實(shí)驗(yàn)十一信道均衡器

1、L已叮彳口本YUNNANNORMALUN學(xué)號(hào)_姓名學(xué)院物電學(xué)院專(zhuān)業(yè)、班級(jí)實(shí)驗(yàn)課程名稱(chēng)現(xiàn)代通訊原理實(shí)驗(yàn)及仿真教師及職稱(chēng)開(kāi)課學(xué)期2013至2014學(xué)年下學(xué)期填報(bào)時(shí)間2014年06月04日云南師范大學(xué)教務(wù)處編印一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)序號(hào)11實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)信道均衡器實(shí)驗(yàn)時(shí)間2014.05.27實(shí)驗(yàn)室同析3棟111小組成員李明旭1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)識(shí)的基本功能。了解的基本圖符庫(kù)，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(jié)構(gòu)，均衡器的作用。實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)流程或裝置示意圖升余弦滾降信號(hào)升余弦滾降信號(hào)滿足奈奎斯特抽樣值無(wú)失真準(zhǔn)則，而且物理可實(shí)現(xiàn)好。升余弦滾降信號(hào)的頻譜的表達(dá)式為T(mén)2T6+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(shí)域表達(dá)式可知,升余弦滾降信號(hào)在除之外的整數(shù)倍時(shí)刻的采樣值為，因而滿足乃奎斯特抽樣值無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，即采用升余弦滾降信號(hào)作為碼元波形，按碼元周期進(jìn)行抽樣時(shí)，不會(huì)形成碼間串?dāng)_。碼元波形成形的方法是用升余弦滾降濾波器對(duì)碼元沖激序列進(jìn)行濾波，升余弦滾降濾波器的沖激響應(yīng)即()。這樣每個(gè)碼元轉(zhuǎn)換為一個(gè)相似于()的波形，波形的幅度和正負(fù)極性取決于脈沖的幅度和正負(fù)極性。在實(shí)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(wú)失真，需要使發(fā)送濾波器和接收濾波器級(jí)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(chēng)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(yīng)(I濾波器的形式實(shí)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(shí)驗(yàn)在離散時(shí)間域進(jìn)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(shí)現(xiàn)。濾波器要求濾波器的沖激響應(yīng)是有限長(zhǎng)度的，沖激響應(yīng)的離散時(shí)間長(zhǎng)度即濾波器的階數(shù)。在本實(shí)驗(yàn)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(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度為，相當(dāng)于個(gè)碼元周期。濾波器的系數(shù)通過(guò)模塊計(jì)算得到。串?dāng)_信道該信道的沖激響應(yīng)是xb.0,0.24,0.85,-0.25

4、,0.10n-2,-1,0丄2n在整個(gè)仿真時(shí)間段內(nèi)，假設(shè)該信道不隨時(shí)間而變化。均衡器設(shè)計(jì)輸入x(t)x(t-nT)CNC-1C0J多徑傳輸和信道失真可能引起嚴(yán)重的碼間串?dāng)_，采用適當(dāng)有效的均衡技術(shù),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(shí)驗(yàn)仿真的是橫向?yàn)V波器形式的時(shí)域信道均衡器，如圖所示，它由帶有抽頭的延遲線、加權(quán)系數(shù)相乘器及相加器組成。輸出ycxnnn-Nn-N圖橫向?yàn)V波器(信道均衡器)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和仿真一個(gè)階的均衡器，均衡器的系數(shù)用矢量表示。依據(jù)迫零準(zhǔn)則，根據(jù)信道的沖激響應(yīng)計(jì)算均衡器的系數(shù)。迫零準(zhǔn)則要求,當(dāng)均衡器輸入序列x信道沖激響應(yīng)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(jì)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(shí)驗(yàn)進(jìn)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(hào)經(jīng)過(guò)串?dāng)_信道，在接收端通過(guò)均衡器,去除串?dāng)_，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(shè)計(jì)的，所以輸入碼元序列在進(jìn)行升余弦滾降濾波前還要先進(jìn)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(jìn)行倍下采樣，將采樣周期恢復(fù)為T(mén)發(fā)送端人接收端圖數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的仿真文件是，打開(kāi)可以得到如圖所示的仿真模型架構(gòu)。該模型主要分為三個(gè)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(gè)模塊構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)發(fā)生器模塊的細(xì)節(jié)如圖所示。發(fā)送端由一個(gè)伯努利二進(jìn)制序列發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)的二進(jìn)制序列，然后將該序列轉(zhuǎn)換為二電平碼元序列；碼元序列的采樣周期是，經(jīng)過(guò)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(hào)，該信號(hào)中每個(gè)碼元的波形都是平方根升余弦滾降信號(hào)；上采樣前的

7、倍增益保證在上采樣和濾波后信號(hào)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(nèi)部模型圖()串?dāng)_信道串?dāng)_信道的結(jié)構(gòu)如圖所示，是典型的濾波器結(jié)構(gòu)，其沖激響應(yīng)在采樣周期下是x二0.0,0.24,0.85,0.25,0.10。n圖串?dāng)_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(jié)構(gòu)如圖所示。接收到的數(shù)字基帶信號(hào)首先通過(guò)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(gòu)成一個(gè)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(wú)失真條件。匹配濾波器的輸出送入均衡器，均衡器的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖所示，其結(jié)構(gòu)是典型的濾波器結(jié)構(gòu)，其沖激響應(yīng)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(hào)要經(jīng)過(guò)下采樣，恢復(fù)采樣n周期為，獲取發(fā)送的碼元。下采樣中的一個(gè)關(guān)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(shí)間延遲所決定的，在實(shí)際通信系統(tǒng)中需要通過(guò)嘗試有限的幾種可能性，可以確定當(dāng)采樣偏移是時(shí)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(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料裝有matlab軟件的電腦一臺(tái)。實(shí)驗(yàn)方法步驟及注意事項(xiàng)打開(kāi)應(yīng)用軟件，如圖所示。在圖（）中右邊的命令窗車(chē)。的光標(biāo)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(biāo)。用鼠標(biāo)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(gè)設(shè)備的連接點(diǎn)，用鼠標(biāo)左鍵把設(shè)備連接起來(lái)，如圖所示。進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置：雙擊濾波器模塊，即可打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖所示。該模塊以方式實(shí)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(biāo)的設(shè)計(jì)，參數(shù)代表通過(guò)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(duì)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(shè)置好參數(shù)后用鼠標(biāo)點(diǎn)擊”就完成了濾波器設(shè)計(jì)，濾波器的頻率響應(yīng)顯示在圖的上部。如果想看濾波器的系數(shù)，可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖中的濾波器系數(shù)按鈕查看。圖10數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)模

10、塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“運(yùn)行仿真模型按鈕”即可運(yùn)行觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法圖形法，效仿法，比較法6.參考文獻(xiàn)何文學(xué)，金爭(zhēng)，景艷梅，毛慰民現(xiàn)代通訊原理實(shí)驗(yàn)及仿真教程M.2013.11樊昌信，曹麗娜.通訊原理M.國(guó)防工業(yè)出版社.2012.12教師對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的意見(jiàn)簽名：年月日三實(shí)驗(yàn)總結(jié)1本次實(shí)驗(yàn)成敗及其原因分析運(yùn)行可以得到如下的仿真結(jié)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(hào)的眼圖是雜亂的，這是因?yàn)樾诺赖木€性失真造成了碼元之間的相互干擾，即碼間串?dāng)_。通過(guò)均衡降低碼間串?dāng)_，可以看到“眼睛”明顯睜開(kāi)了。碼間串?dāng)_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(guò)零點(diǎn)失真、峰值失真和對(duì)定時(shí)誤差的靈敏度。圖11接收信號(hào)（均衡之前）的眼圖圖12經(jīng)均衡之后信號(hào)的眼圖時(shí)域信號(hào)比較（如圖3從均衡前后信號(hào)波形的比較可以看出均衡后的信號(hào)碼元峰值失真更小，波形更加完整（高低電平的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)），更利于抽樣判決。圖13均衡前（上）和均衡后（下）信號(hào)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?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的均衡器不能完全消除的碼間串?dāng)_，下采樣后的碼元電平上還疊加了小幅度的誤差波形。圖