數(shù)字基帶系統(tǒng)實驗一總結(jié)報告

1、實驗一 基帶傳輸系統(tǒng)實驗實驗一 基帶傳輸系統(tǒng)實驗?zāi)夸洠阂弧?實驗?zāi)康?二、 實驗原理2三、 實驗內(nèi)容3（一） 因果數(shù)字升余弦滾降濾波器設(shè)計31) 窗函數(shù)法設(shè)計非匹配形式的基帶系統(tǒng)的發(fā)送濾波器32) 頻率抽樣法設(shè)計匹配形式的基帶系統(tǒng)的發(fā)送濾波器53) 非匹配形式下窗函數(shù)設(shè)計法和匹配模式下頻率抽樣法設(shè)計的濾波器第一零點帶寬和第一旁瓣衰減7（二） 根據(jù)離散域基帶系統(tǒng)模型，設(shè)計無碼間干擾的二進(jìn)制數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)7（三） 非匹配模式和匹配模式的無碼間干擾的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)測試101) 非匹配濾波器無加性噪聲系統(tǒng)102) 非匹配濾波器和匹配濾波器加加性噪聲系統(tǒng)12四、 實驗心得15 指導(dǎo)老師：馬丕明 班

2、級：通信一班 姓 名：石恬靜 201100120172 蔣 金 2011001202221、 實驗?zāi)康?、 提高獨立學(xué)習(xí)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(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、 通過觀察眼圖和星座圖判斷信號的傳輸質(zhì)量。2、 實驗原理數(shù)字通信系統(tǒng)的模型如下圖所示：數(shù)字調(diào)制器信道編碼器信源編碼器信源信道數(shù)字信源 噪聲信道譯碼器信源譯碼器信宿數(shù)字解調(diào)器數(shù)字信宿編碼信道在數(shù)字通信中，有些場合可以不經(jīng)載波調(diào)制和解調(diào)過程而直接傳輸基帶信號，這種直接傳輸基帶信號的系統(tǒng)

3、稱為基帶傳輸系統(tǒng)。 帶限信道的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的傳輸模型為： 發(fā)送濾波器 傳輸信道 接收濾波器抽樣判決 x(t) y(t) r(t) 噪聲源 定時信號 位定時提取輸入符號序列，其取值為1或-1；每隔一個比特周期Tb發(fā)送一個脈沖信號得到發(fā)送信號；在匹配形式下，發(fā)送濾器和接收濾波器都是平方根升余弦滾降濾波器，在非匹配形式下，發(fā)送濾波器是升余弦滾降濾波器而接收濾波器是直通型。發(fā)送信號經(jīng)過發(fā)送濾波器后輸出信號；信號在信道內(nèi)傳輸時受到噪聲的干擾，信道輸出的信號；經(jīng)過接收濾波器后的輸出信號為；采用不同的濾波器對輸出信號產(chǎn)生的延時會有所不同，在采樣時要確定采樣的起始點，然后對輸出信號進(jìn)行抽樣判決，得到判決。

4、根據(jù)接送濾波器的輸出信號的眼圖判斷信號有無碼間干擾；根據(jù)抽樣判決點信號的星座圖判斷噪聲對通信系統(tǒng)通信質(zhì)量的影響程度。由模擬升余弦滾降濾波器得到數(shù)字升余弦滾降濾波器可采用窗函數(shù)設(shè)計法和頻率抽樣法。窗函數(shù)法是從模擬升余弦濾波器的單位沖激響應(yīng)的表達(dá)式出發(fā)，對其進(jìn)行時域抽樣、截斷、加窗得到，最后向右移位得到因果的數(shù)字升余弦滾降濾波器的單位沖激響應(yīng)。頻率抽樣法是從模擬升余弦滾降濾波器的頻率響應(yīng)表達(dá)式入手，對其進(jìn)行頻率抽樣后進(jìn)行IDFT變換，最后向右移位，得到實際的因果的數(shù)字升余弦滾降濾波器的單位沖激響應(yīng)。3、 實驗內(nèi)容（1） 因果數(shù)字升余弦滾降濾波器設(shè)計給定的升余弦系統(tǒng)的頻域響應(yīng)表達(dá)式和時域單位沖激響應(yīng)

5、的表達(dá)式，分別采用窗函數(shù)法（選用Blackman 窗）和頻率抽樣法設(shè)計線性相位的升余弦滾降的基帶系統(tǒng)。濾波器設(shè)計的有關(guān)參數(shù)：T=1,。滾降系數(shù)分別為 0.2，1；設(shè)計濾波器。1) 窗函數(shù)法設(shè)計非匹配形式的基帶系統(tǒng)的發(fā)送濾波器A. 程序如下：子函數(shù)：functionh=unmatch_filter(N,Tc,a)%hn 升余弦滾降濾波器的單位沖擊響應(yīng)% N：抽樣點數(shù) %Tc：表征升余弦濾波器的頻率響應(yīng)常數(shù) % a：滾降系數(shù)t=-(N-1)/2:(N-1)/2;for i=1:N; if(abs(t(i)=0) h(i)=1; elseif(1-4*a*a*t(i)*t(i)/Tc/Tc)=0)

6、h(i)=sin(pi*t(i)/Tc)/t(i)*Tc/4;elseh(i)=sin(pi*t(i)/Tc)*cos(a*pi*t(i)/Tc)/(pi*t(i)/Tc)/(1-4*a*a*t(i)*t(i)/Tc/Tc); end;end;end主程序：clc;clear all;close all;a=input(滾降系數(shù)a=);Tc=4;N=31;w=-1:0.01:1;n=1:N;wd=(blackman(N);h=unmatch_filter(N,Tc,a);hn=h.*wd; % h 為實際的因果數(shù)字升余弦滾降濾波器的單位沖擊響應(yīng)H,w=freqz(hn);mag=abs(H);

7、H1=max(mag);Hw=mag/H1;Hdb=20*log10(mag+eps)/H1);subplot(221);stem(real(hn),.);title(單位沖擊響應(yīng)時域特性);xlabel(t);ylabel(hn);subplot(222);plot(w,abs(H);title(幅頻特性);xlabel(w);ylabel(abs(H);subplot(223);plot(w,Hw);title(歸一化幅頻響應(yīng));xlabel(w);ylabel(Hw);subplot(224);plot (w/pi,Hdb ); title (幅度響應(yīng)（單位：dB）);xlabel(w/

8、pi);ylabel(Hdb/dB);B. 結(jié)果:當(dāng)a=0.2時：圖1 非匹配濾波器a=0.2時的單位沖擊響應(yīng)和幅度響應(yīng)波形當(dāng)a=1時：圖2 非匹配濾波器a=1時的單位沖擊響應(yīng)和幅度響應(yīng)波形2) 頻率抽樣法設(shè)計匹配形式的基帶系統(tǒng)的發(fā)送濾波器A. 程序如下：子函數(shù)：functionhn=match_filter(N,Tc,a)n=-(N-1)/2:(N-1)/2;%時域取值-15至+15k=n;f=k*1/N;%頻率Hf=zeros(1,N); %根升余弦匹配濾波器for i=1:N %升余弦濾波器頻域特性 if (abs(f(i)=(1-a)/(2*Tc) Hf(i)=Tc; elseif(a

9、bs(f(i)0.5;%若產(chǎn)生的隨機數(shù)在（0.5,1）區(qū)間內(nèi)，為1 y0(i)=1; else y0(i)=-1;%若產(chǎn)生的隨機數(shù)在（0,0.5）區(qū)間內(nèi)，則為-1 end;end end2） 發(fā)送信號生成子函數(shù)function y1=send(y0,Tb)y1=zeros(1,length(y0)*Tb);%產(chǎn)生零序列for i=1:length(y0) y1(Tb*(i-1)+1)=y0(i);%插入零點end3） 非匹配模式下的升余弦滾降濾波器functionh=unmatch_filter(N,Tc,a)%hn 升余弦滾降濾波器的單位沖擊響應(yīng)% N：抽樣點數(shù) %Tc：表征升余弦濾波器的頻

10、率響應(yīng)常數(shù) % a：滾降系數(shù)t=-(N-1)/2:(N-1)/2;for i=1:N; if(abs(t(i)=0) h(i)=1; elseif(1-4*a*a*t(i)*t(i)/Tc/Tc)=0) h(i)=sin(pi*t(i)/Tc)/t(i)*Tc/4; elseh(i)=sin(pi*t(i)/Tc)*cos(a*pi*t(i)/Tc)/(pi*t(i)/Tc)/(1-4*a*a*t(i)*t(i)/Tc/Tc); end;end;end4) 匹配模式下的發(fā)送濾波器functionhn=match_filter(N,Tc,a)n=-(N-1)/2:(N-1)/2;%時域取值-15

11、至+15k=n;f=k*1/N;%頻率Hf=zeros(1,N); %根升余弦匹配濾波器for i=1:N %升余弦濾波器頻域特性 if (abs(f(i)=(1-a)/(2*Tc) Hf(i)=Tc; elseif(abs(f(i)0 %若抽樣值為正，判為1 sample(i)=1; else sample(i)=-1;%若抽樣值為負(fù)，判為-1 endendend11） 畫眼圖子函數(shù)function y6=yantu(Tb,L,r)y6=0;for i=1:(8*Tb):(Tb*L) %將信號分段 for j=1:(8*Tb) y6(j)=r(i+j-1);%信號疊加 end; x=1:8*

12、Tb;xx=1:0.01:8*Tb; eyes=spline(x,real(y6),xx);%曲線平滑 figure(2); plot(xx,eyes);title(眼圖); xlabel (xx); ylabel (eyes ); hold on;end12) 誤比特率計算子函數(shù)function Pe,j=BER(y0,sample,L)j=0;%誤碼個數(shù)for i=1:L if y0(i)=sample(i) %與發(fā)送序列進(jìn)行比較 j=j+1; end Pe=j/L*100;end（3） 非匹配模式和匹配模式的無碼間干擾的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)測試給定要傳輸?shù)亩M(jìn)制比特個數(shù)、比特速率、信噪比SN

13、R、滾降系數(shù)，合理調(diào)用如上設(shè)計的子函數(shù)，構(gòu)建非匹配模式和匹配模式下的無碼間干擾的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。非匹配濾波器不加噪聲的主程序如下：L=240;%輸入二進(jìn)制比特個數(shù)a=input(滾降系數(shù)a=);Tb=input(比特周期Tb=);%比特周期Rb=1/Tb;N=31;Tc=4;%Rb為比特傳輸速率,N濾波器階數(shù)y0=source(L);%二進(jìn)制信源序列y1=send(y0,Tb);%發(fā)送信源序列h=unmatch_filter(N,Tc,a);wd=(blackman(N);hn=h.*wd;%發(fā)送濾波器的時域函數(shù)%發(fā)送濾波器y=convolation(y1,hn);%發(fā)送濾波器輸出波形y=y

14、(N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb);%接收濾波器r=y;%系統(tǒng)無噪聲figure(1)plot(r);title(接收濾波器輸出信號);xlabel (t); ylabel (r );%抽樣判決sample,sample1=samples(L,Tb,r);%眼圖y6=yantu(Tb,L,r);%計算誤碼率Pe,j=BER(y0,sample,L);1) 非匹配濾波器無加性噪聲系統(tǒng) 加性噪聲不存在，傳輸240個二級制比特，比特速率Rb=1/Tc、4/3*Tc、1/2*Tc，比特間隔為Tb=4T，Tb=3T，Tb=8T，基帶不采用匹配濾波器，畫出輸出信號波形及眼圖，判斷有無碼間干擾，

15、并計算誤比特個數(shù)級誤比特率。A. Tb=4T a=1無碼間干擾，誤比特率為Pe=0，誤比特數(shù)j=0 圖5 比特周期為Tb=4T時接收濾波器的輸出信號波形 圖6 比特周期為Tb=4T時接收濾波器輸出信號的眼圖B. Tb=3T a=1 誤比特率仍計算為Pe=0，但觀察眼圖可知會產(chǎn)生較大的碼間干擾 圖7 比特周期為Tb=3T時接收濾波器的輸出信號波形 圖8 比特周期為Tb=3T時接收濾波器輸出信號的眼圖C. Tb=8T a=1無碼間干擾，誤比特率為Pe=0，誤比特數(shù)j=0 圖9 比特周期為Tb=8T時，接收濾波器輸出信號波形 圖10 比特周期為Tb=8T時，接收濾波器輸出信號眼圖2) 非匹配濾波器和

16、匹配濾波器加加性噪聲系統(tǒng) 傳輸 240 個二進(jìn)制比特，比特速率Rb=1/Tc，信噪比分別取 1dB、10dB 時，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)為 0.3，得到相應(yīng)的恢復(fù)數(shù)字信息序列。調(diào)用matlab的星座圖函數(shù)畫出接收抽樣判決點信號的星座圖。根據(jù)星座圖的坐標(biāo)取值，判斷噪聲對信號的影響程度和信號的傳輸質(zhì)量。討論信噪比、是否采用匹配濾波器對系統(tǒng)信息傳輸質(zhì)量的影響。非匹配濾波器加噪聲的主程序如下：L=240;%輸入二進(jìn)制比特個數(shù)a=input(滾降系數(shù)a=);SNR=input(信噪比SNR=);Tb=4;Rb=1/Tb;%比特傳輸速率N=31;%濾波器階數(shù)Tc=4;y0

17、=source(L);y1=send(y0,Tb);h=unmatch_filter(N,Tc,a);wd=(blackman(N);hn=h.*wd;%發(fā)送濾波器y=convolation(y1,hn);%發(fā)送濾波器輸出波形y=y(N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb);%高斯噪聲n0=guass(SNR,y,L)y3=xindao(y,n0)%加入噪聲后信號%接收濾波器r=conv(y3,hn); %觀察接收濾波器輸出r=r(N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb);%抽樣判決sample,sample1=samples(L,Tb,r)stem(sample,.);title(判

18、決輸出序列); xlabel (n); ylabel (sample );%星座圖scatterplot(r,Tb,0,r*);%計算誤碼率Pe,j=BER(y0,sample,L)A. 非匹配模式下 SNR=1dB a=0.3誤碼率Pe=7.0833 ，誤比特數(shù)j=17 圖11 非匹配模式下，SNR=1dB的恢復(fù)信號波形和接收濾波器輸出信號星座圖B. 非匹配模式下 SNR=10dB a=0.3誤碼率Pe=0，誤比特數(shù)j=0圖12 非匹配模式下，SNR=10dB的恢復(fù)信號波形和接收濾波器輸出信號星座圖分析結(jié)論：由上圖可知可得，輸出信噪比越大，噪聲對信號的影響程度越小，傳輸質(zhì)量越好。匹配濾波器加

19、噪聲的主程序如下：L=240;%輸入二進(jìn)制比特個數(shù)a=input(滾降系數(shù)a=);SNR=input(信噪比SNR=)%輸入性噪比Tb=4;%比特周期Rb=1/Tb;%比特傳輸速率N=31;Tc=4;%濾波器階數(shù)y0=source(L);y1=send(y0,Tb);hn=match_filter(N,Tc,a);%發(fā)送濾波器y=convolation(y1,hn);%發(fā)送濾波器輸出波形y=y(N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb);%高斯噪聲n0=guass(SNR,y,L)y3=xindao(y,n0)%加入噪聲后信號%接收濾波器r=conv(y3,hn); %觀察接收濾波器輸出r=

20、r(N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb);%抽樣判決sample,sample1=samples(L,Tb,r)stem(sample,.);title(判決輸出序列); xlabel (n); ylabel (sample );%星座圖scatterplot(r,Tb,0,r*);%計算誤碼率Pe,j=BER(y0,sample,L)C. 匹配模式下 SNR=1 a=0.3誤碼率Pe=4.5833,誤比特數(shù)j=11圖13 匹配模式下，SNR=1dB的恢復(fù)信號波形和接收濾波器輸出信號星座圖D. 匹配模式下 SNR=10 a=0.3誤碼率Pe=0,誤比特數(shù)j=0圖14 匹配模式下，SNR=10dB的恢復(fù)信號波形和接收濾波器輸出信號星座圖分析結(jié)論：基帶系統(tǒng)分別為匹配濾波器形式和非匹配濾波器