾波器的輸出信號 （畫出眼圖） 如果位同步理想，則抽樣時刻為 抽樣點數(shù)值為 （畫出星座圖） 判決為 其中若為最佳基帶傳輸系統(tǒng)，則發(fā)送濾波器和接收濾波器都為根升余弦濾波器，當采用非匹配濾波器時，發(fā)送濾波器由升余弦濾波器基帶特性實現(xiàn)，接收濾

3、波器為直通。3、 實驗內(nèi)容 1.通過匹配濾波和非匹配濾波方式，得到不同的滾降系數(shù)下發(fā)送濾波器的時域波形和頻率特性。實驗程序：（1）非匹配情況下：升余弦滾降濾波器的模塊函數(shù)（頻域到時域的轉換）頻率抽樣法：function Hf,ht=f_unmatch(alpha,Ts,N,F0)k=-(N-1)/2:(N-1)/2;f=F0/N*k;for i=1:N; if (abs(f(i)=(1-alpha)/(2*Ts) Hf(i)=Ts; elseif(abs(f(i)=(1+alpha)/(2*Ts) Hf(i)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(i)-(1-alpha

4、)/(2*Ts); else Hf(i)=0; end;end;主函數(shù)alpha=input(alpha=);%輸入不同的滾降系數(shù)值N=31;%序列長度Ts=4;F0=1;%抽樣頻率n=-(N-1)/2:(N-1)/2;k=-(N-1)/2:(N-1)/2;f=F0/N*k;Hf=zeros(1,N);Hf=f_unmatch(alpha,Ts,N,F0);ht=1/N*Hf*exp(j*2*pi/N*k*n);%非匹配濾波器的時域特性subplot(2,1,1)stem(f,Hf,.);axis(-F0/2,F0/2,min(Hf)-0.2,max(Hf)+0.2);title(非匹配發(fā)送濾

5、波器頻率特性);subplot(2,1,2);stem(n,ht,.);axis(-(N-1)/2,(N-1)/2,min(ht)-0.2,max(ht)+0.2);title(非匹配發(fā)送濾波器的時域波形);實驗結果alpha=1時Alpha=0.5時Alpha=0.1時窗函數(shù)法：N=31; %發(fā)送濾波器長度是31a=0.5; %滾降系數(shù)，可變Ts=4;F0=1;n=-(N-1)/2:(N-1)/2; %對函數(shù)進行離散的同時，通過采用矩形窗才設計出所需的點數(shù)T0=1/F0;t=-(N-1)/2:(N-1)/2;ht=(eps+sin(pi*t/Ts)./(eps+(pi*t/Ts).*cos(

6、a*pi*t/Ts)./(eps+(1-4*a2*t.*t/Ts2); %時域表達式 figure(1)stem(t,ht);title(濾波器的時域波形)xlabel(t)ylabel(ht)Hw=fft(ht,512);%進行頻域的變換figure(2)plot(abs(Hw);title(濾波器的幅頻響應)Hw1=20*log10(abs(Hw); %進行db的轉換figure(3)plot(Hw1) %畫圖，并從圖中讀出所問問題的答案title(濾波器的幅頻特性)實驗結果（2） 匹配情況下根升余弦滾降濾波器的模塊函數(shù)（頻域到時域的轉換）function Hf,ht=f_match(al

7、pha,Ts,N,F0)k=-(N-1)/2:(N-1)/2;f=F0*k/N;for i=1:N; if (abs(f(i)=(1-alpha)/(2*Ts) HF(i)=Ts; elseif(abs(f(i)0.5 x0(i)=1; else x0(i)=-1; endend subplot(5,2,1),stem(x0,b.);title(輸入符號序列);%在兩個序列間插入三個零得到發(fā)送信號n=0:L*M-1;x1=zeros(1,L*M);for i=1:M x1(L*(i-1)+1)=x0(i);endsubplot(5,2,2);stem(n,x1,.);title(發(fā)送信號);

8、%根升余弦的發(fā)送濾波器alpha=1;n=-(N-1)/2:(N-1)/2;k=-(N-1)/2:(N-1)/2;Hf=zeros(1,N);HF=Hf;k=-(N-1)/2:(N-1)/2;f=k/N;for i=1:N; if (abs(f(i)=(1-alpha)/(2*Ts) HF(i)=Ts; elseif(abs(f(i)0 b(i)=1; else b(i)=-1 endendsubplot(5,2,10),stem(b,b.);title(判決結果);實驗結果 （2）非匹配濾波形式將發(fā)送濾波器改為升余弦滾降濾波器，而接收濾波器為直通濾波器。%升余弦的發(fā)送濾波器alpha=1;n

9、=-(N-1)/2:(N-1)/2;k=-(N-1)/2:(N-1)/2;Hf=zeros(1,N);k=-(N-1)/2:(N-1)/2;f=k/N;for i=1:N; if (abs(f(i)=(1-alpha)/(2*Ts) Hf(i)=Ts; elseif(abs(f(i)0.5 x0(i)=1; else x0(i)=-1; endend subplot(3,2,1),stem(x0,b.);title(輸入符號序列); n=0:L*M-1;x1=zeros(1,L*M);for i=1:M x1(L*(i-1)+1)=x0(i);endsubplot(3,2,2);stem(n,

10、x1,.);title(發(fā)送信號); %升余弦的發(fā)送濾波器alpha=1;n=-(N-1)/2:(N-1)/2;k=-(N-1)/2:(N-1)/2;Hf=zeros(1,N);k=-(N-1)/2:(N-1)/2;f=k/N;for i=1:N; if (abs(f(i)=(1-alpha)/(2*Ts) HF(i)=Ts; elseif(abs(f(i)0 b(i)=1; else b(i)=-1 endendsubplot(3,2,6),stem(b,b.);title(判決結果); %眼圖eyediagram(y,L,1,0);title(接收濾波器輸出信號眼圖);實驗結果：比特速率R

11、s=1/Ts時實驗結果分析：此時判決序列無失真的恢復出了原始序列實驗分析：此時眼圖張的較開，比較端正，碼間串擾比較小比特速率Rs=4/3/Ts時：實驗結果分析：此時判決序列相對于原始序列在n=4,7,8有明顯的誤判，眼圖睜得不大有明顯的碼間干擾比特速率Rs=4/5/Ts時：實驗結果分析：此時判決序列相對于原始序列在n=3,4有明顯的誤判，眼圖睜得不大有明顯的碼間干擾4. 信噪比和滾降系數(shù)不同時，基帶系統(tǒng)分別為匹配濾波器和非匹配濾波器形式，畫出發(fā)送數(shù)字序列和接收數(shù)字序列的星座圖實驗程序：采用匹配濾波器:M=250;%符號數(shù)N=1000;%抽樣點數(shù)L=4;T0=1;Ts=L*T0;Rs=1/Ts;

12、fs=1/T0;%抽樣頻率Bs=fs/2;%折疊頻率T=N/fs;t=-T/2+0:N-1/fs;f=-Bs+0:N-1/T;alpha=input(alpha=);%輸入不同alpha值SNR=input(SNR=);%更改SNR值 y=rand(1,M);x0=zeros(1,M);for i=1:M if y(i)0.5 x0(i)=1; else x0(i)=-1; endend subplot(5,2,1),stem(x0,b.);title(輸入符號序列); n=0:L*M-1;x1=zeros(1,L*M);for i=1:M x1(L*(i-1)+1)=x0(i);endsub

13、plot(5,2,2);stem(n,x1,.);title(發(fā)送信號); %根升余弦的發(fā)送濾波器 n=-(N-1)/2:(N-1)/2;k=-(N-1)/2:(N-1)/2;Hf=zeros(1,N);HF=Hf;k=-(N-1)/2:(N-1)/2;f=k/N;for i=1:N; if (abs(f(i)=(1-alpha)/(2*Ts) HF(i)=Ts; elseif(abs(f(i)0 b(i)=1; else b(i)=-1 endendsubplot(5,2,10),stem(b,b.);title(判決結果); scatterplot(y,L,0,r+);title(發(fā)送信號

14、星座圖);scatterplot(r,L,0,r+);title(接收信號星座圖);實驗結果：SNR相同，Alpha取不同值時：Alpha=0.8 SNR=1dB時：Alpha=0.3 SNR=1dB時：Alpha相同,SNR取不同值時：Alpha=0.8 SNR=1dB如上圖所示Alpha=0.8 SNR=5dB時：實驗結果分析：1、第一題中，主要區(qū)別了升余弦滾降和根升余弦滾降濾波器在頻域和時域的不同。主要在于頻域幅度和時域過零點的區(qū)別。2.、第二題中，主要在于匹配濾波和非匹配濾波的不同。匹配濾波器采用發(fā)送濾波器和接收濾波器均為根升余弦滾降型。而非匹配形式則是發(fā)送濾波器是升余弦滾降型，接收濾

15、波器是直通濾波器，發(fā)送濾波器的輸出即為接收濾波器的輸入。但是最終接收濾波器的輸出結果是一致的。判決結果與輸入的序列一致。3、第三題中，可以根據(jù)判決結果的輸出和眼圖來判斷碼間干擾的情況。當比特速率不是基帶系統(tǒng)無碼間干擾的最高傳碼率的整數(shù)倍時，判決結果的輸出波形會出現(xiàn)碼間干擾，而且眼圖會很凌亂。眼圖是指通過示波器觀察接收端輸出的基帶信號波形，從而估計（有無碼間干擾）和調(diào)整系統(tǒng)性能。眼睛睜得越大，噪聲容限越大，系統(tǒng)抗噪性能越好。4.、第四題中，輸入信號信噪比越大，系統(tǒng)的可靠性越高。升余弦滾降系數(shù)影響濾波器的帶寬;即越大帶寬越大。同時也影響旁瓣衰減。 越小時域旁瓣衰減越慢，頻域帶寬越窄，信息傳輸質量越不保障。實驗中遇到的問題及解決本次實驗主要是利用MATLAB軟件來進行數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的仿真。在整個實驗過程中，存在著以下幾個問題。1、 剛開始對系統(tǒng)的整體構成不是很熟悉，思維比較模糊，后來和其他小組之間進行了交流，明白了整個系統(tǒng)的構成。知道了程序設計的步驟和流程。2、 由于是初期使用Matlab，對該軟件使用不熟練，所以沒有過多采用老師建議的模