数字基带系统实验一总结报告

1、实验一 基带传输系统实验实验一 基带传输系统实验目录：一、 实验目的2二、 实验原理2三、 实验内容3（一） 因果数字升余弦滚降滤波器设计31) 窗函数法设计非匹配形式的基带系统的发送滤波器32) 频率抽样法设计匹配形式的基带系统的发送滤波器53) 非匹配形式下窗函数设计法和匹配模式下频率抽样法设计的滤波器第一零点带宽和第一旁瓣衰减7（二） 根据离散域基带系统模型，设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统7（三） 非匹配模式和匹配模式的无码间干扰的数字基带传输系统测试101) 非匹配滤波器无加性噪声系统102) 非匹配滤波器和匹配滤波器加加性噪声系统12四、 实验心得15 指导老师：马丕明 班

2、级：通信一班 姓 名：石恬静 201100120172 蒋 金 2011001202221、 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。2、 实验原理数字通信系统的模型如下图所示：数字调制器信道编码器信源编码器信源信道数字信源 噪声信道译码器信源译码器信宿数字解调器数字信宿编码信道在数字通信中，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

3、称为基带传输系统。 带限信道的数字基带传输系统的传输模型为： 发送滤波器 传输信道 接收滤波器抽样判决 x(t) y(t) r(t) 噪声源 定时信号 位定时提取输入符号序列，其取值为1或-1；每隔一个比特周期Tb发送一个脉冲信号得到发送信号；在匹配形式下，发送滤器和接收滤波器都是平方根升余弦滚降滤波器，在非匹配形式下，发送滤波器是升余弦滚降滤波器而接收滤波器是直通型。发送信号经过发送滤波器后输出信号；信号在信道内传输时受到噪声的干扰，信道输出的信号；经过接收滤波器后的输出信号为；采用不同的滤波器对输出信号产生的延时会有所不同，在采样时要确定采样的起始点，然后对输出信号进行抽样判决，得到判决。

4、根据接送滤波器的输出信号的眼图判断信号有无码间干扰；根据抽样判决点信号的星座图判断噪声对通信系统通信质量的影响程度。由模拟升余弦滚降滤波器得到数字升余弦滚降滤波器可采用窗函数设计法和频率抽样法。窗函数法是从模拟升余弦滤波器的单位冲激响应的表达式出发，对其进行时域抽样、截断、加窗得到，最后向右移位得到因果的数字升余弦滚降滤波器的单位冲激响应。频率抽样法是从模拟升余弦滚降滤波器的频率响应表达式入手，对其进行频率抽样后进行IDFT变换，最后向右移位，得到实际的因果的数字升余弦滚降滤波器的单位冲激响应。3、 实验内容（1） 因果数字升余弦滚降滤波器设计给定的升余弦系统的频域响应表达式和时域单位冲激响应

5、的表达式，分别采用窗函数法（选用Blackman 窗）和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚降的基带系统。滤波器设计的有关参数：T=1,。滚降系数分别为 0.2，1；设计滤波器。1) 窗函数法设计非匹配形式的基带系统的发送滤波器A. 程序如下：子函数：functionh=unmatch_filter(N,Tc,a)%hn 升余弦滚降滤波器的单位冲击响应% N：抽样点数 %Tc：表征升余弦滤波器的频率响应常数 % a：滚降系数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(滚降系数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 为实际的因果数字升余弦滚降滤波器的单位冲击响应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(单位冲击响应时域特性);xlabel(t);ylabel(hn);subplot(222);plot(w,abs(H);title(幅频特性);xlabel(w);ylabel(abs(H);subplot(223);plot(w,Hw);title(归一化幅频响应);xlabel(w);ylabel(Hw);subplot(224);plot (w/pi,Hdb ); title (幅度响应（单位：dB）);xlabel(w/

8、pi);ylabel(Hdb/dB);B. 结果:当a=0.2时：图1 非匹配滤波器a=0.2时的单位冲击响应和幅度响应波形当a=1时：图2 非匹配滤波器a=1时的单位冲击响应和幅度响应波形2) 频率抽样法设计匹配形式的基带系统的发送滤波器A. 程序如下：子函数：functionhn=match_filter(N,Tc,a)n=-(N-1)/2:(N-1)/2;%时域取值-15至+15k=n;f=k*1/N;%频率Hf=zeros(1,N); %根升余弦匹配滤波器for i=1:N %升余弦滤波器频域特性 if (abs(f(i)=(1-a)/(2*Tc) Hf(i)=Tc; elseif(a

9、bs(f(i)0.5;%若产生的随机数在（0.5,1）区间内，为1 y0(i)=1; else y0(i)=-1;%若产生的随机数在（0,0.5）区间内，则为-1 end;end end2） 发送信号生成子函数function y1=send(y0,Tb)y1=zeros(1,length(y0)*Tb);%产生零序列for i=1:length(y0) y1(Tb*(i-1)+1)=y0(i);%插入零点end3） 非匹配模式下的升余弦滚降滤波器functionh=unmatch_filter(N,Tc,a)%hn 升余弦滚降滤波器的单位冲击响应% N：抽样点数 %Tc：表征升余弦滤波器的频

10、率响应常数 % a：滚降系数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) 匹配模式下的发送滤波器functionhn=match_filter(N,Tc,a)n=-(N-1)/2:(N-1)/2;%时域取值-15

11、至+15k=n;f=k*1/N;%频率Hf=zeros(1,N); %根升余弦匹配滤波器for i=1:N %升余弦滤波器频域特性 if (abs(f(i)=(1-a)/(2*Tc) Hf(i)=Tc; elseif(abs(f(i)0 %若抽样值为正，判为1 sample(i)=1; else sample(i)=-1;%若抽样值为负，判为-1 endendend11） 画眼图子函数function y6=yantu(Tb,L,r)y6=0;for i=1:(8*Tb):(Tb*L) %将信号分段 for j=1:(8*Tb) y6(j)=r(i+j-1);%信号叠加 end; x=1:8*

12、Tb;xx=1:0.01:8*Tb; eyes=spline(x,real(y6),xx);%曲线平滑 figure(2); plot(xx,eyes);title(眼图); xlabel (xx); ylabel (eyes ); hold on;end12) 误比特率计算子函数function Pe,j=BER(y0,sample,L)j=0;%误码个数for i=1:L if y0(i)=sample(i) %与发送序列进行比较 j=j+1; end Pe=j/L*100;end（3） 非匹配模式和匹配模式的无码间干扰的数字基带传输系统测试给定要传输的二进制比特个数、比特速率、信噪比SN

13、R、滚降系数，合理调用如上设计的子函数，构建非匹配模式和匹配模式下的无码间干扰的数字基带传输系统。非匹配滤波器不加噪声的主程序如下：L=240;%输入二进制比特个数a=input(滚降系数a=);Tb=input(比特周期Tb=);%比特周期Rb=1/Tb;N=31;Tc=4;%Rb为比特传输速率,N滤波器阶数y0=source(L);%二进制信源序列y1=send(y0,Tb);%发送信源序列h=unmatch_filter(N,Tc,a);wd=(blackman(N);hn=h.*wd;%发送滤波器的时域函数%发送滤波器y=convolation(y1,hn);%发送滤波器输出波形y=y

14、(N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb);%接收滤波器r=y;%系统无噪声figure(1)plot(r);title(接收滤波器输出信号);xlabel (t); ylabel (r );%抽样判决sample,sample1=samples(L,Tb,r);%眼图y6=yantu(Tb,L,r);%计算误码率Pe,j=BER(y0,sample,L);1) 非匹配滤波器无加性噪声系统 加性噪声不存在，传输240个二级制比特，比特速率Rb=1/Tc、4/3*Tc、1/2*Tc，比特间隔为Tb=4T，Tb=3T，Tb=8T，基带不采用匹配滤波器，画出输出信号波形及眼图，判断有无码间干扰，

15、并计算误比特个数级误比特率。A. Tb=4T a=1无码间干扰，误比特率为Pe=0，误比特数j=0 图5 比特周期为Tb=4T时接收滤波器的输出信号波形 图6 比特周期为Tb=4T时接收滤波器输出信号的眼图B. Tb=3T a=1 误比特率仍计算为Pe=0，但观察眼图可知会产生较大的码间干扰 图7 比特周期为Tb=3T时接收滤波器的输出信号波形 图8 比特周期为Tb=3T时接收滤波器输出信号的眼图C. Tb=8T a=1无码间干扰，误比特率为Pe=0，误比特数j=0 图9 比特周期为Tb=8T时，接收滤波器输出信号波形 图10 比特周期为Tb=8T时，接收滤波器输出信号眼图2) 非匹配滤波器和

16、匹配滤波器加加性噪声系统 传输 240 个二进制比特，比特速率Rb=1/Tc，信噪比分别取 1dB、10dB 时，基带系统分别为匹配滤波器形式和非匹配滤波器形式、滚降系数为 0.3，得到相应的恢复数字信息序列。调用matlab的星座图函数画出接收抽样判决点信号的星座图。根据星座图的坐标取值，判断噪声对信号的影响程度和信号的传输质量。讨论信噪比、是否采用匹配滤波器对系统信息传输质量的影响。非匹配滤波器加噪声的主程序如下：L=240;%输入二进制比特个数a=input(滚降系数a=);SNR=input(信噪比SNR=);Tb=4;Rb=1/Tb;%比特传输速率N=31;%滤波器阶数Tc=4;y0

17、=source(L);y1=send(y0,Tb);h=unmatch_filter(N,Tc,a);wd=(blackman(N);hn=h.*wd;%发送滤波器y=convolation(y1,hn);%发送滤波器输出波形y=y(N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb);%高斯噪声n0=guass(SNR,y,L)y3=xindao(y,n0)%加入噪声后信号%接收滤波器r=conv(y3,hn); %观察接收滤波器输出r=r(N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb);%抽样判决sample,sample1=samples(L,Tb,r)stem(sample,.);title(判

18、决输出序列); xlabel (n); ylabel (sample );%星座图scatterplot(r,Tb,0,r*);%计算误码率Pe,j=BER(y0,sample,L)A. 非匹配模式下 SNR=1dB a=0.3误码率Pe=7.0833 ，误比特数j=17 图11 非匹配模式下，SNR=1dB的恢复信号波形和接收滤波器输出信号星座图B. 非匹配模式下 SNR=10dB a=0.3误码率Pe=0，误比特数j=0图12 非匹配模式下，SNR=10dB的恢复信号波形和接收滤波器输出信号星座图分析结论：由上图可知可得，输出信噪比越大，噪声对信号的影响程度越小，传输质量越好。匹配滤波器加

19、噪声的主程序如下：L=240;%输入二进制比特个数a=input(滚降系数a=);SNR=input(信噪比SNR=)%输入性噪比Tb=4;%比特周期Rb=1/Tb;%比特传输速率N=31;Tc=4;%滤波器阶数y0=source(L);y1=send(y0,Tb);hn=match_filter(N,Tc,a);%发送滤波器y=convolation(y1,hn);%发送滤波器输出波形y=y(N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb);%高斯噪声n0=guass(SNR,y,L)y3=xindao(y,n0)%加入噪声后信号%接收滤波器r=conv(y3,hn); %观察接收滤波器输出r=

20、r(N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb);%抽样判决sample,sample1=samples(L,Tb,r)stem(sample,.);title(判决输出序列); xlabel (n); ylabel (sample );%星座图scatterplot(r,Tb,0,r*);%计算误码率Pe,j=BER(y0,sample,L)C. 匹配模式下 SNR=1 a=0.3误码率Pe=4.5833,误比特数j=11图13 匹配模式下，SNR=1dB的恢复信号波形和接收滤波器输出信号星座图D. 匹配模式下 SNR=10 a=0.3误码率Pe=0,误比特数j=0图14 匹配模式下，SNR=10dB的恢复信号波形和接收滤波器输出信号星座图分析结论：基带系统分别为匹配滤波器形式和非匹配滤波器