實驗一-數(shù)字基帶傳輸實驗-實驗總結(jié)報告

數(shù)字基帶傳輸實驗總結(jié)報告小組成員：所在班級：通信一班指導老師：馬丕明目錄TOC\o"1-3"\h\u28552一、實驗?zāi)康?31125二、實驗原理312477三、實驗內(nèi)容46539〔一〕因果數(shù)字升余弦滾降濾波器設(shè)計4188781.窗函數(shù)法設(shè)計非匹配形式的發(fā)送濾波器4309772.頻率抽樣法設(shè)計匹配形式的發(fā)送濾波器727798〔二〕設(shè)計無碼間干擾的二進制數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)1033451、子函數(shù)模塊10219772、無碼間干擾的數(shù)字二進制基帶傳輸系統(tǒng)的模擬1222423四、實驗總結(jié)：15一、實驗?zāi)康?、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)的根本結(jié)構(gòu)；6、掌握帶限信道的仿真以及性能分析；7、通過觀測眼圖和星座圖判斷信號的傳輸質(zhì)量。輸出抽樣判決接收濾波器信道發(fā)送濾波器信源實驗原理輸出抽樣判決接收濾波器信道發(fā)送濾波器信源噪聲噪聲位定時提取位定時提取圖1基帶系統(tǒng)傳輸模型1、信源信源就是消息的源，本實驗中指數(shù)字基帶信號，信源序列al采用一個0、1等概率分布的二進制偽隨機序列。信源序列al經(jīng)在一比特周期中抽樣A點，即是序列al每兩點之前插A-1個零點，進行抽樣，形成發(fā)送信號SigWave，即是發(fā)送濾波器模塊的輸入信號。2、發(fā)送濾波器匹配形式下的發(fā)送濾波器SF，通過窗函數(shù)法對模擬升余弦滾降濾波器的時域單位沖激響應(yīng)hd進行時間抽樣、截斷、加窗、向右移位而得；非匹配形式下的發(fā)生濾波器SF，通過頻率抽樣法對模擬升余弦滾降濾波器的頻率響應(yīng)Hd進行頻率抽樣、離散時間傅里葉反變換、向右移位而得。發(fā)送濾波器輸出SFO是由發(fā)送濾波器SF和發(fā)送信號SigWave卷積而得。3、傳輸信道本實驗中傳輸信道采用理想信道，即傳輸信道頻率響應(yīng)函數(shù)為1；傳輸信道輸出信號Co是由發(fā)送濾波器輸出信號SFO和加性高斯白噪聲GN疊加而成:Co=SFO+GN。4、噪聲信道噪聲當做加性高斯白噪聲，給定標準差調(diào)用函數(shù)randn生成高斯分布隨機數(shù)GN。5、接收濾波器匹配形式下，接收濾波器與發(fā)送濾波器單位沖激響應(yīng)幅度相同，角度相反，均為平方根升余弦滾降濾波器。非匹配形式下，接收濾波器為直通濾波器。6、位定時提取完成位定時信息即同步判決時間點的提取，每隔A-1個點提取一次信息，一共提取L次。注意：非匹配模式下每提取一個同步判決時間點需經(jīng)過一次位延時，匹配模式下每提取一個同步判決時間點需經(jīng)過兩次位延時。7、抽樣判決利用同步位定時信息判決接收濾波器的輸出信號Rec_Sig，得到輸出序列。三、實驗內(nèi)容〔一〕因果數(shù)字升余弦滾降濾波器設(shè)計1.窗函數(shù)法設(shè)計非匹配形式的發(fā)送濾波器n=-15:15;a=input('alpha=');Tc=4;hn=(sin(pi*n/Tc)./(pi*n/Tc)).*(cos(a*pi*n/Tc)./(1-4*a*a*n.*n/Tc/Tc));%升余弦滾降濾波器時域單位沖擊響應(yīng)hn(16)=1;%升余弦滾降濾波器中間點的校正n=0:30;wn=0.42-0.5.*cos(2.*pi.*n./(max(n)-1))+0.08.*cos(4.*pi.*n./(max(n〕-1〕〕；%Blackman窗函數(shù)表達式figure;subplot(2,2,1);stem(n,hn);xlabel('n');ylabel('hn'title(''subplot(2,2,2);stem(n,wn);xlabel('n');ylabel('wn');title('布拉克曼窗單位沖擊響應(yīng)時域特性');h=hn.*wn;%加窗后的升余弦滾降濾波器subplot(2,2,3);stem(n,h);xlabel('n');ylabel('h');title('發(fā)送濾波器的沖擊響應(yīng)');nh=0:30;w=linspace(0,2*pi,512);hw=h*exp(-j*nh'*w);%頻率特性subplot(2,2,4);plot(w,abs(hw));title('發(fā)送濾波器的幅頻特性');axis([min(w),max(w),min(abs(hw))-0.2,max(abs(hw))+0.2])xlabel('w');ylabel('abs(hw)')g=max(hw);Figure；plot(w,10*log10(abs(hw)));xlabel('w');ylabel('Grf(dB)')title('發(fā)送濾波器的增益圖形');圖2窗函數(shù)法設(shè)計非匹配形式濾波器沖擊響應(yīng)(alpha=0.2)圖3窗函數(shù)法設(shè)計非匹配形式濾波器增益圖形(alpha=0.2)Alpha=1圖3窗函數(shù)法設(shè)計非匹配濾波器沖擊響應(yīng)波形與增益(alpha=1)2.頻率抽樣法設(shè)計匹配形式的發(fā)送濾波器實驗思路：匹配形式的發(fā)送濾波器的頻率響應(yīng)為平方根余弦滾降函數(shù)，子函數(shù)在主函數(shù)開方即可。實驗程序:子函數(shù)定義的是余弦滾降函數(shù)，主函數(shù)是一個頻率抽樣：T=1,fs=1,Tc=4,N=31%子函數(shù)function[hn,Hf,f]=f_sampling(N,Tc,fs)alpha=0.2;K=[-(N-1)/2:(N-1)/2];n=[-(N-1)/2:(N-1)/2];f=K*fs/N;f1=(1-alpha)/(2*Tc);f2=(1+alpha)/(2*Tc);Hf=zeros(1,N);%升余弦滾降濾波器頻率響應(yīng)抽樣函數(shù)fori=1:Nif(abs(f(i))<=f1)Hf(i)=Tc;elseif(abs(f(i))<=f2)Hf(i)=Tc/2*(1+cos(pi*Tc/alpha*(abs(f(i))-(1-alpha)/(2*Tc))));elseHf(i)=0;end;end;hn=1/N*Hf*exp(j*2*pi/N*K'*n);%數(shù)字升余弦滾降濾波器單位沖擊響應(yīng)%主函數(shù)Function[hm]=f_samp_m(N,Tc,fs)N=31;K=[-(N-1)/2:(N-1)/2]; m=[-(N-1)/2:(N-1)/2];[hn,Hf,f]=f_sampling(31,4,1);HF=squrt(Hf);hm=1/N*HF*exp(j*2*pi*/N*K’*m);[Hw,w]=freqz(hm);%幅頻特性；H=max(abs(Hw)); plot(w,abs(Hw)/H);titel(‘歸一化的幅頻特性’);xlabel(‘w’);ylabei(‘Hw’);Figure；Ab=20*log(abs(Hw));plot(w,Ab);title(‘增益圖形’)；xlabel(‘w’);ylabel(‘20*log(abs(Hw))(dB)’);Figure；subplot(2,1,1);stem(HF,’.’);title(‘匹配濾波器頻域單位沖擊響應(yīng)波形’)；xlabel(‘f(Hz)’);ylabel(‘HF’);Figure；subplot(2,1,2);stem(real(hm),’.’);xlabel(‘m’);ylabel(‘nm’);axis([0,35,-0.15,0.7]);title(‘匹配濾波器時域單位沖擊響應(yīng)波形’)；圖4頻率抽樣法設(shè)計匹配濾波器沖擊響應(yīng)與幅頻特性(alpha=0.2)圖5頻率抽樣法設(shè)計匹配濾波器增益圖形(alpha=0.2)Alpha=1圖6、7頻率抽樣法設(shè)計匹配濾波器幅頻特性與增益圖形(alpha=1)表1窗函數(shù)法設(shè)計的非匹配濾波器表二頻率抽樣法設(shè)計的匹配濾波器滾降系數(shù)11第一零點帶寬〔Hz〕第一旁瓣衰減〔dB〕2326〔二〕設(shè)計無碼間干擾的二進制數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)要求傳輸?shù)亩M制比特個數(shù)、比特速率QUOTE〔可用與QUOTE的關(guān)系表示〕、信噪比SNR、滾降系數(shù)α是可變的．1、子函數(shù)模塊1〕二進制信源子函數(shù)function[al]=suiji(m)%a_n是產(chǎn)生的二進制隨機信源序列%m是產(chǎn)生的序列長度%本函數(shù)功能是隨機序列產(chǎn)生函數(shù)al=rand(1,m);fori=1:m a(i)=-1;elsea(i)=1;endend發(fā)送信號生成子函數(shù)function[d]=dt(al,L,A)%a是信源序列%L是信源長度，A是每個碼元的抽樣點數(shù)d=zeros(1,L*A);fori=1:Ld(1+(i-1)*A)=al(i);endend3〕非匹配模式下發(fā)送濾波器單位沖擊響應(yīng)波形%頻率抽樣法非匹配形式濾波器設(shè)計%主函數(shù)function[hn]=f_samp_um(N,Tc,fs)alpha=input('alpha=');%輸入不同的alpha值[hn,Hf,f]=f_sampling(31,4,1);[Hw,w]=freqz(hn);%幅頻特性H=max(abs(Hw));%plot(w,abs(Hw)/H);title('歸一化的幅頻特性');xlabel('w');ylabel('Hw');Ab=20*log(abs(Hw));%plot(w,Ab);title('增益圖形');xlabel('w');ylabel('20*log(abs(Hw))(dB)');subplot(2,1,1);stem(Hf,'.');xlabel('f(Hz)');ylabel('Hf');title('非匹配形式濾波器單位沖激響應(yīng)頻域特性');subplot(2,1,2);stem(real(hn),'.');title('非匹配形式濾波器單位沖激響應(yīng)時域特性');xlabel('n');ylabel('hn');%figure(2);%plot(w,abs(Hw));title('幅頻特性');xlabel('w');ylabel('Hw');Alpha=0.2，alpha=1，二者的波形見實驗〔一〕匹配模式下發(fā)送濾波器單位沖擊響應(yīng)波形%頻率抽樣法匹配形式濾波器設(shè)計%主函數(shù)function[hm]=f_samp_m(N,Tc,fs)N=31;K=[-(N-1)/2:(N-1)/2];m=[-(N-1)/2:(N-1)/2];[hn,Hf,f]=f_sampling(31,4,1);%hn為單位沖擊響應(yīng)HF=sqrt(Hf);hm=1/N*HF*exp(j*2*pi/N*K'*m);[Hw,w]=freqz(hm);%幅頻特性;H=max(abs(Hw));plot(w,abs(Hw)/H);title('歸一化的幅頻特');xlabel('w');ylabel('Hw');Ab=20*log(abs(Hw));Figure；plot(w,Ab);title('增益圖形');xlabel('w');ylabel('20*log(abs(Hw))(dB)');Figure；subplot(2,1,1);stem(HF,'.');title('匹配形式濾波器單位沖激響應(yīng)頻域特性');xlabel('f(Hz)');ylabel('HF');Figure；subplot(2,1,2);stem(real(hm),'.');xlabel('m');ylabel('hm');axis([0,35,-0.15,0.7]);title('匹配形式濾波器單位沖激響應(yīng)時域特性');Figure；plot(w,abs(Hw));title('幅頻特性');xlabel('w');ylabel('Hw');發(fā)送濾波器輸出信號計算子函數(shù)function[x]=fslbqscxh(hn,d,L,A,N)x=conv(d,hn);%發(fā)送信號與匹配形式下的發(fā)送濾波器卷積x=x((N+1)/2:(N+1)/2-1+L*A);%截去發(fā)送濾波器輸出信號增加的〔N-1〕個點,卷積序列長度為2N-1，原序列長度為N給定標準方差，高斯分布隨機數(shù)生成子函數(shù)正態(tài)分布，均值為零，方差為1Function[Nt]=gaosisuiji(sigma,L)%sigma標準差函數(shù)%Nt高斯隨機分布子函數(shù)Nt=randn(1,L);Nt=Nt*sigma;end給定信噪比，噪聲標準方差計算子函數(shù)function[noi]=noise(SNR,L,A,x)Eb=0;fori=1:A*LEb=Eb+(abs(x3(i)))^2;%計算總比特能量end;Eb=Eb/L;%平均比特能量N0=Eb/(10^(SNR/10));%計算單邊功率譜密度sigma=sqrt(N0/2);%標準差noi=0+sigma*randn(1,A*L);%產(chǎn)生均值為0，方差為N0的噪聲AWAG信道輸出子函數(shù)Function[awag]=xindaoshuchu(x,SNR)Sigma=SNR_sigma(SNR,x)awag=x+noi匹配模式下接收濾波器單位沖擊響應(yīng)波形%頻率抽樣法匹配形式濾波器設(shè)計%主函數(shù)function[hm]=f_samp_m(N,Tc,fs)N=31;K=[-(N-1)/2:(N-1)/2];m=[-(N-1)/2:(N-1)/2];[hn,Hf,f]=f_sampling(31,4,1);HF=sqrt(Hf);hm=1/N*HF*exp(j*2*pi/N*K'*m);[Hw,w]=freqz(hm);%幅頻特性;H=max(abs(Hw));%plot(w,abs(Hw)/H);title('歸一化的幅頻特');xlabel('w');ylabel('Hw');Ab=20*log(abs(Hw));%plot(w,Ab);title('增益圖形');xlabel('w');ylabel('20*log(abs(Hw))(dB)');%subplot(2,1,1);stem(HF,'.');title('匹配形式濾波器單位沖激響應(yīng)頻域特性');xlabel('f(Hz)');ylabel('HF');%subplot(2,1,2);stem(real(hm),'.');xlabel('m');ylabel('hm');axis([0,35,-0.15,0.7]);title('匹配形式濾波器單位沖激響應(yīng)時域特性');%plot(w,abs(Hw));title('幅頻特性');xlabel('w');ylabel('Hw');Alpha=0.2與alpha=1的單位沖擊響應(yīng)波形見實驗〔一〕，此處省略接收濾波器輸出信號計算子函數(shù)function[r]=receive(x,noi,hn,N,L,A)awag=noi+x;%接受濾波器輸入信號r=conv(re,hn);%卷積后濾波器輸出信號r=r((N+1)/2:(N+1)/2-1+L*A);%截去多出的N-1個點抽樣判決點信號生成子函數(shù)function[cy]=chouyang(L,A,r)cy=zeros(1,L);fori=1:Lcy(i)=real(r((i-1)*A+1));%對接收濾波器輸出信號x4每隔A進行抽樣end;判決子函數(shù)function[al’]=judge(L,cy)al’=zeros(1,L);fori=1:Lifcy(i)>0%對抽樣值進行判決al’(i)=1;elseal’(i)=-1;end;end;畫眼圖子函數(shù)function[yt]=eyetu(A,L,r)yt=0;fori=1:(8*A):(A*L)forj=1:(8*A)yt(j)=r(i+j-1);%信號的截斷、疊加end;plot(yt);title('眼圖');holdon;%畫出眼圖end;誤比特率計算子函數(shù)function[Pe]=errorB(L,al,al’)BE=0;fori=1:Lifal(i)~=al’(i)BE=BE+1;%計算錯誤的碼數(shù)end;end;Pe=BE/L;%計算誤碼率sprintf('誤碼率：%2.2f%%',Pe*100)無碼間干擾的數(shù)字二進制基帶傳輸系統(tǒng)的模擬給定要傳輸?shù)亩M制比特個數(shù)、比特速率、信噪比SNR、滾降系數(shù)α，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的無碼間串擾的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。1〕假設(shè)加性噪聲不存在，傳輸240個特定的二進制比特，如果比特速率QUOTE=1/，比特間隔為=4T，基帶系統(tǒng)不采用匹配濾波器，畫出接收濾波器的輸出信號波形和眼圖，判斷有無碼間干擾，注意考慮濾波器的延時，將不準確的數(shù)值拋棄，選取有效的信號來畫眼圖，同時注意確定第一個抽樣點的位置，抽樣后進行判決，計算誤比特個數(shù)和誤比率。圖8非匹配模式、無加性噪聲、4T抽樣間隔接收濾波器輸出信號圖9非匹配模式、無加性噪聲、4T比特間隔接收濾波器輸出信號眼圖由圖8、圖9可知，眼圖清晰無明顯重疊錯位，無碼間串擾；誤比特率和誤比特個數(shù)為零假設(shè)加性噪聲不存在，傳輸240個特定的二進制比特，基帶系統(tǒng)不采用匹配濾波器，如果將比特速率改為4/3QUOTE，1/2，比特間隔=3T，=8T，畫出接收濾波器的輸