通信原理 数字基带传输实验报告

基带传输系统实验报告

一、 实验目的

1、 提高独立学习的能力；

2、 培养发现问题、解决问题和分析问题的能力；

3、 学习matlab 的使用；

4、 掌握基带数字传输系统的仿真方法；

5、 熟悉基带传输系统的基本结构；

6、 掌握带限信道的仿真以及性能分析；

7、 通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。

二、 实验原理

在数字通信中，有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号，这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。

基带传输系统方框图如下：

基带脉冲输入

噪声

基带传输系统模型如下：

信道信号 形成器

信道

接收

滤波器

抽样 判决器

同步 提取

基带脉冲

各方框的功能如下：

（1）信道信号形成器（发送滤波器）：产生适合于信道传输的基带信号波形。因为其输入一般是经过码型编码器产生的传输码，相应的基本波形通常是矩形脉

冲，其频谱很宽，不利于传输。发送滤波器用于压缩输入信号频带，把传输

码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。

（2）信道：是基带信号传输的媒介，通常为有限信道，如双绞线、同轴电缆等。信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。另

外信道还会引入噪声n（t），一般认为它是均值为零的高斯白噪声。

（3）接收滤波器：接受信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。

（4）抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。

（5）定时脉冲和同步提取：用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取。

三、实验内容

1采用窗函数法和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚讲的基带系统(不调用滤波器设计函数,自己编写程序)

设滤波器长度为N=31，时域抽样频率错误!未找到引用源。o为4 /Ts，滚降系数分别取为0.1、0.5、1，

（1）如果采用非匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统，计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。

（2）如果采用匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统，计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。

（1）非匹配滤波器

窗函数法：

子函数程序：

function[Hf,hn,Hw,w]=umfw(N,Ts,a)

n=[-(N-1)/2:(N-1)/2];

k=n;

t=k;

for i=1:N;

if(abs(t(i))==0)

hn(i)=1;

elseif((1-4*a*a*t(i)*t(i)/Ts/Ts)==0)

hn(i)=sin(pi*t(i)/Ts)/t(i)*Ts/4;

else

hn(i)=sin(pi*t(i)/Ts)*cos(a*pi*t(i)/Ts)/(pi*t(i)/Ts)/(1-4*a*a*t(i)*t(i)/Ts/Ts);

end;

end;

w=-1:0.01:1;

Hw=hn*exp(-j*2*pi*n'*w);

Hf=hn*exp(-j*2*pi/N*k'*n);

函数调试程序：

a=input('a=');

[hn,Hf,Hw,w]=umfw(31,4,a);

subplot(3,1,1);stem(real(hn),'.');title('平方根升余弦滤波器单位冲击响应时域特性'); subplot(3,1,2);stem(Hf,'.');title('平方根升余弦滤波器单位冲击响应频域特性'); subplot(3,1,3);plot(w,Hw);title('频域响应');

axis([-1,1,min(real(Hw)),max(real(Hw))]);

a=0.1

a=0.5

a=1

频域抽样法：

子函数程序：

function[hn,Hf,f]=umf(N,Ts,a);

n=[-(N-1)/2:(N-1)/2];%-15至+15

k=n;

f=k*1/N;%频率抽样为H(f)

f1=(1-a)/(2*Ts);

f2=(1+a)/(2*Ts);

Hf=zeros(1,N);

for i=1:N %得到频域的升余弦函数

if (abs(f(i))<=f1)

Hf(i)=Ts;

elseif(abs(f(i))<=f2)

Hf(i)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/a*(abs(f(i))-(1-a)/(2*Ts))));

else Hf(i)=0;

end

end

hn=hn=1/N*Hf*exp(j*2*pi/N*k'*n);%得到时域升余弦函数，复数表达式

函数调试程序：

a=input('a=');

[hn,Hf]=umf(31,4,a);

[H,w]=freqz(hn);

subplot(2,1,1);stem(real(hn),'.');title('平方根升余弦滤波器单位冲击响应时域特性'); subplot(2,1,2);stem(Hf,'.');title('平方根升余弦滤波器单位冲击响应频域特性'); figure(2);plot(w,abs(H));title('幅频特性');

a=0.1时

a=0.5时

a=1

(2)匹配滤波器

窗函数法:

function [Hf,hn,Hw,w]=mfw(N,Ts,a)

%采用窗函数法的滤波器函数,a为滚降系数

n=[-(N-1)/2:(N-1)/2];

k=n;

t=k;

for i=1:N;

if(abs(t(i))==0)

hn(i)=1;

elseif((1-4*a*a*t(i)*t(i)/Ts/Ts)==0)

hn(i)=sin(pi*t(i)/Ts)/t(i)*Ts/4;

else

hn(i)=sin(pi*t(i)/Ts)*cos(a*pi*t(i)/Ts)/(pi*t(i)/Ts)/(1-4*a*a*t(i)*t(i)/Ts/Ts);

end;

end;

w=-1:0.01:1;

HW=hn*exp(-j*2*pi*n'*w);

Hw=sqrt(HW);

HF=hn*exp(-j*2*pi/N*k'*n);

Hf=sqrt(HF); a=0.1

a=0.5

a=1

频域抽样法:

子函数程序:

function[hn,Hf,n,f]=mf(N,Ts,a)

n=[-(N-1)/2:(N-1)/2];%-15至+15

k=n;

f=k*1/N;%频率抽样为H(f)

f1=(1-a)/(2*Ts);

f2=(1+a)/(2*Ts);

HF=zeros(1,N);

Hf=zeros(1,N);

for i=1:N %得到频域平方根升余弦函数

if (abs(f(i))<=f1)

HF(i)=Ts;

elseif(abs(f(i))<=f2)

HF(i)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/a*(abs(f(i))-(1-a)/(2*Ts))));

else HF(i)=0;

end

end

Hf=sqrt(HF);

hn=1/N*Hf*exp(j*2*pi/N*k'*n);%得到时域平方根升余弦函数，复数表达式

函数调用程序:

a=input('a=');

[hn,Hf]=mf(31,4,a);

[H,w]=freqz(hn);

subplot(2,1,1);stem(real(hn),'.');title('平方根升余弦滤波器单位冲击响应时域特性'); subplot(2,1,2);stem(Hf,'.');title('平方根升余弦滤波器单位冲击响应频域特性'); figure(2);plot(w,abs(H));title('幅频特性');

a=0.1

第一零点带宽为w=1.012rad/s

a=0.5

第一零点带宽为w=1.215rad/s a=1

第一零点带宽为1.62rad/s

2．根据基带系统模型，编写程序，设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统。要求要传输的二进制比特个数、比特速率Rb（可用与Ts的关系表示）、信噪比SNR、滚降系数α是可变的。

(1)信源子函数

function[dn] =source(L,Tb)

%定义信源函数source,产生信源序列

%输入:L序列长度,Tb码元宽度

%输出:dn双极性信源序列

an=sign(rand(1,L)-0.5); %产生一组-1,1等概的随机序列

dn=zeros(1,L);

for i=1:L

dn(1+(i-1)*Tb)=an(i);%插值，在相邻两数间插入Tb-1个0，得到插值后的发送序列；end

(2)滤波器函数同实验内容一

(3)噪声函数

function[n0]=noise(SNR,xn,L,Tb,N)

%定义噪声函数

%输入:SNR为可调信噪比，xn为发送滤波器的输出信号

%输出:n0为高斯噪声序列

Eb=0;

for i=1:length(xn)

Eb=Eb+(abs(xn(i))).^2; %总比特能量

end

Eb=Eb/L; %平均比特能量

n0=sqrt(Eb/(2*10.^(SNR/10)))*randn(1,(L+(Tb-1)*(L-1)+N-1)); %得到均值为0,方差为sqrt(Eb/(2*10.^(SNR/10)))的高斯噪声

(4)抽样判决函数

function[bn]=adjudge(L,Tb,rn)

%rn为接收滤波器输出信号，bn为判决输出序列

zn=zeros(1,L);

bn=zeros(1,L);

for i=1:L

zn(i)=real(rn((i-1)*Tb+1)); %对rn每隔Tb进行抽样

end

bn=sign(zn);

采用匹配滤波器的基带传输系统的主函数:

L=input('二进制比特个数=');%输入二进制比特个数

Tb=input('比特周期=');%输入比特周期

Ts=input('码元周期=');%输入码元周期

Rb=1/Tb;%比特传输速率

N=31;%滤波器阶数

a=input('滚降系数=');%输入滚降系数

SNR=input('信噪比=');%输入信噪比

m=-(N-1)/2:(L*Tb-Tb+1+N-1-(N+1)/2);%发送滤波器输出序列横坐标显示范围

n=-(N-1)/2:(N-1)/2;

o=-N:L+(Tb-1)*(L-1)+N-3;%接收滤波器输出序列横坐标显示范围

[dn]=source(L,Tb);%生成信源序列dn

[hn,Hf,f]=mf(N,Ts,a);%得到发送滤波器单位冲击响应

xn=conv(hn,dn);%发送滤波器输入序列卷积发送滤波器单位冲击响应,得到发送滤波器输出序列

[n0]=noise(SNR,xn,L,Tb,N);%产生噪声序列

yn=n0+xn;%加入噪声后的序列

rn0=conv(yn,hn);%接收滤波器输出序列

rn=rn0(N:N+L+(Tb-1)*(L-1)-1);%从N开始判决

[bn]=adjudge(L,Tb,rn);%bn为判决序列

figure(1);

subplot(3,2,1);stem(dn,'.');title('发送滤波器输入序列');

subplot(3,2,2);plot(m,xn);title('发送滤波器输出序列');

subplot(3,2,3);plot(m,n0);title('噪声序列');

subplot(3,2,4);plot(m,yn);title('接收滤波器输入序列');

subplot(3,2,5);plot(o,rn0);title('接收滤波器输出序列');

subplot(3,2,6);stem(bn);title('判决输出序列');

当输入:

二进制比特个数=8

比特周期=4

码元周期=4

滚降系数=0.1

信噪比=20

时,图像如下:

采用非匹配滤波器的基带传输系统的主函数:

L=input('二进制比特个数=');%输入二进制比特个数

Tb=input('比特周期=');%输入比特周期

Ts=input('码元周期=');%输入码元周期

Rb=1/Tb;%比特传输速率

N=31;%滤波器阶数

a=input('滚降系数=');%输入滚降系数

SNR=input('信噪比=');%输入信噪比

m=-(N-1)/2:(L*Tb-Tb+1+N-1-(N+1)/2);%发送滤波器输出序列横坐标显示范围

n=-(N-1)/2:(N-1)/2;

[dn]=source(L,Tb);%生成信源序列dn

[hn,Hf,f]=umf(N,Ts,a);%得到发送滤波器单位冲击响应

xn=conv(hn,dn);%发送滤波器输入序列卷积发送滤波器单位冲击响应,得到发送滤波器输出序列

[n0]=noise(SNR,xn,L,Tb,N);%产生噪声序列

yn=n0+xn;%加入噪声后的序列

rn=yn((N-1)/2:(N-1)/2+L+(Tb-1)*(L-1)-1);%从(N-1)/2开始判决

[bn]=adjudge(L,Tb,rn);%bn为判决序列