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数字信号基带传输系统实现及眼图的观察

数字信号基带传输系统实现及眼图的观察
数字信号基带传输系统实现及眼图的观察

实验三数字信号基带传输系统实现及眼图的观察

一、实验目的

1、熟悉使用System View软件,了解各功能模块的操作和使用方法。

2、通过实验进一步掌握、了解数字基带传输系统的构成及其工作原理。

3、观察数字基带传输系统接受端的眼图,掌握眼图的主要性能指标。

二、实验内容

用System View建立一个数字基带传输系统仿真电路,信道中加入高斯白噪声(均值为0,均方差可调),分析理解系统各个模块的功能,并通过观察眼图,判断系统信道中的噪声情况。

三、实验要求

1、观察系统中各个模块的输出波形,并分析说明系统构成原理。

2、观察低通滤波器的输出波形的眼图,调节信道中噪声的大小,观察眼图变化。

3、比较抽样判决后的输出码元与原始码元有何不同,说明原因。

4、调节噪声大小,分析系统中是否产生误码,说明原因。

四、电路构成

模块说明:

Sink0:产生原始码元波形

Sink1:发送端基带信号形成器波形

Sink19:加入高斯白噪声后的波形

Sink20:经过低通滤波器后的输出波形

Sink21:经过抽样判决后的输出码元

参数设置:

Token4:Source――Noise/PN――Pn Seg(幅度1V,频率100HZ,电平数2,偏移0V,产生双极性不归零码,随机产生)

Token18:在专业库中选择Comm——Processors——P shape(Select pulse Shape =Rectangular,Time offset=0,Width=0.01s,产生矩形脉冲基带信号)

Token9:Source――Noise/PN――Gauss Noise(均值为0,均方差为0.01的高斯白噪声)

Token11:Operator――Filters/systems――Liner Sys Filters(Analog,Butterworth,No. of Poles=3,Low Cutoff=100HZ,产生一个低通的Butterworth滤波器,用于对信道输出信号进行滤波)

Token12:Operator――Sample/Hold――Sample(Sample rate=100HZ,用于对滤波后的波形进行抽样,抽样速率等于码元速率)

Token13:Operator――Sample/Hold――Hold(Hold Value=Last Sample,Gain=1,对抽样后的值延时一段时间,得到恢复后的数字基带信号)

Token14:Operator——Logic——Compare(Select comparison:a>=b True Output=1V,False Output=-1V,对抽样值进行判决比较,得到输出码元波形)Token15:产生正弦信号,作为比较器的另一个比较输入(振幅=0V,频率=0Hz)眼图参数设置:Sink Calculator――style――slice――start=0.01,Length=0.03,在窗口中选择需要观察眼图的波形,点击OK,观察其眼图

系统定时设置:Start Time:0 ,Stop Time:0.5,Sample Rate:10000HZ

五、实验结果

1、原始基带信号

图1 原始基带信号

2、加入噪声后的基带信号(高斯白噪声,方差=0.01)

图2 加入噪声后的基带信号

3、经过低通滤波器后的输出波形

图3 经过低通滤波器后的输出波形

4、经过抽样判决后的输出波形

图4 经过抽样判决后的输出波形

5、经过低通滤波器后输出波形的眼图

图5 经过低通滤波器后输出波形的眼图

六、思考题

1、观察低通滤波器的输出波形的眼图,调节信道中噪声的大小,观察眼图变化。答:当高斯白噪声的噪声功率由0.01变成1时眼图变成如下图所示:

可知,噪声越大眼图越不清晰。

2、比较抽样判决后的输出码元与原始码元有何不同,说明原因。

答:由图1和图4可知,抽样判决后的输出码元比原始码元延迟了一段时间。可能是系统存在延迟。

4、调节噪声大小,分析系统中是否产生误码,说明原因。

答:噪声加大时,抽样判决后的输出码元与原始码元会产生误码,即产生了误码。原因是噪声加大,信噪比减小,导致抽样判出错。

七、实验体会

System View仿真的实验做完了,我发现看似简单的软件实际功能也很强大。同时,当用它进行数字信号基带传输系统实现及眼图的观察时,我知道了许多以前很迷糊的东西。它让我能够在学习理论知识的同时,脑中有更形象的了解,使专业知识更加清晰。在实验过程及验收中,我也遇到了很多问题,通过查书,和向周边同学请教,让我把棘手的问题一个个解决了。我觉得在生活中我们也会是这样,需要会用我们存在的资源,和珍惜拓展我们的人缘让我们在前进中互补。

数字基带传输系统仿真实验

数字基带传输系统仿真实验 一、系统框图 一个数字通信系统的模型可由下图表示: 信源信道数字信源编码器调制器编码器 数字信源噪声信道 信道数字信源信宿译码器解调器译码器 数字信宿编码信道 数字通信系统模型 从消息传输角度看,该系统包括两个重要的变换,即消息与数字基带信号之间的变换;数字基带信号与信道传输信号之间的变换。 在数字通信中,有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。称为基带传输系统。与之对应,把包括了载波调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统。无论是基带传输还是频带传输,基带信号处理是必须的组成部分。因此掌握数字基带传输的基本理论十分重要,它在数字通信系统中具有普遍意义。 二、编程原理 1. 带限信道的基带系统模型(连续域分析) X(t) y(t) {}a, 输入符号序列―― l L,1

dtatlT()(),,,T, 发送信号―― ――比特周期,二进制,lbbl,0 码元周期 ,jft2,, 发送滤波器―― G(),或Gf()或gtGfedf()(), TT,TT,, , 发送滤波器输出―― L,1 xtdtgtatlTgt()()*()()*(),,,,,TlbTl,0 L,1 =()agtlT,,lTsl,0 , 信道输出信号或接收滤波器输入信号 (信道特性为1) ytxtnt()()(),, ,jft2,G(),Gf()gtGfedf()(),, 接收滤波器―― 或或 RR,RR,, , 接收滤波器的输出信号 rtytgtdtgtgtntgt()()*()()*()*()()*(),,,RTRR ,1L ()(),,,agtlTnt,lbR,0l ,jft2,gtGfCfGfedf()()()(), 其中 ,TR,, (画出眼图) lTlL,,, 01, 如果位同步理想,则抽样时刻为 b rlTlL() 01,,,, 抽样点数值为 (画出星座图) b ,{}a, 判决为 l 2. 升余弦滚降滤波器 (1),,,Tf,||,s,T2s, ,TT1(1)(1),,,,,,,,,ss Hfff()1cos(||),||,,,,,,,,TTT2222,,,ss,

(精选)眼图观察测量实验

实验12 眼图观察测量实验 一、实验目的 1.学会观察眼图及其分析方法,调整传输滤波器特性。 二、实验仪器 1. 眼图观察电路(底板右下侧) 2. 时钟与基带数据发生模块,位号:G 3. 噪声模块,位号E 4. 100M双踪示波器1台 三、实验原理 在整个通信系统中,通常利用眼图方法估计和改善(通过调整)传输系统性能。 我们知道,在实际的通信系统中,数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变,也会引入噪声和干扰,也就是说,总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下,系统性能很难进行定量的分析,常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能,常用观察眼图进行分析。 眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响,是一种常用的测试手段。 什么是眼图? 所谓“眼图”,就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号,以码元时钟作为同步信号,基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变,可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形,它很像人的眼睛故称眼图。 在图12-1中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”,一个无失真,另一个有失真(码间串扰)。 图12-1中可以看出,眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时,眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻,所有可能的取样值仅有两个:+1或-1。当波形有失真时,“眼睛”部分闭合,取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。这样,保证

正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之,在随机噪声的功率给定时,将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。 为便于说明眼图和系统性能的关系,我们将它简化成图12-2的形状。 由此图可以看出:(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻;(2)眼睛闭合的速率,即眼图斜边的斜率,表示系统对定时误差灵敏的程度,斜边愈陡,对定位误差愈敏感; (3)在取样时刻上,阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量; (4)在取样时刻上,上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限,噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决;(5) 阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围,它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。实验室理想状态下的眼图如图12-3 所示。 衡量眼图质量的几个重要参数有: 1.眼图开启度(U-2Δ U)/U 指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。

通信原理实验--数字基带传输仿真实验

数字基带传输实验 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、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、系统框图及编程原理 1.带限信道的基带系统模型(连续域分析) ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期,二进制码元周期 ?发送滤波器―― 或或 ?发送滤波器输出――

?信道输出信号或接收滤波器输入信号 (信道特性为1) ?接收滤波器―― 或或 ?接收滤波器的输出信号 其中 (画出眼图) ?如果位同步理想,则抽样时刻为 ?抽样点数值为(画出星座图) ?判决为 2.升余弦滚降滤波器 式中称为滚降系数,取值为, 是常数。时,带宽为Hz;时,带宽为Hz。此频率特性在内可以叠加成一条直线,故系统无码间干扰传输的最小符号间隔为s,或无码间干扰传输的最大符号速率为Baud。

相应的时域波形为 此信号满足 在理想信道中,,上述信号波形在抽样时刻上无码间干扰。 如果传输码元速率满足,则通过此基带系统后无码间干扰。 3.最佳基带系统 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统,而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能。 要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。由于最佳基带系统的总特性是确定的,故最佳基带系统的设计归结为发送滤波器和接收滤波器特性的选择。 设信道特性理想,则有

(延时为0) 有 可选择滤波器长度使其具有线性相位。 如果基带系统为升余弦特性,则发送和接收滤波器为平方根升余弦特性。 由模拟滤波器设计数字滤波器的时域冲激响应 升余弦滤波器(或平方根升余弦滤波器)的带宽为,故其时域抽样速率至少为,取,其中为时域抽样间隔,归一化为1。 抽样后,系统的频率特性是以为周期的,折叠频率为。故在一个周期内 以间隔抽样,N为抽样个数。频率抽样为,。 相应的离散系统的冲激响应为 将上述信号移位,可得因果系统的冲激响应。 5.基带传输系统(离散域分析) ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期,二进制码元周期 ?发送滤波器――

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)

数字基带传输系统作业题及答案

数字基带传输系统作业题 填空题 1数字基带系统产生误码的原因是抽样时刻的和的影响。 2.数字基带系统中常采用均衡器和系统来改善系统的性能。 3.为了衡量基带传输系统码间干扰的程度,最直观的方法是______________。 4.双极性数字基带信号,等概时码速率fs的离散分量,不等概 时fs的离散分量。 5.有限长横向滤波器的作用是码间串扰。 6.码间串扰是在对某码元识别时,其它码元在该的值。 判断题: 1.利用显示均衡波形的眼图可以改善传输性能。 2.对于频带限制在(0,4fm)Hz的时间连续信号m(t),要想无失真的从抽样信号中恢复出m(t),抽样频率至少要为4fmHz。 简答题 1.第一类部分响应系统输入数字码an为11001,试写出预编码后的所有可能bn码以及相关编码后的分别是什么? 2.无码间干扰时,基带传输系统的误码率取决于哪些参数?怎样才能降低系统的误码率?3.(15分)已知信息代码为100000110000011; (1)试确定相应的AMI码及HDB3码; (2)并分别画出他们的单极性不归零波形图; (3)设数字基带传输系统的频带宽度为9KHZ,若采用α=0.5的滚降系统特性,请确定无码间串扰的最高传码率及频带利用率。 4. ( 12分)若传送的数据为11000001100110000101,则相应的HDB3码为何? 如果数据等概且独立地取1或0,相应的HDB3码通过某数字基带系统传 送,其系统响应h(t)= cos((t/4Ts) 0( t (3Ts Ts为码宽, 0 其它t 简要说明该系统是否存在码间串扰? 5.二进制数字基带信号1011000101,通过第I类部分响应系统进行传输。 1.试画出第I类部分响应系统原理方框图; 2.由上述基带码通过第I类部分响应系统的变换过程验证信号传输的正确性。 6. 数字基带传输系统的传输特性H(ω)如下图, 当传输速率分别为fb=2w、fb=3w时,画图分析在抽样点上是否有码间串扰? 1.码间串扰;加性噪声; 2.时域;部分响应; 3.眼图; 4..不存在.存在 5..减小 6.抽样时刻 (╳)(╳) 1.an: 1 0 1 0 1 预编码后bn码:0 1 1 0 0 1 相关编码后码: 1 2 1 0 1 2.无码间干扰时基带传输系统的误码率依赖于信号峰值A与噪声均方根值之比,而与采用什么样的信号形式无关,但这里的信号形式必须是能够消除码间干扰的。 若比值越大,则误码率就越小。

基带信眼图实验m精编b仿真

基带信眼图实验m精编 b仿真 文件排版存档编号:[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

数字基带信号的眼图实验——m a t l a b 仿真 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验预习要求 1、复习《数字通信原理》第七章节——奈奎斯特第一准则内容; 2、复习《数字通信原理》第七章节——数字基带信号码型内容; 3、认真阅读本实验内容,熟悉实验步骤。 三、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期, 则经过基带传输系统后的输出码元为()n s n a h t nT -∑。其中 1 ()()2j t h t H e d ωωωπ +∞ -∞ = ? (3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=? ? , 为其他整数 (3-2) 频域应满足:

()0,s s T T H πωωω? ≤?=? ?? ,其他 (3-3) 图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此 在得不到严格定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ???? ?? ? ∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜 的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤?? ?+>? ?? (3-5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos() ()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (3-6)

通信原理第四章(数字基带传输系统)习题及其答案

第四章(数字基带传输系统)习题及其答案 【题4-1】设二进制符号序列为110010001110,试以矩形脉冲为例,分别画出相应的单极性码型,双极性码波形,单极性归零码波形,双极性归零码波形,二进制差分码波形。 【答案4-1】 【题4-2】设随机二机制序列中的0和1分别由()g t 和()g t -组成,其出现概率分别为p 和(1)p -: 1)求其功率谱密度及功率; 2)若()g t 为图(a )所示的波形,s T 为码元宽度,问该序列存在离散分量 1 s f T =否? 3)若()g t 改为图(b )所示的波形,问该序列存在离散分量 1 s f T =否?

【答案4-2】 1)随机二进制序列的双边功率谱密度为 2 2 1212()(1)()()[()(1)()]() s s s s s s m P f P P G f G f f PG mf P G mf f mf ωδ∞ -∞=--++--∑ 由于 12()()()g t g t g t =-= 可得: 2 2 22 ()4(1)()(12) ()() s s s s s m P f P P G f f P G mf f mf ωδ∞ =-∞ =-+--∑ 式中:()G f 是()g t 的频谱函数。在功率谱密度()s P ω中,第一部分是其连续谱成分,第二部分是其离散谱成分。 随机二进制序列的功率为 2 2 2 2 2 2 22 1()2 [4(1)()(12)()()] 4(1)()(12)() () 4(1)()(12)() s s s s s m s s s s m s s s m S P d f P P G f f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf ωω π δδ∞ ∞ ∞ ∞∞ =-∞ ∞ ∞ ∞ ∞∞ =-∞∞ ∞ ∞ =-∞ = =-+ --=-+ --=-+-? ∑ ?∑ ?? ∑ ?----- 2)当基带脉冲波形()g t 为 1 (){2 0 else s T t g t t ≤= ()g t 的付式变换()G f 为

实验6.数字基带信号的眼图实验

实验六 数字基带信号的眼图实验 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过 基带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ +∞ -∞ = ? (3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=? ? , 为其他整数 (3-2) 频域应满足: ()0,s s T T H πωωω? ≤ ?=? ?? ,其他 (3-3)

图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格 定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ??????? ∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤?? ?+>? ?? (3-5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos()()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (3-6) 此时频带利用率降为2/(1)Baud/Hz α+,这同样是在抽样值无失真条件下,所能达到的最 高频率利用率。换言之,若输入码元速率' 1/s s R T >,则该基带传输系统输出码元会产生码

基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真-课程设计报告书

通信工程专业《通信仿真综合实践》研究报告 基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真设计 学生:*** 学生学号:20***** 指导教师:** 所在学院:信息技术学院 专业班级:通信工程 中国 2016 年 5月

信息技术学院 课程设计任务书 信息技术院通信工程专业 20** 级,学号 201***** **** 一、课程设计课题: 基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真设计 二、课程设计工作日自 2016 年 5 月 12 日至 2016 年 5 月 24 日 三、课程设计进行地点:图书馆 四、程设计任务要求: 1.课题来源: 指导教师指定题目 2.目的意义:. 1)综合应用《掌握和精通MATLAB》、《通信原理》等多门课程知识,使学生建立通信系统的整体概念 2)培养学生系统设计与系统开发的思想 3)培养学生独立动手完成课程设计项目的能力 3.基本要求: 1) 数字基带信号直接送往信道: 2)传输信道中的噪声可以看作加性高斯白噪声 3)可用滤波法提取定是信号 4)对传输系统要有清楚的理论分析 5)把整个系统中的各个子系统自行构造,并对其性能进行测试 6)最终给出信号的仿真结果(信号输出图形) 课程设计评审表

基于MATLAB 的数字基带传输系统的仿真 概述 :本课程设计主要研究了数字信号的基带传输的基本概念及数字信号基带传输的传输过程和如何用MATLAB 软件仿真设计数字基带传输系统。首先介绍了本课题的理论依据及相关的基础知识,包括数字基带信号的概念,数字基带传输系统的组成及各子系统的作用,及数字基带信号的传输过程。最后按照仿真过程基本步骤用MATLAB 的仿真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程,对系统进行了分析。 第一部分 原理介绍 一、数字基带传输系统 1)数字基带传输系统的介绍 未经调制的数字信号所占的频谱是从零频或很低频率开始,称为数字基带信号。在某些具有低通特性的有线信道中,特别是在传输距离不太远的情况下,基带信号可以不经载波调制而直接传输。这种不经载波调制直接传输数字基带信号的系统,称为数字基带传输系统。 数字基带系统的基本结构可以由图1 的模型表示.其中包括发送滤波器、传输信道、接收滤波器、抽样判决等效为传输函数为H (w) 基带形成网络,对于无码间干扰的基带传输系统来说, H (w) 应满足奈奎斯特第一准则, 在实验中一般取H (w) 为升余弦滚降特性.在最佳系统下, 取C(w) = 1,GT (w) 和GR(w) 均为升余弦平方根特性.传输信道中的噪声可看作加性高斯白噪声, 用产生高斯随机信号的噪声源表示. 位定时提取电路,在定时精度要求不高的场合, 可以用滤波法提取定时信号,滤波法提取位定时的原理可用图2表示。 图1 基带传输系统模型 设发送滤波器的传输特性 , 则 ω ωπ d e H t g jwt R ? ∞ ∞ -= )(21 )()(ωT G

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: 基带传输系统模型如下:

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Fo为 4 /Ts,滚降系数分别取为、、1,

基带信号眼图实验——matlab仿真

数字基带信号的眼图实验——matlab 仿真 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验预习要求 1、复习《数字通信原理》第七章7.1节——奈奎斯特第一准则容; 2、复习《数字通信原理》第七章7.2节——数字基带信型容; 3、认真阅读本实验容,熟悉实验步骤。 三、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为 ()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过基带传输系统后的输出码元为()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ+∞-∞=? (3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=?? ,为其他整数 (3-2) 频域应满足:

()0,s s T T H πωωω?≤?=??? ,其他 (3-3) 图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππππ ωωωωω??????+=-+++=≤ ? ? ???????∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1)0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤???????-?=≤≤???+>??? (3-5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos()()14s s s s t T t T h t t t T T παππα=- (3-6)

实验四 眼图

实验四 数字基带信号的眼图实验 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MA TLAB 语言编程。 二、实验器材 计算机,MATLAB 软件 三、实验原理 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过 基带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ +∞ -∞ = ? (1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=?? , 为其他整数 (2) 频域应满足: ()0,s s T T H πωωω?≤?=? ?? ,其他 (3)

图2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格 定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ??????? ∑ (4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤ ?? ?+>? ?? (5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos() ()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (6) 此时频带利用率降为2/(1)Baud/Hz α+,这同样是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。换言之,若输入码元速率' 1/s s R T >,则该基带传输系统输出码元会产生

通信原理实验一 数字基带传输

通信原理实验一 数字基带传输 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、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理 1.匹配滤波器和非匹配滤波器: 升余弦滚降滤波器频域特性:

将频域转化为时域 2. 最佳基带系统 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统,而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能。 要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。由于最佳基带系统的总特性是确定的,故最佳基带系统的设计归结为发送滤波器和接收滤波器特性的选择。 设信道特性理想,则有 (延时为0) 有 可选择滤波器长度使其具有线性相位。 如果基带系统为升余弦特性,则发送和接收滤波器为平方根升余弦特性。 3.基带传输系统(离散域分析) ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期,二进制码元周期 ?发送滤波器―― 或 ?发送滤波器输出――

?信道输出信号或接收滤波器输入信号 (信道特性为1) ?接收滤波器―― 或 ?接收滤波器的输出信号 (画出眼图) ?如果位同步理想,则抽样时刻为 ?抽样点数值为(画出星座图) ?判决为 其中若为最佳基带传输系统,则发送滤波器和接收滤波器都为根升余弦滤波器,当采用非匹配滤波器时,发送滤波器由升余弦滤波器基带特性实现,接收滤波器为直通。 三、实验内容 1.通过匹配滤波和非匹配滤波方式,得到不同的滚降系数下发送滤波器的时域波形和频率特性。 实验程序: (1)非匹配情况下: 升余弦滚降滤波器的模块函数(频域到时域的转换) function [Hf,ht]=f_unmatch(alpha,Ts,N,F0) k=[-(N-1)/2:(N-1)/2]; f=F0/N*k; for i=1:N; if (abs(f(i))<=(1-alpha)/(2*Ts)) Hf(i)=Ts; elseif(abs(f(i))<=(1+alpha)/(2*Ts)) Hf(i)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(i))-(1-alpha)/(2*Ts)))); else Hf(i)=0; end; end; 主函数 alpha=input('alpha=');%输入不同的滚降系数值 N=31;%序列长度 Ts=4; F0=1;%抽样频率

基带信号眼图实验

实验三 数字基带信号的眼图实验 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验预习要求 1、复习《数字通信原理》第七章7.1节——奈奎斯特第一准则内容; 2、复习《数字通信原理》第七章7.2节——数字基带信号码型内容; 3、认真阅读本实验内容,熟悉实验步骤。 三、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过 基带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ +∞-∞ = ? (3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=? ? , 为其他整数 (3-2) 频域应满足:

()0,s s T T H πωωω? ≤?=? ?? ,其他 (3-3) 图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格 定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ??????? ∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤ ?? ?+>? ?? (3-5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos() ()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (3-6)

数字基带传输系统仿真与设计方案

一、课程题目 数字基带传输系统:欲传送的01比特流+码型变换(HDB3码)+基带成型网络(采用升余弦滚降系统)+信道+码型反变换+01比特流。 二、设计要求 1.完成一个题目。 2.对通信系统有整体的较深入的理解。 3.提出仿真方案。 4.完成仿真软件的编制。 5.仿真软件的演示。 6.提交详细的设计报告。 三、设计目的 1.综合应用《Matlab编程与系统仿真》、《信号与系统》、《现代通信原理》等多门课程知识,使学生建立通信系统的整体概念。 2.培养学生系统设计与系统开发的思想。 3.培养学生利用软件进行通信仿真的能力。 4.培养学生独立动手完成课题设计项目的能力。 5.培养学生查找相关资料的能力。 四、实验条件 计算机、Matlab软件、相关资料。 五﹑系统设计方案 数字基带传输系统: (1)概念:未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或者很低频率开始,称为数字基带信号,不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统,称为数字基带传输系统。 (2)数字基带传输的研究的意义: 第一:在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用这种传输方式。 第二:数字基带传输方式迅速发展,用于低速或高速数据传输。 第三:基带传输系统的许多问题也是带通传输系统必须考虑的问题。 第四:任一个线性调制的带通传输系统,可以等效为一个基带传输系统。 (3)对传输码型的要求: ①不含直流分量且低频分量尽量少。 ②应含有丰富的定时信息,以便于从接受码流中提取定时信号。 ③功率谱的主瓣宽度窄,以节省传输频带。 ④不受信息源统计特性的影响,即能适应于信息源的变化。 ⑤具有内在的检错能力,即码型应具有一定的规律性,以便宏观监测。 ⑥编译码简单,已降低通信延时和成本。 (4)基带传输常用码型: AMI码(传号交替反转码)、HDB3码(三阶高密度双极性码)、双相码、差分双相码、密勒码、CMI码(传号反转码)、块编码等。 (5)其中本次设计采用的HDB3码。 a.HDB3码编码规则: ①1——交替变换为+1,-1

通信原理数字基带传输系统习题及其答案

第四章(数字基带传输系统)习题及其答案 【题4-1】设二进制符号序列为,试以矩形脉冲为例,分别画出相应的单极性码型,双极性码波形,单极性归零码波形,双极性归零码波形,二进制差分码波形。 【答案4-1】 【题4-2】设随机二机制序列中的0和1分别由()g t 和()g t -组成,其出现概率分别为p 和(1)p -: 1)求其功率谱密度及功率; 2)若()g t 为图(a )所示的波形,s T 为码元宽度,问该序列存在离散分量 1 s f T =否 3)若()g t 改为图(b )所示的波形,问该序列存在离散分量1 s f T =否 【答案4-2】 1)随机二进制序列的双边功率谱密度为 由于 可得: 式中:()G f 是()g t 的频谱函数。在功率谱密度()s P ω中,第一部分是其连续谱成分,第二部分是其离散谱成分。 随机二进制序列的功率为 2)当基带脉冲波形()g t 为 ()g t 的付式变换()G f 为 因此 式中: 1 s s f T = 。 所以,该二进制序列不存在离散分量。 3)当基带脉冲波形()g t 为

()g t 的付式变换()G f 为 因此 式中: 1s s f T = 。 所以,该二进制序列存在离散分量。 【题4-3】设二进制数字基带信号的基本脉冲序列为三角形脉冲,如下图所示。图中s T 为码元宽度,数字信息1和0分别用()g t 的有无表示,且1和0出现的概率相等: 1)求数字基带信号的功率谱密度; 2)能否重该数字基带信号中提取同步所需的频率1 s s f T =的分量若能,计 算该分量的功率。 【答案4-3】 1)由图得 ()g t 的频谱函数()G ω为 由题设可知 所以 代入二进制数字基带信号的双边功率谱密度函数表达式,可得 2)二进制数字基带信号的离散谱分量()v P ω为 当1m =±时,s f f =±,代入上式可得 因为该二进制数字基带信号中存在1s s f T =的离散分量,所以能从该数字基带信号中提取码元同步所需的频率1s s f T =的分量。 该频率分量的功率为 【题4-5】已知信息代码为,求相应的AMI 码、HDB3码、PST 码及双相码。 【答案4-5】 AMI 码: +10000 0000 –1+1 HDB3码; +1000+V-B00-V0+1-1

通信原理实验报告-数字信号的基带传输

通信原理实验报告 实验名称:数字信号的基带传输 班级:08211317 学号:08211660 姓名:张媛(27)

一.实验目的 (1)理解无码间干扰数字基带信号的传输; (2)掌握升余弦滚降滤波器的特性; (3)通过时域、频域波形分析系统性能。 二、仿真环境 SystemView 仿真软件 三、实验原理 (1 )数字基带传输系统的基本结构 它主要由信道信号形成器、信道、接收滤滤器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作,还应有同步系统。 1.信道信号形成器 把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号,这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的。 2.信道 是允许基带信号通过的媒质,通常为有线信道,信道的传输特性通常不满足无失真传输条件,甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。 3.接收滤波器 滤除带外噪声,对信道特性均衡,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。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取。 (2) 奈奎斯特第一准则 奈奎斯特准则提出:只要信号经过整形后能够在抽样点保持不变, 即使其波形已经发生了变化,也能够在抽样判决后恢复原始的信号, 因为信息完全恢复携带在抽样点幅度上。 奈奎斯特准则要求在波形成形输入到接收端的滤波器输出的整个 传送过程传递函数满足: 令k′=j -k , 并考虑到k′也为整数,可用k 表示: ???=+-0)(1])[(0或其它常数t T k j h b k j k j ≠=?? ?=+0 1)(0t kT h b 00≠=k k

基于simulink的数字基带传输系统仿真

基于s i m u l i n k的数字基带传输系统仿真 Company Document number:WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

基于s i m u l i n k的数字基带传输系统仿真 【摘要】本课题主要是通过构建数字基带传输系统的各组成模块,包括信号发送,信号接受,谱分析和误码分析部分,从而对数字基带传输系统有深刻的认识。主要研究方法是利用Simulink软件进行数字基带传输系统的仿真,将各组成模块连接与封装,从而仿真出整个基带传输系统,最后通过调节噪声方差值的不同,运行并分析结果。研究的目的在于,熟悉基带传输系统各个环节,从而对基带传输系统有更深刻的了解。仿真的结果表明,在噪声较小的情况下误码率较小,较大的情况下则较大,而且各个模块基本可以完成其相对应的功能。本课题使用的MATLAB软件是当今最优秀的科技应用软件之一,它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。 【关键词】数字基带传输系统;升余弦滤波器;数字基带信号;SIMULINK 1 引言 通过对计算机仿真的了解,对计算机仿真在工程领域的运用,可以体会到它的优点仿真软件matlab在控制领域以及通信,数字信号处理等等领域都有它强大的生命力。其功能的完善奠定了它在各个领域的仿真的地位。通过对simulink的使用会对数字基带传输系统的各个部分具有更加直观而深刻的理解,对通信系统的仿真,以及各个波形的仿真,可以很直观的理解各个模块的功能以及注意的问题。需要仿真的包括基带信号,发送滤波器、接受滤波器、信道、定时系统、抽样判决系统、误码率分析模块眼图模块。 现在通信系统是非常复杂和庞大的大规模系统,在各种噪声和干扰的存在下,一般很难通过解析的方法求得系统的精确数学描述。在这种情况下系统仿真就成为了一个极为有效的工具[2]。此外,在对现代通信系统协议、新算法和新体系结构的设计当中,直接进行试验测试几乎是不可能的,因为这些新系统、新算法、和新的体系结构根本就还没有实现,在这种情况下只能通过仿真来检验所考察的对象,从而验证这些新的结论,以及方法。在将来的科研以及教学当中matlab/simulink将会发挥很大的作用,一些科研所都在使用此软件,所以作为学生,或是研究者很有必要掌握这个重要的软件,从而对自己的工作或是学习带来方便。 2 基带传输系统介绍 基本传输系统 信号波形,传输码型,以及频谱特性的是研究的重点,核心是研究如何设计基带传输总特性,以消除码间串扰,以及如何有效地减小信道加性噪声的影响,从而提高系统抗噪声性能。最后通过眼图,误码率仪,等观测系统性能。整个传输系统的构成主要有:信源,发送设备,信道,接收设备,同步定时设备,判决抽样设备,误码率仪,眼图,功率谱仪等构成。其构成框图如下:图3-5数字基带信号传输系统的组成 1、信道信号形成器(发送滤波器):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: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) ,并假设它是均值为零的高斯白噪声。 3、接收滤波器:它用来接收信号,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: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、同步提取:用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲。 传输系统各点波形

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