数字基带系统实验一总结报告

实验一基带传输系统实验山东大学信息科学与工程学院第1页共15页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：马丕明班级：通信一班姓名：石恬静201100120172蒋金201100120222实验一基带传输系统实验山东大学信息科学与工程学院第2页共15页一、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、实验原理数字通信系统的模型如下图所示：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。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}{nax(t)y(t)r(t)}'{an定时信号输入符号序列{a}l，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()dt；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)(wGr)(wC)(wGR抽样判决噪声源位定时提取信源信源编码器信道编码器数字调制器数字信源噪声信道信宿信源译码器信道译码器数字解调器数字信宿编码信道实验一基带传输系统实验山东大学信息科学与工程学院第3页共15页非匹配形式下，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()dt经过发送滤波器后输出信号()xt；信号在信道内传输时受到噪声的干扰，信道输出的信号()()()ytxtnt；经过接收滤波器后的输出信号为()()()Rrtytgt；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'l{}a。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222sin/cos/()/14/ccdcctTtThttTtT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()hnT。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。三、实验内容（一）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=1,31,4,1NTfcs。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：function[h]=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];fori=1:N;if(abs(t(i))==0)实验一基带传输系统实验山东大学信息科学与工程学院第4页共15页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;end主程序：clc;clearall;closeall;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);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/pi');ylabel('Hdb/dB');B.结果:当a=0.2时：010203040-0.500.51单位冲击响应时域特性thn012340246幅频特性wabs(H)0123400.51X:1.239Y:0.001283归一化幅频响应wHw00.51-150-100-500幅度响应（单位：dB）w/piHdb/dB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实验一基带传输系统实验山东大学信息科学与工程学院第5页共15页当a=1时：010203040-0.500.51单位冲击响应时域特性thn0123401234幅频特性wabs(H)0123400.51X:1.638Y:0.009788归一化幅频响应wHw00.51-200-150-100-500幅度响应（单位：dB）w/piHdb/dB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：function[hn]=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fori=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))=(1+a)/(2*Tc))Hf(i)=Tc/2*(1+cos(pi*Tc/a*(abs(f(i))-(1-a)/(2*Tc))));elseHf(i)=0;endendHF=sqrt(Hf);%根升余弦滚降滤波器hn=1/N*HF*exp(j*2*pi/N*k'*n);%根升余弦滚降滤波器时域特性end主程序：a=input('滚降系数a=');Tc=4;N=31;[hn,HF,n]=match_filter(N,Tc,a);[H,w]=freqz(hn);mag=abs(H);H1=max(mag);Hw=mag/H1;Hdb=20*log10((mag+eps)/H1);实验一基带传输系统实验山东大学信息科学与工程学院第6页共15页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/pi');ylabel('Hdb/dB');B.结果：当a=0.2时：010203040-0.200.20.40.6单位冲击响应时域特性thn012340123幅频特性wabs(H)0123400.51X:1.012Y:0.001538归一化幅频响应wHw00.51-80-60-40-200幅度响应（单位：dB）w/piHdb/dB图3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：010203040-0.500.51单位冲击响应时域特性thn0123400.511.52幅频特性wabs(H)0123400.51归一化幅频响应wHw00.51-100-50050X:0.5508Y:-38.52幅度响应（单位：dB）w/piHdb/dB图4匹配滤波器a=1时的单位冲击响应和幅度响应波形实验一基带传输系统实验山东大学信息科学与工程学院第7页共15页3)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滚降系数a非匹配形式滤波匹配形式滤波窗函数法频率抽样法第一零点带宽(rad/s)第一旁瓣衰减(dB)第一零点带宽(rad/s)第一旁瓣衰减(dB)0.21.23946.461.01224.7411.638109.51.6513