通信原理实验三指导书.pdf

通信原理实验 实验四 数字基带传输系统 21 21 实验四 数字基带传输系统实验四 数字基带传输系统 1 实验类别实验类别 设计型实验 设计实现一个数字基带通信仿真系统 2 实验目的实验目的 1 掌握数字基带信号最佳接收的基本原理 2 掌握蒙特卡罗误码率仿真方法 3 掌握限带系统下无码间干扰基带信号传输原理 4 理解观察基带信号眼图的方法 3 实验条件实验条件 Matalb 仿真软件 4 实验原理实验原理 1 数字基带信号最佳接收的基本原理 图 4 1 数字基带信号最佳接收系统 根据通信原理可知 确定信号在受到加性白告诉噪声干扰下的 最佳接收是采用匹配滤波器 使得在最佳抽样时刻的信噪比最大 通信原理实验 实验四 数字基带传输系统 22 22 然后再选择合适的判决门限进行判决 可使平均误比特率最小 2 蒙特卡罗误码率仿真方法 蒙特卡罗计算仿真用于估算数字通信系统的误码率 特别适用 于难以对判决器的性能进行分析的情况 二进制双极性通信系统 的误码率仿真模型如图 4 2 所示 图 4 2 二进制双极性通信系统的误码率仿真模型 利用高斯噪声发生器产生加性噪声分量 0 0 2 N 将判决器的输 出与二进制输入序列比较 并用计数器记录错误比特数 这就是 蒙特卡罗仿真的基本方法 3 限带系统下无码间干扰基带信号传输原理 在实际通信系统中 信道带宽通常时有限的 数字基带信号通 过限带线性滤波器传输时 收到信道带宽的限制 使得信道输出 的信号波形失真 因此 必须设计在限带系统下的数字基带信号 传输方法 无码间干扰基带传输的奈奎斯特准则 满足抽样点无码间干扰的数字基带系统时 其系统冲激响应时域 通信原理实验 实验四 数字基带传输系统 23 23 必须满足 10 00 s n x nT n 等效的频域应满足的充要条件为 s m s m X fT T 表明抽样点无码间干扰时整个 包括发送 接收滤 波器 基带系统需要满足的条件 无码间干扰的基带系统的频率响应 特性如图 4 3 所示 图 4 3 无码间干扰的基带系统 升余弦滚降系统 升余弦滚降系统是已获得广泛应用的满足无码间干扰基带传输系 统 其频率响应如图 4 4 所示 图 4 4 升余弦滤波器频率响应 其传递函数为 1 0 2 111 1 cos 2222 1 0 2 s s ss sss s Tf T TT X fff TTT f T 通信原理实验 实验四 数字基带传输系统 24 24 升余弦滚降系统的时域表示式为 2 2 2 sincos 1 4 ss s s tt TT x t t t T T 其中 为滚降系数 其实现方法如下所示 alpha 1 滚降系数 g1 sin pi t Ts pi t Ts g2 cos alpha pi t Ts 1 2 alpha t Ts 2 g g1 g2 G t2f g dt Cf 系统总的频谱 Cf 为信道传输函数 4 数字基带信号眼图 在数字基带传输系统的接收端用示波器观察接收信号波形 将接 收波形输入示波器的垂直放大器 同时调整示波器的水平扫描周期为 输入码元周期的整数倍 可以在示波器上观察到类似于人眼的图案 称为眼图 如图 4 5 所示 图 4 5 眼图 其实现方法如下所示 通信原理实验 实验四 数字基带传输系统 25 25 figure 1 绘制眼图 tt 0 dt Na L dt tt 为一屏眼图的点数 for jj 1 Na L N Na L Na 为一屏显示的码元数 plot tt s jj jj Na L end 5 实验步骤实验步骤 根据数字基带信号最佳接收的基本原理 设计实现在给定带宽限 制条件下的一个基带通信仿真系统 并通过眼图观测波形 1 根据要求 设计选择合理的滤波器 并计算出相应参数 2 选择合理的时域 频域采样点数 时域分辨率 频域分辨率 3 根据不同信道特性 设计实现滤波器的传递函数 4 实现信号通过系统后的序列信号 时域 频域 5 画出信号的输出波形 以及眼图 误比特率分析等 6 实验报告实验报告 1 实验题目 目的 要求 2 必要的理论依据 3 实验内容包括仿真系统框图 对关键模块 语句分析说明 4 实验结果 分析 讨论 5 实验总结 心得体会 建议 通信原理实验 实验五 数字频带传输系统 26 26 实验五 数字频带传输系统实验五 数字频带传输系统 1 实验类别实验类别 设计型实验 设计实现 M 2 4 8 进制数字频带通信仿真系统 2 实验目的实验目的 1 掌握 M 进制数字频带信号最佳接收的基本原理 2 掌握蒙特卡罗误码率仿真方法 3 掌握 M 进制数字调制原理 通过时域 频域分析误码性能 3 实验条件实验条件 Matalb 仿真软件 4 实验原理实验原理 1 M 进制数字信号最佳接收原理 根据通信原理所学的正交分解原理 可以将接收波形 r t变换为 N 维信号空间 即信号由 N 个正交函数加权构成 如图 5 1 所示最佳接 收系统框图 通信原理实验 实验五 数字频带传输系统 27 27 图 5 1 最佳接收系统框图 如 MPSK 信号可以由 2 个正交函数加权构成 根据所观察的 N 维信号 利用 MAP 准则或 ML 准则 作为判决 准则进行最佳检测 作出最佳判决 使得平均错判概率最小 MAP 准则 argmax i ii s sP s ps r ML 准则 argmax i i s sps r 2 MPSK 系统蒙特卡罗仿真 以 M 4 为例 即 QPSK 信号产生原理框图如图 5 2 所示 图 5 2 QPSK 信号产生原理框图 分析系统的误码性能采用蒙特卡罗仿真方法得到 具体原理同 实验四 通信原理实验 实验五 数字频带传输系统 28 28 3 MDPSK 系统蒙特卡罗仿真 以 M 4 为例 即 DQPSK 信号产生原理框图如图 5 3 所示 图 5 3 DQPSK 信号产生原理框图 在调制前对发送信息序列进行差分编码 在差分编码中 信息通 过相对于前一信号间隔的相移来实现 在 DQPSK 系统中 连续间隔 相对相移为0 90 180 和270 分别对应信息比特 00 01 11 10 从编码得到的调相信号称为差分编码 DQPSK 信号解调原理框图如图 5 4 所示 图 5 4 DQPSK 信号解调原理框图 在解调时 不需要准确估计相位载波 通过同相 正交分量的互 相关解调差分编码信号 通信原理实验 实验五 数字频带传输系统 29 29 5 实验步骤实验步骤 根据数字频带传输原理 按照要求设计实现 M 进制 差分 移相 调制通信仿真系统 1 根据要求 设计选择合理的滤波器 并计算出相应参数 2 选择合理的时域 频域采样点数 时域分辨率 频域分辨率 3 根据要求产生数据源 或差分编码 4 根据不同信道特性